專利名稱：用于混凝土和建筑物的集料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種形成輕質(zhì)粉煤灰集料(lightweight fly ashaggregate)的方法，以及所產(chǎn)生的粉煤灰集料。本發(fā)明還涉及形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法中的各個方面，包括形成漿料或膏體，坯塊(briquette)，或輕質(zhì)粉煤灰顆粒的方法。
背景技術(shù)：
燒結(jié)?；姆勖夯壹显谌舾晒I(yè)化國家，例如英國，美國，日本，印度和北歐，已經(jīng)進(jìn)行了商業(yè)化生產(chǎn)。這些集料的生產(chǎn)方法要求在對粉煤灰和水的混合物進(jìn)行?；笤儆?200℃的溫度下對球粒進(jìn)行燒結(jié)。這種方法可產(chǎn)生具有高比例空隙度的輕質(zhì)的球形集料。燒結(jié)?；姆勖夯壹系纳a(chǎn)要求對整個生產(chǎn)過程的高度控制。對于此種類型的輕質(zhì)集料，本發(fā)明人曾經(jīng)體驗過英國生產(chǎn)的名為LYTAG的集料。而該集料被發(fā)現(xiàn)在尺寸和質(zhì)量上有較大的差異。因此這種差異會導(dǎo)致終產(chǎn)物，也就是混凝土的不一致性。因為結(jié)構(gòu)混凝土是最終感興趣的目的所在，所以必須保證集料的高質(zhì)量和一致的性能。尤其當(dāng)此集料被用于重要建筑，例如近海平臺時。
在澳大利亞，還沒有粉煤灰集料的生產(chǎn)。盡管這個國家的大多數(shù)發(fā)電廠以煤為能源，并且產(chǎn)生大量的粉煤灰。調(diào)查發(fā)現(xiàn)將燒結(jié)?；姆勖夯襆YTAG用于高強(qiáng)度混凝土的生產(chǎn)，并可產(chǎn)生抗壓強(qiáng)度為70Mpa的混凝土。但是，盡管在最嚴(yán)密的實(shí)驗條件下，強(qiáng)度值的一致性和可重現(xiàn)性以及可加工性的水平都不高。這種缺陷產(chǎn)生的原因就是所用的輕質(zhì)集料的不一致性。不一致性主要表現(xiàn)在吸水能力，硬度和粒徑分布上。而且，生產(chǎn)高強(qiáng)度的輕質(zhì)混凝土還要求使用非常大量的普通波特蘭水泥。這是極少被鼓勵的，因為水泥生產(chǎn)工業(yè)由于其高能耗量和高二氧化碳排放量而對環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。而以前的認(rèn)識則是，想要通過LYTAG生產(chǎn)高性能的混凝土，就必須使用大量的水泥。這與至少針對環(huán)境問題的粉煤灰集料混凝土的最初設(shè)想是大相徑庭的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是提供一種形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法，該方法包含如下步驟將粉煤灰與增塑劑及減量的水相混合從而產(chǎn)生粉煤灰漿料或膏體；加熱粉煤灰漿料或膏體從而能有效地干燥漿料或膏體，并產(chǎn)生粉煤灰坯塊；壓碎粉煤灰坯塊而得到輕質(zhì)粉煤灰集料。
該方法優(yōu)選還包含根據(jù)預(yù)定的粒徑范圍來分級粉煤灰集料的步驟。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種形成粉煤灰的漿料或膏體的方法，所述方法包括將粉煤灰與增塑劑和減量的水相混合，從而產(chǎn)生粉煤灰的漿料和膏體。
增塑劑優(yōu)選為高效增塑劑(superplastiser)。
優(yōu)選增塑劑的體積(1)與粉煤灰的重量(Kg)的比為約0.1-5％之間。更優(yōu)選減量的水的體積量(1)與粉煤灰的重量(Kg)的比為小于約35％。
本發(fā)明的又一方面是提供一種形成粉煤灰坯塊的方法，所述方法包括如下步驟在約40℃至110℃之間加熱粉煤灰的漿料和膏體從而有效地固化漿料或膏體，并得到粉煤灰坯塊；和在大約1300℃焙燒粉煤灰坯塊。
優(yōu)選對漿料和膏體的固化是在控制于一定水平的濕度下進(jìn)行的，例如大約37％的相對濕度。更優(yōu)選漿料或膏體的固化時間是加長的，約1至4天。
大體上該方法還包括在固化之前對漿料或膏體進(jìn)行壓實(shí)或壓縮。
本發(fā)明的再一方面是提供一種形成輕質(zhì)粉煤灰顆粒的方法，所述方法包括壓碎粉煤灰坯塊從而得到輕質(zhì)的粉煤灰顆粒。
總的來說壓碎粉煤灰坯塊的步驟能得到具有不規(guī)則形狀的或多角形的粉煤灰顆粒。一般認(rèn)為不規(guī)則形狀的或是多角形的粉煤灰集料能增強(qiáng)其與混凝土中的砂漿基質(zhì)(matrix)的互鎖(interlock)，并因此增加混凝土的強(qiáng)度。
優(yōu)選該方法還包括根據(jù)預(yù)定的粒徑范圍分級粉煤灰顆粒的步驟。更優(yōu)選分級通過對粉煤灰進(jìn)行篩分來實(shí)現(xiàn)。大致地，預(yù)定的粒徑范圍涵蓋了粒徑約為75μm至30mm之間的粉煤灰顆粒。
本發(fā)明的還一方面是提供一種用于混凝土生產(chǎn)的輕質(zhì)粉煤灰集料，所述集料具有相對低的吸水能力。
優(yōu)選所述相對低的吸水能力24小時內(nèi)測量為小于10％。更優(yōu)選該吸水能力為2-5％。
優(yōu)選該輕質(zhì)粉煤灰集料具有預(yù)定范圍內(nèi)的粒徑。更優(yōu)選該預(yù)定的粒徑范圍涵蓋了粒徑約為75μm至30mm之間的粉煤灰顆粒?？偟膩碚f，粒徑范圍為0.075mm(75μm)至12mm之間。


為了能對本發(fā)明的本質(zhì)有一個更好的理解，附圖1至10的照片顯示了本發(fā)明實(shí)施例中的粉煤灰集料，以及現(xiàn)有技術(shù)中的花崗巖和LYTAG集料，本發(fā)明中粉煤灰集料的坯塊，和包含該粉煤灰集料的混凝土。
具體實(shí)施例方式
為了能對本發(fā)明的本質(zhì)有一個更好的理解，以下將對形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法，以及所產(chǎn)生的粉煤灰集料的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行闡述。
如下示范例涉及通過下列步驟形成的輕質(zhì)粉煤灰集料I.將粉煤灰與增塑劑及減量的水相混合；II.壓實(shí)或壓縮所得的粉煤灰漿料或膏體；III.通過切割或其他方式將膏體成型為坯塊；IV.加熱坯塊從而有效地固化膏體；V.焙燒坯塊來燒結(jié)粉煤灰；VI.壓碎燒結(jié)了的坯塊并且分級，優(yōu)選篩分，產(chǎn)生的粉煤灰顆粒，從而得到預(yù)定粒徑范圍內(nèi)的輕質(zhì)粉煤灰集料。
混合和澆注步驟將粉煤灰稱重并注入合適的混凝土攪拌機(jī)或類似的容器中。加入占總水量大約70％的水，并將膏體混合物混合并旋轉(zhuǎn)3分鐘。本實(shí)驗中所使用的粉煤灰為ASTM標(biāo)準(zhǔn)的F級粉煤灰。其在那些以煤為能源的發(fā)電站可以大量的獲得。本例中使用的粉煤灰來自于澳大利亞的Eraring。特定粉煤灰的使用并不是必要的，但其必須要符合當(dāng)?shù)氐馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
將增塑劑，(在本例中為高效增塑劑)加入，并再攪拌3分鐘。高效增塑劑的加入是為了增加粉煤灰的漿料或膏體的可加工性。高效增塑劑為Handy Chemicals生產(chǎn)的商品名為DISAL的純的聚萘磺酸酯(polynapthalenesulphonate)的鈉鹽。但是很明顯，特定增塑劑的使用并不是必要的。只是以最小量的水而獲得一致的可加工性是非常重要的，而合適的增塑劑的使用可以滿足這個要求，前提是加入量與所使用的具體增塑劑相關(guān)。在本例中以DISAL為高效增塑劑，每100Kg粉煤灰中其加入量為200ml。
加入剩余量的水，再攪拌3分鐘后結(jié)束攪拌。然后將粉煤灰膏體澆注到槽中，并按照與澆注混凝土相似的方式將其壓實(shí)或在振動臺上振動。當(dāng)膏體混合物開始泌漿(bleed)時結(jié)束壓實(shí)或壓縮。通過切割模具將固定并壓實(shí)的膏體切割為坯塊，并將坯塊從槽中取出。本申請人的目標(biāo)是進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，所以要使用生產(chǎn)粘土磚的常用方法，包括對粉煤灰坯塊的壓實(shí)，擠壓(extrusion)，然后切割。
在本例中，每100Kg粉煤灰中，其組分的比例為I.26升水；和II.200ml高效增塑劑。
熱處理將膏體坯塊在50℃和相對濕度為37％的受控固化室(curing chamber)中放置48小時。固化過程的目的就是要賦予膏體必要的穩(wěn)定性和堅固性。上述過程完成后，固化的樣品被放入干燥爐中，并在9個小時內(nèi)將溫度升至1300℃。再將1300℃保持4小時。將干燥爐關(guān)閉并在48小時內(nèi)使樣品緩慢冷卻后回收燒結(jié)了的坯塊。1300℃左右的焙燒溫度足夠高以完成燒結(jié)而同時又避免了粉煤灰的上釉。
壓碎和分級將燒結(jié)了的坯塊引入壓碎機(jī)中。本申請人發(fā)現(xiàn)本例中能產(chǎn)生最好效果的最大粉煤灰粒徑為12mm。集料因此被壓碎而產(chǎn)生這種最大集料粒徑。而壓碎了的集料則被分級為如下的粒徑等級。
I.最大粒徑為12mm和最小粒徑為4.75mm的粗粒集料；II.最大粒徑能通過4.75mm的篩網(wǎng)且最小粒徑為75μm的細(xì)粒集料；III.粒徑小于75μm的超細(xì)粒(能通過No.200ASTM篩網(wǎng))。
作為本發(fā)明目標(biāo)所在的壓碎且分級了的粉煤灰集料是粗粒集料和細(xì)粒集料。也就是說，預(yù)定和選擇的粒徑范圍為75μm至12mm。
表1表示粒徑的分布。
表1-對本發(fā)明一個實(shí)施例的粉煤灰集料的篩析

生產(chǎn)粉煤灰集料的優(yōu)選的目標(biāo)就是為了生產(chǎn)混凝土。因此與生產(chǎn)混凝土相關(guān)的特征是申請人所要確定的。這些特征包括粒徑分布，集料壓碎值(crushing value)，表觀飽和表面干燥比重(apparent saturated surface dryspecific gravity)，干燥搗實(shí)的體密度(dry rodded bulk density)和吸水能力。而該特征是根據(jù)AS 2758.1和AS1141測量得到的。但是要說明該集料還可被用于其他的結(jié)構(gòu)性的應(yīng)用，例如瀝青道路，磚材料，絕緣材料和回填。
表2表示了確定這些相關(guān)的特征的測量結(jié)果。

表3列出了現(xiàn)有技術(shù)中的LYTAG，以及傳統(tǒng)的花崗巖和英安巖集料的性質(zhì)?；◢弾r和英安巖集料是廣泛用于混凝土生產(chǎn)的天然集料。另一方面，LYTAG集料是在被承認(rèn)的現(xiàn)有技術(shù)中所述的燒結(jié)粒化了的粉煤灰集料，并且是自1966年起在澳大利亞以外的地區(qū)的成功商品化的輕質(zhì)集料。
表3--現(xiàn)有技術(shù)中的LYTAG，以及傳統(tǒng)的花崗巖和英安巖集料的性質(zhì)

通過對表2中所示的本發(fā)明的這個實(shí)施例中的粉煤灰集料的性質(zhì)與表3所示的現(xiàn)有技術(shù)的集料的性質(zhì)進(jìn)行比較，顯示出本發(fā)明的這個實(shí)施例中的粉煤灰集料與LYTAG相比具有非常低的吸收能力。而且，該實(shí)施例壓碎值也顯著地小于LYTAG的壓碎值。因此可被認(rèn)為該實(shí)施例中所產(chǎn)生的混凝土比LYTAG混凝土更具耐久性和更大的強(qiáng)度，并且其重量在與LYTAG相當(dāng)?shù)耐瑫r還更穩(wěn)定。
為了顯示將粉煤灰集料應(yīng)用于混凝土?xí)r的適宜性和適用性，設(shè)計了一種混凝土的配合比并且對新拌的和硬化了的混凝土進(jìn)行測量。將本實(shí)施例中的配合比設(shè)計示于表4中，表4顯示了基于飽和的和表面干燥的條件下集料的比例。表4還顯示了本實(shí)施例中三種混凝土的配合比設(shè)計，從而可以對這三種由不同集料制成的混凝土有一個直接的比較。設(shè)計出來的三種混凝土具有相同的水泥含量和相同含量的能產(chǎn)生膠結(jié)效果的任何凝硬性材料(pozzolanic material)。設(shè)計水的加入量使三種混凝土在眾所周知的坍落度試驗(slump test)中被測得具有相同的可加工性。對新拌的和壓縮了的三種混凝土的密度進(jìn)行測量并將其值示于表5中。
表4-使用3種集料的混凝土配合比設(shè)計(飽和的和表面干燥的條件)

這三種混凝土具有相似的可加工性條件，而且它們的坍落值也是很低的。然而這三種混凝土是可加工的和很容易壓實(shí)的，并且沒有顯示出離析(segregation)或泌漿性。在第7天齡期和第28天齡期時對硬化了的混凝土進(jìn)行測量并將結(jié)果記錄于表5中。抗壓強(qiáng)度也在第7天齡期和第28天齡期時確定。非常明顯可以看出，本發(fā)明的粉煤灰集料制成的混凝土的抗壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LYTAG輕質(zhì)集料所制成的相應(yīng)的混合物。在初始齡期，本發(fā)明的粉煤灰集料制成的混凝土的強(qiáng)度明顯高于由花崗巖集料制得的常規(guī)重量型集料的混凝土。盡管事實(shí)上花崗巖集料的混凝土要比本發(fā)明中的粉煤灰集料的混凝土重24％。再有，本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土的表觀孔隙率，也就是表面透氣性的標(biāo)志，要比LYTAG和花崗巖混凝土的低出許多。這個特征表示本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土很可能對惡劣環(huán)境條件的抵抗力要高于以前所知的基于LYTAG的粉煤灰混凝土和常規(guī)重量型的花崗巖混凝土。
抗壓強(qiáng)度和彈性模具的值也是在第28天齡期時被測量。在第28天齡期測量的本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土的抗壓強(qiáng)度值為62.9Mpa，可被列入高強(qiáng)度混凝土的級別。LYTAG混凝土的抗壓強(qiáng)度值為44.6Mpa，常規(guī)重量型花崗巖混凝土的抗壓強(qiáng)度值為56.3Mpa。因此在抗壓強(qiáng)度方面，本發(fā)明中粉煤灰集料制得的混凝土明顯且一致地優(yōu)于另外兩種混凝土。
表5-本實(shí)施例中三種不同的集料制成的混凝土在新拌和硬化之后的性質(zhì)

申請人還根據(jù)控制應(yīng)變下加載的方法(method of strain controlledloading)來測量了彈性模量。該方法提供了被測樣品的的應(yīng)力--應(yīng)變完全關(guān)系，并且還因此提供了一個評估材料的斷裂韌度的方法。結(jié)果顯示本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土的彈性模量為23.7Gpa，而相應(yīng)的LYTAG混凝土的值為16.7Gpa，花崗巖混凝土的值為32.5Gpa?？梢粤舷氲捷p質(zhì)的混凝土?xí)哂休^低的彈性模量的值。這是因為彈性模量主要是由其集料決定。然而，本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土具有比LYTAG混凝土高很多的彈性模量，這也表示本發(fā)明的混凝土較之LYTAG混凝土具有較高的剛性。本發(fā)明中粉煤灰集料制成的混凝土的彈性模量值低于常規(guī)重量型的花崗巖混凝土的值。但這決不是一個不良特征，因為較低的彈性模量值能夠容許在振動或地震發(fā)生時有一個較大的偏移(deflections)量，從而給結(jié)構(gòu)提供一個較好的延伸性。另一方面，這個值也不能太低而在常規(guī)應(yīng)用條件下產(chǎn)生太大的偏移。本發(fā)明的混凝土的值是處于LYTAG混凝土和花崗巖混凝土的值之間。因此它與LYTAG混凝土結(jié)構(gòu)相比顯示了較好的可使用性，而與由花崗巖混凝土制成的相似結(jié)構(gòu)相比顯示了增強(qiáng)了的延伸性。
下面還要進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗，只是使用的粉煤灰是從發(fā)電站的收集器或料斗中直接取來的未分級(也就是說直接從料斗中取來而沒有進(jìn)一步分級)的F級粉煤灰。這與前一例中使用的符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的F級粉煤灰不同。而且，在這些附加實(shí)驗中，是將未分級的F級粉煤灰與Grace Chemical產(chǎn)生的在澳大利亞的商品名為DARACEM的聚合高效增塑劑相混合，工藝步驟和模式與前面進(jìn)行的實(shí)驗基本是一致的。
表6顯示了對本發(fā)明中另一種粉煤灰集料的相應(yīng)的有關(guān)特征的測量結(jié)果。
表6-本發(fā)明中另一種粉煤灰集料的特征

表7包括了這些后續(xù)實(shí)驗中的屬于由另一種粉煤灰集料生產(chǎn)的混凝土混合物的結(jié)果。該表顯示了用于本研究的四種混凝土的配合比設(shè)計，從而能對由不同種集料生產(chǎn)的混凝土有一個直觀的比較。這四種混凝土被設(shè)計成具有相同的水泥含量和水的含量。測量這四種混凝土在新拌的和硬化了時的密度，并將結(jié)果記錄于表8中。還有整個稱重，混合，固化，測量和記錄程序都是由一個獨(dú)立的工程公司來完成的。這個公司受NATA(NationalAssociation of Testing Authorities，Austrialia)委托進(jìn)行這項操作。這個公司名為Canberra Testing Service，是Coffey Geoscience Pty Ltd.的一個分支機(jī)構(gòu)。所有的操作都是按照相關(guān)的澳大利亞的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的。
表7-在第2個實(shí)驗中，使用4種集料的混凝土配合比設(shè)計(飽和的和表面干燥的條件)

在第7天齡期和第28天齡期測量硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度，在第28天齡期和第35天齡期分別測量其間接抗拉強(qiáng)度和彈性模量。從表8所示的結(jié)果可以很明顯地看出本發(fā)明的這個實(shí)施例中由粉煤灰集料制成的混凝土的抗壓強(qiáng)度要令人吃驚和顯著地比現(xiàn)有技術(shù)中相應(yīng)地由花崗巖和英安巖制成的混凝土的抗壓強(qiáng)度高。本發(fā)明的這個實(shí)施例中由粉煤灰集料制成的混凝土要比以花崗巖為集料的混凝土輕27％。
表8-四種不同的集料制成的混凝土在新拌和硬化之后的性質(zhì)序列號No.2(混合的，執(zhí)行的和獨(dú)立測量的)

在所有齡期的測試中，以粉煤灰為集料的混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于其它各種混凝土的抗壓強(qiáng)度。粉煤灰集料混凝土的第28天齡期抗壓強(qiáng)度，也就是本發(fā)明的目標(biāo)所在，分別比花崗巖，英安巖和現(xiàn)有技術(shù)中的LYTAG混凝土的抗壓強(qiáng)度要高出14.6％，20％和25％。盡管事實(shí)上，在所有這些混凝土中的水泥含量，有膠結(jié)效果的材料的含量和水含量是相同的。而且相應(yīng)地，所有這些混凝土的水與水泥的比率，及水與有膠結(jié)效果的材料的總量的比率是完全一致的。還有，這四種混凝土的可加工性的特征是相似的，都具有同等程度高的可加工性。
以粉煤灰為集料制成的混凝土的彈性模量低于花崗巖和英安巖混凝土的值。但是本發(fā)明中以粉煤灰為集料制成的混凝土的彈性模量明顯要高于LYTAG混凝土的彈性模量。與花崗巖和英安巖混凝土相比，較低的彈性模量能夠在振動或是地震發(fā)生時容許較大的偏移，并且相對于由花崗巖和英安巖混凝土形成的相似結(jié)構(gòu)，其還能顯示出增強(qiáng)了的延伸性。在另一方面，彈性模量的值也沒有太低以至于導(dǎo)致常規(guī)應(yīng)用條件下的大幅度偏移，而且其也能比LYTAG混凝土提供更好的可使用性。而本發(fā)明中粉煤灰集料制成的混凝土的間接抗拉強(qiáng)度要稍稍高于且優(yōu)于花崗巖混凝土和LYTAG混凝土。
表9包括了由現(xiàn)有技術(shù)中的集料制成的混凝土和本發(fā)明的后續(xù)實(shí)驗中的集料制成的混凝土的收縮性質(zhì)的結(jié)果。收縮率結(jié)果是非常令人滿意的，因為粉煤灰集料制成的混凝土顯示了較低的收縮率，例如在56天后其收縮值比花崗巖混凝土的值小了44％。而且本發(fā)明中粉煤灰制成的混凝土的收縮值要分別比天然英安巖混凝土和現(xiàn)有技術(shù)中的LYTAG混凝土的值低49％和51％。這種尤其低的收縮值能使混凝土具有較低的開裂度，在應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土道路和人行道時是非常有利的。
表9-由四種集料制成的混凝土在新拌和硬化了時的收縮性質(zhì)

在圖1中，左邊照片表示本發(fā)明中的粉煤灰集料，中間的是常規(guī)重量型天然花崗巖集料，而右邊的表示現(xiàn)有技術(shù)的LYTAG粉煤灰集料。這個對比性的照片清楚地顯示出本發(fā)明這個實(shí)施例中的粉煤灰集料與現(xiàn)有技術(shù)的集料，特別是LYTAG粉煤灰集料相比具有突出的多角性。此圖中的粉煤灰集料是表1所示的前一個實(shí)施例中的粗粒和細(xì)粒的粉煤灰。相似的，圖2顯示了本發(fā)明中的后一個實(shí)施例中的粉煤灰集料，以及粉煤灰坯塊(已經(jīng)被劈裂了的)，將其壓碎已可以得到粉煤灰集料。圖2的照片不僅顯示了粉煤灰集料的多角性，還顯示了集料表面的多孔性及其“多坑的(cratered)”外觀。
圖3和圖4顯示了分別包括此前的兩個實(shí)施例中的粉煤灰集料的混凝土的斷裂的和劈裂的表面。這些照片以及圖5中的相對較低放大倍率的照片清楚地顯示出粉煤灰集料的多角形狀，以及其與混凝土中的砂漿-膠結(jié)漿料基質(zhì)的緊密互鎖。圖6是對圖5中集料與水泥-砂漿基質(zhì)的交界的一個近距離特寫。這個特寫圖片清楚地顯示了分別位于圖片左邊和右邊的集料與水泥-砂漿基質(zhì)的交界面的緊密互鎖和無裂縫性。主要在集料表面出現(xiàn)的閃亮的類似氣泡的物質(zhì)是半球形的孔或坑，它們是粉煤灰坯塊在被壓碎之前就已存在于其中的空氣/蒸汽泡的軌跡。
圖7是另一張顯示另一混凝土的部分?jǐn)嗔驯砻娴恼掌摶炷涟ú煌降姆勖夯壹?較深部分)。盡管此照片的放大倍率并不高，但在集料表面的許多氣泡的軌跡還是可以觀察到的。而且，粉煤灰集料的多角形狀，以及其與混凝土基質(zhì)的緊密互鎖還是非常明顯的。
圖8至圖10進(jìn)一步展示了粉煤灰集料的多坑的表面，以及其與混凝土中基質(zhì)的緊密互鎖。圖8的照片最清楚地顯示出那些坑印，其原來是處于粉煤灰坯塊中的氣泡孔。圖9顯示了集料邊緣與基質(zhì)的緊密且無坑的交界面。而圖10顯示了粉煤灰集料的多角邊緣與基質(zhì)在集料/基質(zhì)交界面的緊密互鎖。
在本發(fā)明實(shí)施例中高效增塑劑的引入減少了混合粉煤灰漿料所需的水的量，而同時又提供容易的可加工性，從而能形成有粘性的可在模具中被成形和被壓實(shí)的膏體。而且，氣泡軌跡以及隨后在粉煤灰顆粒上形成的坑被認(rèn)為可由以下機(jī)理中的一個或兩個來進(jìn)行解釋i)坑是使用增塑劑而帶入氣泡的結(jié)果；ii)由于增塑劑的分散作用，水以水滴的形式存在，并容許粉煤灰顆粒在其上面滾動，而且當(dāng)被干燥時，水滴蒸發(fā)并將其后的軌跡作為氣泡。
增塑劑被認(rèn)為通過其分散和疏水性作用而導(dǎo)致了在干燥成品中氣泡的形成。這些氣泡可能是直接或間接因為增塑劑的引入而形成的。
在混凝土中輕質(zhì)集料的使用具有許多的優(yōu)點(diǎn)，包括(a)由于靜載的減少可以引起地基尺寸的減少，以及鋼筋量的大大減少。
(b)由于預(yù)制構(gòu)件是更輕更小的，所以只需要更小和更便宜的處理和運(yùn)輸設(shè)備。
(c)由于支柱和板，以及桁梁的尺寸的減少，可以有更多的可用空間。
(d)高的熱絕緣性，和(e)增加的阻燃性。
還有，某種特定結(jié)構(gòu)，特別是常用于石油生產(chǎn)的近海結(jié)構(gòu)，對可輕易被拖動且有最大浮力的輕質(zhì)部分的是有需要。
可能總的來說輕質(zhì)集料制成的混凝土和建筑物的最有潛力的優(yōu)勢是它的環(huán)境價值。當(dāng)輕質(zhì)產(chǎn)品以工業(yè)副產(chǎn)品為原材料時，對生產(chǎn)所在地區(qū)和國家的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)是有益的。而且世界各地已經(jīng)對礦業(yè)和天然集料業(yè)附加了非常嚴(yán)格的環(huán)境限制。如果不是最重要的，也是更重要的工業(yè)副產(chǎn)品之一的，是粉煤灰。用粉煤灰來生產(chǎn)集料是有益于社會和建筑工業(yè)的，包括I.對粉煤灰的有效的循環(huán)處理，
II.有助于對粗粒集料和砂這種天然的和稀缺資源的節(jié)約，III.減少集料采集業(yè)對鄉(xiāng)村，河床和海灘的疤痕性和破壞性作業(yè)，IV.產(chǎn)生比天然集料輕得多的集料，從而生產(chǎn)極輕的混凝土，V.由于粉煤灰本身具有的火山灰活性，可以增強(qiáng)集料的強(qiáng)度及其與基質(zhì)的互鎖，還有顯著提高的耐久性，和VI.可以構(gòu)建一個有潛在出口能力的工業(yè)，可以對那些天然集料性質(zhì)很差或者是已經(jīng)被完全開采的產(chǎn)油的中東國家進(jìn)行出口。
在海邊地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或是近海結(jié)構(gòu)要能抵抗海水中含有的氯化物和硫酸鹽，因為氯化物引起的腐蝕會給鋼筋帶來嚴(yán)重的危重而硫酸鹽離子會對混凝土造成傷害。本發(fā)明實(shí)施例中所描述的粉煤灰集料具有低的吸水能力，可以抵抗氯化物，硫酸鹽離子或其它破壞性物質(zhì)進(jìn)入從而減少例如對鋼筋的腐蝕。而且，因為大多數(shù)近海結(jié)構(gòu)是處于寒冷的地區(qū)，所以霜凍的攻擊也是另一個需要被抵御的嚴(yán)重破壞性因素。還有，由于該結(jié)構(gòu)的特定功能，還要考慮其經(jīng)受碳?xì)錃怏w燃燒的可能?？梢哉J(rèn)識到由粉煤灰制成的輕質(zhì)集料對于上述的那些破壞性危害有明顯提高了的抵抗能力。
既然已經(jīng)對本發(fā)明的示范性實(shí)施例有了一個比較詳細(xì)的描述，那本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很明顯地認(rèn)識到形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法以及集料本身具有如下的優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明中的粉煤灰集料遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以前所知的包括LYTAG的輕質(zhì)集料；II.由本發(fā)明中的粉煤灰集料制成的混凝土是輕質(zhì)的，具有低孔隙率，高強(qiáng)度和低收縮率；III.本發(fā)明中粉煤灰集料制成的混凝土在不增加水泥加入量的前提下，優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)重量型混凝土，并從而獲得明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
IV.包含本發(fā)明中的粉煤灰集料的混凝土在可加工性方面與包含現(xiàn)有技術(shù)的集料的混凝土有可比性。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解到，除了那些明顯描述了的，本發(fā)明可以經(jīng)受變化或修改。例如，只是壓碎而沒有后繼的分級步驟也足以提供預(yù)定范圍內(nèi)的粒徑，而這會使實(shí)施例有一定的變化。本發(fā)明的范圍還可以擴(kuò)展到整個過程中的一個或多個方面，例如形成粉煤灰漿料或膏體的，或單是形成粉煤灰坯塊的相關(guān)的方法。
所有的變化和修改都被認(rèn)為是屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)的，而本發(fā)明的本質(zhì)也在前面的說明中被確定了。
權(quán)利要求
1.一種形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法，該方法包含如下步驟將粉煤灰與增塑劑及減量的水相混合以產(chǎn)生粉煤灰漿料或膏體；加熱粉煤灰漿料或膏體從而有效地對漿料或膏體進(jìn)行干燥，從而產(chǎn)生粉煤灰坯塊；壓碎粉煤灰坯塊以得到輕質(zhì)粉煤灰集料。
2.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含根據(jù)預(yù)定粒徑范圍來對粉煤灰集料進(jìn)行分級的步驟。
3.一種形成粉煤灰的漿料或膏體的方法，所述方法包含將粉煤灰與增塑劑和減量的水相混合，以得到粉煤灰的漿料或膏體。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的增塑劑為高效增塑劑。
5.權(quán)利要求3或4中任一項所述的方法，其中增塑劑的體積(1)與粉煤灰的重量(Kg)的比約為0.1-5％之間。
6.權(quán)利要求3至5中任一項所述的方法，其中減量的水的體積(1)與粉煤灰的重量(Kg)的比小于約35％。
7.一種形成粉煤灰坯塊的方法，所述方法包含如下步驟在約40℃至110℃之間加熱粉煤灰的漿料或膏體來有效地固化漿料或膏體，從而得到粉煤灰坯塊；和在1300℃左右焙燒粉煤灰坯塊。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中對漿料或膏體的固化是在控制于一定水平的濕度下進(jìn)行的。
9.權(quán)利要求8或9中任一項所述的方法，也包含在固化前對漿料或膏體進(jìn)行壓縮或壓實(shí)的步驟。
10.形成輕質(zhì)粉煤灰顆粒的方法，所述方法包含壓碎粉煤灰坯塊從而得到輕質(zhì)的粉煤灰顆粒。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中壓碎粉煤灰坯塊的步驟能夠提供具有不規(guī)則形狀的或多角形的粉煤灰顆粒。
12.權(quán)利要求10或11中任一項所述的方法，還包含根據(jù)預(yù)定的粒徑范圍對粉煤灰進(jìn)行分級的步驟。
13.權(quán)利要求12的方法，其中分級是通過對粉煤灰顆粒進(jìn)行篩分來實(shí)現(xiàn)的。
14.權(quán)利要求12或13中任一項所述的方法，其中預(yù)定的粒徑范圍涵蓋了粒徑約為75μm至30mm之間的粉煤灰顆粒。
15.用于生產(chǎn)混凝土的輕質(zhì)粉煤灰集料，所述集料具有相對較低的吸水能力。
16.權(quán)利要求15所述的粉煤灰集料，其中所述相對低的吸水能力經(jīng)24小時后測量為小于10％。
17.權(quán)利要求16所述的粉煤灰集料，其中吸收能力為2-5％。
18.權(quán)利要求15-17中任何一項所述的粉煤灰集料，其中所述的粉煤灰集料具有預(yù)定范圍內(nèi)的粒徑。
19.權(quán)利要求18所述的粉煤灰集料，預(yù)定的粒徑范圍涵蓋了粒徑約為75μm至30mm之間的粉煤灰顆粒。
20.權(quán)利要求18所述的粉煤灰集料，其中粒徑范圍為75μm至12mm之間。
全文摘要
本發(fā)明總體上涉及一種形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法，以及所產(chǎn)生的粉煤灰集料。本發(fā)明還涉及形成輕質(zhì)粉煤灰集料的方法中的各個方面，包括形成粉煤灰漿料或膏體，坯塊，或輕質(zhì)粉煤灰顆粒的方法。形成輕質(zhì)粉煤灰集料所包括的總的步驟如下所示I.將粉煤灰與增塑劑及減量的水相混合；II.壓實(shí)或壓縮所得的粉煤灰漿料或膏體；III.通過切割或其他方式將漿料或膏體成型為坯塊；IV.加熱坯塊從而有效地固化膏體或漿料；V.焙燒坯塊來燒結(jié)粉煤灰；VI.壓碎燒結(jié)了的坯塊并且分級，優(yōu)選篩分，產(chǎn)生的粉煤灰顆粒，從而得到預(yù)定粒徑范圍內(nèi)的輕質(zhì)粉煤灰集料。
文檔編號C04B18/08GK1509259SQ02809924
公開日2004年6月30日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者奧巴達(dá)·卡亞利, 奧巴達(dá) 卡亞利, J 肖, 卡爾·J·肖 申請人:尤尼瑟奇有限公司