CN103496866A

CN103496866A - 一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法

Info

Publication number: CN103496866A
Application number: CN201310435814.3A
Authority: CN
Inventors: 庞超明; 梦媛
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103496866B

Abstract

本发明提供了一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其使用水泥基复合材料(水泥与掺和料)作为外壳材料的主要胶凝材料，采用成球工艺，在轻质内核材料***包壳，并经过一定的养护即可成功制备出高强轻质骨料。所制备的轻骨料，比强度高、粒型好、具有良好的保温隔热性，且可实现某些特定功能性，如储热、隔声、吸波等功能。该高强轻骨料生产的工艺为：粉体混合→搅拌均匀→喷液成球→养护(蒸养+保湿)→筛分。通过本发明解决了传统烧结工艺生产的骨料生产能耗大、工艺复杂、污染严重的问题，或者免烧陶粒产品的堆积密度较大，但强度不够高等产品质量不够高的问题。

Description

一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，也可用于其他工程材料，尤其涉及一种高强轻质骨料的制备方法。

背景技术

目前的轻质骨料主要以陶粒为主，我国从20世纪60年代才开始研制人造轻质骨料，以粘土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒为主。传统生产工艺以粘土、页岩等为原料，采用回转窑的高温烧结技术，能耗大，生产环境差、工艺落后、且产量较低，且单颗承载力一般较低，仅为80N～200N。

根据国家节约能源政策，陶粒的制备技术也得到发展，主要体现在原材料的选择和生产工艺上。为减少对粘土、页岩等自然资源的使用，原料多样化，以垃圾、污泥等废弃物为生产原料的产品有所发展，主要仍然为烧结工艺。在生产工艺上，也出现了节能型免烧陶粒工艺的发展，但现有免烧粉煤灰轻质骨料堆积密度偏高，一般为600kg/m³～800kg/m³；颗粒强度不高，粒径在5mm～10mm时，单颗承载力仅为80N～200N；保温效果不明显，易碳化，抗钢筋锈蚀能力差，很难在大型结构工程和钢筋结构中应用，主要用于小型砌块和板材中，限制了其发展规模。

因此需要发展一种新型的轻集料生产工艺，且制备的轻集料强度高，堆积密度低，可实现高的保温隔热性能，且可根据功能性需求，实现某些特定的功能需求。

发明内容

针对目前陶粒落后的生产工艺和产品功能单一、质量不高等特点，本发明提出了一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，所制备的轻质骨料，比强度高(单位密度下的强度，即在相同密度下，强度高；或相同强度下，密度低)、粒型好、具有良好的保温隔热性、且可实现某些特定功能性。

材料的制备方法，包括所使用的原材料及其配方、养护工艺与制备工艺等。

本发明的技术方案是：主要以膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯颗粒、轻质废弃物颗粒等轻质材料为内核材料，以水泥、掺和料、外加剂和水混合形成单层或多层的外壳材料，采用免烧包壳的成球工艺，经过养护制成的具有特殊功能的水泥基高强轻质骨料。该材料可属于水泥基复合材料范畴，在某种程度上也属于免烧陶粒的范畴。其特征在于：

(1)原材料：分为内核材料和附着在内核材料外面的外壳材料。采用独特的内核材料与独特的外壳材料配方。其中内核材料为球形或颗粒状，可使用膨胀珍珠岩颗粒、可发性经过表面改性的或废弃的聚苯乙烯颗粒、轻质废弃物颗粒等轻质材料中的一种或几种；外壳材料为水泥、掺和料(粉煤灰、石灰、石膏和其他功能材料等)、外加剂(起粘结和改性作用)和水等。外壳材料中的粉料的质量比例分别为：水泥占15%～60%；粉煤灰占30%～70%；石灰掺量占5%～20%；石膏占1%～10%；液态材料包括水和外加剂等，其中外加剂用量为水质量用量的5%～20%。液态材料占粉末材料总质量用量的10%～70%。

(2)利用包壳成球技术,即在内核材料***包裹一层由外壳粉料和液态材料组成的外壳，形成核壳结构。具体实施工艺见附图1，即先将外壳材料中的粉料按比例混合均匀，与内核材料、液态材料在成球仪中形成球形集料，然后经养护或增加筛分过程得到所需性能的集料。

(3)通过控制内核材料与外壳材料的性能来控制骨料的性能。根据不同功能要求制成单层或多层核壳结构的水泥基高强轻质骨料。功能性可通过选择或改性内核材料、或增加外壳材料的功能层、或调解外壳材料的配方。

（4）养护方式采用蒸汽养护、保湿养护(可参考水泥基复合材料的标准养护，20±3℃,相对湿度≥90%)和自然养护均可，也可两两组合或三种组合使用。或温度在40℃至80℃蒸汽养护，然后不低于10℃的水养护组合使用。

（5）如要精确控制集料粒径范围，可增加筛分的工艺过程。

本发明具有下列优点：

(1)采用水泥和掺和料作为胶凝材料，无粘土成分，有利于保护土地不可再生资源。

(2)采用成球包壳技术，工艺简单，投资小，易于进行规模化生产与现场应用。

(3)采用免烧工艺，可以解决市场陶粒强度较低、耗能高的问题。

(4)所制备的骨料，质量高，并体现在比强度高、粒型好、具有良好的保温隔热性，可兼具功能性。同时生产成本低，经济性好，实现了低成本与高性能的统一。

(5)生产的较小粒径骨料，可用于生产框架结构填充墙体材料或多层房屋建筑的承重墙体材料，强度在7.5MPa～15MPa、容重800kg/m³～1000kg/m³、导热系数在0.15W/(m²·K)～0.30W/(m²·K)，制备的墙体材料可以大大减轻楼体的自重，免除外保温工艺的要求，降低造价，节省资金，而且具有较好的保温、隔音效果，性能好，节约能源。

(6)可用于生产强度在20MPa～35MPa、容重1000kg/m³～1500kg/m³、导热系数在0.30W/(m²·K)～0.6W/(m²·K)的承重砌块、梁柱材料等，能有效减轻结构自重，减少房屋建筑的冷桥和热桥，结合轻质保温墙体材料，免除外保温施工工艺、提高抗震性能等。

附图说明

图1为与本发明方法一致的高强轻质骨料制备方法的流程图；

图2为根据本发明方法制造的自制新型核壳型高强轻质骨料成品图；

图3为根据本发明方法制造的核壳型高强轻质骨料的包壳厚度与颗粒承载力的关系。

具体实施方式

本发明的技术方案是：主要以膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯颗粒、轻质废弃物颗粒等轻质材料为内核材料，以水泥、掺和料、外加剂和水混合形成单层或多层的外壳材料，采用免烧包壳的成球工艺，经过养护制成的具有特定功能的水泥基高强轻质骨料。该材料可属于水泥基复合材料范畴，在某种程度上也属于免烧陶粒的范畴。其特征在于：

(1)原材料采用具有球形或颗粒状的内核材料（可发性EPS颗粒）和附着在内核外面的外壳材料。

其中内核材料为膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯颗粒、轻质废弃物颗粒等轻质材料中的一种或几种；可根据功能性要求采用经表面改性处理的EPS颗粒、轻质废弃物颗粒或其他内核材料。

其中外壳材料为水泥、掺和料(粉煤灰、石灰、石膏、功能材料等)、外加剂(起粘结和改性作用)、水等。其胶凝材料为水泥基复合材料。外壳材料中粉料的质量比例：水泥：15%～60%；粉煤灰：30%～70%；石灰掺量：5%～20%；石膏：1%～10%；功能材料根据需要外掺。液态材料中，外加剂用量为水质量用量的5%～20%，且液态材料占粉末材料质量用量的10%～70%。

(2)利用包壳成球技术。

(3)根据不同功能要求制成单层或多层核壳结构的功能性水泥基高强轻质骨料。

（4）养护方式：蒸汽养护、保湿养护(可参考水泥基复合材料的标准养护，20±3℃,相对湿度≥90%)和自然养护均可，也可两两组合或三种组合使用；或温度在40℃至80℃蒸汽养护，然后不低于10℃的水养护组合使用。

本发明提出的一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备工艺如图1所示。

其中，高强轻质骨料的性能指标包括：

1.1颗粒直径d。根据内核直径d₀和所需强度要求可调。一般而言，随着内核直径的增大，所需强度的提高，总体颗粒直径增大。典型范围为d=d₀+(4～16)，一般为5mm～20mm。

1.2颗粒强度f。可根据功能需要，根据内核材料及外壳配方及厚度来确定。一般而言，单颗承载力随着外壳厚度的增大而增大，理论上极大值可达到很大，一般典型值在200N～600N（牛顿）之间。当强调功能性时，也可降低在50N～200N之间。

1.3堆积密度。堆积密度与颗粒直径、外壳厚度和内核材料的密度有关。在相同的内核材料下，一般外壳厚度越大，堆积密度越大。典型值在500kg/m³～700kg/m³之间。

1.4功能性。可根据需要，通过选择外壳材料及内核材料来调节。如仅需要通用的保温隔热功能，则可以选用具有保温隔热的轻质内核材料，如经处理的EPS颗粒。如需要储热功能，则选用可以具有储热功能的轻质内核材料，或在外壳增加储热功能材料。如需要滤波功能，同样可以选用具有滤波作用的内核材料，或在外壳增加具有滤波作用的材料。

外壳材料的配方与内核材料性能

外壳材料的配方可变化范围较大，可根据需要的功能进行选择。示例配合比及性能如表1.1所示，其中采取的养护工艺为标准养护1d后，80℃水蒸气养护1d，继续标准养护5d。随着堆放时间的延长，该颗粒的单科承载力仍然有20%～30%的增长空间。为缩短产品的生产周期和节约能源，推荐使用保湿养护1d后，40℃～80℃蒸汽养护0.5d～3d，然后水养护或保湿养护5d～14d即可出厂，但后期强度随着自然堆放时间的延长，强度仍然有10%～20%的增长。当内核材料为粒径为3～5mm的可发性的经表面改性的EPS颗粒，改变石膏含量时的典型单颗承载力与外壳厚度关系曲线如图3所示，随着外壳厚度的提高，其单颗承载力可进一步提高，同时堆积密度增大。

表1.1外壳材料混合比例及性能

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其特征在于：

将外壳材料中的粉料按比例混合均匀，与内核材料、液态材料在成球仪中形成球形集料，通过养护得到所述轻质骨料；

其中与所述内核材料、液态材料在成球仪中形成球形集料指在内核材料***包裹一层由粉料和液态材料组成的外壳，并且通过控制内核与外壳材料配料种类与比例及外壳材料的厚度来控制所述轻质骨料的性能，其中所述轻质骨料的性能包括：轻质骨料的密度、单颗承载力、强度和功能性。

2.如权利要求1所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其还包括：通过筛分过程精确控制所述球形集料直径。

3.如权利要求1所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，所述外壳材料的粉料的混合在混料机中预先混合或直接在成球仪中先混合均匀，此后加入内核材料，在成球仪中一边混合一边喷洒液态材料，可通过控制成球仪中喷洒液态材料的时间来控制所述轻质骨料的外壳层的厚度。

4.如权利要求1所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其特征在于：

采用水泥基复合材料作为所述外壳材料的胶凝材料，所述水泥基复合材料包括水泥、粉煤灰、石灰、石膏和其他功能材料，其中石灰和石膏作为激发剂；

所述外壳材料中的粉料中的各物质的质量比例分别为：水泥占15%～60%、粉煤灰占30%～70%、石灰占5%~20%、石膏占1%~10%；

所述液态材料包括水和外加剂，外加剂用量为水质量用量的5%~20%，所述液态材料占粉末材料质量用量的10%～70%。

5.如权利要求1所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其中所述内核材料包括：可发性经过表面改性或废弃的聚苯乙烯EPS颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、轻质废弃物颗粒中的一种或几种。

6.如权利要求1所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其中所述养护包括：蒸汽养护、保湿养护、自然养护以及以上养护方式的两两组合或三者组合；或温度在40℃至80℃蒸汽养护，然后不低于10℃的水养护组合使用。

7.如权利要求3述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其特征在于：所述成球仪中喷洒液态材料的时间控制在3 分钟至20分钟。

8.如权利要求6所述一种新型核壳型水泥基高强轻质骨料的制备方法，其中所述保湿养护采用水泥基复合材料的标准养护，温度控制在20±3℃，相对湿度≥90%下进行。