一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒及其制备方法和应用。本发明专利技术以工程渣土和废玻璃为主要原料，根据透辉石微晶化学成分加入校正组分，并加入成核剂促进微晶的形成与生长，制成以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒。原料组分质量份比为：玻璃50～70份、工程渣土20～40份、碳酸钙3～7份、轻质氧化镁3～7份和2～10份成核剂，所述成核剂为氟化钙、二氧化钛和三氧化二铬中的至少一种，经粉碎、混合、造粒，形成粒径10～12mm的球形颗粒，经干燥、焙烧后冷却即可。本发明专利技术产物具有透辉石微晶结构，同时保证了陶粒的低密度、低吸水率、高强度，能利用废玻璃和工程渣土，对粘土的代用具有重要的资源利用和环保价值。具有重要的资源利用和环保价值。具有重要的资源利用和环保价值。

【技术实现步骤摘要】
一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于建筑材料领域，尤其涉及一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在当前推进“双碳”战略的背景下，陶粒窑协同处置固体废弃物技术不断成熟，成为轻骨料行业的重要发展趋势。由于生产轻骨料的天然原料被限制开采，轻骨料的生产原料也由天然粘土、页岩等不可再生资源转向粉煤灰、淤污泥、工业尾矿、冶炼尾渣、建筑渣土等固体废弃物。
[0003]工程渣土是在在大范围的城市建设工程中，尤其是大规模、深层次的地下空间的开发过程(各类建构筑物、管网等基础开挖工程)产生典型固体废弃物，其环境与安全问题也逐步凸显。但在另一方面，工程渣土具有较好的物理与化学稳定性，其组成与生产轻骨料的天然原料粘土相似，如果利用工程渣土制备出高强、低密度等级陶骨料，不仅能满足高层建筑、沿海建筑、拱桥建筑的需求,而且能有效消纳工程渣土，提高资源利用率，减少土地占用和环境污染。
[0004]玻璃广泛应用于人民日常生活、房屋建设、科研生产及尖端技术等领域中，在玻璃的生产及使用过程中也会形成大量的废玻璃。玻璃中Na2O与K2O含量较高，在陶粒的制备原料中掺入玻璃可以起到降低液相形成温度、降低液相粘度的作用，从而达到减少能耗、促进陶粒膨胀的目的。此外，玻璃为完全非晶态结构，在焙烧过程中具有重新形成微晶相结构的潜力，能显著提高陶粒的强度，使得陶粒兼具轻质与高强的属性。
[0005]中国专利技术专利CN101215149A公开了一种低温烧制污泥玻璃超轻陶粒的制备方法，该专利技术原料组成及配方比为：污泥20～70份，废玻璃粉25～75份，辅助原料2～6份。该专利使用废玻璃仅作为助熔成分来利用，使污泥玻璃超轻陶粒可以在较低温度制备，且堆积密度在400g/cm3，但其筒压强度仅为1MPa左右，且吸水率达到6％以上。
[0006]中国专利技术专利CN101215150A公开了一种固体废弃物烧制陶粒的制备方法，该专利技术原料组成及配方比为：煤矸石15～45份，城市生活干污泥25～50份，废玻璃20～50％份，经过低温保温、烧成保温、包含三阶段的降温退火处理后得到产品。该产品完全由固废制备，但焙烧工艺较为复杂，不利于工业化大量生产。该陶粒堆积密度在500kg/m3左右，筒压强度小于5MPa。
[0007]中国专利技术专利CN101538131公开了一种用拜尔法赤泥为主要原料制备烧胀陶粒的方法，该专利技术原料组成及配方比为：拜耳法赤泥50～60份，粉煤灰20～25份，废玻璃15～20份，淀粉2份、碳粉2份、六偏磷酸钠1份。陶粒经高温焙烧后强制冷却后得到，陶粒外表面玻璃化程度好，内部以封闭孔为主，因此陶粒吸水率在1％以下。但急冷条件不利于陶粒内部晶体的形成，在堆积密度为780kg/cm3时，筒压强度仅为4.6MPa。
[0008]综上所述，目前利用固体废弃物和玻璃生产陶粒的问题总结如下：
[0009](1)陶粒轻质与高强之间的对立矛盾一直没有很好解决，无法满足高性能轻骨料混凝土轻质且高强的技术要求。
[0010](2)制备的轻质陶粒通常吸水率较大，难以满足高层施工的泵送要求，加快混凝土拌合物塌落度损失。
[0011](3)原料中使用玻璃主要是利用其较高的R2O含量来降低焙烧温度及液相粘度，达到降低能耗和促进陶粒膨胀的作用，缺少对玻璃完全无定型的特殊结构的运用。
[0012]综上所述，陶粒轻质与高强之间的对立矛盾和轻质陶粒吸水率高的问题亟需解决方案。

技术实现思路

[0013]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提出一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒及其制备方法和应用，本专利技术旨在提供一种轻质、高强、低吸水率陶粒的制备方法，以解决陶粒轻质与高强之间的对立矛盾和轻质陶粒吸水率高的技术问题。本专利技术根据透辉石微晶化学成分(SiO2含量45～60wt％，CaO含量5～20wt％，MgO含量5～20wt％)加入校正组分，并加入成核剂促进微晶的形成与生长，最终制备以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒。
[0014]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0015]一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其由包括如下质量份数的组分制备得到：50～70份工程渣土、20～40份玻璃、3～7份碳酸钙、3～7份轻质氧化镁和2～10份成核剂，所述成核剂为氟化钙、二氧化钛和三氧化二铬中的至少一种。
[0016]优选的，所述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其由包括如下质量份数的组分制备得到：50～70份工程渣土、20～40份玻璃、5份碳酸钙、5份轻质氧化镁和2～10份成核剂；所述成核剂为氟化钙、二氧化钛和三氧化二铬中的至少一种。
[0017]优选的，所述工程渣土为地下开发工程过程中产生的褐色块状渣土，使用前先敲碎后在105℃条件下干燥48小时。
[0018]优选的，所述碳酸钙和轻质氧化镁均为分析纯规格。
[0019]优选的，所述玻璃为废弃的无色透明平板玻璃。
[0020]上述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒的制备方法，包括如下步骤：
[0021](1)将工程渣土、玻璃、碳酸钙、轻质氧化镁和成核剂分别破碎、球磨后过筛得到玻璃粉、渣土粉、碳酸钙粉、轻质氧化镁粉和成核剂粉；
[0022](2)将步骤(1)所述的玻璃粉、渣土粉和碳酸钙粉、轻质氧化镁粉和成核剂粉混匀得到混合物，加水搅拌后得到配合料，配合料经造粒、干燥和烧结后即制备得到所述以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒。
[0023]优选的，步骤(1)所述过筛为过200目筛。
[0024]优选的，步骤(2)所述水的加入量占混合物质量的30～40％。
[0025]优选的，步骤(2)所述造粒的方式为：经造粒机造粒成型制得质量为10～12mm的球形料球。
[0026]优选的，步骤(2)所述干燥的温度为105℃，干燥的时间为2～4h。
[0027]优选的，步骤(2)所述烧结的方式为：
[0028]升温阶段：以5～10℃/min的升温速率自室温升温到800℃；
[0029]成核阶段：在800℃保温30～60min；
[0030]升温阶段：以10℃/min的升温速率自800℃升温至1100～1180℃；
[0031]烧结阶段：在1120～1180℃保温1小时后随炉冷却至室温。
[0032]上述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒在制备建筑材料中的应用。
[0033]微晶玻璃是将玻璃(非晶态)在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及残余玻璃相的多相固体材料，其兼具玻璃的基本性能和陶瓷的晶体特性于一身，是一类独特的新型材料，具有很多优于同类玻璃和陶瓷的优异性能，如强度高、硬度大、吸水率低、化学稳定性和热稳定性好等。玻璃高助熔成分的利用(用于降低液相形成温度、降低液相粘度)已经应用于制备陶粒上。但在制备陶粒中对于玻璃无定型结构的利用(制备微晶相)，鲜有研究。本专利提出利用玻璃在烧结过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其特征在于，其由包括如下质量份数的组分制备得到：50～70份工程渣土、20～40份玻璃、3～7份碳酸钙、3～7份轻质氧化镁和2～10份成核剂，所述成核剂为氟化钙、二氧化钛和三氧化二铬中的至少一种。2.根据权利要求1所述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其特征在于，其由包括如下质量份数的组分制备得到：50～70份工程渣土、20～40份玻璃、5份碳酸钙、5份轻质氧化镁和2～10份成核剂，所述成核剂为氟化钙、二氧化钛和三氧化二铬中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其特征在于，所述工程渣土为地下开发工程过程中产生的褐色块状渣土，使用前先敲碎后在105℃条件下干燥48小时。4.根据权利要求1或2所述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒，其特征在于，所述碳酸钙和轻质氧化镁均为分析纯规格；所述玻璃为废弃的无色透明平板玻璃。5.权利要求1～4任一项所述一种以微晶玻璃相为基体的轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将工程渣土、玻璃、碳酸钙、轻质氧化镁和成核剂分别破碎、球磨后过筛得到玻璃粉、渣土粉、碳酸钙粉、轻质氧化镁粉和成核剂粉；(2)将步骤(1)所述的玻璃粉、渣土粉和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云鹏，万文豪，王发洲，刘凤东，杨飞华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：