一种超轻高强粉煤灰轻集料

摘要

本发明现提供一种超轻高强粉煤灰轻集料，包括内核原料和外壳原料，内核原料和外壳原料的重量分数比为5‑10：1，内核原料包括内核固体原料和内核液体原料，内核液体原料为水，内核液体原料的重量为内核固体原料的3‑8%；内核固体原料包括：粉煤灰100重量份；辅料100重量份；增塑剂1‑10重量份；外壳原料包括外壳固体原料和外壳液体原料，外壳液体原料为水，外壳液体原料的重量为外壳固体原料的3‑8%；外壳固体原料包括：粉煤灰100重量份；增塑剂1‑10重量份；助熔剂2‑10重量份。本发明制备的产品轻质高强，密度等级为300‑600kg/m3，筒压强度可达4‑8Mpa，远超现有市场同等级陶粒。

说明书

技术领域

本发明涉及粉煤灰处理及资源化利用技术领域，具体地涉及一种超轻高强粉煤灰轻集料。

背景技术

粉煤灰是燃煤发电的固体废弃物，我国2015年产量6亿多吨，综合利用率约为70%，累计积存量30多亿吨，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。而将粉煤灰资源化利用受到国家和各地方政府的大力支持；

2、陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点。利用陶粒这些优异的性能，可以将它广泛应用与建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门，应用领域越来越广，还在继续扩大；

3、粘土作为陶粒生产最优原料之一，但因为破坏耕地，已经被国家明令禁止；页岩为原料生产工艺比粘土陶粒和粉煤灰陶粒复杂，页岩需要进行开采然后粉磨，烧胀温度要高出粘土陶粒200 ℃甚至更高，因此页岩陶粒生产成本最高；其次烧结陶粒浪费能源，而且在烧制过程中排放燃料废弃物，造成环境污染。以粉煤灰为原料生产免烧高强陶粒，能够节约资源、降低成本；

4、截至2011年，中国城市固体生活垃圾存量已达70亿吨，可推算建筑垃圾总量为21亿至28亿吨，每年新产生建筑垃圾超过3亿吨。然而，绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费。同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。

5、申请号为200110012911的中国专利《具有表面反应活性的高强轻集料及其制备方法》中提出利用石灰石粉、黏土、萤石粉和石膏粉等原料制作出粒径为5-25mm的轻集料，堆积密度为850kg/m3，筒压强度达到6MPa，堆积密度/筒压强度为141.67。该方法制作的轻集料使用了黏土，筒压强度较高，但不轻质。

6、申请号为201210282957.0的中国专利《一种陈腐垃圾渣粉、粉煤灰陶粒及其制造方法》中提出利用陈腐垃圾粉料粉煤灰和煤粉等原材料制出轻集料，堆积密度759kg/m³，筒压强度5.2MPa，堆积密度/筒压强度为145.96。该方法制作的轻集料堆积密度偏高，筒压强度较低，烧结温度在1200—1280℃，烧结时间2-3小时，浪费能源。

7、申请号为2015096493.1的中国专利《一种粉煤灰包覆污泥陶粒及其制备方法》中提出以污泥为原材料，以页岩、长石粉、发泡剂为辅料制备污泥陶粒，采用包覆的方式防止陶粒粘结，堆积密度554-800kg/m³，筒压强度3-6MPa，堆积密度/筒压强度为133.33—184.67。该方法制作陶粒，筒压强度偏低。

引用专利：

1、申请号为201110143190.9的中国专利《复合、保温、防火墙体材料用轻骨料及其生产方法》中提出一种包覆的生产方法，包括骨核，骨核外面包覆有中间层，中间层外面包覆有壳层。

目前陶粒存在的问题有：

1、低密度等级轻集料筒压强度低，筒压强度较高的轻集料堆积密度较高；

2、产品性能不稳定，在一定范围内波动；

3、烧结温度偏高，能耗大。

发明内容

针对目前制备陶粒存在的问题，本发明的目的是制备一种轻质高强的超轻高强粉煤灰轻集料，以及制备密度和筒压强度可控、吸水率可控的超轻高强粉煤灰轻集料的制备工艺。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种超轻高强粉煤灰轻集料，包括内核原料和外壳原料，内核原料和外壳原料的重量分数比为5-10：1，内核原料包括内核固体原料和内核液体原料，内核液体原料为水，内核液体原料的重量为内核固体原料的3-8%；内核固体原料包括：粉煤灰100重量份；辅料100重量份；增塑剂1-10重量份；外壳原料包括外壳固体原料和外壳液体原料，外壳液体原料为水，外壳液体原料的重量为外壳固体原料的3-8%；外壳固体原料包括：粉煤灰100重量份；增塑剂1-10重量份；助熔剂2-10重量份。

所述增塑剂为白泥、黑泥、PVA、PMMA中的一种或几种。

所述辅料为片状蛭石、秸秆、珍珠岩等中的一种或几种。

所述助熔剂为钾长石、钠长石、锰粉中的一种或几种。

其制备工艺包括步骤如下：

1）称量：分别称取内核固体原料和外壳固体原料；

2）预湿：分别用内核液体原料和外壳液体原料预湿内核固体原料和外壳固体原料，形成内核混合料和外壳混合料；

3）造粒：将内核混合料进行造粒，形成内核颗粒；

4）包覆：将内核颗粒再次加入造粒机中，按比例投入外壳混合料包覆；

5）固化：在80-200℃条件下使其固化；

6）烧结：在45—90min内升温至900℃—1200℃，保温10min；

7）冷却：迅速降温至800℃后，在400—800℃缓慢降温，随后降温至室温得到超轻高强粉煤灰轻集料。

步骤3）和步骤4）之间还通过筛分步骤，得到粒度均衡的内核颗粒。

步骤7）在400-800℃缓慢降温的降温速度为5-20℃/min。

所述内核固体原料和外壳固体原料的粒度都小于150μm。

本产品可应用于制备C30-C50，容重为1200-1600kg/m³的超轻质混凝土，也可应用于砖块，砌块等建筑制品。

本发明的优点在于：

1、产品轻质高强，密度等级为300-600kg/m³，筒压强度可达4-8Mpa，远超现有市场同等级陶粒。

2、产品烧结温度降低，节约能源，并且不用烧融产品，避免产品熔融粘结导致的破损，提高了良品率。

3、辅料的添加量与温度的控制能准确的调节产品的堆积密度与筒压强度

4、通过调节外壳的配方，可实现吸水率的准确控制

5、产品预湿后造粒，没有扬尘。

6、产品没有烧融，减少了烟尘的产生。

附图说明：图1为本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。

实施例1

称取内核原料：粉煤灰807g，秸秆125g，白泥58g，PVA10g，以上固体原料混合得到混合料a；

称取外壳原料：粉煤灰90g，白泥10g，锰粉2.5g，以上固体原料混合得到混合料b；

预湿：分别预湿固体原料a、b，水量约为固体料的5%；

造粒：将混合料a进行造粒，形成颗粒；

包覆：将颗粒再次投入造粒机中，加入混合料b进行包覆得到素坯；

固化：素坯在一定条件下固化；

温度：100℃

湿度：70-90%

烧结：固化好的颗粒在70min内匀速升温至1160℃，保温10min；在冷却机中降至室温得到实施例1的超轻高强粉煤灰轻集料。

实施例2

称取内核原料：粉煤灰760g，珍珠岩167g，黑泥6.3g，PMMA10g，以上固体原料混合得到混合料a；

称取外壳原料：粉煤灰90g，黑泥10g，钠长石5 g，以上固体原料混合得到混合料b；

预湿：分别预湿固体原料a、b，水量约为固体料的5%；

造粒：将混合料a进行造粒，形成颗粒；

包覆：将颗粒再次投入造粒机中，加入混合料b进行包覆得到素坯；

固化：素坯在一定条件下固化；

温度：150℃

湿度：70-90%

烧结：固化好的颗粒在55min内匀速升温至1080℃，保温10min；在冷却机中降至室温得到实施例2的超轻高强粉煤灰轻集料。

实施例3

称取内核原料：粉煤灰750g，片状蛭石200g，白泥15g，黑泥15g，PVA8g，PMMA12g，以上固体原料混合得到混合料a；

称取外壳原料：粉煤灰180g，白泥10g，黑泥10g，钾长石10g，以上固体原料混合得到混合料b；

预湿：分别预湿固体原料a、b，水量约为固体料的5%；

造粒：将混合料a进行造粒，形成颗粒；

包覆：将颗粒再次投入造粒机中，加入混合料b进行包覆得到素坯；

固化：素坯在一定条件下固化；

温度：200℃

湿度：70-90%

烧结：固化好的颗粒在40min内匀速升温至975℃，保温10min；在冷却机中降至室温得到实施例3的超轻高强粉煤灰轻集料。

将实施例1-3制备的超轻高强粉煤灰轻集料样品进行性能测试，结果如下表：

堆积密度（kg/m³）筒压强度（MPa）吸水率（%）实施例15907.55.3实施例24845.96.8实施例33554.39.2

通过以上数据可以看出，本发明的实施例1-3制备的超轻高强粉煤灰轻集料堆积密度低，筒压强度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。