一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其使用水泥基復(fù)合材料(水泥與摻和料)作為外殼材料的主要膠凝材料，采用成球工藝，在輕質(zhì)內(nèi)核材料外圍包殼，并經(jīng)過(guò)一定的養(yǎng)護(hù)即可成功制備出高強(qiáng)輕質(zhì)骨料。所制備的輕骨料，比強(qiáng)度高、粒型好、具有良好的保溫隔熱性，且可實(shí)現(xiàn)某些特定功能性，如儲(chǔ)熱、隔聲、吸波等功能。該高強(qiáng)輕骨料生產(chǎn)的工藝為：粉體混合→攪拌均勻→噴液成球→養(yǎng)護(hù)(蒸養(yǎng)+保濕)→篩分。通過(guò)本發(fā)明解決了傳統(tǒng)燒結(jié)工藝生產(chǎn)的骨料生產(chǎn)能耗大、工藝復(fù)雜、污染嚴(yán)重的問(wèn)題，或者免燒陶粒產(chǎn)品的堆積密度較大，但強(qiáng)度不夠高等產(chǎn)品質(zhì)量不夠高的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，也可用于其他工程材料，尤其涉及一種高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的輕質(zhì)骨料主要以陶粒為主，我國(guó)從20世紀(jì)60年代才開(kāi)始研制人造輕質(zhì)骨料，以粘土陶粒、頁(yè)巖陶粒和粉煤灰陶粒為主。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝以粘土、頁(yè)巖等為原料，采用回轉(zhuǎn)窯的高溫?zé)Y(jié)技術(shù)，能耗大，生產(chǎn)環(huán)境差、工藝落后、且產(chǎn)量較低，且單顆承載力一般較低，僅為80N~200N。
[0003]根據(jù)國(guó)家節(jié)約能源政策，陶粒的制備技術(shù)也得到發(fā)展，主要體現(xiàn)在原材料的選擇和生產(chǎn)工藝上。為減少對(duì)粘土、頁(yè)巖等自然資源的使用，原料多樣化，以垃圾、污泥等廢棄物為生產(chǎn)原料的產(chǎn)品有所發(fā)展，主要仍然為燒結(jié)工藝。在生產(chǎn)工藝上，也出現(xiàn)了節(jié)能型免燒陶粒工藝的發(fā)展，但現(xiàn)有免燒粉煤灰輕質(zhì)骨料堆積密度偏高，一般為600kg/m3~800kg/m3 ;顆粒強(qiáng)度不高，粒徑在5mm~IOmm時(shí)，單顆承載力僅為80N~200N ;保溫效果不明顯，易碳化，抗鋼筋銹蝕能力差，很難在大型結(jié)構(gòu)工程和鋼筋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，主要用于小型砌塊和板材中，限制了其發(fā)展規(guī)模。
[0004]因此需要發(fā)展一種新型的輕集料生產(chǎn)工藝，且制備的輕集料強(qiáng)度高，堆積密度低，可實(shí)現(xiàn)高的保溫隔熱性能，且可根據(jù)功能性需求，實(shí)現(xiàn)某些特定的功能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)目前陶粒落后的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品功能單一、質(zhì)量不高等特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種新型核殼型水泥基`高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，所制備的輕質(zhì)骨料，比強(qiáng)度高(單位密度下的強(qiáng)度，即在相同密度下，強(qiáng)度高；或相同強(qiáng)度下，密度低)、粒型好、具有良好的保溫隔熱性、且可實(shí)現(xiàn)某些特定功能性。
[0006]材料的制備方法，包括所使用的原材料及其配方、養(yǎng)護(hù)工藝與制備工藝等。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:主要以膨脹珍珠巖粉、聚苯乙烯顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆粒等輕質(zhì)材料為內(nèi)核材料，以水泥、摻和料、外加劑和水混合形成單層或多層的外殼材料，采用免燒包殼的成球工藝，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)制成的具有特殊功能的水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料。該材料可屬于水泥基復(fù)合材料范疇，在某種程度上也屬于免燒陶粒的范疇。其特征在于:
[0008](I)原材料:分為內(nèi)核材料和附著在內(nèi)核材料外面的外殼材料。采用獨(dú)特的內(nèi)核材料與獨(dú)特的外殼材料配方。其中內(nèi)核材料為球形或顆粒狀，可使用膨脹珍珠巖顆粒、可發(fā)性經(jīng)過(guò)表面改性的或廢棄的聚苯乙烯顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆粒等輕質(zhì)材料中的一種或幾種；外殼材料為水泥、摻和料(粉煤灰、石灰、石膏和其他功能材料等)、外加劑(起粘結(jié)和改性作用)和水等。外殼材料中的粉料的質(zhì)量比例分別為:水泥占15%~60% ;粉煤灰占30%~70% ;石灰摻量占5%~20% ;石膏占1%~10% ;液態(tài)材料包括水和外加劑等，其中外加劑用量為水質(zhì)量用量的5%~20%。液態(tài)材料占粉末材料總質(zhì)量用量的10%~70%。[0009](2)利用包殼成球技術(shù)，即在內(nèi)核材料外圍包裹一層由外殼粉料和液態(tài)材料組成的外殼，形成核殼結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施工藝見(jiàn)附圖1，即先將外殼材料中的粉料按比例混合均勻，與內(nèi)核材料、液態(tài)材料在成球儀中形成球形集料，然后經(jīng)養(yǎng)護(hù)或增加篩分過(guò)程得到所需性能的集料。
[0010](3)通過(guò)控制內(nèi)核材料與外殼材料的性能來(lái)控制骨料的性能。根據(jù)不同功能要求制成單層或多層核殼結(jié)構(gòu)的水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料。功能性可通過(guò)選擇或改性?xún)?nèi)核材料、或增加外殼材料的功能層、或調(diào)解外殼材料的配方。
[0011](4)養(yǎng)護(hù)方式米用蒸汽養(yǎng)護(hù)、保濕養(yǎng)護(hù)(可參考水泥基復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，20±3°C，相對(duì)濕度>90%)和自然養(yǎng)護(hù)均可，也可兩兩組合或三種組合使用?；驕囟仍?0°C至80°C蒸汽養(yǎng)護(hù)，然后不低于10°C的水養(yǎng)護(hù)組合使用[0012](5)如要精確控制集料粒徑范圍，可增加篩分的工藝過(guò)程。
[0013]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)采用水泥和摻和料作為膠凝材料，無(wú)粘土成分，有利于保護(hù)土地不可再生資源。
[0015](2)采用成球包殼技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，投資小，易于進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0016](3)采用免燒工藝，可以解決市場(chǎng)陶粒強(qiáng)度較低、耗能高的問(wèn)題。
[0017](4)所制備的骨料，質(zhì)量高，并體現(xiàn)在比強(qiáng)度高、粒型好、具有良好的保溫隔熱性，可兼具功能性。同時(shí)生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)性好，實(shí)現(xiàn)了低成本與高性能的統(tǒng)一。
[0018](5)生產(chǎn)的較小粒徑骨料，可用于生產(chǎn)框架結(jié)構(gòu)填充墻體材料或多層房屋建筑的承重墻體材料，強(qiáng)度在7.5MPa~15MPa、容重800kg/m3~1000kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)在0.15W/(m2.Κ)~0.30ff/(m2.K)，制備的墻體材料可以大大減輕樓體的自重，免除外保溫工藝的要求，降低造價(jià)，節(jié)省資金，而且具有較好的保溫、隔音效果，性能好，節(jié)約能源。
[0019](6)可用于生產(chǎn)強(qiáng)度在20MPa~35MPa、容重1000kg/m3~1500kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)在
0.30W/ (m2.K)~0.6W/(m2.K)的承重砌塊、梁柱材料等，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，減少房屋建筑的冷橋和熱橋，結(jié)合輕質(zhì)保溫墻體材料，免除外保溫施工工藝、提高抗震性能等。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為與本發(fā)明方法一致的高強(qiáng)輕質(zhì)骨料制備方法的流程圖；
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明方法制造的自制新型核殼型高強(qiáng)輕質(zhì)骨料成品圖；
[0022]圖3為根據(jù)本發(fā)明方法制造的核殼型高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的包殼厚度與顆粒承載力的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案是:主要以膨脹珍珠巖粉、聚苯乙烯顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆粒等輕質(zhì)材料為內(nèi)核材料，以水泥、摻和料、外加劑和水混合形成單層或多層的外殼材料，采用免燒包殼的成球工藝，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)制成的具有特定功能的水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料。該材料可屬于水泥基復(fù)合材料范疇，在某種程度上也屬于免燒陶粒的范疇。其特征在于:
[0024](I)原材料采用具有球形或顆粒狀的內(nèi)核材料(可發(fā)性EPS顆粒)和附著在內(nèi)核外面的外殼材料。[0025]其中內(nèi)核材料為膨脹珍珠巖粉、聚苯乙烯顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆粒等輕質(zhì)材料中的一種或幾種；可根據(jù)功能性要求采用經(jīng)表面改性處理的EPS顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆?；蚱渌麅?nèi)核材料。
[0026]其中外殼材料為水泥、摻和料(粉煤灰、石灰、石膏、功能材料等)、外加劑(起粘結(jié)和改性作用)、水等。其膠凝材料為水泥基復(fù)合材料。外殼材料中粉料的質(zhì)量比例:水泥:15%~60% ;粉煤灰:30%~70% ;石灰摻量:5%~20% ;石膏:1%~10% ;功能材料根據(jù)需要外摻。液態(tài)材料中，外加劑用量為水質(zhì)量用量的5%~20%，且液態(tài)材料占粉末材料質(zhì)量用量的 10% ~70%ο
[0027](2)利用包殼成球技術(shù)。
[0028](3)根據(jù)不同功能要求制成單層或多層核殼結(jié)構(gòu)的功能性水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料。
[0029](4)養(yǎng)護(hù)方式:蒸汽養(yǎng)護(hù)、保濕養(yǎng)護(hù)(可參考水泥基復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，20±3°C，相對(duì)濕度> 90%)和自然養(yǎng)護(hù)均可，也可兩兩組合或三種組合使用；或溫度在40°C至80°C蒸汽養(yǎng)護(hù)，然后不低于10°C的水養(yǎng)護(hù)組合使用。
[0030]本發(fā)明提出的一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備工藝如圖1所示。
[0031]其中，高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的性能指標(biāo)包括:
[0032]1.1顆粒直徑d。根據(jù)內(nèi)核直徑Cltl和所需強(qiáng)度要求可調(diào)。一般而言，隨著內(nèi)核直徑的增大，所需強(qiáng)度的提高，總體顆粒直徑增大。典型范圍為(1=4+(4~16)，一般為5mm~20mmo
[0033]1.2顆粒強(qiáng)度f(wàn)?？筛鶕?jù)功能需要，根據(jù)內(nèi)核材料及外殼配方及厚度來(lái)確定。一般而言，單顆承載力隨著外`殼厚度的增大而增大，理論上極大值可達(dá)到很大，一般典型值在200N~600N (牛頓)之間。當(dāng)強(qiáng)調(diào)功能性時(shí)，也可降低在50N~200N之間。
[0034]1.3堆積密度。堆積密度與顆粒直徑、外殼厚度和內(nèi)核材料的密度有關(guān)。在相同的內(nèi)核材料下，一般外殼厚度越大，堆積密度越大。典型值在500kg/m3~700kg/m3之間。
[0035]1.4功能性?？筛鶕?jù)需要,通過(guò)選擇外殼材料及內(nèi)核材料來(lái)調(diào)節(jié)。如僅需要通用的保溫隔熱功能，則可以選用具有保溫隔熱的輕質(zhì)內(nèi)核材料，如經(jīng)處理的EPS顆粒。如需要儲(chǔ)熱功能，則選用可以具有儲(chǔ)熱功能的輕質(zhì)內(nèi)核材料，或在外殼增加儲(chǔ)熱功能材料。如需要濾波功能，同樣可以選用具有濾波作用的內(nèi)核材料，或在外殼增加具有濾波作用的材料。
[0036]外殼材料的配方與內(nèi)核材料性能
[0037]外殼材料的配方可變化范圍較大，可根據(jù)需要的功能進(jìn)行選擇。示例配合比及性能如表1.1所示，其中采取的養(yǎng)護(hù)工藝為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)Id后，80°C水蒸氣養(yǎng)護(hù)ld，繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)5d。隨著堆放時(shí)間的延長(zhǎng)，該顆粒的單科承載力仍然有20%~30%的增長(zhǎng)空間。為縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和節(jié)約能源，推薦使用保濕養(yǎng)護(hù)Id后，40°C~80°C蒸汽養(yǎng)護(hù)0.5d~3d，然后水養(yǎng)護(hù)或保濕養(yǎng)護(hù)5d~14d即可出廠，但后期強(qiáng)度隨著自然堆放時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度仍然有10%~20%的增長(zhǎng)。當(dāng)內(nèi)核材料為粒徑為3~5mm的可發(fā)性的經(jīng)表面改性的EPS顆粒，改變石膏含量時(shí)的典型單顆承載力與外殼厚度關(guān)系曲線如圖3所示，隨著外殼厚度的提高，其單顆承載力可進(jìn)一步提高，同時(shí)堆積密度增大。
[0038]表1.1外殼材料混合比例及性能
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于: 將外殼材料中的粉料按比例混合均勻，與內(nèi)核材料、液態(tài)材料在成球儀中形成球形集料，通過(guò)養(yǎng)護(hù)得到所述輕質(zhì)骨料； 其中與所述內(nèi)核材料、液態(tài)材料在成球儀中形成球形集料指在內(nèi)核材料外圍包裹一層由粉料和液態(tài)材料組成的外殼，并且通過(guò)控制內(nèi)核與外殼材料配料種類(lèi)與比例及外殼材料的厚度來(lái)控制所述輕質(zhì)骨料的性能，其中所述輕質(zhì)骨料的性能包括:輕質(zhì)骨料的密度、單顆承載力、強(qiáng)度和功能性。
2.如權(quán)利要求1所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其還包括:通過(guò)篩分過(guò)程精確控制所述球形集料直徑。
3.如權(quán)利要求1所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，所述外殼材料的粉料的混合在混料機(jī)中預(yù)先混合或直接在成球儀中先混合均勻，此后加入內(nèi)核材料，在成球儀中一邊混合一邊噴灑液態(tài)材料，可通過(guò)控制成球儀中噴灑液態(tài)材料的時(shí)間來(lái)控制所述輕質(zhì)骨料的外殼層的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于: 采用水泥基復(fù)合材料作為所述外殼材料的膠凝材料，所述水泥基復(fù)合材料包括水泥、粉煤灰、石灰、石膏和其他功能材料，其中石灰和石膏作為激發(fā)劑； 所述外殼材料中的粉料中的各物質(zhì)的質(zhì)量比例分別為:水泥占15%~60%、粉煤灰占30%~70%、石灰占5%~20%、石膏占1%~10% ； 所述液態(tài)材料包括水和外加劑，外加劑用量為水質(zhì)量用量的5%~20%，所述液態(tài)材料占粉末材料質(zhì)量用量的10%~70%。
5.如權(quán)利要求1所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其中所述內(nèi)核材料包括:可發(fā)性經(jīng)過(guò)表面改性或廢棄的聚苯乙烯EPS顆粒、膨脹珍珠巖顆粒、輕質(zhì)廢棄物顆粒中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其中所述養(yǎng)護(hù)包括:蒸汽養(yǎng)護(hù)、保濕養(yǎng)護(hù)、自然養(yǎng)護(hù)以及以上養(yǎng)護(hù)方式的兩兩組合或三者組合；或溫度在40°C至80°C蒸汽養(yǎng)護(hù)，然后不低于10°C的水養(yǎng)護(hù)組合使用。
7.如權(quán)利要求3述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于:所述成球儀中噴灑液態(tài)材料的時(shí)間控制在3分鐘至20分鐘。
8.如權(quán)利要求6所述一種新型核殼型水泥基高強(qiáng)輕質(zhì)骨料的制備方法，其中所述保濕養(yǎng)護(hù)采用水泥基復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，溫度控制在20±3°C，相對(duì)濕度> 90%下進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】C04B18/04GK103496866SQ201310435814
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】龐超明, 夢(mèng)媛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)