專利名稱：高性能礦渣粉煤灰陶粒及其配制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料行業(yè)，具體說是采用工業(yè)廢渣中的礦渣和粉煤灰作為原料生產(chǎn)建筑材料，以及生產(chǎn)該產(chǎn)品的制備方法。
背景技術(shù)：
自1913年人造輕集料頁巖陶粒在美國問世以來，因?yàn)榭梢杂幂p集料取代普通砂石骨料，以減輕混凝土的自重和改善一系列性能，即可以解決一些國家天然砂石骨料短缺的問題，又可以廣泛應(yīng)用于大跨度橋梁、超高層建筑，因此受到世界各國普遍關(guān)注。在輕集料混凝土因輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、耐火抗震等優(yōu)良性能而得到迅速發(fā)展的同時，輕集料的生產(chǎn)與研制也越來越受到重視。
輕集料按原材料和形成方法的不同可分為三大類天然輕集料、工業(yè)廢渣輕集料和人造輕集料。
雖然經(jīng)過近百年的發(fā)展，輕集料的性能在不斷的提高，應(yīng)用技術(shù)在不斷的改進(jìn)，但在輕集料的研究和應(yīng)用中仍存在一些突出的問題急待解決。
首先，目前使用的天然輕集料普遍存在強(qiáng)度低的問題，這使得用天然輕集料配制的混凝土不能滿足承重構(gòu)件對混凝土所提出的較高強(qiáng)度要求，如使用天然浮石，混凝土的抗壓強(qiáng)度很少超過15MPa，而使用火山灰則很少超過30MPa。膨脹粘土陶粒和膨脹頁巖陶?？梢赃_(dá)到較高的抗壓強(qiáng)度，不過，只有為數(shù)有限的幾種高強(qiáng)度輕集料適用于生產(chǎn)強(qiáng)度在C40以上的混凝土，而這些輕集料的顆粒容重又往往比較高。
其次，由于輕集料具有多孔結(jié)構(gòu)，因此比普通密實(shí)骨料有更大的吸水率。較高的吸水率使輕混凝土施工過程產(chǎn)生較大的困難，是輕混凝土難以推廣的一個重要原因。吸水率影響新拌混凝土的和易性、有效水灰比以及硬化后的混凝土的一些重要性質(zhì)，如強(qiáng)度、容重和隨時間發(fā)生的變形。
如果事先對攪拌的用水量估計(jì)不足，水分很快就被骨料所吸收，所余的水分太少或幾乎沒有了，因而既不能保證水泥的良好水化，又嚴(yán)重影響攪拌和振搗的進(jìn)行。在這種情況下，只有將骨料預(yù)先預(yù)濕，這樣一來不僅增加了一道工序，還提高了施工成本。在泵送混凝土?xí)r，由于壓力的作用，混凝土中的拌合水會進(jìn)入骨料空隙，從而使混凝土變得粘稠，甚至?xí)氯艿溃瑖?yán)重影響混凝土的輸送。
吸水率大的骨料會對硬化混凝土的性質(zhì)有不利的影響。顆?？障吨泻看髸r，在混凝土干燥過程中會加大因收縮不均所引起的內(nèi)應(yīng)力。這會加大混凝土表面開裂的危險和降低混凝土的抗拉強(qiáng)度。吸入的水分也會提高混凝土的容重，降低抗凍性和抗火性，并且一定時間內(nèi)降低熱絕緣的能力。
目前，我國已能配制C30以上的輕集料混凝土，在天津、北京、上海等地，強(qiáng)度為C30的粉煤灰陶粒、粘土陶?；炷烈延糜陬A(yù)應(yīng)力空心板和屋面板的生產(chǎn)。實(shí)踐表明，天然輕集料表面多孔，顆粒強(qiáng)度較低，用它來研制C30輕集料混凝土，水泥用量高達(dá)500kg/m3左右，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理。因此只能加快人造輕集料的開發(fā)研制工作。
由此可見，開發(fā)研制高強(qiáng)度、低吸水率的高性能輕集料，是輕集料技術(shù)發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決目前輕集料普遍存在的強(qiáng)度低，導(dǎo)致所配制的輕集料混凝土強(qiáng)度低，不能滿足承重結(jié)構(gòu)所提出的高強(qiáng)度要求，以及吸水率高，從而導(dǎo)致所配制的新拌混凝土和易性差和硬化后混凝土產(chǎn)生表面開裂，抗拉強(qiáng)度降低，抗凍性和抗火性降低等重大技術(shù)問題。通過研究改進(jìn)，研發(fā)出一個以工業(yè)廢渣中的礦渣和粉煤灰作為主要原料，經(jīng)過原材料處理、配料及混合、成球、干燥、焙燒、成品處理等工序，制成高強(qiáng)度、低吸水率的高性能建筑陶粒。
本發(fā)明的技術(shù)方案是高性能礦渣粉煤灰陶粒是由原料礦渣、粉煤灰、增塑劑、水各組分構(gòu)成，其特征是a)原料各組分按質(zhì)量百分比礦渣9～27％，粉煤灰63～81％，增塑劑8～10％；水用量，按占固相質(zhì)量的百分比，即液固比計(jì)為0.30～0.35；b)粉煤灰化學(xué)組成SiO257.13～57.50％，F(xiàn)e2O36.55～6.67％，Al2O324.90～24.94％，CaO 3.84～3.90％，MgO 0.90～0.96％，(Na2O+K2O)3.15～3.20％，燒失量3.31～3.35％；礦渣化學(xué)組成SiO238.57～38.60％，F(xiàn)e2O32.29～2.35％，Al2O37.83～7.90％，CaO 42.80～42.91％，MgO 7.60～7.64％，(Na2O+K2O)0.76～0.80％；增塑劑化學(xué)組成SiO266.25～66.30％，F(xiàn)e2O34.98～5.10％，Al2O314.92～14.98％，CaO 2.50～2.55％，MgO 1.51～1.65％，(Na2O+K2O)4.55～4.65％，燒失量5.24～5.30％；c)成品陶粒的理化指標(biāo)1h吸水率1.49～1.68％，筒壓強(qiáng)度6.9～7.3MPa，顆?？箟毫?061～1193N，表觀密度1.12～1.24g/cm3，堆積密度675～692kg/m3，顆粒直徑5～15mm。
本發(fā)明的制備方法為首先將礦渣磨細(xì)后，將礦渣和粉煤灰分別過0.16mm方孔篩，然后與增塑劑混合干攪拌，再在砂漿攪拌鍋中加水進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使混合料拌合均勻，爾后將拌合好的混合料制成直徑為5～15mm左右的料球，并將這些料球在110℃溫度烘干3h55min～4h5min，再將生料球送入690～710℃的電爐中預(yù)焙燒14～16min，然后取出，再次放入1200～1250℃的高溫爐中焙燒14～16min，然后快速降至700℃，在700～400℃緩慢降溫退火28～32min，取出自然冷卻，即得成品。
在生料球放入高溫爐前首先進(jìn)行完全干燥，以防止生料球在放入已設(shè)置預(yù)熱溫度的高溫爐后產(chǎn)生炸裂現(xiàn)象。經(jīng)過完全干燥后的生料球通過采取在已預(yù)先設(shè)置預(yù)熱溫度的高溫爐中預(yù)熱的方式，減少內(nèi)部成核、內(nèi)外分層以及產(chǎn)生裂縫等不良現(xiàn)象的發(fā)生。在焙燒過程中，通過控制恒溫溫度和恒溫時間，以使陶粒內(nèi)部形成均勻細(xì)小、多成球形的氣孔，以達(dá)到陶粒的吸水率低和強(qiáng)度高的性能。在最后一步冷卻過程中，通過采用緩慢冷卻降溫，以在陶粒表面產(chǎn)生玻璃相，降低由于熱膨脹系數(shù)不同而引起的應(yīng)力及相應(yīng)產(chǎn)生的裂縫，從而進(jìn)一步降低吸水率，提高陶粒強(qiáng)度，達(dá)到高性能陶粒的性能指標(biāo)。
本發(fā)明的有益效果是采用該種陶粒作為輕集料可配制出強(qiáng)度等級達(dá)到CL40以上的高強(qiáng)度輕集料混凝土，可廣泛用于超高層建筑和大跨度橋梁等重要結(jié)構(gòu)。在配制輕集料混凝土之前，可免去輕集料預(yù)先預(yù)濕這道工序，降低施工成本?？蓽p少輕集料混凝土硬化后表面的開裂，提高輕集料混凝土的抗凍性和抗火性。大量利用工業(yè)廢渣中的粉煤灰和礦渣，配料中粉煤灰和礦渣的總摻量達(dá)90％以上，開發(fā)二次資源，減少環(huán)境污染，環(huán)境效益和社會效益顯著。


圖1，本發(fā)明的工藝流程框圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案，進(jìn)一步具體說明如下實(shí)施例1本實(shí)施例給出一種高性能礦渣粉煤灰陶粒，其原料組成按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為礦渣27％，粉煤灰63％，增塑劑10％。液固比為0.30。
粉煤灰化學(xué)組成為SiO257.13％，F(xiàn)e2O36.67％，Al2O324.94％，CaO3.84％，MgO 0.96％，(Na2O+K2O)3.15％，燒失量3.31％。
礦渣化學(xué)組成為SiO238.57％，F(xiàn)e2O32.29％，Al2O37.83％，CaO 42.91％，MgO 7.64％，(Na2O+K2O)0.76％。
增塑劑化學(xué)組成為SiO266.25％，F(xiàn)e2O34.98％，Al2O314.92％，CaO2.55％，MgO 1.51％，(Na2O+K2O)4.55％，燒失量5.24％。
本發(fā)明的配備方法為將礦渣磨細(xì)，再與粉煤灰分別過0.16mm的方孔篩，然后與增塑劑混合干攪拌，再在砂漿攪拌鍋中加水進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使混合料拌合均勻，爾后將拌合好的混合料制成直徑為5～15mm左右的料球，并將這些料球在110℃溫度烘干4h，再進(jìn)入700℃預(yù)焙燒15min，之后再進(jìn)入1250℃高溫焙燒15min，然后快速降溫至700℃，在700～400℃緩慢降溫退火32min，取出自然冷卻，即得成品。
所得陶粒的理化指標(biāo)為1h吸水率1.68％，筒壓強(qiáng)度7.3MPa，顆?？箟毫?175N，表觀密度1.24g/cm3，堆積密度692kg/m3，顆粒直徑5～15mm。
實(shí)施例2本實(shí)施例的原料組成按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為礦渣22％，粉煤灰70％，增塑劑8％。液固比為0.35。
粉煤灰化學(xué)組成SiO257.50％，F(xiàn)e2O36.55％，Al2O324.90％，CaO 3.90％，MgO 0.90％，(Na2O+K2O)3.20％，燒失量3.35％。
礦渣化學(xué)組成SiO238.60％，F(xiàn)e2O32.35％，Al2O37.90％，CaO 42.80％，MgO 7.60％，(Na2O+K2O)0.80％。
增塑劑化學(xué)組成SiO266.30％，F(xiàn)e2O35.10％，Al2O314.98％，CaO 2.50％，MgO 1.65％，(Na2O+K2O)4.65％，燒失量5.30％。
本發(fā)明的配備方法為將礦渣磨細(xì)，再與粉煤灰分別過0.16mm的方孔篩，然后與增塑劑混合干攪拌，再在砂漿攪拌鍋中加水進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使混合料拌合均勻，爾后將拌合好的混合料制成直徑為5～15mm左右的料球，并將這些料球在110℃溫度烘干4h5min，再進(jìn)入710℃預(yù)焙燒16min，之后進(jìn)入1230℃高溫焙燒16min，然后快速降溫至700℃，在700～400℃緩慢降溫退火28min，取出自然冷卻，即生產(chǎn)出成品。
所得陶粒的理化指標(biāo)為1h吸水率1.64％，筒壓強(qiáng)度7.1MPa，顆?？箟毫?061N，表觀密度1.20g/cm3，堆積密度680kg/m3，顆粒直徑5～15mm。
實(shí)施例3本實(shí)施例的原料組成按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為礦渣9％，粉煤灰81％，增塑劑10％。液固比為0.30。
粉煤灰化學(xué)組成SiO257.30％，F(xiàn)e2O36.60％，Al2O324.92％，CaO 3.88％，MgO 0.93％，(Na2O+K2O)3.18％，燒失量3.33％。
礦渣化學(xué)組成SiO238.58％，F(xiàn)e2O32.30％，Al2O37.85％，CaO 42.85％，MgO 7.62％，(Na2O+K2O)0.78％。
增塑劑化學(xué)組成SiO266.28％，F(xiàn)e2O35.05％，Al2O314.96％，CaO 2.53％，MgO 1.55％，(Na2O+K2O)4.60％，燒失量5.28％。
本發(fā)明的配備方法為將礦渣磨細(xì)，再與粉煤灰分別過0.16mm的方孔篩，然后與增塑劑混合干攪拌，再在砂漿攪拌鍋中加水進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使混合料拌合均勻，爾后將拌合好的混合料制成直徑為5～15mm左右的料球，并將這些料球在110℃溫度烘干3h55min，再進(jìn)入705℃預(yù)焙燒14min，之后進(jìn)入1200℃高溫焙燒15min，然后快速降溫至700℃，在700～400℃緩慢降溫退火31min，取出自然冷卻，即生產(chǎn)出成品。
陶粒的理化指標(biāo)為1h吸水率1.49％，筒壓強(qiáng)度6.9MPa，顆?？箟毫?193N，表觀密度1.12g/cm3，堆積密度675kg/m3，顆粒直徑5～15mm。
本發(fā)明高性能礦渣粉煤灰陶粒主要用作配制高強(qiáng)度等級CL40以上的輕集料混凝土，所配制的輕集料混凝土主要用于承重部位，尤其是超高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)，混凝土的配制方法和施工方法均無特殊要求，應(yīng)用前景非常廣泛。
權(quán)利要求
1.高性能礦渣粉煤灰陶粒是由原料礦渣、粉煤灰、增塑劑、水各組分構(gòu)成，其特征是a)原料各組分按質(zhì)量百分比礦渣9～27％，粉煤灰63～81％，增塑劑8～10％；水用量，按占固相質(zhì)量的百分比，即液固比計(jì)為0.30～0.35；b)粉煤灰化學(xué)組成SiO257.13～57.50％，F(xiàn)e2O36.55～6.67％，Al2O324.90～24.94％，CaO 3.84～3.90％，MgO 0.90～0.96％，(Na2O+K2O)3.15～3.20％，燒失量3.31～3.35％；礦渣化學(xué)組成SiO238.57～38.60％，F(xiàn)e2O32.29～2.35％，Al2O37.83～7.90％，CaO 42.80～42.91％，MgO 7.60～7.64％，(Na2O+K2O)0.76～0.80％；增塑劑化學(xué)組成SiO266.25～66.30％，F(xiàn)e2O34.98～5.10％，Al2O314.92～14.98％，CaO 2.50～2.55％，MgO 1.51～1.65％，(Na2O+K2O)4.55～4.65％，燒失量5.24～5.30％；c)成品陶粒的理化指標(biāo)1h吸水率1.49～1.68％，筒壓強(qiáng)度6.9～7.3MPa，顆?？箟毫?061～1193N，表觀密度1.12～1.24g/cm3，堆積密度675～692kg/m3，顆粒直徑5～15mm。
2.高性能礦渣粉煤灰陶粒的配制方法是由原料配料、篩分、計(jì)量、攪拌、成球和焙燒各工序組成，其特征是礦渣磨細(xì)后，將礦渣和粉煤灰分別過0.16mm方孔篩，然后與增塑劑混合干攪拌，再在砂漿攪拌鍋中加水進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使混合料拌合均勻，爾后，將拌合好的混合料制成直徑為5～15mm的料球，并將料球在110℃溫度中烘干3h55min～4h5min，再將生料球送入690～710℃的電爐中預(yù)焙燒14～16min，然后取出，再放入1200～1250℃的高溫爐中焙燒14～16min，然后快速降至700℃，在700～400℃緩慢降溫退火28～32min，取出自然冷卻，即得成品。
全文摘要
高性能礦渣粉煤灰陶粒及其配制方法涉及建筑材料行業(yè)，具體說是利用工業(yè)廢渣中的礦渣、粉煤灰配制陶粒及其方法。針對建筑行業(yè)輕集料生產(chǎn)及應(yīng)用中現(xiàn)存的問題，研發(fā)了一種新的陶粒及其配制方法，它的原料配方是礦渣9～27％，粉煤灰63～81％，增塑劑8～10％，水用量按占固相質(zhì)量百分比計(jì)，液固比為0.30～0.35；配制方法由原料配料、篩分、計(jì)量、攪拌、成球和焙燒各工序組成，特征是礦渣磨細(xì)后，與粉煤灰分別過篩，并與增塑劑混合干攪拌，再加水?dāng)嚢?，成球后?jīng)焙燒、冷卻工藝。特點(diǎn)是強(qiáng)度高，吸水率低?？稍诔邔雍痛罂缍葮蛄旱戎匾Y(jié)構(gòu)中廣泛推廣應(yīng)用。
文檔編號C04B35/14GK1785889SQ20041008292
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者劉軍, 王東山, 徐長偉 申請人:沈陽建筑大學(xué)