一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料及制备方法和应用，利用大量的磷石膏与矿渣、水泥、胶粉制备得到了一种磷石膏基轻集料，并对制备过程中喷水量、造粒的倾角和转速进行优化调整，使得制备得到的磷石膏基轻集料粒径均匀，强度提高至10.3MPa，吸水率降低至6.60%，在长期饱水和干湿循环环境中具有良好的稳定性。此外将制备得到的磷石膏基轻集料应用于混凝土中，可以使混凝土具有较强力学性能、良好的收缩性能和保温性能，使废弃的磷石膏资源化、降低轻集料和混凝土的制备成本，并降低了对环境的污染，具有广泛应用的潜力。具有广泛应用的潜力。具有广泛应用的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于人造轻集料建筑材料
，具体涉及一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磷石膏是以磷矿为原料在湿法制备磷酸过程中产生的工业废渣,是一种工业副产石膏，每生产1吨磷酸会产生4
‑
5吨磷石膏。磷石膏主要成分是二水硫酸钙，还含有磷、氟、有机物等杂质，部分磷石膏甚至具有放射性。据相关资料表明，目前全球磷石膏堆存量已超过60亿吨，且每年仍以2亿吨左右的速率继续增长，但全球磷石膏综合利用率仅为25％左右，除日本等少数国家因石膏资源匮乏，磷石膏综合利用率达100％外，其他国家大部分以堆存为主。未经处理的磷石膏堆放不仅会占据大量土地资源，还会对附近水源和土壤造成污染，破坏生态。因此，助力解决磷石膏综合利用的世界性难题，加大磷石膏的合理利用途径，不仅可为实现磷肥工业的可持续发展和磷石膏的高度利用做出贡献，还能避免占用宝贵的土地资源和环境污染,意义十分重大。同时，随着天然资源的日益减少和社会发展的转型，天然砂石的开采量将会日益减少，因此，研究固废资源制备人造轻集料，具有非常巨大的潜在经济效益和生态价值。目前，磷石膏大多采用道路应用、矿山回填、制备建筑石膏、石膏板等处理方式，但在道路应用中常出现质量问题，而矿山回填和制备建筑石膏、石膏板等方法存在处理成本高、应用范围窄、经济效益低等问题。因此，如何利用更高效、更大范围地利用堆存的磷石膏成为亟需解决的问题。
[0003]目前，城市发展仍存在用地紧张的问题，城市建筑仍为青睐高层建筑，而结构主体和构件自重往往占据荷载的大部分，因此减轻建筑物自重是非常必要的。一般的混凝土容重较大已无法满足当下的高层建筑设计需求，而混凝土中轻集料占据较大比例的体积，因此，开发轻质、高强、隔热、节能的人造轻集料替代天然碎石、卵石，将成为建筑领域的一大趋势。人造轻集料具有表面致密，内部多孔的结构特点，因而有堆积密度低、导热系数低、孔隙率高的特性。由轻集料代替普通轻集料应用于混凝土中，能够有效的减轻结构自重，提高自身的节能保温性能，有比较高的附加值。目前，轻轻集料在许多领域已有较为广泛地应用，如保温墙体、装配式建筑构件、保温砌块、植被土壤改良等。
[0004]传统轻集料包括：陶粒、膨胀珍珠岩、浮石、矸石等，其中陶粒和矸石作为人造轻集料，均是通过高温煅烧的方式制备，具有成本高、能耗高、易造成二次污染等缺点，而采用磷石膏基制备轻集料的研究仍较少，如何开发一种有较高磷石膏掺量、能耗低、强度高的冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料制备方法亟需解决。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料及制备方法和应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料，包括70
‑
80份磷石膏、20
‑
30份前驱体，1
‑
2份胶粉、10
‑
30份冷粘结剂。
[0007]优选的方案中，所述前驱体为P
·
O 42.5水泥、S95粒化高炉矿渣粉；
[0008]优选的方案中，所述胶粉为聚乙烯醇、可再分散乳胶粉、聚氧化乙烯中的任一种；聚乙烯醇粒径为75
‑
180μm；可再分散乳胶粉平均粒径为120μm；聚氧化乙烯平均粒径为212μm。
[0009]优选的方案中，所述冷粘结剂为墙纸基膜。
[0010]本专利技术还提供一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)去除原状磷石膏中的自由水，然后经球磨10min、0.15mm方孔筛筛分得到粒径为5
‑
125μm的磷石膏粉末；
[0012](2)配置冷粘结剂溶液：将冷粘结剂溶于2
‑
10质量的水中，搅拌均匀；
[0013](3)将磷石膏粉末、前驱体与胶粉混合均匀后得到混合物；
[0014](4)将混合物造粒，边造粒边喷洒冷粘结剂溶液，制备得到轻集料雏形；
[0015](5)将轻集料雏形在混凝土搅拌机滚筒中以20
‑
30r/min的转速离心10
‑
30min，直至轻集料密实且表面微微湿润；
[0016](6)将步骤(5)中离心后的轻集料雏形自然养护或水中养护25
‑
30d，然后置于土壤固化剂中浸泡8
‑
24h，得到冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料。
[0017]优选的方案中，步骤(1)所述的去除原状磷石膏中的自由水的方法为将原状磷石膏置于自然条件下晾干或置于40℃
±
2℃的烘箱中烘干。
[0018]优选的方案中，步骤(4)所述的冷粘结剂溶液的用量为混合物质量的10
‑
30％；所述造粒机圆盘的倾角为70
‑
85
°
，圆盘转速为80
‑
100r/min。
[0019]进一步优选的方案中，所述冷粘结剂溶液的用量为混合物质量的20％，圆盘的请倾角80
°
，转速为100r/min。
[0020]优选的方案中，步骤(6)所述的自然养护为将轻集料雏形置于温度为20℃
±
2℃，湿度为70％
±
5％的自然环境下养护，所述水中养护为将轻集料雏形覆膜养护1d后放在水中，使水面高度没过轻集料5cm以上，温度为20℃
±
2℃。
[0021]本专利技术还提供一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料在建筑材料中的应用。
[0022]优选的方案中，所述建筑材料为混凝土。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]1、本专利技术利用大量的废弃的磷石膏、矿渣与普通的硅酸盐水泥混合制备得到了磷石膏基轻集料，将工业废弃物磷石膏与矿渣废物利用，实现了资源回收利用、降低了废弃物的处理难度并减少了对环境的污染；同时利用废弃的磷石膏、矿渣制备轻集料还大幅度降低了轻集料的制备成本，有利于推广应用。
[0025]2、利用外掺聚乙烯醇等胶粉，与墙纸基膜等冷粘结剂联合使用，提高了磷石膏基的的强度；通过用矿渣取代部分水泥，进一步将磷石膏基轻集料的强度提升至10.3MPa左右，吸水率降低至6.60％，且具有良好的稳定性。
[0026]3、通过调整造粒时造粒机圆盘的倾角和转速，将圆盘倾角限定在70
‑
85
°
、转速限定在80
‑
100r/min，优选的倾角为80
°
，转速为100r/min，使得制备得到的磷石膏基轻集料粒径较为均匀，主要分布在5
‑
20mm之间；同时还对造粒过程中冷粘结剂溶液的喷水量进行了
优化，确定喷水量占混合物质量的20％时粒径较为均匀，符合要求。
[0027]4、本专利技术的制备方法简单，能够大量利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料，其特征在于：包括70
‑
80份磷石膏、20
‑
30份前驱体，1
‑
2份胶粉、10
‑
30份冷粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料，其特征在于：所述前驱体为P
·
O 42.5水泥、S95粒化高炉矿渣粉。3.根据权利要求1所述的一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料，其特征在于：所述胶粉为聚乙烯醇、可再分散乳胶粉、聚氧化乙烯中的任一种；所述聚乙烯醇粒径为75
‑
180μm；可再分散乳胶粉平均粒径为120μm；聚氧化乙烯平均粒径为212μm。4.根据权利要求1所述的一种冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料，其特征在于：所述冷粘结剂为墙纸基膜。5.一种如权利要求1所述的冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）去除原状磷石膏中的自由水，然后经球磨、筛分得到磷石膏粉末；（2）配置冷粘结剂溶液：将冷粘结剂溶于水中，搅拌均匀；（3）将磷石膏粉末、前驱体与胶粉混合均匀后得到混合物；（4）将混合物造粒，边造粒边喷洒冷粘结剂溶液，制备得到轻集料雏形；（5）将轻集料雏形离心至轻集料密实且表面微微湿润；（6）将步骤（5）中离心后的轻集料雏形养护25
‑
30d，然后置于土壤固化剂中浸泡8
‑
24h，得到冷粘结大掺量磷石膏基高强轻集料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的去除原状磷石膏中的自由水的方法为将原...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐港，高舒畅，王青，刘一博，鄢梦禹，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：