本发明属于材料领域，具体涉及一种以海泥为主料，利用微波烧结法烧结高性能球形陶粒的方法。
背景技术：
近年来，随着建筑节能和抗震要求的提高，建筑工程需要大量的轻质、高强、保温、隔热的高性能陶粒为骨料，现有的陶粒制备技术已经能很好地制备高性能陶粒（黄少文,郭灿贤,徐玉华等.利用红泥岩制备轻质高强球形陶粒试验研究[J].非金属矿,2004,27(6):11-13.），但现有陶粒主要是粘土陶粒和粉煤灰陶粒，且采用的是传统的高耗能、高污染的燃料型回转窑。目前粘土的应用受限，粉煤灰在工程中的大量应用也使得粉煤灰资源难以保证，并且因环保政策已关停大量传统的烧结窑。陶粒的生产原料和生产设备受到限制，成为高性能陶粒生产的瓶颈。
我国是海岸线很长的国家，随着沿海地区工业的飞速发展，沿海岸的许多地方聚集了大量淤泥，造成非常严重的海域污染和航道阻塞（迟培云,张连栋,钱强.利用淤积海泥烧制超轻陶粒的研究[J].新型建筑材料,2002(3):28-30.）。海岸清淤和海底隧道施工等产生大量的海岸淤泥，用其取代黏土、粉煤灰等生产高性能陶粒具有巨大的市场潜力。
微波加热是从物料内部各部分同时加热，是一种内加热。微波烧结作为一种新型高效的烧结方式，具有清洁，高效、低能耗及加热均匀等优点（Loupy A.Microwaves in Organic Sythesis. New York:John Wiley,2002,61-63），在陶瓷工业已得到广泛应用，但在陶粒生产上才刚刚起步。2013年天津城建大学刘汉桥等以医疗垃圾焚烧灰飞为集料采用微波烧结技术，发明了“一种医疗垃圾焚烧灰飞微波烧制陶粒的方法（ZL 201310642646.5）”，2015年武汉理工大学蹇守卫等以湖泊底泥和城市污泥采用微波烧结发明了“利用湖泊底泥和城市污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法（ZL 201510406696.2 ）”，加快了微波技术烧结陶粒的步伐。
利用微波烧结海泥制备得到绿色、环保、节能的高性能陶粒，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种海泥陶粒的微波烧结方法，其制得的海泥陶粒同时具有高强、轻质、保温隔热、防水、耐火、抗震、抗冻和抗碱集料反应等优良性能，且其级配优异，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海泥陶粒的微波烧结方法包括材料组份和制备工艺两个方面：
高性能陶粒原材料组份即各组份用量按质量百分比计为：海泥60%~100%，废弃陶瓷砖粉0%~30%，高炉铝矿粉0%~20%。其制备方法包括以下步骤：
1）用重力分离法对所选取的海泥除去海泥中的杂质；
2）用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
3）将高炉铝矿粉与废弃陶瓷砖粉搅拌均匀，加入至混料仓内与海泥搅拌10~15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在10%左右；
4）将3）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
5）将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以10℃/min～15℃/min的升温速度进行连续升温至300℃~450℃，烘干20min~25min。再以20℃/min～30℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃~1150℃，焙烧5min~20min。而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
上述方案所述的原料为福州沿海线有代表性区域的海泥，陶瓷砖厂的废弃陶瓷砖以及炼铝厂的高炉铝矿粉，将采集到的样品进行分离、烘干和均匀化处理，化学成分如表1所示。
表1 原料的化学成分分析/wt%
本发明以海泥为主料，利用海泥中高含量的NaCl（1.06%）等在微波加热电磁场作用下分解出的大量带电荷的偶极子极性基团所产生的微波热效应，使其快速地在球料中产生高温，极大地提高了焙干和烧结速度。同时NaCl分解生成高含量的Na2O与海泥中游离的SiO2发生化学反应，在陶粒表面生成坚硬的玻璃质外壳，在很大程度上提高了陶粒的强度，降低了陶粒的吸水性。其中NaCl分解生成的Cl-与球料中的H+生成HCl随水蒸气一起排出，使制备出的海泥陶粒的Cl-含量能满足各种钢筋混凝土和预应力混凝土对Cl-含量的要求。
本发明制作陶粒的海泥组份可达到100%，无需掺入其他组份。但仅采用海泥制作陶粒时，由于海泥含水量较高，导致成球困难，同时存在烧结出陶粒的筒压强度较低的问题。研究表明，SiO2 与Al2O3 的含量是形成陶粒强度的主要因素，尤其是Al2O3 的含量对强度的影响。烧结陶粒的SiO2含量约为40%~60%，Al2O3约为15%~25%。生产高强陶粒时，Al2O3的含量可适当提高3%~11%。从表中可以看出海泥中Al2O3的含量较低，而高炉铝矿粉中Al2O3的含量极高，废弃陶瓷砖粉中SiO2的含量较高。为改善成球环境和烧结温度，增加陶粒的筒压强度，本发明掺入干燥的废弃陶瓷砖粉和高炉铝矿粉，调整海泥的含水量和化学组成。通过合理的配比对SiO2 与Al2O3等的含量进行调整，烧制出不同强度等级的高强陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为400~1100kg/m3，表观密度为800~1600kg/m3，吸水率为5%~18%，筒压强度3.0MPa~10.0 MPa。
上述烧结陶粒技术具有良好的社会效益和经济效益。首先，采用的原料为海洋清淤和地铁施工所产生的海洋污泥、陶瓷砖厂的废弃陶瓷磨细粉料以及铝厂生产所产生的高炉铝矿粉，废弃物利用率达到95%以上，具有良好的社会效益。其次，采用微波烧结方法，烧结效率高，且可节省烧结能耗25%左右，具有较好的经济效益。
具体实施方式
为使本发明所述内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明不仅限于此。
实施例1
1）采用具有福建省特色的海泥，经过分离、烘干和均匀化处理后，对其化学成分进行鉴定分析，海泥中各化学成分所占的质量分数为SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，Fe2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，烧失量（IL）8.25%；
2）海泥的湿度调整，即先取部分海泥在烘干炉内进行干燥处理后，确定完全干燥的海泥密度，然后将所用海泥干燥，当其密度为完全干燥海泥密度的1.1倍后，其含水量即为10%；
3）将海泥均匀化处理后用挤压成型球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
4）将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以12℃/min的升温速度进行连续升温至350℃，烘干20min。再以25℃/min的升温速度进行连续升温至1050℃，焙烧8min。而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为410kg/m3，表观密度为820kg/m3，吸水率为8%，筒压强度3.2MPa。此陶粒筒压强度较低，可用于非承重型保温混凝土中。
实施例2
1）采用具有福建省特色的海泥，经过分离、烘干和均匀化处理后，对其化学成分进行鉴定分析，海泥中各化学成分所占的质量分数为SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，Fe2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，烧失量（IL）8.25%；
2）用重力分离法对所选取的海泥除去海泥中的杂质；
3）用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
4）将10%高炉铝矿粉、20%废弃陶瓷砖粉与70%海泥混合，在混料仓内搅拌10min，使其搅拌均匀并且含水量控制在10%；
5）将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6）将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以15℃/min的升温速度进行连续升温至380℃，烘干20min。再以25℃/min的升温速度进行连续升温至1100℃，焙烧10min。而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为849kg/m3，表观密度为1057kg/m3，吸水率为10.3%，筒压强度5.8 MPa。此陶粒筒压强度较高，可用于承重型保温混凝土中。
实施例3
1）采用具有福建省特色的海泥，经过分离、烘干和均匀化处理后，对其化学成分进行鉴定分析，海泥中各化学成分所占的质量分数为SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，Fe2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，烧失量（IL）8.25%；
2）用重力分离法对所选取的海泥除去海泥中的杂质；
3）用球磨机磨细废弃陶瓷砖得到粒径0.08~0.12mm的粉末；
4）将15%高炉铝矿粉、20%废弃陶瓷砖粉与65%海泥混合，在混料仓内搅拌15min，使其搅拌均匀并且含水量控制在10%；
5）将4）得到的混合料用挤压成球机挤压成粒径为10~15mm的生料球；
6）将生料球放入频率为2.45GHZ的微波炉内，以15℃/min的升温速度进行连续升温至400℃，烘干22min。再以25℃/min的升温速度进行连续升温至1150℃，焙烧15min。而后立即降温到750℃，最后放凉，得到颗粒级配的球形高性能陶粒。
通过上述方案制出的高性能陶粒，堆积密度为1032kg/m3，表观密度为1335kg/m3，吸水率为11.2%，筒压强度7.5 MPa。此陶粒筒压强度较高，可用于高强承重型保温混凝土中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。