本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用煤矸石制备的混凝土骨料及其制备方法。
背景技术：
固化废弃物，如煤矸石、铸造废砂、铜泥、赤泥、钢渣、废弃硅藻土等等，政府每年投入大量资金对其进行深埋、焚烧，深埋严重浪费了宝贵土地资源，而焚烧产生的硫化物进入大气会破坏臭氧，且产生的烟雾会造成雾霾等环境污染，因此将固化废弃物利用起来具有非常重要的现实意义和价值。
目前，很多固化废弃物都有被应用于制备混凝土骨料，从而实现变废为宝，减少环境污染，使建筑成本大大降低，具有巨大的经济效益前景。然而在利用固化废弃物制备混凝土骨料时由于选材不当，级配不合理、制备方法不当等因素，导致所制备的混凝土骨料较天然骨料相比存在强度低、密度小、吸水率高、易粉化、耐老化耐候性低、使用寿命低等问题。且利用煤矸石制成的混凝土骨料不仅在使用时易飞散。以上问题也造成了利用固化废弃物制备的混凝土骨料适用范围小，难以推广的问题。
技术实现要素：
为了解决利用固化废弃物制备的混凝土骨料存在强度低、密度小、吸水率大、易粉化、耐老化耐候性低、使用寿命低的问题以及使用时骨料易飞散的问题，本发明的目的是提供一种利用煤矸石制备的混凝土骨料及其制备方法，本发明的混凝土骨料强度高、密度大、吸水率低、不易粉化、耐老化耐候性更高，且使用过程中骨料不易飞散，适用范围广，适合推广。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用煤矸石制备的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份数是由以下原料制成：110-150份煤矸石碎块、50-70份铸造废砂、10-20份铜泥、10-20份赤泥、50-70份再生硅藻土碎块、5-9份添加料、6-10份氢氧化钙以及5-9份质量浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，其中，所述再生硅藻土碎块按照重量份数是由40-60份浆状废弃硅藻土、20-30份改性钢渣微粉、6-11份表面改性剂和0.04-0.06份发泡剂制成，所述改性钢渣微粉是由钢渣和为钢渣重量1/10-1/2的偏硼酸钠制成。
所述表面改性剂由重量比为3-3.5：3-3.5：2-2.5：2-2.5：3-3.5的氢氧化钠固体、二水硫酸钙、甲基硅酸钾、木质素偶联剂、钛酸酯偶联剂组成。
所述添加料由重量比为1-2：3-3.5：2-4的硬脂酸钡、阻燃纤维、聚酰亚胺纤维组成。
所述煤矸石碎块的粒径为4-16mm，所述再生硅藻土碎块的粒径为4-16mm，所述铸造废砂的粒径为2-3mm，所述铜泥的粒径为0.074-1 mm，所述赤泥的粒径为0.074-1 mm。
所述的一种利用煤矸石制备的混凝土骨料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述的重量份数称量选取煤矸石碎块、铸造废砂、铜泥、赤泥、浆状废弃硅藻土、添加料、表面改性剂、发泡剂、氢氧化钙、氢氧化钠溶液、钢渣以及偏硼酸钠，作为原料备用；
步骤二、从备用原材料中取钢渣和偏硼酸钠，将钢渣和偏硼酸钠混合后在1250-1450℃下煅烧35min，然后降温到1000-1200℃并保温2-4h，得到渣样，将渣样放入水中急冷，使渣样由1000-1200℃迅速冷却到室温，然后将渣样粉磨至比表面积为600m2/kg，得到改性钢渣微粉，备用；
步骤三、从备用原料中取铸造废砂、氢氧化钠溶液、煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，向铸造废砂中加入氢氧化钠溶液搅拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，搅拌30min后制成混合料，备用；
步骤四、从备用原料中取浆状废弃硅藻土、表面改性剂和发泡剂并取步骤二制得的改性钢渣微粉，将表面改性剂加入浆状废弃硅藻土中混合搅拌均匀，并加热至800-820℃，保持该温度3h后制成混合浆，再向混合浆中加入发泡剂和改性钢渣微粉，搅拌均匀后送至喷射压力为0.3-0.5MPa的喷枪内并通过喷枪喷射到料池内，待凝固后形成再生硅藻土碎块，备用；
步骤五、从备用原材料中取氢氧化钙并取步骤三制得的混合料以及步骤四制得的再生硅藻土碎块，将氢氧化钙、混合料以及再生硅藻土碎块混合搅拌15min，然后置于自然条件下平铺晾干，直至其重量不变，即制得利用煤矸石制备的混凝土骨料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
为煤矸石、铸造废砂、铜泥、赤泥、钢渣和废弃硅藻土找到大规模应用的方向，变废为宝，减少固化废弃物对环境的污染和对土地的占用，使资源得到进一步利用，节能环保。本发明的混凝土骨料强度高、不易粉化、密度大、吸水率低、耐老化耐候性高，且使用过程中骨料不易飞散，适用范围广，适合推广。
本发明所述制备方法中通过向铸造废砂中加入氢氧化钠溶液，使得铸造废砂中含有的大量硅酸钠溶于氢氧化钠溶液中，形成的水玻璃对煤矸石碎块起到激活作用，使煤矸石碎块需要预热的温度降低，进而降低了骨料需要预热的温度，节省后期施工成本。
本发明将钢渣用偏硼酸钠改性后得到钢渣微粉，再将该钢渣微粉与发泡剂以及改性后的浆状废弃硅藻土一同制成再生硅藻土碎块，表面改性剂提高了浆状废弃硅藻土的憎水性，改性钢渣微粉均匀分散在硅藻土颗粒间，增加了再生硅藻土碎块组织致密性，进而使得到的再生硅藻土碎块强度高、密度大、不易粉化且吸水率大大降低。
本发明中氢氧化钠溶液中的氢氧化钠对铜泥和赤泥进行包覆，使得铜泥颗粒和赤泥颗粒表面平整光滑，可以填充更多孔隙，从而使铜泥以及赤泥与煤矸石碎块、铸造废砂再生硅藻土碎块之间形成嵌挤形态，提高了骨料颗粒间的内摩擦阻力和锁结力，增大了骨料的密度，进而提高了骨料的耐老化性、耐候性，同时提高了骨料的使用寿命并增大了骨料的使用范围。
所述添加料不仅对骨料飞散问题进行了有效抑制，且添加料在氢氧化钙的激发下效果持久，稳定性更好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，本发明的保护范围不局限于以下实施例。实施本发明的过程、条件、试剂等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
一种利用煤矸石制备的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份数是由以下原料制成：110份煤矸石碎块、50份铸造废砂、10份铜泥、10份赤泥、50份再生硅藻土碎块、5份添加料、6份氢氧化钙以及5份质量浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，其中，所述再生硅藻土碎块按照重量份数是由40份浆状废弃硅藻土、20份改性钢渣微粉、6份表面改性剂和0.04份发泡剂制成，所述改性钢渣微粉是由钢渣和为钢渣重量1/10的偏硼酸钠制成。
所述表面改性剂由重量比为3：3：2.5：2.5：3.5的氢氧化钠固体、二水硫酸钙、甲基硅酸钾、木质素偶联剂、钛酸酯偶联剂组成。
所述添加料由重量比为1：3.5：2的硬脂酸钡、阻燃纤维、聚酰亚胺纤维组成。
所述煤矸石碎块的粒径为4mm，所述再生硅藻土碎块的粒径为4mm，所述铸造废砂的粒径为2mm，所述铜泥的粒径为0.074 mm，所述赤泥的粒径为0.074 mm。
所述的一种利用煤矸石制备的混凝土骨料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述的重量份数称量选取煤矸石碎块、铸造废砂、铜泥、赤泥、浆状废弃硅藻土、添加料、表面改性剂、发泡剂、氢氧化钙、氢氧化钠溶液、钢渣以及偏硼酸钠，作为原料备用；
步骤二、从备用原材料中取钢渣和偏硼酸钠，将钢渣和偏硼酸钠混合后在1250℃下煅烧35min，然后降温到1000℃并保温2h，得到渣样，将渣样放入水中急冷，使渣样由1000℃迅速冷却到室温，然后将渣样粉磨至比表面积为600m2/kg，得到改性钢渣微粉，备用；
步骤三、从备用原料中取铸造废砂、氢氧化钠溶液、煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，向铸造废砂中加入氢氧化钠溶液搅拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，搅拌30min后制成混合料，备用；
步骤四、从备用原料中取浆状废弃硅藻土、表面改性剂和发泡剂并取步骤二制得的改性钢渣微粉，将表面改性剂加入浆状废弃硅藻土中混合搅拌均匀，并加热至800℃，保持该温度3h后制成混合浆，再向混合浆中加入发泡剂和改性钢渣微粉，搅拌均匀后送至喷射压力为0.3MPa的喷枪内并通过喷枪喷射到料池内，待凝固后形成再生硅藻土碎块，备用；
步骤五、从备用原材料中取氢氧化钙并取步骤三制得的混合料以及步骤四制得的再生硅藻土碎块，将氢氧化钙、混合料以及再生硅藻土碎块混合搅拌15min，然后置于自然条件下平铺晾干，直至其重量不变，即制得利用煤矸石制备的混凝土骨料。
实施例2
一种利用煤矸石制备的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份数是由以下原料制成：130份煤矸石碎块、60份铸造废砂、15份铜泥、15份赤泥、60份再生硅藻土碎块、7份添加料、8份氢氧化钙以及7份质量浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，其中，所述再生硅藻土碎块按照重量份数是由50份浆状废弃硅藻土、25份改性钢渣微粉、9份表面改性剂和0.05份发泡剂制成，所述改性钢渣微粉是由钢渣和为钢渣重量3/10的偏硼酸钠制成。
所述表面改性剂由重量比为3.5：3.5：2：2：3.5的氢氧化钠固体、二水硫酸钙、甲基硅酸钾、木质素偶联剂、钛酸酯偶联剂组成。
所述添加料由重量比为2：3.5：2的硬脂酸钡、阻燃纤维、聚酰亚胺纤维组成。
所述煤矸石碎块的粒径为10mm，所述再生硅藻土碎块的粒径为10mm，所述铸造废砂的粒径为2mm，所述铜泥的粒径为0.5 mm，所述赤泥的粒径为0.5 mm。
所述的一种利用煤矸石制备的混凝土骨料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述的重量份数称量选取煤矸石碎块、铸造废砂、铜泥、赤泥、浆状废弃硅藻土、添加料、表面改性剂、发泡剂、氢氧化钙、氢氧化钠溶液、钢渣以及偏硼酸钠，作为原料备用；
步骤二、从备用原材料中取钢渣和偏硼酸钠，将钢渣和偏硼酸钠混合后在1350℃下煅烧35min，然后降温到1100℃并保温3h，得到渣样，将渣样放入水中急冷，使渣样由1100℃迅速冷却到室温，然后将渣样粉磨至比表面积为600m2/kg，得到改性钢渣微粉，备用；
步骤三、从备用原料中取铸造废砂、氢氧化钠溶液、煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，向铸造废砂中加入氢氧化钠溶液搅拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，搅拌30min后制成混合料，备用；
步骤四、从备用原料中取浆状废弃硅藻土、表面改性剂和发泡剂并取步骤二制得的改性钢渣微粉，将表面改性剂加入浆状废弃硅藻土中混合搅拌均匀，并加热至810℃，保持该温度3h后制成混合浆，再向混合浆中加入发泡剂和改性钢渣微粉，搅拌均匀后送至喷射压力为0.4MPa的喷枪内并通过喷枪喷射到料池内，待凝固后形成再生硅藻土碎块，备用；
步骤五、从备用原材料中取氢氧化钙并取步骤三制得的混合料以及步骤四制得的再生硅藻土碎块，将氢氧化钙、混合料以及再生硅藻土碎块混合搅拌15min，然后置于自然条件下平铺晾干，直至其重量不变，即制得利用煤矸石制备的混凝土骨料。
实施例3
一种利用煤矸石制备的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份数是由以下原料制成：150份煤矸石碎块、70份铸造废砂、20份铜泥、20份赤泥、70份再生硅藻土碎块、9份添加料、10份氢氧化钙以及9份质量浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，其中，所述再生硅藻土碎块按照重量份数是由60份浆状废弃硅藻土、30份改性钢渣微粉、11份表面改性剂和0.06份发泡剂制成，所述改性钢渣微粉是由钢渣和为钢渣重量1/2的偏硼酸钠制成。
所述表面改性剂由重量比为3.5：3：2.5：2.5：3.5的氢氧化钠固体、二水硫酸钙、甲基硅酸钾、木质素偶联剂、钛酸酯偶联剂组成。
所述添加料由重量比为1.5：3.5：4的硬脂酸钡、阻燃纤维、聚酰亚胺纤维组成。
所述煤矸石碎块的粒径为16mm，所述再生硅藻土碎块的粒径为16mm，所述铸造废砂的粒径为3mm，所述铜泥的粒径为1 mm，所述赤泥的粒径为1 mm。
所述的一种利用煤矸石制备的混凝土骨料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述的重量份数称量选取煤矸石碎块、铸造废砂、铜泥、赤泥、浆状废弃硅藻土、添加料、表面改性剂、发泡剂、氢氧化钙、氢氧化钠溶液、钢渣以及偏硼酸钠，作为原料备用；
步骤二、从备用原材料中取钢渣和偏硼酸钠，将钢渣和偏硼酸钠混合后在1450℃下煅烧35min，然后降温到1200℃并保温4h，得到渣样，将渣样放入水中急冷，使渣样由1200℃迅速冷却到室温，然后将渣样粉磨至比表面积为600m2/kg，得到改性钢渣微粉，备用；
步骤三、从备用原料中取铸造废砂、氢氧化钠溶液、煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，向铸造废砂中加入氢氧化钠溶液搅拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎块、铜泥、赤泥和添加料，搅拌30min后制成混合料，备用；
步骤四、从备用原料中取浆状废弃硅藻土、表面改性剂和发泡剂并取步骤二制得的改性钢渣微粉，将表面改性剂加入浆状废弃硅藻土中混合搅拌均匀，并加热至820℃，保持该温度3h后制成混合浆，再向混合浆中加入发泡剂和改性钢渣微粉，搅拌均匀后送至喷射压力为0.5MPa的喷枪内并通过喷枪喷射到料池内，待凝固后形成再生硅藻土碎块，备用；
步骤五、从备用原材料中取氢氧化钙并取步骤三制得的混合料以及步骤四制得的再生硅藻土碎块，将氢氧化钙、混合料以及再生硅藻土碎块混合搅拌15min，然后置于自然条件下平铺晾干，直至其重量不变，即制得利用煤矸石制备的混凝土骨料。