專利名稱：非燒結(jié)粉煤灰陶粒及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輕混凝土的非燒結(jié)粉煤灰輕骨料及其制造方法，特別是非燒結(jié)粉煤灰陶粒及其制造方法。
1989年6月14日，中國(guó)專利局發(fā)明專利公報(bào)上公告了一名稱為《非煅燒粉煤灰輕骨料制作方法》的發(fā)明專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)?6106928，審定號(hào)CN1004482B。該專利申請(qǐng)是一種利用粉煤灰為主要原料，外加粉煤灰硅鋁酸鹽水泥熟料和二水石膏制造混凝土輕骨料的方法，用這種方法制造輕骨料，使用粉煤灰多，有利于對(duì)工業(yè)廢料粉煤灰的綜合利用，保護(hù)環(huán)境，并且使用這種方法不必進(jìn)行燒結(jié)，節(jié)約能源。但是，用這種方法制造的輕骨料堿度低、表面密實(shí)度低、強(qiáng)度低、耐磨性差、表面易起砂、不抗碳化，影響它在砼中與其它組分的粘結(jié)。另外，這種輕骨料的混合料的細(xì)度在8％(0.08mm方孔篩余量)以下，研磨時(shí)生產(chǎn)效率低、耗電量大，增加了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是提供一種堿度高、強(qiáng)度高、抗碳化并且成本低的非燒結(jié)粉煤灰陶粒。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造非燒結(jié)粉煤灰陶粒的方法，該方法節(jié)省能源、降低成本、提高生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，用于混凝土的非燒結(jié)粉煤灰陶粒，它的特殊之處是，它具有球形內(nèi)核1和附著在內(nèi)核1外面的外殼2。其中a.內(nèi)核1的組成(重量％)為84-90粉煤灰8-13普通硅酸鹽水泥1-2.2石膏1-1.2混凝土外加劑b.外殼2采用普通硅酸鹽水泥。
粉煤灰的化學(xué)成份比較復(fù)雜，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)，即除去碳外，成份中主要為氧化硅(SiO2)和氧化鋁(Al2O3)，一般占總量的65-85％，這是粉煤灰產(chǎn)生化學(xué)屬性的主要成份。粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3本身無(wú)活性，必須在堿性介質(zhì)條件下，受激發(fā)而水化，硬化具有膠凝性能。普通硅酸鹽水泥中C3S含量較多，選用普通硅酸鹽水泥作堿性激發(fā)劑，C3S在粉煤灰中Si-O(硅氧四面體)周圍水化生成CSH(B)或C2SH.C2SH2(A)的同時(shí)析出較多Ca(OH)2。C3S越多，水化時(shí)形成C2SH2.C2SH越多，同時(shí)析出Ca(OH)2也多，構(gòu)成高堿性介質(zhì)，對(duì)粉煤灰中硅氧四面體Si-O鍵的溶蝕激發(fā)的機(jī)率也多，使硅氧四面體逐步受到破壞。在生成新水化物的同時(shí)，溶出Al2O3等。為更進(jìn)一步使粉煤灰活性激發(fā)，需要有與堿性激發(fā)劑相適應(yīng)的硫酸鹽激發(fā)。石膏中具有可容性CaSO4，可以作為硫酸鹽激發(fā)劑。石膏在堿性激發(fā)劑的介質(zhì)中，溶出SO3--，它與介質(zhì)中的Ca(OH)2、Al2O3(粉煤灰中的Al2O3)共同化合生成水化硫鋁酸鈣(即E鹽)，同時(shí)析出Al(OH)3鋁膠，并迅速連接新生成的CSH，使水化體很快致密，發(fā)揮強(qiáng)度作用。堿性激發(fā)劑、硫酸鹽激發(fā)劑加入量越多，陶粒的膠凝性能越好，尤其是堿性激發(fā)劑的加入量對(duì)其性能影響更明顯。但是，過(guò)多的加入堿性激發(fā)劑普通硅酸鹽水泥，會(huì)增加陶粒的成本。為了更多地利用粉煤灰，降低成本，本發(fā)明中內(nèi)核1的材料中加入了混凝土外加劑作為活性劑，它可以對(duì)陶料起到早強(qiáng)、增強(qiáng)的作用。本發(fā)明在粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、石膏和混凝土外加劑之間選擇了一個(gè)合理的配比范圍，使本發(fā)明陶粒在滿足各種性能指標(biāo)的前提下，降低了成本。內(nèi)核1的外面包一層普通硅酸鹽水泥外殼2，一方面外殼2的水泥對(duì)內(nèi)核1表面的粉煤灰有強(qiáng)烈的激發(fā)作用，另一方面，在陶粒的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，外殼2的水泥迅速水化，其反映簡(jiǎn)式為，在水泥硬化過(guò)程中，生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，放出Ca(OH)2，這些C2SH2、Ca(OH)2和水泥中的C3A、C4A3S、C11AT.CaF2可進(jìn)一步水化硬化，充填于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中，改變了陶粒表面的組成和結(jié)構(gòu)，形成密實(shí)、堅(jiān)硬的薄殼。這層薄殼大大提高了陶粒表面堿度和密實(shí)度，提高了強(qiáng)高，增強(qiáng)了抗碳化、耐磨損等能力。
本發(fā)明為了處理工業(yè)廢料，降低成本，硫酸鹽激發(fā)劑石膏可以選用來(lái)源廣的工業(yè)廢料及其副產(chǎn)品—氟石膏、磷石膏、鹽石膏，也可以采用天然二水石膏，只要SO3的含量在35％以上都可選用。
本發(fā)明的內(nèi)核1的混合料的細(xì)度為8-12％(0.08mm方孔篩余量)。內(nèi)核1混合料的細(xì)度在0.08mm方孔篩余為13％以上時(shí)，陶粒的強(qiáng)度會(huì)降低到1.5-2.5MPa之間。細(xì)度在8％以下時(shí)，陶粒的強(qiáng)度雖然高，但產(chǎn)量低，耗電量大，增大成本。因此，內(nèi)核1的混合料的細(xì)度選擇8-12％(0.08mm方孔篩余量)最為合適。
本發(fā)明的外殼2的厚度為0.05-0.1mm。
本發(fā)明的外殼2的厚度小于0.05mm時(shí)，包殼層厚度過(guò)低，表面包殼層太薄，起不到包殼作用，對(duì)陶粒的性能改善不大。外殼2的厚度大于0.1mm時(shí)，包殼層太厚，使用普通硅酸鹽水泥過(guò)多，陶粒成本上升。只有外殼2的厚度在0.05-0.1mm時(shí)，陶粒成本適宜，包殼作用最佳。
外殼2的厚度的測(cè)量方法可以采用將包殼與未包殼陶粒，從中心切開(kāi)，制成光片，在德國(guó)等茲顯微鏡上用低倍鏡沿陶粒周邊測(cè)其包殼厚度數(shù)個(gè)點(diǎn)，記在求積儀，然后將上千個(gè)點(diǎn)的厚度取其平均值。
本發(fā)明非燒結(jié)粉煤灰陶粒的制造方法，具有下述步驟a.內(nèi)核1的原料粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、石膏和混凝土外加劑計(jì)量后同時(shí)喂入球磨機(jī)，進(jìn)行混合研磨，混合料的出磨細(xì)度為8-12％(0.08mm方孔篩余量)；b.出磨后的混合料送入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，并向混合料噴入霧化水，使混合料的含水量(重量)達(dá)18％，濕混合料隨攪拌機(jī)攪拌形成微小球核；c.微小球核送入成球盤(pán)，在成球盤(pán)內(nèi)連續(xù)滾動(dòng)，并進(jìn)行二次噴水，使微小球核的粒徑逐漸增大形成內(nèi)核1，內(nèi)核1的含水量(重量)為18-22％；d.內(nèi)核1進(jìn)入成球盤(pán)的成球區(qū)，在成球區(qū)均勻撒入普通硅酸鹽水泥粉，內(nèi)核1在成球區(qū)內(nèi)滾動(dòng)，利用表面較厚的水膜，均勻包上一層普通硅酸鹽水泥外殼2；e.成球后的料球離開(kāi)成球盤(pán)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
在采用步驟a以前，粉煤灰應(yīng)經(jīng)過(guò)晾曬，使其含水率在3％左右。石膏的含水量一般應(yīng)小于1％，特別是選用工業(yè)副產(chǎn)品鹽石膏為硫酸鹽激發(fā)劑時(shí)，因其含泥量較高，故要事先用水沖洗，使其含泥量小于1％。然后將其攤在平整、干凈的平地上曬干或在烘干坑上烘干，使水份小于1％。鹽石膏的粒徑雖然不大，但是較難粉磨，在粉磨時(shí)易脫水粘球，粉磨時(shí)一般加適量生石灰。
陶粒的含水量大于23％時(shí)，陶粒表面水膜太厚，粘結(jié)成大團(tuán)，超過(guò)粒徑，不符合陶粒顆粒級(jí)配要求；反之，含水量小于18％時(shí)，陶粒表面無(wú)水膜，顆粒很小，很疏松，成出的陶粒幾乎沒(méi)有強(qiáng)度。試驗(yàn)證明，陶粒的含水量在18-22％時(shí)，成球出盤(pán)時(shí)強(qiáng)度高，級(jí)配合理。
本發(fā)明的成球盤(pán)的傾斜角為46-48度。
本發(fā)明成球后的料球在溫度大于10℃的條件下自然養(yǎng)護(hù)。
本發(fā)明成球后的料球在溫度為10-24℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)28天；在溫度大于24℃至35℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)15天。
本發(fā)明陶粒，內(nèi)核1的粉煤灰含量可以高達(dá)90％。若用這種陶粒配制定1M3的250#輕骨料鋼筋砼，用陶粒近0.94M3。若在砼中摻入20-35％的粉煤灰取代水泥，配制定100-150#砼，制作空心小砌塊等輕骨料砼制品，粉煤灰用量占92％左右。若配制定35#無(wú)砂大孔砌塊，作為框架結(jié)構(gòu)的填充墻，粉煤灰用量占96％左右。從處理工業(yè)廢料粉煤灰，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等方面看，生產(chǎn)使用本發(fā)明陶料具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明陶粒的內(nèi)核1的各種組份的配比合理，在保證陶粒性能要求的前提下，降低了材料成本。特別是在內(nèi)核1的外面包一層普通硅酸鹽水泥外殼，大大改善了陶粒的各種性能。本發(fā)明具有質(zhì)輕、保溫、隔音、防震等優(yōu)點(diǎn)。以下是本發(fā)明陶粒(為敘述方便簡(jiǎn)稱包殼陶粒)與不帶外殼2的非燒結(jié)粉煤灰陶粒(為敘述方便簡(jiǎn)稱未包殼陶粒)的性能比較1.表面密實(shí)度在德國(guó)等茲顯微鏡上用中倍鏡觀察，可以觀察到，包殼陶粒殼體既有交叉縱橫的水化晶體，也有不規(guī)則無(wú)定形的水化膠體，使得包殼陶粒表面致密、堅(jiān)硬；未包殼陶粒，則表面水化晶體很少，水化膠體幾乎沒(méi)有，故表面疏松。
2.強(qiáng)度在組份和配比及其它條件相同時(shí)，包殼陶粒比未包殼陶粒筒壓強(qiáng)度提高12-38％。
3.堿度A.包殼陶粒和未包殼陶粒自然養(yǎng)護(hù)28天后，各稱取300g分別浸入相同量的水中，過(guò)一定間隔時(shí)間，測(cè)其酸堿度，用PH值表示，結(jié)果見(jiàn)表1。
B包殼陶粒和未包殼陶粒自然養(yǎng)護(hù)兩個(gè)月，各稱取300g，一部分碳化，一部分不碳化，把這些試樣分別放在剛性容器里，自磨一定時(shí)間(放入無(wú)球的瓷磨內(nèi)，磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng))后，把磨掉表層0.5-2g的試樣，用上述方法測(cè)其PH值，結(jié)果見(jiàn)表2。
從表1和表2看出，盡管養(yǎng)護(hù)時(shí)間和處理方法不同，但測(cè)得的PH值，包殼陶粒明顯高于未包殼陶粒。
4.抗碳化能力未包殼陶粒15天即碳化透，包殼陶粒則長(zhǎng)達(dá)一年半才碳化透。
5.耐磨性A.將包殼陶粒和未包殼陶粒過(guò)篩后，取粒徑相似的各100g，分別放入容器里，容器轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間，帶動(dòng)陶粒彼此之間和陶粒與容器之間產(chǎn)生磨擦，到時(shí)間后，倒出陶粒，用篩子篩取粉狀物，稱取重量，計(jì)算耐磨損失百分率，結(jié)果同一配比的包殼陶粒比未包殼陶粒其耐磨性損失低1.6-2.5倍。
B.將包殼陶粒和未包殼陶粒自然養(yǎng)護(hù)兩個(gè)月，經(jīng)碳化(人工碳化)處理后，用與A相同的方法進(jìn)行碳化后耐磨性試驗(yàn)，結(jié)果同一配比的包殼陶粒比未包殼陶粒耐磨性高7.6-11.6倍。
對(duì)比看出，包殼陶粒表面致密、堅(jiān)硬，碳化后不起砂、掉皮。
6.耐久性A.碳化未包殼陶粒在室內(nèi)放置15天即碳化透。用酚酞指示劑分別檢查在露天存放六個(gè)月、九個(gè)月、一年、一年半的包殼陶粒，呈紅色，表明還未碳化透。
B，強(qiáng)度分別對(duì)在露天存放28天、6個(gè)月、1年、1年半、2年的包殼陶粒和未包殼陶粒進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3看出，包殼陶粒的強(qiáng)度，在一年內(nèi)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，一年之后強(qiáng)度略有降低。而未包殼陶粒，28天后，強(qiáng)度降低較大。
C.抗凍性用GB2838-81標(biāo)準(zhǔn)方法，分別檢驗(yàn)在露天存放28天、6個(gè)月、1年、1年半、2年的包殼陶粒和未包殼陶粒的抗凍性，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3看出，包殼陶?？箖鲂?5次循環(huán)后重量損失為3-4％，而未包殼陶?？箖鲂灾亓繐p失大于5％。
本發(fā)明非燒結(jié)粉煤灰陶粒的制造方法，由于選用了合適的混合料細(xì)度、加水量和成球盤(pán)角度，不僅降低了本發(fā)明非燒結(jié)粉煤灰陶粒的制造成本，而且能夠使料球級(jí)配合理，保證成型后料球的強(qiáng)度，尤其是料球出盤(pán)的初始強(qiáng)度，有利于承受輸送、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的沖擊、摩擦和擠壓，保護(hù)其外形的圓整和完好。
下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
附圖為本發(fā)明非燒結(jié)粉煤灰陶粒的結(jié)構(gòu)示意圖。
如附圖所示，本發(fā)明非燒結(jié)粉煤灰陶粒由球形內(nèi)核1和附著在內(nèi)核1外面的普通硅酸鹽水泥外殼2組成。內(nèi)核1的組份為粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、石膏和YS-NF混凝土外加劑，根據(jù)各組份的不同配比列出以下3個(gè)實(shí)施例實(shí)施例1內(nèi)核1的組成(重量)為粉煤灰90％，普通硅酸鹽水泥8％，鹽石膏1％和YS-NF混凝土外加劑1％。上述各種組份按配比分別計(jì)量后，同時(shí)喂入Φ1.2×4.5m球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，混合料的出磨細(xì)度為10％(0.08mm方孔篩余量)?；旌狭铣瞿ズ笏腿腚p軸攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌機(jī)的入料口設(shè)有30公分長(zhǎng)噴水霧水器，霧化水使干混合料粉的微小顆粒濕潤(rùn)，并包上一層均勻的水膜，形成附水均勻的小顆粒。通過(guò)噴霧化水和翻動(dòng)攪拌，不但使水、料在壓微觀狀態(tài)下含水率均勻，同時(shí)也使水和混合料在液固均化條件下得到均勻的濕潤(rùn)。該工序中混合料的含水量(重量)一般控制在18％左右，使?jié)窕旌狭显陔p軸攪拌機(jī)內(nèi)形成微小球核。微小球核隨雙軸攪拌機(jī)攪拌輸送入Φ2.2m成球盤(pán)，成球盤(pán)的轉(zhuǎn)速為13轉(zhuǎn)/分、傾斜角度為48度。微小球核送入成球盤(pán)后，進(jìn)行二次噴水，微小球核在成球盤(pán)內(nèi)連續(xù)滾動(dòng)，粒徑逐漸增大至8-10mm，形成內(nèi)核1。內(nèi)核1的含水量(重量)為20％。內(nèi)核1進(jìn)入成球盤(pán)的成球區(qū)，在成球區(qū)均勻撒入普通硅酸鹽水泥粉。內(nèi)核1在成球區(qū)內(nèi)滾動(dòng)，利用表面較厚的水膜，均勻包上一層厚為0.05-0.1mm的普通硅酸鹽水泥外殼2。成球后的料球離開(kāi)成球盤(pán)，在自然氣溫10-24℃下養(yǎng)護(hù)28天。本實(shí)施例陶粒的筒壓強(qiáng)度為3.25MPa，松散容重為710kg/M3，吸水率為19.0％，凍融重量損失為1.5％。
實(shí)施例2本實(shí)施例的實(shí)施條件與實(shí)施例1相同，內(nèi)核1的組成為(重量)粉煤灰88％、普通硅酸鹽水泥10％、鹽石膏1％、YS-NF混凝土外加劑1％.本實(shí)施例陶粒的筒壓強(qiáng)度為3.64MPa，松散容重為715kg/M3，吸水率為20.0％，凍融重量損失為1.0％。
實(shí)施例3本實(shí)施例的實(shí)施條件與實(shí)施例1相同，內(nèi)核1的組成為(重量)粉煤灰84％、普通硅酸鹽水泥13％、鹽石膏2％、YS-NF混凝土外加劑1％。本實(shí)施例陶粒的筒壓強(qiáng)度為6.65MPa，松散容重為715kg/M3，吸水率為21.7％，凍融重量損失為1.0％
表1.陶粒酸堿度PH值
表2.陶粒表層碳化前后PH值
表3.陶粒長(zhǎng)期性的對(duì)比試驗(yàn)
權(quán)利要求
1.用于混凝土的非燒結(jié)粉煤灰陶粒，其特征是，它具有球形內(nèi)核(1)和附著在內(nèi)核(1)外面的外殼(2)，其中a.內(nèi)核(1)的組成(重量％)為84-90粉煤灰8-13普通硅酸鹽水泥1-2.2石膏1-1.2混凝土外加劑b.外殼(2)采用普通硅酸鹽水泥
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非燒結(jié)粉煤灰陶粒，其特征是，內(nèi)核(1)的混合料的細(xì)度為8～12％(0.08mm方孔篩余量)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非燒結(jié)粉煤灰陶粒，其特征是，外殼(2)的厚度為0.05-0.1mm。
4.用于制造權(quán)利要求1、2或3所述的非燒結(jié)粉煤灰陶粒的方法，其特征是，具有下述步驟a.內(nèi)核(1)的原料粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、石膏和混凝土外加劑計(jì)量后同時(shí)喂入球磨機(jī)，進(jìn)行混合研磨，混合料的出磨細(xì)度為8-12％(0.08mm方孔篩余量)；b.出磨后的混合料送入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，并向混合料噴入霧化水，使混合料的含水量(重量)達(dá)18％，濕混合料隨攪拌機(jī)攪拌形成微小球核；c.微小球核送入成球盤(pán)，在成球盤(pán)內(nèi)連續(xù)滾動(dòng)，并進(jìn)行二次噴水，使微小球核的粒徑逐漸增大形成內(nèi)核(1)，內(nèi)核(1)的含水量(重量)為18-22％；d.內(nèi)核(1)進(jìn)入成球盤(pán)的成球區(qū)，在成球區(qū)均勻撒入普通硅酸鹽水泥粉，內(nèi)核(1)在成球區(qū)內(nèi)滾動(dòng)，利用表面較厚的水膜，均勻包上一層普通硅酸鹽水泥外殼(2)；e.成球后的料球離開(kāi)成球盤(pán)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，成球盤(pán)的傾斜角為46-48度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，成球后的料球在溫度大于10℃的條件下自然養(yǎng)護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，成球后的料球在溫度為10-24℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)28天；在溫度大于24℃至35℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)15天。
全文摘要
本發(fā)明是一種非燒結(jié)粉煤灰陶粒及其制造方法,為克服現(xiàn)有非燒結(jié)粉煤灰陶料堿度低、強(qiáng)度低、不抗碳化的缺點(diǎn),它具有球形內(nèi)核1和附著在內(nèi)核1外面的外殼2。其中:內(nèi)核1的組成(重量%)為:84—90粉煤灰、8—13普通硅酸鹽水泥、1—2.2石膏、1—1.2混凝土處加劑;外殼2采用普通硅酸鹽水泥。內(nèi)核1的混合料研磨后,用攪拌機(jī)加水?dāng)嚢杈鶆?再進(jìn)入成球盤(pán)成球,在成球區(qū)包一層普通硅酸鹽水泥外殼2,料球離開(kāi)成球盤(pán)養(yǎng)護(hù)。它堿度高、強(qiáng)度高、抗碳化。
文檔編號(hào)C04B20/10GK1197050SQ97105788
公開(kāi)日1998年10月28日 申請(qǐng)日期1997年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月18日
發(fā)明者莊實(shí)傳 申請(qǐng)人:青島市應(yīng)用化學(xué)建材廠