一种人造细集料硅酸盐陶砂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了人造细集料硅酸盐陶砂及其制备方法，该陶砂粒径主要分布在1.18mm~2.36mm以及2.36mm~4.75mm之间，其步骤为：按照钙硅比为0.3~0.7将质量比为石英尾泥：生石灰：铅锌尾矿砂：水泥=（53~55）:（13~33）:（10~25）:（4~8），并以水外加掺量20%~30%与羧甲基纤维素外加掺量0.05%~0.15%搅拌成球，成球时采用一次轮碾、二次搅拌、三次加水的成球工艺，成球后的颗粒经自然养护，水热合成，即得到陶砂。本发明专利技术利用固废，生产工艺简单快捷，节省能源与原料，且经陶砂替换部分细集料后水泥胶砂试块强度产生一定提高并降低了密度，可用于配置LC45~LC60的结构轻混凝土。

A kind of artificial fine aggregate silicate ceramic sand and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种人造细集料硅酸盐陶砂及其制备方法
本专利技术涉及一种可部分取代砂浆基体中细集料的高强硅酸盐陶砂及其制备方法，属于结构轻混凝土用人造轻细集料生产领域。
技术介绍
轻集料混凝土具有轻质高强，保温抗震的优点，适用于大跨度的，高层建筑的应用中，具有较高的技术应用与经济价值。人造轻集料的生产始于美国，在20世纪初，美国即利用回转窑制备出页岩陶粒。之后的苏联、日本与德国等国也大力发展人造轻集料用以解决能源与环保问题。我国的轻集料生产起步较晚，自1964年开始才有了一定的发展。我国资源丰富，具有火山灰活性的天然材料与工业废弃物较多，特别适于人造轻集料的生产。目前的混凝土大规模地采用河砂海砂等天然砂，过量的采砂对于河势，堤防，航运，港口，生态环境，水上治安等方面均产生了很大的影响。也不符合目前提出的绿色环保的发展理念。因此，人造砂的应用具有广阔的市场。目前使用的人造砂主要是岩石经过机械破碎并筛分后粒径小于4.75mm的机制砂。这种机制砂主要原料是天然岩石与各种尾矿经过破碎形成的石质材料。破碎后的矿石颗粒断面光滑，边缘锐利，不利于砂与水泥间的界面结合且锐利的边缘容易产生应力集中更易导致界面剥落从而造成混凝土的破坏。理想的细集料应为球形多孔状的，弹性模量与基体较为接近的，表面粗糙的硅酸盐制品。陶砂是符合这一条件的较为理想的轻细集料。目前陶砂的生产主要还是通过收集高温烧结陶粒生产时筛下的粒径在1mm～5mm的细颗粒而得到的，这样生产的陶砂粒径分布不均，产量较少，强度较低，无法满足大规模的应用。而且烧结陶砂需要的能源较高，不符合节能环保的理念。此外，烧结陶砂由于表面致密化的过程致使其吸水率比较低，使得混凝土早期的干燥收缩比较大，不利于混凝土强度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高储水量、低表观密度与协调变形能力好的低能耗球形人造细集料硅酸盐陶砂及其制备方法。实现本专利技术目的的技术方案是：一种人造细集料硅酸盐陶砂，所述原料包括干混合料、羧甲基纤维素和水，其中，以质量比计，干混合料由如下组分组成：石英尾泥53％～55％、生石灰13％～30％、铅锌尾矿砂10％～25％、水泥4％～8％，钙硅比0.3～0.7；羧甲基纤维素掺量占干混合料质量的0.05％～0.15％，水掺量占干混合料质量的20％～30％。优选的，石英尾泥中的SiO2含量为86％～96wt％，生石灰中有效CaO含量为74％～84wt％，铅锌尾矿砂的粒径为0.1mm～0.63mm。一种人造细集料硅酸盐陶砂的制备方法，包括以下步骤：第一步，混合料制备-将占生石灰5％～15％的水加入到石英尾泥，生石灰，铅锌尾矿砂中，搅拌2min～3min，待各种料混合均匀之后卸料，消化3h～4h得消化料；之后将消化料经行星式轮碾搅拌机碾压搅拌3min～5min；后将经过轮碾的消化料加入水泥、羧甲基纤维素水溶液，搅拌3min～5min；继续加入占干混合料总质量2％～8％的水，搅拌3min～5min；待各种料混合均匀即得混合料，其中，羧甲基纤维素水溶液中的羧甲基纤维素占干混合料总质量的0.025％～0.075％；第二步，造粒成球将混合料先在0.2临界转速下滚动2min使得混合料进一步混合均匀并形成1mm以下的球核；再将转速提高至0.4临界转速促进陶砂球核地长大，维持此转速并喷入羧甲基纤维素水溶液、占干混合料质量2％～8％的雾化水，直至球核长大为2mm～5mm；将转速调高至0.6临界转速，滚动20min～30min使其混合料球更加密实，其中，羧甲基纤维素水溶液中的羧甲基纤维素占干混合料总质量的0.025％～0.075％；第三步，自然养护将混合料球放置潮湿环境中堆放养护12h～48h；第四步，水热合成将自然养护之后的混合料球送入蒸压釜中，于1.0MPa～1.6MPa饱和蒸汽压，180℃～200℃条件下，水热合成8h～10h，然后自然冷却至室温，即可得到Tobermorite与C-S-Hgel相组成的硅酸盐陶砂。优选的，第一步和第二步中，羧甲基纤维素水溶液的浓度为1wt％。优选的，潮湿环境中湿度不小于70％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、将本专利技术所述陶砂作为轻细骨料部分取代黄砂后制备水泥胶砂试块，其28d抗压强度最高可达60MPa，作为轻混凝土细集料，相较粉煤灰、页岩烧结陶砂，其弹性模量与基体更加接近，可以大大提高轻混凝土抗压强度，适用配制LC45～LC60高标号结构用轻混凝土；2、本专利技术生产的陶砂其球形度较好，粒径集中于2mm～5mm间，可以大大减少由于骨料造成的尖劈与简支梁现象，延缓裂纹的出现与萌生；3、本专利技术生产的陶砂表面粗糙且有表面活性，内部多孔，吸水率较高，表观密度低，当用于混凝土中作为轻细骨料时，可以降低混凝土自重，并且陶砂可以缓释吸收的水分，促进水泥水化，抑制混凝土的自干燥收缩，并且其界面会发生反应生成C-S-Hgel等产物提高界面结合性；4、本专利技术采用蒸压水热合成的方法，相较于传统的烧结方法，可以极大地降低能耗，节约成本，减少温室气体的排放，符合可持续发展的理念。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明图1为天然砂与机制砂的简支梁与尖劈示意图。图2为多颗陶砂颗粒的受力示意图。图3为单颗陶砂颗粒在基体中的受力示意图。图4为本专利技术制备的陶砂颗粒的XRD分析图谱。图5为本专利技术制备的陶砂颗粒内部SEM微观形貌图。图6为本专利技术所述人造细集料硅酸盐陶砂制备工艺流程图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合附图对本专利技术进行详细阐述。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。本专利技术的技术思路是：①通过调整变速离心成球机的转速大批量制备2mm～5mm粒径的球形陶砂颗粒，该粒径的陶砂颗粒可以用以取代细骨料中较粗的部分可以很好地改善砂的级配，更有利于混凝土的密实。②利用羧甲基纤维素的膨润性提高陶砂的可塑性与多孔性，降低陶砂的表观密度，使得制备的陶砂具有“微蓄水池”的作用，从而在混凝土内部产生内养护的效果，减少混凝土早期的自收缩。③采用石英尾泥与生石灰为主要钙硅反应原料利用蒸压水热合成的方法制备出矿物相为C-S-Hgel与Tobermorite的陶砂颗粒，该陶砂弹性模量与强度适中，表面粗糙。本专利技术的原理和设计构思如下：(1)结合图1-3，球形的陶砂使得尖劈和简支梁效应的现象减少，并且球形表面受压时处于静水压力状态，可以承受更大的载荷。混凝土中的的针片状骨料的长径比比较大，与其他颗粒接触时易呈现简支梁支撑，在受力时容易产生断裂。并且针片状的骨料其尖端部分容易产生应力集中，使得裂纹在此处更易产生并扩展。而球形的骨料则呈现三角形的稳定接触，抵抗破坏的能力更强。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人造细集料硅酸盐陶砂，其特征在于，所述原料包括干混合料、羧甲基纤维素和水，其中，以质量比计，干混合料由如下组分组成：石英尾泥53%~55%、生石灰13%~30%、铅锌尾矿砂10%~25%、水泥4%~8%，钙硅比0.3~0.7；羧甲基纤维素掺量占干混合料质量的0.05%~0.15%，水掺量占干混合料质量的20%~30%。

【技术特征摘要】
1.一种人造细集料硅酸盐陶砂，其特征在于，所述原料包括干混合料、羧甲基纤维素和水，其中，以质量比计，干混合料由如下组分组成：石英尾泥53%~55%、生石灰13%~30%、铅锌尾矿砂10%~25%、水泥4%~8%，钙硅比0.3~0.7；羧甲基纤维素掺量占干混合料质量的0.05%~0.15%，水掺量占干混合料质量的20%~30%。2.如权利要求1所述的人造细集料硅酸盐陶砂，其特征在于，该陶砂粒径主要分布在1.18mm~2.36mm以及2.36mm~4.75mm之间，并为球形形状。3.如权利要求1所述的人造细集料硅酸盐陶砂，其特征在于，石英尾泥中的SiO2含量为86%~96wt%，生石灰中有效CaO含量为74%~84wt%。4.如权利要求1所述的人造细集料硅酸盐陶砂，其特征在于，铅锌尾矿砂的粒径为0.1mm~0.63mm。5.一种如权利要求1-4任一所述的人造细集料硅酸盐陶砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，混合料制备将占生石灰5%~15%的水加入到石英尾泥，生石灰，铅锌尾矿砂中，搅拌2min~3min，待各种料混合均匀之后卸料，消化3h~4h得消化料；之后将消化料经行星式轮碾搅拌机碾压搅拌3min~5min；后将经过轮碾的消化料加入水泥、羧甲基纤维素水溶液，搅拌3min~5min；继续加入占干混合料总质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔崇，邓实，崔晓昱，张士华，丁锡锋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32