CN103951374B - 一种高碱渣掺量的免烧碱渣陶粒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高碱渣掺量的免烧碱渣陶粒及其制造方法，属于建筑材料技术领域。为核壳复合结构，包括碱渣芯层和水泥壳层，芯层干料组成：碱渣40%-50%、玻璃粉20%-30%、粉煤灰20%-30%；壳层干料组成：水泥30%-50%、玻璃粉20%-30%、粉煤灰20%-30%。先往芯层干料中加2wt%氢氧化钠水溶液，水灰比0.2，搅拌均匀，造粒成球，直径在7-12mm，养护1天；壳层干料加2wt%氢氧化钠水溶液，水灰比0.3，形成料浆；将芯层圆球放入装有壳层浆料的成球托盘中，通过滚球方法形成包裹结构的陶粒；取出，撒上粉煤灰摇晃，使其表面略微凝固，自然养护，形成产品。本发明抑制碱渣中氯离子的溶出、提高陶粒强度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种高碱渣掺量的免烧碱渣陶粒及其制造方法。
背景技术
碱渣是工业上用氨碱法制碱过程中排放的废渣，我国每年氨碱法制碱可达421万吨，由于其含水量高、含有大量的氯化物而成为一种难以处理的固体废弃物，长期以来碱厂排出的碱渣占用了大量的耕地，并且对环境造成了极大的污染和破坏。碱渣的综合治理已经成为当今社会的一个重大科研课题。在当前自然资源日益贫乏的形势下，利用碱渣制造建筑材料的研究已经成为一个热点。碱渣在工程土、混凝土及砂浆、陶粒制造中也得到了应用研究，但除工程土外，其他碱渣建材没有得到很好的应用。利用碱渣配制的砂浆，甚至出现了对墙体钢筋产生腐蚀，给工程带来隐患的报道，主要原因是所得到的碱渣建材制品中的氯离子释放给建材带来不良影响。陶粒，作为一种建筑用轻骨料，以其轻体、保温、环保等特性受到了人们的极大重视。当前我国陶粒制品主要以粘土、页岩陶粒为主，而粘土、页岩原料的来源绝大部分取自于耕地，消耗了耕地资源。利用碱渣制备较高附加值的人造轻骨料，并控制和消除由于碱渣中所含氯化物而给碱渣陶粒的制备和使用带来的负面影响具有重要的意义。
专利号为90105243.4的专利公开了利用碱渣粉煤灰制免烧砖，其特征在于用碱渣、粉煤灰、复合激发剂和水拌合均匀，压制成型并经过适当养护得到产品；大连理工大学王晴等对碱渣粉煤灰高强陶粒进行了研究，主要是以碱渣和粉煤灰为主要原料以及外掺10%的水玻璃作为激发剂，通过强制搅拌、手工成型、并在低温1140-1160℃焙烧、退火，最后得到强度高、吸水率低、密度较低的陶粒(王晴.碱渣粉煤灰高强型陶粒的研制[J].混凝土.2000,(06):27-29）。但上述的研究中均没有考虑碱渣在工程上应用其氯组分的释放问题，并且在碱渣免烧砖养护、碱渣陶粒烧制过程中也存在氯组分释放问题，可能对养护室、窑炉造成损伤。实际上，利用碱渣制免烧砖及利用碱渣来烧制建材其制成品中氯组分对钢筋混凝土和环境都有着一定程度的危害。
发明内容
本发明为解决现有技术中陶粒应用于混凝土中释放出氯离子问题，及烧制陶粒过程中造成土地资源破坏、浪费能源等问题，从而提供一种高碱渣掺量的免烧碱渣陶粒及其制造方法。
为解决上述问题，本发明采用核壳包裹结构，通过将含有碱渣的成分包裹于水泥结构的硬壳层中，可很好的抑制碱渣中氯离子的逸出，改善了以碱渣为原料的陶粒在混凝土中的应用性能，并且本方法制造陶粒不需要烧结，节约能源，减少污染。
本发明的一种免烧碱渣陶粒，其特征在于，该陶粒呈核壳复合结构，主要包括碱渣芯层(1)和具有一定强度的壳层(2)，碱渣芯层的生坯干料组成：碱渣40%-50%、玻璃粉20%-30%、粉煤灰20%-30%；壳层的生坯干料组成：水泥30%-50%、玻璃粉20%-30%、粉煤灰20%-30%。
本发明上述一种高碱渣掺量的免烧碱渣陶粒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)芯层和壳层分别通过搅拌机将各配比料混合均匀；
(2)配制2wt%氢氧化钠水溶液；
(3)先往芯层干料中加入氢氧化钠水溶液，水灰比为0.2，用搅拌机进行搅拌，然后造粒，成直径为7-12mm的芯层圆球，自然养护1天；
(4)将配比好的壳层粉料加氢氧化钠水溶液混合搅拌，水灰比为0.3，形成料浆；
(5)将步骤(3)得到的具有一定强度的芯层圆球放入装有壳层浆料的成球托盘中，启动成球托盘摇晃，摇晃120s的时间，通过滚球方法使壳层料浆包裹在芯球表面，形成包裹结构的陶粒；
(6)将步骤(5)包裹好的陶粒从壳层浆料中取出，放在一个正在摇晃的成球盘中，撒上薄薄的一层粉煤灰摇晃45-60s，使其表面略微凝固，不会自然流动；
(7)自然养护，形成产品。
其中步骤（6）中的所撒的粉煤灰相对免烧碱渣陶粒来说，其重量和体积基本可以忽略不计，撒的粉煤灰可以使陶粒表面凝固相对更快，免烧碱渣陶粒更圆。选用氢氧化钠水溶液主要是起到对玻璃粉和粉煤灰的碱激发作用，提高粉煤灰和玻璃粉的水化效率，抑制氯离子的释放，根据前期的一些研究表明2wt%的氢氧化钠水溶液效果最佳。
以干料计，芯层质量百分比为70-80wt%，壳层质量百分比为20-30wt%。
芯层料球直径为7-12mm，壳层厚度为2-3mm，免烧碱渣陶粒粒径为9-15mm。
所述水泥优选采用425#或525#水泥。
本发明制免烧碱渣陶粒功能要点有四个方面，其一，将固体废弃物作为主要原料，不仅有利于减少碱渣对环境的污染，而且还节省了黏土，避免了对土地资源的破坏；其二，本陶粒芯层中2%氢氧化钠水溶液和玻璃粉对粉煤灰有碱性激发作用，碱激发后的粉煤灰可以很好地抑制氯离子的释放；其三，本陶粒采用核壳复合结构，具有一定强度的水泥壳层更进一步使得碱渣中的氯化物不易溶出；其四，采用水泥和固体废弃物复合进行制备，避免了传统的焙烧工艺，降低了能耗，减少了污染，节能环保。
附图说明
图为核壳复合结构免烧陶粒的示意图，其中1、碱渣芯层，2、水泥壳层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
制备步骤：
(1)芯层和壳层分别通过搅拌机将各配比料混合均匀；
(2)配制2wt%氢氧化钠水溶液；
(3)先往芯层干料中加入氢氧化钠水溶液，水灰比为0.2，用搅拌机进行搅拌，然后造粒，成直径为7-12mm的芯层圆球，自然养护1天；
(4)将配比好的壳层粉料加氢氧化钠水溶液混合搅拌，水灰比为0.3，形成料浆；
(5)将步骤(3)得到的具有一定强度的芯层圆球放入装有壳层浆料的成球托盘中，启动成球托盘摇晃，摇晃120s的时间，通过滚球方法使壳层料浆包裹在芯球表面，形成包裹结构的陶粒；
(6)将步骤(5)包裹好的陶粒从壳层浆料中取出，放在一个正在摇晃的成球盘中，撒上薄薄的一层粉煤灰摇晃45-60s，使其表面略微凝固，不会自然流动；
(7)自然养护，形成产品。
其中对陶粒氯离子的溶出量检测方法为电位滴定法，参考《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T8077-2012。
实例1：
碱渣芯层：碱渣用量40wt%、粉煤灰30%、玻璃粉30wt%；水泥壳层：水泥35wt%，玻璃粉35wt%，粉煤灰30%；水溶液：NaOH2%、水98%；芯层水灰比：0.2；壳层水灰比：0.3。
壳层和芯层的干料比为0.5，考虑到陶粒的尺寸、形状不规则及在包裹过程中成球盘对壳层料浆存在少量粘连，每个陶粒壳层质量百分比约为20-30wt%，壳层厚度约为2-3mm。养护5天的陶粒，用去离子水浸泡24h的氯离子容出量约为0.7%（占氯离子总量）。
实例2：
碱渣芯层：碱渣用量45wt%、粉煤灰25%、玻璃粉30wt%；水泥壳层：水泥40wt%，玻璃粉30wt%，粉煤灰30%；水溶液：NaOH2%、水98%；芯层水灰比：0.2；壳层水灰比：0.3。
壳层和芯层的干料比为0.5，考虑到陶粒的尺寸、形状不规则及在包裹过程中成球盘对壳层料浆存在少量粘连，每个陶粒壳层质量百分比约为20-30wt%，壳层厚度约为2-3mm。养护5天的陶粒，用去离子水浸泡24h的氯离子容出量约为1%（占氯离子总量）。
实例3：
碱渣芯层：碱渣用量50wt%、粉煤灰25%、玻璃粉20wt%、石灰5wt%；水泥壳层：水泥45wt%，玻璃粉35wt%，粉煤灰20%；水溶液：NaOH2%、水98%；芯层水灰比：0.2；壳层水灰比：0.3。
壳层和芯层的干料比为0.5，考虑到陶粒的尺寸、形状不规则及在包裹过程中成球盘对壳层料浆存在少量粘连，每个陶粒壳层质量百分比约为20-30wt%，壳层厚度约为2-3mm。养护5天的陶粒，用去离子水浸泡24h的氯离子容出量约为1.6%（占氯离子总量）。
Claims (5)
1.一种免烧碱渣陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱渣陶粒采用核壳复合结构，其中主要包括碱渣芯层(1)和具有一定强度的壳层(2)，碱渣芯层的生坯干料组成：碱渣40％-50％、玻璃粉20％-30％、粉煤灰20％-30％；壳层的生坯干料组成：水泥30％-50％、玻璃粉20％-30％、粉煤灰20％-30％；各组分含量之和为100％；包括以下步骤：
(1)芯层和壳层分别通过搅拌机将各配比料混合均匀；
(2)配制2wt％氢氧化钠水溶液；
(3)先往芯层干料中加入氢氧化钠水溶液，水灰比为0.2，用搅拌机进行搅拌，然后揉成直径为7～12mm的芯层圆球，自然养护1天；
(4)将配比好的壳层粉料加氢氧化钠水溶液混合搅拌，水灰比为0.3，形成料浆；
(5)将步骤(3)得到的具有一定强度的芯层圆球放入装有壳层浆料的成球托盘中，启动成球托盘摇晃，摇晃120s的时间，通过滚球方法使壳层料浆包裹在芯球表面，形成包裹结构的陶粒；
(6)将步骤(5)包裹好的陶粒从壳层浆料中取出，放在一个正在摇晃的成球盘中，撒上薄薄的一层粉煤灰摇晃45～60s，使其表面略微凝固，不会自然流动；
(7)自然养护，形成产品。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，以干料计，芯层质量百分比为70-80wt％，壳层质量百分比为20-30wt％。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述水泥优选采用425#或525#水泥。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，芯层料球直径为7-12mm，壳层厚度为2-3mm，免烧碱渣陶粒粒径为9-15mm。
5.按照权利要求1-4的任一项方法制备得到的免烧碱渣陶粒。
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