CN107445556B - 一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉陶粒60～75%，水泥10～25%，粉煤灰6～20%，减水剂0.1～0.5%和水7～8%；其中，所述花岗岩废石粉陶粒的粒径为10～20mm，由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉50～80%，陶土尾矿4～15%，废瓷粉10～20%，粘土5～10%，煤粉1～5%。本发明使用了大量花岗岩废石粉陶粒代替天然骨料，花岗岩废石粉陶粒表面质硬，内部呈细密蜂窝状微孔，具有密度小、热导率低、强度高及透水性好的特点。同时经高温烧结的陶粒防火性能优异，且与混凝土的相容性好，能够显著提高透水混凝土的性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，针对我国出现城市内涝、非点源污染的现象，“海绵城市”建设理念应运而生，即希望我们的城市能够像海绵一样，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设遵循生态优先原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。
透水混凝土通常由骨料、水泥和水拌制而成，它不含有细骨料，粗骨料表面包覆一层水泥浆相互粘结成空穴均匀的蜂窝状结构，是符合“海绵城市”理念的一种重要的绿色建筑材料。目前，透水混凝土已被广泛应用于护坡、停车场、人行道、轻载道路等领域。
目前，透水混凝土的骨料大多集中在天然砂石，而天然砂石的开采对生态循环极其不利，专利CN 105272067 A公开了一种含有陶粒的轻质透水混凝土，包括拌合水、水泥、陶粒和外加剂，所述陶粒为煤矸石陶粒，利用采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物制成的陶粒代替天然骨料，减少了混凝土对于天然石的需求，但制备出的透水混凝土透水系数低且强度不足，无法满足需要。专利CN 103936346 A公开了一种页岩陶粒透水生态混凝土，包括总胶凝材料、页岩陶粒、减水剂和水，通过选用页岩陶粒与其他原料配合，使得页岩陶粒之间形成点状接触，具有较好的孔隙率， 虽然孔隙率相对较好，但强度仍然明显不足，影响了透水混凝土的推广和应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，保证具有较大孔隙率、优异透水性前提下显著提高透水混凝土的强度。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60～75%，水泥10～25%，粉煤灰6～20%，减水剂0.1～0.5%和水7～8%；其中，
所述花岗岩废石粉陶粒的粒径为10～20mm，粒型为球形，由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉50～80%，陶土尾矿4～15%，废瓷粉10～20%，粘土5～10%，煤粉1～5%。
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等矿物组成，具有不易风化、硬度高和耐磨损的特点，广泛用于建筑装饰、地面石料及雕刻用材等领域。然而，在石材加工过程产生了大量的废石粉废料，废料的大量排放和堆积严重污染了环境，同时造成资源浪费。本发明将花岗岩废料制备成陶粒，并将陶粒加以利用，代替天然资源生产透水混凝土，不仅实现了花岗岩废料的资源化综合利用，而且有利于透水混凝土的推广应用，具有显著的经济和社会效益。
本发明制备的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，不仅具有质轻、强度高、防火性能优异等特点。本发明中的花岗岩废石粉陶粒表面质硬，内部呈细密蜂窝状微孔，具有密度小、热导率低、强度高及透水性好的特点。同时经高温烧结的陶粒防火性能优异，烧结得到的陶粒的线膨胀系数与混凝土的线膨胀系数相近，使陶粒与混凝土的相容性好，制备得到的透水混凝土在热胀冷缩情况下不开裂、不变形，从而增加了强度。而且，本发明采用单一级配的花岗岩废石粉陶粒作为骨料，节约了天然骨料，球型陶粒间点状接触，使混凝土中含有大量的孔隙，同时陶粒内部呈细密蜂窝状微孔结构，使透水混凝土的孔隙率增大，透水、透气性更好，更适合海绵城市使用。
作为优选，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60～75%，水泥10～12%，粉煤灰7.9～20%，减水剂0.1～0.5%和水7.0～7.5%。
更优选的，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60%，水泥12%，粉煤灰20%，减水剂0.5%和水7.5%。
作为优选，所述花岗岩废石粉陶粒由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉80%，陶土尾矿4%，废瓷粉10%，粘土5%，煤粉1%。
作为优选，所述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
本发明还提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法，所述方法按照如下步骤进行：
S01：将按照配合比称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
作为优选，所述花岗岩废石粉陶粒的制备方法按照如下步骤进行：
S021：将原料按照重量比配料后混合均匀，然后按照预混料：球：水为1：1.2：1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛，获得混合料；
S022：将所述混合料置于造粒机中造粒，形成粒径为10～20mm的生料球；
S023：将所述生料球在300～450℃条件下预热10～15min，并在1050～1250℃焙烧10～30min，得到花岗岩废石粉陶粒。
本发明实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：
（1）本发明的原料中使用了大量花岗岩废石粉陶粒代替天然骨料，减少了对天然砂石的开采，且花岗岩废石粉陶粒不仅使用了大量的花岗岩废石粉，同时消耗了一定量的陶土尾矿及废瓷粉等固体废弃物，废弃物利用率达到90%以上，不仅解决了花岗岩废料的堆放处理问题，而且节约了天然骨料的使用，实现了资源的高附加值再生利用，具有良好的社会效益和环境效益。
（2）本发明的花岗岩废石粉陶粒经高温烧结得到，具有优异的防火性能，表面质硬，内部呈细密蜂窝状微孔，具有密度小、热导率低、强度高及透水性好的特点。且本发明中的花岗岩废石粉陶粒与混凝土的线膨胀系数接近，相容性好，使制备得到的透水混凝土不易开裂和变形，增加其强度；并且，本发明中采用的陶粒为单一级配，球型陶粒间点状接触，结合陶粒内部呈现的细密蜂窝状微孔结构，进一步增大了透水混凝土的孔隙率，透水、透气性更好，更适合海绵城市使用。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒70%，水泥16%，粉煤灰6%，减水剂0.3%和水7.7%，其中，花岗岩废石粉陶粒由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉50%，陶土尾矿15%，废瓷粉20%，粘土10%，煤粉5%。
本发明提供的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法按照如下步骤进行：
S01：将按照上述重量比例称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S021：将上述花岗岩废石粉陶粒的原料按照重量比配料后混合均匀，然后按照预混料：球：水为1：1.2：1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛，获得混合料；
S022：将所述混合料置于造粒机中造粒，形成粒径为10～20mm的生料球；
S023：将所述生料球在300℃条件下预热10min，并在1050℃焙烧10min，得到球形的花岗岩废石粉陶粒；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将上述制备的花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
本实施例制备的花岗岩废石粉陶粒，其堆积密度为450kg/m3，表观密度为850kg/m3，吸水率为10%，筒压强度为3.5MPa。本实施例制得的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，28天抗压强度为33.7MPa、透水系数(25℃)为3.8mm/s，连续孔隙率为15.8%，体积密度为1550kg/m3，25次冻融循环后抗压强度损失率为11.6%。
实施例2
本实施例提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60%，水泥25%，粉煤灰6.6%，减水剂0.4%和水8%，其中，花岗岩废石粉陶粒由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉63%，陶土尾矿10%，废瓷粉15.5%，粘土8%，煤粉3.5%。
本发明提供的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法按照如下步骤进行：
S01：将按照上述重量比例称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S021：将上述花岗岩废石粉陶粒的原料按照重量比配料后混合均匀，然后按照预混料：球：水为1：1.2：1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛，获得混合料；
S022：将所述混合料置于造粒机中造粒，形成粒径为10～20mm的生料球；
S023：将所述生料球在450℃条件下预热15min，并在1250℃焙烧30min，得到球形的花岗岩废石粉陶粒；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将上述制备的花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
本实施例制备的花岗岩废石粉陶粒，其堆积密度为550kg/m3，表观密度为1050kg/m3，吸水率为8%，筒压强度为4.8MPa。本实施例制得的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，28天抗压强度为35.1MPa，透水系数(25℃)为3.6mm/s，连续孔隙率为15.9%，体积密度为1610kg/m3，25次冻融循环后抗压强度损失率为10.2%。
实施例3
本实施例提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒75%，水泥10%，粉煤灰7.9%，减水剂0.1%和水7.0%，其中，花岗岩废石粉陶粒由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉80%，陶土尾矿4%，废瓷粉10%，粘土5%，煤粉1%。
本发明提供的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法按照如下步骤进行：
S01：将按照上述重量比例称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S021：将上述花岗岩废石粉陶粒的原料按照重量比配料后混合均匀，然后按照预混料：球：水为1：1.2：1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛，获得混合料；
S022：将所述混合料置于造粒机中造粒，形成粒径为10～20mm的生料球；
S023：将所述生料球在400℃条件下预热12min，并在1150℃焙烧20min，得到球形的花岗岩废石粉陶粒；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将上述制备的花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
本实施例制备的花岗岩废石粉陶粒，其堆积密度为650kg/m3，表观密度为1100kg/m3，吸水率为5%，筒压强度为6.0MPa。本实施例制得的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，28天抗压强度为34.9MPa，透水系数(25℃)为3.5mm/s，连续孔隙率为16.1%，体积密度为1585kg/m3，25次冻融循环后抗压强度损失率为10.7%。
实施例4
本实施例提供一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土及其制备方法，所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60%，水泥12%，粉煤灰20%，减水剂0.5%和水7.5%，其中，花岗岩废石粉陶粒由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉80%，陶土尾矿4%，废瓷粉10%，粘土5%，煤粉1%。
本发明提供的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法按照如下步骤进行：
S01：将按照上述重量比例称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S021：将上述花岗岩废石粉陶粒的原料按照重量比配料后混合均匀，然后按照预混料：球：水为1：1.2：1的比例球磨，制得球磨料，过300目标准筛，获得混合料；
S022：将所述混合料置于造粒机中造粒，形成粒径为10～20mm的生料球；
S023：将所述生料球在400℃条件下预热13min，并在1150℃焙烧20min，得到球形的花岗岩废石粉陶粒；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将上述制备的花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
本实施例制备的花岗岩废石粉陶粒，其堆积密度为650kg/m3，表观密度为1100kg/m3，吸水率为5%，筒压强度为6.0MPa。本实施例制得的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，28天抗压强度为36.5MPa，透水系数(25℃)为3.1mm/s，连续孔隙率为16.2%，体积密度为1608kg/m3，25次冻融循环后抗压强度损失率为9.9%。
本发明实施例制备的透水混凝土兼具孔隙率和强度，使透水混凝土在具有较大的孔隙率，较好的透水率的同时，具有更大的强度，适合大多数情况下使用。
花岗岩是一种深成酸性火成岩，二氧化硅含量高，主要由石英、长石和少量云母等矿物组成，具有不易风化、硬度高和耐磨损的特点，广泛用于建筑装饰、地面石料及雕刻用材等领域。然而，在石材加工过程产生了大量的废石粉废料，废料的大量排放和堆积严重污染了环境，同时造成资源浪费。本发明将花岗岩废料制备成陶粒，并将陶粒加以利用，代替天然资源生产透水混凝土，不仅实现了花岗岩废料的资源化综合利用，而且有利于透水混凝土的推广应用，具有显著的经济和社会效益。
透水混凝土特有的骨架孔隙结构，使水泥浆体对骨料的黏结面积减少，骨料间的接触点减少，混凝土内部总的黏结力和机械咬合力均有所降低。对于以普通硅酸盐水泥为胶凝材料、采用单一粒级的粗骨料，不用或少用细骨料配制的透水混凝土，内部通常含有10%左右的连通孔隙，相应的体积密度通常为1800～2500kg/m3，28天抗压强度为15～25MPa，透水系数(25℃)能够满足不小于3.0mm/s，25次冻融循环后抗压强度损失率一般大于10%。本发明中通过各原料组成与相对含量的合理搭配，使得制备的花岗岩废石粉陶粒较页岩、煤矸石陶粒等，具有更优异的轻质高强的特性，因而将其应用于透水混凝土中也使得该透水混凝土具有更高的强度。本发明中利用花岗岩废石粉陶粒制备的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，其28天抗压强度可达36.5MPa，透水系数(25℃)为3.8mm/s，连续孔隙率为16.2%，体积密度为1550kg/m3。本发明在保证优异透水性能的前提下显著提高了透水混凝土的强度，有效促进了透水混凝土的推广与应用，同时消耗了花岗岩废石粉、陶土尾矿和废瓷粉，经济效益、环境效益与社会效益显著。
现有技术中，以花岗岩废石粉为原料开展的综合利用较多，但烧结陶粒未曾见报道。现有的普通陶粒，其堆积密度一般大于700 kg/m3、表观密度大于1200 kg/m3、吸水率通常大于 6%、筒压强度层次不齐。本发明利用花岗岩废料为原料，通过各原料组成与相对含量的合理搭配，制备了性能优异的花岗岩废石粉陶粒，其堆积密度为650 kg/m3、表观密度为1100 kg/m3、吸水率为5%、筒压强度为6.0 MPa。消耗花岗岩废料的同时制备了高性能的陶瓷，环境效益、经济效益和社会效益显著。
本发明提供的透水混凝土中采用单一级配的花岗岩废石粉陶粒作为骨料，球型陶粒间点状接触，使混凝土中含有大量的孔隙，实现了混凝土的透水性。陶粒表面质硬，自身强度高，能够提高混凝土的强度；同时，陶粒内部呈细密蜂窝状微孔结构，透水、透气性好，进一步改善了混凝土的透水性。另外，陶粒与混凝土的线膨胀系数相近，热胀冷缩下不开裂、不变形，与混凝土相容性好。上述综合作用使得制备的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土具有优异的性能。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (4)
1.一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，其特征在于，由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60～75％，水泥10～25％，粉煤灰6～20％，减水剂0.1～0.5％和水7～8％；其中，
所述花岗岩废石粉陶粒的粒径为10～20mm，由以下重量分数的组分组成：花岗岩废石粉50～80％，陶土尾矿4～15％，废瓷粉10～20％，粘土5～10％，煤粉1～5％；
所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土采用单一级配的花岗岩废石粉陶粒作为骨料，球形陶粒间点状接触；所述花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，其28天抗压强度达36.5MPa，在25℃条件下的透水系数为3.8mm/s，连续孔隙率为16.2％，体积密度为1550kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，其特征在于，由以下重量分数的组分组成：
花岗岩废石粉陶粒60％，水泥12％，粉煤灰20％，减水剂0.5％和水7.5％。
3.根据权利要求2所述的一种花岗岩废石粉陶粒透水混凝土，其特征在于，
所述的水泥为普通硅酸盐水泥；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
4.一种权利要求1所述的花岗岩废石粉陶粒透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述方法按照如下步骤进行：
S01：将按照配合比称量好的水泥、粉煤灰和减水剂倒入搅拌机中搅拌均匀，得到混合干料；
S02：向所述混合干料中加入水搅拌均匀后，再将花岗岩废石粉陶粒加入并搅拌均匀，制成混合浆料；
S03：将所述混合浆料浇注成型，即得花岗岩废石粉陶粒透水混凝土。
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