一种固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，主要由以下重量份的原材料制成：水泥10

【技术实现步骤摘要】
一种固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种混凝土用固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法。
技术背景
[0002]混凝土作为建筑领域应用最广泛的原材料，其性能对建筑结构的安全有决定性影响。实际工程中，用量最大的是强度等级C30
‑
C50混凝土，为保证足够的施工性能，这种强度等级的混凝土通常具有较高的水胶比，为了保证足够的强度，通常需要较大的水泥富余量，这在一定程度上降低混凝土的抗裂性能，同时增大混凝土生产和应用过程中的能耗。
[0003]砂石骨料通常占混凝土重量的70
‑
80％，所以骨料的性能对混凝土各方面性能有显著影响，近几年国内天然砂石骨料的开采逐渐受到限制，机制砂石骨料的质量参差不齐，一定程度的影响了混凝土的质量和行业发展。与此同时，工业固废的大量堆存造成严重的资源浪费和环境污染，国家出台一些列政策提高工业固废的资源化利用率，建筑材料是其最主要的应用领域，利用工业固废制备人造骨料是目前研究的重点方向之一。
[0004]人造骨料相对天然骨料的优势主要体现在两个方面：一是良好的球形度可以显著改善混凝土的流动性，降低水胶比和水泥用量，提高矿物掺合料的用量，降低干缩和水化热的同时实现节能减排；二是人造骨料通常是以硅酸盐矿物为主要成分，与水泥水化产物类似，可以有效改善界面过渡区，提高混凝土抗渗、抗冻等耐久性能。
[0005]CN 110078395 A提供一种以水泥和生石灰为钙质材料，石英尾泥和铅锌尾矿砂为硅质材料的人造硅酸盐细集料，吸水率达到15％以上，表观密度1600
‑
1800kg/m3。该人造细骨料存在的问题主要有三个方面：一是原材料成本较高，其中钙硅比为0.3
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0.7，钙质材料(生石灰和水泥)总用量在20％以上，而钙质材料直接决定材料成本；二是纤维素醚等有机粘合剂虽然可以提高成球性能、增大孔隙率以及提高人造骨料的吸水率，但会对蒸养人造骨料的强度产生显著的负面作用，造成筒压强度偏低；三是骨料的表观密度低于1800kg/m3，而混凝土中浆体的密度通常在1900kg/m3左右，碎石的表观密度在2600
‑
2800kg/m3左右，表观密度过低易造成在混凝土应用过程中出现明显的骨料上浮的情况，影响结构外观和混凝土强度，这些都不利于人造骨料在结构混凝土中的应用。CN 111087213 A公开了一种预水化水泥浆喷雾成球工艺制备高强炉渣硅酸盐陶粒的方法，以水泥、炉渣和硅藻土作为内核结构，以水泥和粉煤灰作为外壳，虽然具有比较好的性能，但核壳结构工艺复杂，且水泥用量都在15％以上，成本较高。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要针对传统人造骨料增大吸水率和提高筒压强度之间的矛盾以及在结构混凝土应用过程中因表观密度偏小造成的骨料上浮、混凝土强度偏低等一些列问题，提供一种用于结构混凝土的固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法。该功能骨料的述筒压强度达到10MPa以上，吸水率在8％以上，表观密度1800
‑
2100kg/m3，解决传统人造骨料筒压强
度和吸水率互相矛盾的问题。
[0007]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0008]一种固废基低钙硅比功能骨料，主要由以下重量份的原材料制成：水泥10
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20份、硅质材料60
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85份、钢渣0
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20份以及无机改性剂5
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10份；所述硅质材料为花岗岩锯泥、铜尾砂、锂渣中的一种，SiO2含量≥30wt.％；所述无机改性剂为煅烧膨润土或煅烧沸石中的一种；根据GB/T 5762
‑
2012《建筑用石灰石、生石灰和熟石灰化学分析方法》测试原材料的有效钙含量，并根据原材料的有效钙和SiO2含量将功能骨料的钙硅比(以摩尔比计)控制在0.1
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0.3，即原材料中有效氧化钙总量与SiO2总量的摩尔比为0.1
‑
0.3。
[0009]按上述方案，原材料中工业固体废弃物的比例达到70％以上，即硅质材料和钢渣在原材料总质量中的占比达到70％以上。
[0010]按上述方案，所述花岗岩锯泥是花岗岩加工过程中产生的切割尾料，其中SiO2含量≥65％；铜尾砂是天然铜矿石经粉碎、分选、精选等作业后产生的粉状或砂砾状固体废弃物，其中Fe2O3含量≥10％，SiO2含量≥30％；锂渣是锂云母或锂辉石经硫酸法生产碳酸锂的废渣，其中Al2O3和SiO2总含量≥60％，SO3含量≤15％。
[0011]按上述方案，所述钢渣是炼钢排出的废渣，Fe2O3含量≤30wt.％(Fe2O3一般不低于10wt.％)，MgO含量≤13wt.％。具体地，所述钢渣的Fe2O3含量≤25wt.％，MgO含量≤13wt.％，CaO含量≥30％。
[0012]按上述方案，所述无机改性剂由膨润土或沸石粉经300℃煅烧3h得到，膨润土或沸石粉中Al2O3和SiO2总含量≥70％。
[0013]按上述方案，所述固废基低钙硅比功能骨料为良好的球形形态，直径3
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10mm，筒压强度≥10MPa，1h吸水率≥8％，表观密度1800
‑
2100kg/m3。本专利技术还提供一种上述固废基低钙硅比功能骨料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]S1.将以下重量份称取原材料：水泥10
‑
20份、硅质材料60
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85份、钢渣0
‑
20份以及无机改性剂5
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10份，并将各种原材料烘干、粉磨至要求的含水率和比表面积；
[0015]S2.将上述水泥、硅质材料、钢渣和无机改性剂混合均匀，得到混合料；将混合料通过皮带机均匀的送入圆盘式造粒机，同时喷入雾化水，调整圆盘造粒机的角度和转速，混合料和雾化水形成密实的、粒径为3
‑
10mm的料球；
[0016]S3.将料球在常温条件下静停5
‑
12h后放入压蒸釜内，在1.3
‑
1.8MPa压力下蒸养3
‑
5h后自然降至常温常压，即可得到所需固废基低钙硅比功能骨料。
[0017]按上述方案，步骤S1中，含水率≤3.0wt％，比表面积≥380m2/kg。
[0018]按上述方案，步骤S2中，喷入雾化水为原材料总质量的15
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20％。
[0019]上述制备方法中，各种原材料经混合均匀后，与15
‑
20％的水在圆盘造粒机中不断滚动形成致密的球形颗粒，静养一段时间后，水泥水化形成一定的初始强度，之后放入压蒸釜中进行蒸压养护。在1.3
‑
1.8MPa压力条件下，水泥中的活性氧化钙与硅质材料中的SiO2生成C
‑
S
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H、C2SH(B)、托勃莫来石等水化矿物，这些水化产物多为棒状、片状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，主要由以下重量份的原材料制成：水泥10
‑
20份、硅质材料60
‑
85份、钢渣0
‑
20份以及无机改性剂5
‑
10份；所述功能骨料的钙硅比控制在0.1
‑
0.3；所述硅质材料为花岗岩锯泥、铜尾砂、锂渣中的一种，SiO2含量≥30wt.％；所述无机改性剂为煅烧膨润土或煅烧沸石中的一种。2.根据权利要求1所述的一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，所述固废基低钙硅比功能骨料为球形形态，直径3
‑
10mm；且，筒压强度≥10MPa，1h吸水率≥8％，表观密度1800
‑
2100kg/m3。3.根据权利要求1所述的一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，硅质材料和钢渣在原材料总质量中的占比达到70％以上。4.根据权利要求1所述的一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，所述花岗岩锯泥是花岗岩加工过程中产生的切割尾料，其中SiO2含量≥65％；铜尾砂是天然铜矿石加工作业后产生的粉状或砂砾状固体废弃物，其中Fe2O3含量≥10％，SiO2含量≥30％；锂渣是锂云母或锂辉石经硫酸法生产碳酸锂的废渣，其中Al2O3和SiO2总含量≥60％，SiO2含量≥30wt.％，SO3含量≤15％。5.根据权利要求1所述的一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，所述钢渣是炼钢排出的废渣，Fe2O3含量≤30wt.％且不低于10wt.％，MgO含量≤13wt.％，CaO含量≥30wt.％。6.根据权利要求1所述的一种固废...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘猛，朱晨，王宇彬，王庆，王文卓，刘勇，纪宪坤，苑立东，
申请(专利权)人：武汉三源特种建材有限责任公司，
类型：发明
国别省市：