CN112897915A - 一种核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的制备方法，属于混凝土材料技术领域。所述陶砂分为芯核和壳层两部分；按质量百分比，芯核成分配比为：粉煤灰25～35wt％、电石渣65～75wt％；壳层成分配比为：赤泥35～41wt％、粉煤灰31～34wt％、粘土10～13wt％、石英粉15～25wt％；通过在成球盘中将原料与水混合制备芯核直径2.5‑3mm,整体外直径5‑6mm的核壳陶砂；将核壳陶砂烘干后放入高温炉中烧结；烧结制度为：自室温升至200℃，在200℃保温2h，再从200℃升温至1200℃，在1200℃保温30min，随炉冷却。所述氯离子结合陶粒的氯离子结合量为22.9‑25mg/g。以该陶砂配制混凝土，可望解决混凝土中氯离子存在导致的钢筋锈蚀问题，延长钢筋混凝土耐久性。

Description

一种核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的制备方法

技术领域：

发明属于混凝土材料技术领域，解决混凝土氯离子结合龄期稳定性问题，涉及混凝土人造骨料制备技术。

背景技术：

根据众多公开资料，氯离子是导致钢筋混凝土钢筋锈蚀的重要原因之一。混凝土胶凝材料的水化产物对混凝土中的氯离子结合具有降低混凝土氯离子扩散系数和降低钢筋周围的氯离子浓度的作用从效果上来看具有延缓钢筋锈蚀，保护钢筋混凝土的作用。混凝土胶凝材料水化产物对氯离子的结合主要有两种机理-物理结合和化学结合。物理结合的能力和C-S-H凝胶含量和Ca/Si呈正相关关系，而化学结合和AFm与氯离子结合形成F盐有关。现有的文献报道结果表明，混凝土的氯离子结合主要和F盐的形成有关，因而，采用活性氧化铝含量较高的原料掺入混凝土胶凝体系对提高混凝土的氯离子结合具有促进作用。但从文献的资料以及申请者的研究结果来看，无论是添加何种掺合料的混凝土，上述措施只是在较短龄期譬如28d、56d时增加混凝土氯离子结合的效果，混凝土的氯离子结合量随龄期的延长而下降。其原因在于，龄期延长导致混凝土胶凝材料水化产物中氢氧化钙的消耗，使混凝土水化产物C-S-H的Ca/Si下降并导致pH值下降而促使F盐分解。因而，混凝土胶凝材料中较多的氢氧化钙比重，也就是Ca/Si和Ca/Al比较高时有利于其维持较好的氯离子结合能力。但作为工程材料而言，添加较多的氢氧化钙会带来降低混凝土强度的作用。

为解决这个矛盾，以提高混凝土氯离子结合量和维持长龄期混凝土氯离子结合能力为目标，申请人提出了将氯离子结合量高的体系和水泥浆隔离的核壳结构细骨料结构，其基本特征是以多孔烧制壳层结构包裹活性氧化钙含量较高的氯离子结合体系。这个结构一方面可以通过多孔结构在混凝土中吸收氯离子而保持结合状态长期稳定，另一方面，骨料壳层结构可为混凝土提供较好强度支撑。

本发明的特征在于，为利用高铝粉煤灰中较高的氧化铝含量，将其和以氢氧化钙为主要组成的电石渣配合，制成细骨料芯部，然后以粉煤灰、赤泥、粘土、石英粉制成混合粉料，对核心进行包裹，通过高温烧制，形成核壳结构氯离子结合细骨料。由于配方中使用大量的固体废弃物，因而固体废弃物资源化的非典型特征。

发明内容

基于上述，本发明提供一种氯离子结合水化产物独立于水泥浆之外的工艺措施，其本质特征是保护活性氧化铝高的原料和氢氧化钙反应形成的氯离子结合水化产物能够独立于水泥浆而长期稳定存在。

其基本技术特点是：一种核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂，分为芯核和壳层两部分。芯部为功能组成，遇水可自行水化形成具有氯离子结合能力的产物，壳部主要起将芯部氯离子结合功能水化产物和它所处水泥浆隔离的作用。各部分原料组成如下：

芯核混合料配合比为：粉煤灰25～35wt％、电石渣65～75wt％，各组分用量之和为100％。

壳层混合料配合比为：赤泥35～41wt％、粉煤灰31～34wt％、粘土10～13wt％、石英粉15～25wt％，各组分用量之和为100％。

包括以下步骤：

1)将粉煤灰与电石渣粉磨过200目筛，以重量百分比计算各组成成分如下进行拌合均匀：

粉煤灰 25～35wt％

电石渣 65～75wt％

上述各组分用量之和为100％。

2)将赤泥，粉煤灰，粘土，石英粉粉磨过200目筛，以重量百分比计算各组成成分如下进行拌合均匀：

上述各组分用量之和为100％。

3)将步骤1)所得到的混匀粉体至于成球盘中，通过雾化器将去离子水雾化加入成球盘中使粉体成球，控制芯料成球直径在2.5-3mm。

4)将步骤3)所制得的芯料球过筛，选取2.5-3mm直径的芯料球备用

5)将步骤4)所制得芯料球继续加入成球盘中，将去离子水通过雾化器雾化后与步骤2中所得壳料粉体交替加入加入成球盘中。控制成球直径在5-6mm。

6)将步骤5)所制料球过筛选取5-6mm料球备用。

7)将步骤6)所得料球放入105℃干燥箱中进行3小时干燥后取出干燥箱。

8)将步骤7)所得料球放入烧结炉中以以下程序进行烧结形成陶砂。

预热阶段：以5-10℃/min的升温速率自室温升至200℃，并在200℃停留1-2小时。

升温阶段：以5-20℃/min的升温速度将炉温从200℃升至1150～1200℃条件下保温20-30min。

降温阶段：随炉温自然冷却至室温取出即为氯离子结合陶砂。

取10克陶砂浸泡于100mL,0.5mol/L的氯离子溶液中浸泡七天测定陶砂氯离子结合性能。所述氯离子结合陶粒的氯离子结合量为22.9-25mg/g。

所述的步骤1)和步骤2)中，粉煤灰中Al₂O₃百分含量高于30％。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：本发明提供一种废弃物循环利用制备氯离子结合陶砂的方法，实现了固体废弃物粉煤灰，电石渣，赤泥等的资源化利用，为该类固废提供一种应用的新思路。特别的，通过本发明制造的陶砂芯部具有较强氯离子结合性能，壳部具有较好的强度和较低的密度，易于吸附环境中的氯离子并使其通过壳层进入内部被结合固定。通过本发明生产的陶砂由于其性能，可广泛用于建筑，桥梁，海砂资源化利用等领域。

附图说明：

图1为陶粒制备流程图。

图2为陶粒结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达预定目的所采用的技术手段及功效，下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于此。各实施例中所用物料配合比见表1

表1为各实施例中所用物料配合比

实施例1：

本实施例中混合料配合比数据如上表1所示。陶砂性能测试结果见表2，陶砂结构示意见图2.现结合陶砂制备工艺流程图1阐述本发明所述的核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的工艺过程如下：

陶砂芯核混合料配合比为：粉煤灰26wt％、电石渣74wt％，各组分用量之和为100％。

陶砂壳层混合料配合比为：赤泥39.7wt％、粉煤灰33.1wt％、粘土10.7wt％、石英粉16.5wt，各组分用量之和为100％。

1)将粉煤灰，电石渣分别粉磨过200目筛，取粉煤灰56g，电石渣144g至于混料机中充分混匀作为芯料待用。

2)将赤泥，石英粉，粘土，粉煤灰分别粉磨过200目筛，取赤泥1200克，粉煤灰1000克，粘土324克，石英粉500克至于混料机中充分混匀作为壳料待用。

3)取芯料混合物置于成球盘中，将去离子水以雾化器雾化间断加入成球盘中，控制芯料成球。

4)将制得芯料球过筛，取2.5-3mm直径区间的芯料球。

5)取2.5-3mm直径区间的芯料球继续放入成球盘中，将去离子水以雾化器雾化与壳料交替加入成球盘中，形成核壳结构料球。

6)将所得核壳结构料球过筛选取5-6mm直径尺寸的料球。

7)选取5-6mm直径尺寸的料球放入105摄氏度干燥箱干燥3小时。

8)取干燥后的料球至于烧结炉中按如下程序烧结。

预热阶段：以10℃/min的升温速率自室温升至200℃，并在200℃停留2小时。

升温阶段：以10℃/min的升温速度将炉温从200℃升至1200℃条件下保温30min。

降温阶段：随炉温自然冷却至室温。

将冷却后的陶砂从烧结炉中取出即为氯离子结合陶砂。

参照GB/T1743.1-2010《轻集料及其试验方法》规定的方法测定陶砂的吸水率和堆积密度，结果如表2所示。

取10克陶砂浸泡于100mL,0.5mol/L的氯离子溶液中浸泡七天测定陶砂氯离子结合性能，结果如表2所示。

所述的步骤1)和步骤2)中，粉煤灰中Al₂O₃百分含量高于30％。

实施例2：

本实施例中混合料配合比数据如上表1所示。陶砂性能测试结果见表2，陶砂结构示意见图2.现结合陶砂制备工艺流程图1阐述本发明所述的核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的工艺过程如下：

陶砂芯核混合料配合比为：粉煤灰30wt％、电石渣70wt％，各组分用量之和为100％。

陶砂壳层混合料配合比为：赤泥39.7wt％、粉煤灰33.1wt％、粘土10.7wt％、石英粉16.5wt％，各组分用量之和为100％。

1)将粉煤灰，电石渣分别粉磨过200目筛，取粉煤灰60g，电石渣140g至于混料机中充分混匀作为芯料待用。

2)将赤泥，石英粉，粘土，粉煤灰分别粉磨过200目筛，取赤泥1200克，粉煤灰1000克，粘土324克，石英粉500克至于混料机中充分混匀作为壳料待用。

3)取芯料混合物置于成球盘中，将去离子水以雾化器雾化间断加入成球盘中，控制芯料成球待用。

4)将制得芯料球过筛，取2.5-3mm直径区间的芯料球待用。

5)取2.5-3mm直径区间的芯料球继续放入成球盘中，将去离子水以雾化器雾化与壳料交替加入成球盘中，形成核壳结构料球。

6)将所得核壳结构料球过筛选取5-6mm直径尺寸的料球。

7)选取5-6mm直径尺寸的料球放入105摄氏度干燥箱干燥3小时。

8)取干燥后的料球至于烧结炉中按如下程序烧结。

预热阶段：以10℃/min的升温速率自室温升至200℃，并在200℃停留1小时。

升温阶段：以10℃/min的升温速度将炉温从200℃升至1150℃条件下保温25min。

降温阶段：随炉温自然冷却至室温。

将冷却后的陶砂从烧结炉中取出即为氯离子结合陶砂。

参照GB/T1743.1-2010《轻集料及其试验方法》规定的方法测定陶砂的吸水率和堆积密度，结果如表2所示。

取10克陶砂浸泡于100mL,0.5mol/L的氯离子溶液中浸泡七天测定陶砂氯离子结合性能，结果如表2所示。

所述的步骤1)和步骤2)中，粉煤灰中Al₂O₃百分含量高于30％。

实施例3：

本实施例中混合料配合比数据如上表1所示。陶砂性能测试结果见表2，陶砂结构示意见图2.现结合陶砂制备工艺流程图1阐述本发明所述的核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的工艺过程如下：

陶砂芯核混合料配合比为：粉煤灰27.5wt％、电石渣72.5wt％，各组分用量之和为100％。

陶砂壳层混合料配合比为：赤泥35.09wt％、粉煤灰31.58wt％、粘土12.28wt％、石英粉21.05wt％，各组分用量之和为100％。

1)将粉煤灰，电石渣分别粉磨过200目筛，取粉煤灰55g，电石渣145g至于混料机中充分混匀作为芯料待用。

2)将赤泥，石英粉，粘土，粉煤灰分别粉磨过200目筛，取赤泥1000克，粉煤灰900克，粘土350克，石英粉600克至于混料机中充分混匀作为壳料待用。

3)取芯料混合物置于成球盘中，将去离子水以雾化器雾化间断加入成球盘中，控制芯料成球待用。

4)将制得芯料球过筛，取2.5-3mm直径区间的芯料球待用。

5)取2.5-3mm直径区间的芯料球继续放入成球盘中，将去离子水以雾化器雾化与壳料交替加入成球盘中，形成核壳结构料球。

6)将所得核壳结构料球过筛选取5-6mm直径尺寸的料球。

7)选取5-6mm直径尺寸的料球放入105摄氏度干燥箱干燥3小时。

8)取干燥后的料球至于烧结炉中按如下程序烧结。

预热阶段：以10℃/min的升温速率自室温升至200℃，并在200℃停留1小时。

升温阶段：以10℃/min的升温速度将炉温从200℃升至1200℃条件下保温30min。

降温阶段：随炉温自然冷却至室温。

将冷却后的陶砂从烧结炉中取出即为氯离子结合陶砂。

参照GB/T1743.1-2010《轻集料及其试验方法》规定的方法测定陶砂的吸水率和堆积密度，结果如表2所示。

取10克陶砂浸泡于100mL,0.5mol/L的氯离子溶液中浸泡七天测定陶砂氯离子结合性能，结果如表2所示。

所述的步骤1)和步骤2)中，粉煤灰中Al₂O₃百分含量高于30％。

表2陶砂性能测试结果表

Claims (2)

1.一种核壳结构高铝粉煤灰氯离子结合陶砂的制备方法，所述陶砂分为芯核和壳层两部分；其特征在于：

芯核混合料配合比为：粉煤灰25～35wt％、电石渣65～75wt％，各组分用量之和为100％；

壳层混合料配合比为：赤泥35～41wt％、粉煤灰31～34wt％、粘土10～13wt％、石英粉15～25wt％，各组分用量之和为100％；

包括以下步骤：

1)将粉煤灰与电石渣粉磨过200目筛，以重量百分比计算各组成成分如下进行拌合均匀：

粉煤灰 25～35wt％

电石渣 65～75wt％

上述各组分用量之和为100％；

2)将赤泥，粉煤灰，粘土，石英粉粉磨过200目筛，以重量百分比计算各组成成分如下进行拌合均匀：

上述各组分用量之和为100％；

3)将步骤1)所得到的混匀粉体至于成球盘中，通过雾化器将去离子水雾化加入成球盘中使粉体成球，控制芯料成球直径在2.5-3mm；

4)将步骤3)所制得的芯料球过筛，选取2.5-3mm直径的芯料球备用

5)将步骤4)所制得芯料球继续加入成球盘中，将去离子水通过雾化器雾化后与步骤2中所得壳料粉体交替加入加入成球盘中；控制成球直径在5-6mm；

6)将步骤5)所制料球过筛选取5-6mm料球备用；

7)将步骤6)所得料球放入105℃干燥箱中进行3小时干燥后取出干燥箱；

8)将步骤7)所得料球放入烧结炉中以以下程序进行烧结形成陶砂；

预热阶段：以5-10℃/min的升温速率自室温升至200℃，并在200℃停留1-2小时；

升温阶段：以5-20℃/min的升温速度将炉温从200℃升至1150～1200℃条件下保温20-30min；

降温阶段：随炉温自然冷却至室温取出即为氯离子结合陶砂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

取陶砂浸泡于0.5mol/L的氯离子溶液中浸泡七天测定陶砂氯离子结合性能。

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