CN114380551A - 人造免烧实芯陶粒、陶粒混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人造免烧实芯陶粒、陶粒混凝土及其制备方法。该人造免烧实芯陶粒由铸造工业废灰料、水泥、玻璃纤维和水等物料制备而成，可以取代混凝土中的小石骨料应用在混凝土中，不会影响混凝土强度，在一定程度上还能提高混凝土的强度。

Description

人造免烧实芯陶粒、陶粒混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种人造免烧实芯陶粒、陶粒混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是目前应用最广泛的建筑材料，具体是一种由胶凝材料将骨料胶结成为一个整体的工程***材料。由于混凝土材料具有制备容易、施工简单、成本低廉和用途广泛等优势，被广泛地应用于道路、桥梁和各种建筑物中。

传统混凝土主要由水泥、粉料、粗骨料、小石骨料、水和外加剂等物质搅拌混合后制备而成。小石骨料是经过人工破碎天然矿石制得。混凝土的用量比较大，对小石骨料的需求量也比较大。但是，天然矿石属于自然资源，管控严重，导致混凝土用小石骨料供应较为紧张。

申请号为CN201510475964.6的中国发明专利利用长石粉末与粘土进行混合煅烧后形成25mm以下的颗粒物，直接取代部分小石骨料应用在混凝土中。但是，该技术中采用长石粉末需要碾磨，后期制备骨料时还需要进行煅烧，同时开采长石破坏了自然资源，煅烧过程也需要消耗大量的能源，因此总体来讲该技术路线属于重污染大能耗的工艺过程，与当前的环保政策相悖。

申请号为CN201911393842.7的中国发明专利公开利用废弃的混凝土块制备混凝土技术中，将废弃的混凝土块进行冲洗、破碎、金属分离和表面处理等诸多处理后正式使用，该材料主要取代碎石作粗骨料使用，所得混凝土虽然综合性能优良。但是，废弃的混凝土块需要经过繁琐的处理过程才能投入使用，且该处理过程过于繁琐，还涉及到污水处理、酸洗等环节。因此，该专利技术在重新利用废弃混凝土的同时又会引起二次污染。

公开号为CN109928684A的中国发明专利公开了一种混凝土及其制备工艺，该专利技术指明：为了克服再生骨料的缺陷，需要将再生骨料置于酸液中浸泡、预处理填缝等操作过程，经过改性后的再生骨料才能直接进入混凝土使用。显然，该专利技术路线中对再生骨料的处理过程比较麻烦，同时还需要对产生的污水进一步处理。

因此，亟待开发工艺路线更为环保的新型混凝土用小石骨料替代材料。

发明内容

基于此，有必要提供人造免烧实芯陶粒、陶粒混凝土及其制备方法，利用铸造工业废灰料等物料直接制成人造免烧实芯陶粒，能够替代小石骨料用于混凝土制备，工艺路线更为环保。

铸造行业里面的铸造除尘灰以及废砂再生除尘灰，属于行业的固废，主要由石英粉、金属粉末、煤粉等物质构成。行业内部无法有效处理而被强行弃置，该种固废的长期堆放，对空气和水土造成了严重污染，还长期占用了大部分土地资源，造成浪费。因此，有必要研究如何合理有效的利用铸造废灰以及再生砂除尘灰，实现变废为宝。本发明提供一种利用铸造废灰或者废砂再生除尘灰制备成陶粒，并用陶粒取代碎石作为骨料应用在混凝土中的技术。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种人造免烧实芯陶粒，主要由如下重量份的原料经造粒、养护制备而成：铸造工业废灰料50～60份，水泥20～30份，玻璃纤维2～5份，水20～25份，以及外加剂0～6份；其中，所述铸造工业废灰料选自铸造废灰或者铸造废砂再生除尘灰。

在其中一些实施例中，所述外加剂选自重量比为(1～5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)的VAE胶粉、减水剂和早强剂。

在其中一些实施例中，所述人造免烧实芯陶粒的制备工艺，包括如下步骤：将水、外加剂置于液体搅拌设备，持续搅拌混合，得第一混合物料；再将铸造工业废灰料、水泥、玻璃纤维加入到第一混合物料中，继续搅拌，得半湿料；将所述半湿料转入盘式造粒设备造粒，制备粒径5～20mm的料球；对所述料球进行养护，得到陶粒成品。

在其中一些实施例中，所述人造免烧实芯陶粒的粒径5～20mm，含水率3～5％。

本发明还提供上述所述的人造免烧实芯陶粒在替代小石骨料制备混凝土中的应用，优选替代10％～100％小石骨料制备混凝土。

本发明还提供一种陶粒混凝土，其为采用上述所述的人造免烧实芯陶粒替代小石骨料制备的混凝土。

所述陶粒混凝土为C30及C30以下标号的混凝土。优选地，C30陶粒混凝土的坍落度为210～230mm，28D强度达32～45Mpa，扩展度为450mm*450mm～650mm*650mm。

在其中一些实施例中，所述的陶粒混凝土主要由如下重量份的原料制备而成：上述人造免烧实芯陶粒(5～20mm)5～30份，水泥5～10份，粉煤灰1～5份，水2～5份，减水剂0.2～0.3份，中石(粒径20～35mm)10～35份，河砂5～15份以及机制砂10～20份。

本发明还提供陶粒混凝土的制备方法，包括如下步骤：将人造免烧实芯陶粒、中石、河砂、机制砂进入搅拌设备进行搅拌，得第一混合物料；向所述第一混合物料中加入水泥和粉煤灰，搅拌，得第二混合物料；在持续搅拌条件下，将水和减水剂混合后分多次加入到所述第二混合物料中，即得。

在其中一些实施例中，将水和减水剂混合后分3次加入到所述第二混合物料中。

在其中一些实施例中，各步骤中搅拌速度均控制在200～500R/min。

本发明的有益效果是：

(1)与现有技术相比，本发明实现利用铸造工业废灰料、水泥和玻璃纤维制备能够替代小石骨料用于混凝土制备的人造免烧实芯陶粒，粒径可以控制在5～20mm范围，吸水率可控制在3～5％。本发明的人造免烧实芯陶粒粒型圆整，作为骨料使用时，无天然碎石的尖角等对基体产生内应力导致强度降低的情况，且圆形结构也能增加陶粒混凝土的流动性，尤其在泵送施工的同时，能够提高泵送效率。陶粒混凝土中的人造免烧实芯陶粒主要取代小石骨料，在取代碎石的同时不会对混凝土中的粒度级配造成过多的影响。采用人造免烧实芯陶粒本身且未对中石骨料进行替换的方式，不仅不会对混凝土强度带来损伤，引起粒型圆整还能在一定程度上提高混凝土的强度。陶粒保证一定的含水率时，能确保在混制混凝土过程中不会产生陶粒吸收混凝土中水份的情况，不影响陶粒混凝土的性能。

(2)本发明的人造免烧实芯陶粒主要利用水泥的胶凝作用将铸造废灰或者废砂再生除尘灰粘接成整体，添加的玻璃纤维则成为陶粒内部的骨架，起到增强增韧的作用。陶粒本身经过水泥的胶凝效果粘接成型，遇水不溶，在使用过程中不会出现水溶性的重金属离子等污染环境。陶粒制备过程中其原料有水泥，混凝土中陶粒和水泥具有天然的亲和力，能让浆料与陶粒很好的包覆在一起。本发明的人造免烧实芯陶粒制备工艺过程比较环保，实现了固废的循环再利用，有利于环境保护。本发明的人造免烧实芯陶粒的表面呈现凹凸不平，能保证混凝土成型后陶粒与混凝土基体的结合完整。

(3)本发明的人造免烧实芯陶粒利用造厂或者废砂再生厂家的固废，生产过程不会涉及到碎石开采的自然环境和资源的破坏，基本不需要增加成本。通过简易的人工造粒、养护工艺后即可使用，其成本相对天然石子要低很多。同时，人造免烧实芯陶粒质地较轻，同等体积条件下重量较轻，在运输过程中能减少能耗。陶粒混凝土的综合使用成本相对常规混凝土要低，因此其具有良好的经济效益。

(4)本发明所提供的陶粒混凝土性能优良，坍落度为210～230mm，28D强度达32～45Mpa，扩展度为450mm*450mm～650mm*650mm，其坍落度、扩展度与同规格的常规混凝土相差不大，其抗压强度要优于常规混凝土。

(5)相对常规混凝土而言，由于陶粒重量相对较轻，混凝土的容重要轻，浇筑好的混凝土结构件重量要轻，地基承受的压力也要小的多。陶粒混凝土在满足实际工况使用需求的前提下，还能提高混凝土结构的承载性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。

以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例所采用的具体物料说明：

铸造废灰：铸造行业里面的铸造除尘灰以及废砂再生除尘灰，属于行业的固废，主要由石英粉、金属粉末、煤粉等物质构成。

水泥：425水泥。玻璃纤维：2～5mm玻璃纤维。

减水剂：J85型减水剂。早强剂：氯化钙。

其余原料均为常规市售。

实施例1

本实施例提供一种人造免烧实芯陶粒，其原料组成见下表：

原料名称	用量(份)
		铸造废灰	52
水泥	28
		玻璃纤维	3.5
VAE胶粉	1.8
		减水剂	0.24
早强剂	0.32
		水	24.8

本实施例的人造免烧实芯陶粒的制备方法，包括如下步骤：

S1，按上表配方量，将水、VAE胶粉、减水剂和早强剂置于液体搅拌机内，在20～50R/min转速下搅拌15min制得混合溶液，随后在2～5R/min转速下持续搅拌备用。

S2，按上表配方量，将铸造工业废灰料、水泥和玻璃纤维置于固体搅拌机内，在100～150R/min转速下搅拌5min，随后按比例加入步骤S1中的混合溶液并在200～300R/min转速下搅拌5min，得到半湿料。

S3，将步骤S2中的半湿料加入到盘式造粒机中，工作倾角30～45°，造粒得到5～20mm的料球，并在常温常压、70～150％HR的湿度下养护7～14天，即得人造免烧实芯陶粒。

实施例2

本实施例提供一种人造免烧实芯陶粒其原料组成见下表：

本实施例的人造免烧实芯陶粒的制备方法与实施例1基本相同。

实施例3

本实施例提供一种陶粒混凝土，其原料组成见下表：

原料名称	用量(份)
		水泥	7.8
粉煤灰	3.2
		水	4
减水剂	0.24
		实施例1制备的人造免烧实芯陶粒(5～20mm)	24
中石骨料(20～35mm)	32
		河砂	9
机制砂	17.5

本实施例陶粒混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1，按照上表用量，分别称取实施例1制备的人造免烧实芯陶粒(5-20mm)、中石骨料、河砂和机制砂加入到搅拌设备，在100～200R/min转速下搅拌2～5min，得第一混合料。

S2，按照上表用量，将水泥和粉煤灰加入到步骤S1的第一混合料中，在100～200R/min转速下搅拌2～5min，得到第二混合料。

S3，按照上表用量，将水、减水剂混合后，分多次加入骨料粉料混合料中。一边加液体料一边搅拌，搅拌速度200～500R/min，搅拌时间15～30min。其中，液体料分三次平均加入，分别在搅拌开始后0min执行一次加入，5min执行二次加入，15min执行三次加入，制备得到陶粒混凝土成品。

制得的成品混凝土装入罐车中，罐车在运输过程中保持5～10R/min的频率进行转动，成品陶粒混凝土在罐车中保存时间不得超过4h，4h内必须使用，否则作废处理。

实施例4

本实施例提供一种陶粒混凝土，其原料组成见下表：

原料名称	用量(份)
		水泥	9
粉煤灰	1.8
		水	3.6
减水剂	0.27
		实施例2制备的人造免烧实芯陶粒(5～20mm)	18
中石骨料(20～35mm)	22
		河砂	12
机制砂	16

本实施例陶粒混凝土的制备方法与实施例1基本相同。

实施例5

本实施例提供一种陶粒混凝土，其原料组成见下表：

本实施例陶粒混凝土的制备方法与实施例1基本相同。

实施例3～实施例5的陶粒混凝土汇总表

分别对实施例3～5所制备的陶粒混凝土和常规混凝土的性能进行检测。使用标准坍落度仪检测坍落度，采用100mm*100mm*100mm三联模测试7D抗压强度，采用150mm*150mm*150mm单模测试28D抗压强度(抗压试块在恒温恒湿条件下进行养护后再进行检测)。

相关测试结果见下表：

混凝土的性能测试结果统计表

另外，需要说明的是，在本发明的具体实施方式中，人造免烧实芯陶粒需要由如下重量份的原料经造粒、养护制备而成：铸造工业废灰料50～60份，水泥20～30份，玻璃纤维2～5份，水20～25份，以及外加剂0～6份；其中，铸造工业废灰料选自铸造废灰或者铸造废砂再生除尘灰。该人造免烧实芯陶粒的技术构思在于利用水泥、铸造工业废灰料、玻璃纤维以及水等物料胶凝成型，遇水不溶，在使用过程中不会出现水溶性的重金属离子等污染环境，实现了固废的循环再利用，有利于环境保护。且人造免烧实芯陶粒表面呈现凹凸不平，能保证混凝土成型后陶粒与混凝土基体的结合完整。

人造免烧实芯陶粒属于人工造粒，其本身具有一定吸水性，在实际使用时需要保证其具有一定的含水率，要求含水率控制在3～5％范围，能确保在混制混凝土过程中不会产生陶粒吸收混凝土中水份的情况。

陶粒混凝土在制备过程中要严格按照骨料混制、粉料混制、液体料混制的顺序进行，按照此顺序可防止材料在混制过程中出现物料分层缺陷，保证陶粒混凝土的均匀一致性。

陶粒混凝土浇铸完成后，需保证其在20～30℃和95％RH湿度条件下进行养护，对浇筑好的混凝土件在养护时需要进行喷淋加湿处理，必须保证水是雾化状态，不能将水直接浇淋在混凝土件上。人造免烧实芯陶粒质地相对天然石材骨料要轻，在混制混凝土时容易出现人造免烧实芯陶粒漂浮，因此陶粒混凝土的配方中水泥浆量适当减少，防止陶粒漂浮。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人造免烧实芯陶粒，其特征在于，主要由如下重量份的原料经造粒、养护制备而成：

其中，所述铸造工业废灰料选自铸造废灰或者铸造废砂再生除尘灰。

2.根据权利要求1所述的人造免烧实芯陶粒，其特征在于，所述外加剂选自重量比为(1～5):(0.1～0.5):(0.1～0.5)的VAE胶粉、减水剂和早强剂。

3.根据权利要求1或2所述的人造免烧实芯陶粒，其特征在于，所述人造免烧实芯陶粒的制备工艺，包括如下步骤：

将水、外加剂置于液体搅拌设备，持续搅拌混合，得混合物料；

再将铸造工业废灰料、水泥、玻璃纤维加入到混合物料中，继续搅拌，得半湿料；

将所述半湿料转入盘式造粒设备造粒，制备粒径5～20mm的料球；

对所述料球进行养护，得到陶粒成品。

4.根据权利要求3所述的人造免烧实芯陶粒，其特征在于，所述人造免烧实芯陶粒的粒径5～20mm，含水率3～5％。

5.权利要求1至4任一项所述的人造免烧实芯陶粒在替代小石骨料制备混凝土中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的人造免烧实芯陶粒替代10％～100％小石骨料制备混凝土。

7.一种陶粒混凝土，其特征在于，其为采用权利要求1至4任一项所述的人造免烧实芯陶粒替代小石骨料制备而成的混凝土。

8.根据权利要求7所述的陶粒混凝土，其特征在于，所述陶粒混凝土的坍落度为210～230mm，28D强度达32～45Mpa，扩展度为450mm*450mm～650mm*650mm。

9.根据权利要求7或8所述的陶粒混凝土，其特征在于，主要由如下重量份的原料制备而成：权利要求1至4任一项的人造免烧实芯陶粒(5～20mm)5～30份，水泥5～10份，粉煤灰1～5份，水2～5份，减水剂0.2～0.3份，中石(粒径20～35mm)10～35份，河砂5～15份以及机制砂10～20份。

10.权利要求9所述的陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将权利要求1至4任一项所述的人造免烧实芯陶粒、中石、河砂、机制砂进入搅拌设备进行搅拌，得第一混合物料；

向所述第一混合物料中加入水泥和粉煤灰，搅拌，得第二混合物料；

在持续搅拌条件下，将水和减水剂混合后分多次加入到所述第二混合物料中，即得。