本发明属于泡沫混凝土
技术领域：
，具体涉及一种泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，同时涉及一种上述制备方法制备所得的人造复合轻骨料。
背景技术：
泡沫混凝土又称发泡混凝土，是通过发泡系统将发泡剂溶液用机械方式充分发泡，并将泡沫与含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂的料浆均匀混合，然后经泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种内部含有大量封闭气泡的“密孔”混凝土材料。泡沫混凝土是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，是具有质轻、保温、隔热、耐火、抗冻性好的建筑节能材料，其在成型时刻自流平、自密实，施工和易性好，有利于泵送和整平，与其他建筑材料有良好的相容性，强度可根据需要进行调整。随着国家对建筑节能越来越重视，泡沫混凝土和泡沫混凝土产品越来越受欢迎，近年来得到较大的发展。普通的泡沫混凝土采用天然的砂石作为集料(骨料)，对于质量的减轻有限；随着人们对于轻质混凝土的更高追求，陶粒泡沫混凝土应运而生。陶粒泡沫混凝土是以人造陶粒(粒径≥5mm)或陶砂(粒径<5mm)为粗细集料，在拌合物中通过物理或化学发泡方式引入气泡制成的混凝土，可以获得更低的表观密度。所用的陶粒是一种多孔隙的人造固体材料，通常为球状，质量较轻，堆积密度一般为300-900kg/m3。现有陶粒在制备过程中，原材料发生反应产生气体，充满陶粒内部，陶粒体积膨胀，气体排出后，陶粒表面布满排气细孔，使其具有多孔轻质的特点，作为混凝土的轻骨料使用，不仅可以节约砂石等自然资源，还可以进一步减轻混凝土结构自身重量，降低荷载。现有技术中，陶粒按照所用原材料的不同分为黏土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒。其中黏土陶粒和页岩陶粒分别以黏土、页岩这些自然资源为原料，过量开采会对自然环境造成破坏，原料结构不合理；粉煤灰陶粒的主要原料是发电厂废料粉煤灰，属于固体废弃物的回收利用，更加绿色环保。粉煤灰陶粒是由粉煤灰、胶凝材料与水混合后，成球烧结制成的，内部孔隙较多，强度相对较低，保温隔热性能好，普遍应用于隔音隔热材料中。由于陶粒表面及内部分布着较多的孔隙，具有较高的吸水率和吸附性；采用陶粒作为轻骨料制备陶粒泡沫混凝土时，其会吸附和争夺拌合物中的水分和泡沫中的水分，从而加快了拌合物中泡沫的破灭速度，泡沫稳定性差，导致拌合物和易性快速降低，塌落度经时损失显著增大。目前，为了避免泡沫破灭而导致陶粒泡沫混凝土表观密度显著增大，拌合时泡沫的加入量往往是理论计算量的2.5-3.0倍。但是泡沫掺量增加会导致陶粒泡沫混凝土表观密度和力学性能很不稳定，质量的大幅波动也限制了其推广应用。技术实现要素：本发明的目的是提供一种泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，极大的降低了轻骨料的吸水率，提高其在制备泡沫混凝土时的泡沫稳定性。本发明的第二个目的是提供一种上述的制备方法制备所得的人造复合轻骨料。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，包括以下步骤：1)将城市污泥、粉煤灰、建筑渣土分别破碎、粉磨制成粉体，按照城市污泥、粉煤灰与建筑渣土的质量比为(45-50):(40-45):(10-15)的比例将粉体混合，同时加入碳酸钙粉和秸秆粉，混合均匀得生粉混合物；碳酸钙粉与秸秆粉的总质量不超过生粉混合物质量的12％；2)在步骤1)所得生粉混合物中掺入生粉混合物质量28％-33％的水，混合均匀后密封陈化20-24h得陈化混合料；将陈化混合料进行造粒并干燥，得坯料粒；3)将废玻璃破碎、粉磨成玻璃粉，按照玻璃粉与钾长石、硼砂、水玻璃的质量比为100:(5.0-6.0):(4.0-5.0):(5.5-6.5)的比例混合得壳层混合物，备用；4)将步骤2)所得坯料粒升温至550℃-580℃保温18-20min进行预热，得热料粒；将所得温度不低于500℃的热料粒与步骤3)所得壳层混合物混合进行二次造粒，使壳层混合物包裹在热料粒表面，得包料粒；5)将步骤4)所得包料粒先升温至840℃-860℃保温15-20min，再升温至1170℃-1200℃保温15-20min进行烧结；烧结保温结束后，先用8-10min快速冷却至630℃-650℃并保温30-40min，然后缓慢冷却至320℃-350℃，最后自然冷却至室温，即得。步骤1)中，所述粉体过150目筛网；所述碳酸钙粉和秸秆粉的粒度均不大于0.10mm。步骤1)中，碳酸钙粉与秸秆粉的质量比为1:(0.4-0.5)。所用秸秆粉为干燥麦秸或水稻秸秆粉碎、粉磨制成的粉体。进一步的，碳酸钙粉与秸秆粉的总质量为生粉混合物质量的10％-12％。步骤2)中，所述造粒的粒径为5-16mm。所述造粒是采用盘式造粒机进行造粒。步骤2)中，所述干燥是指先在室温下自然干燥20-24h，再在105℃-110℃条件下干燥4-6h。步骤3)中，所述废玻璃为建筑垃圾废旧平板玻璃或生活垃圾废旧瓶罐玻璃。所述玻璃粉过150目筛。步骤3)中，所述水玻璃的模数为2.6-2.8，比重为1.38-1.45。步骤4)中，壳层混合物与热料粒的质量比为(18-22):(78-82)。壳层混合物与热料粒混合时，先将一半质量的壳层混合物置于盘式造粒机中，加入温度不低于500℃的热料粒混合进行二次造粒，过程中逐渐加入剩余的壳层混合物；加料完毕后持续混合时间不低于20min。步骤4)中，所述预热的升温速率为8℃-10℃/min；步骤5)中，所述烧结的升温速率为12℃-15℃/min。步骤5)中，所述缓慢冷却至320℃-350℃是指冷却时间不低于40min的匀速冷却。步骤5)所得人造复合轻骨料的粒径为8-20mm。一种上述的制备方法制备所得的人造复合轻骨料。本发明的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，以城市污泥、粉煤灰和建筑渣土作为主要原材料配成生粉，城市污泥是典型的城市垃圾，有机物含量高，在烧结过程中有机质全部助燃，重金属类元素则被固化到晶格中，形成资源化的产品，防止污染；粉煤灰是在煤炭燃烧过程中产生的，其所含的sio2和al2o3是轻骨料形成强度的主要成分，在烧结过程中形成良好的玻璃质，提高强度；建筑渣土也是一种常见的固体废弃物，将其作为制备轻骨料的原料之一，能充分利用其所含的sio2和al2o3等，变废为宝。城市污泥、粉煤灰和建筑渣土中还含有丰富的fe2o3，与k2o和cao协同一起，起到良好的助熔作用，降低烧成温度。三者的用量科学合理调配，使各矿物成分的含量和谐适中，既能成功烧制成符合密度要求的轻骨料，又不过多的耗能，从而安全消耗城市污泥、粉煤灰和建筑渣土这些固体废弃物，不仅实现固废的减量化，还能变废为宝，制备绿色节能的建筑材料。本发明的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，在生粉粉体中加入碳酸钙粉和秸秆粉，碳酸钙作为造孔剂，在烧结过程中分解为氧化钙和二氧化碳气体，生成的二氧化碳气体在向外溢出的过程中，使骨料内部形成空洞；秸秆粉作为助燃剂和造孔剂，一方面提供更多的有机质助燃，另一方面碳质与氧气反应生成co和co2气体，增强造孔作用，提高孔隙率，减轻质量。本发明的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，在二次造粒之前，将坯料粒升温至550℃-580℃保温18-20min进行预热，预热的作用是使物料中的结合水、有机质逐渐挥发和分解，调整进行后续二次造粒及高温烧结阶段的物料组分，使内核的物料组分更加合理，防止内核物料在后续烧结过程中过度膨胀、崩裂。采用玻璃粉与钾长石、硼砂、水玻璃混合制备壳层混合物，钾长石作为组分调整剂，硼砂作为助熔剂，水玻璃用作粘合剂。壳层混合物与热料粒混合时，温度不低于500℃的热料粒很容易粘附壳层混合物，在高温状态下进行二次造粒，热料粒不容易吸附空气中的水分，而壳层混合物则更容易进入热料粒表面开孔处，对表面开口和裂缝进行封堵；二次造粒使壳层混合物包裹在热料粒表面，玻璃粉与硼砂、水玻璃相互配合，烧结过程中在粒料表面形成黏度足够大的玻璃液相，阻止内核物料产生的气体溢出，从而在骨料内部形成封闭的孔隙结构；玻璃液相具有一定的流动性，在内核物料膨胀过程中能维持完整的表面包裹层，经过后续烧结和冷却程度，在轻骨料表面形成厚度约为0.8-1.2mm的玻璃釉面，一方面提高人造轻骨料的强度，另一方面对内核陶粒表面的开放孔洞和裂缝进行封堵密封，提高轻骨料的拒水性，极大的降低了吸水率。本发明的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，先将包料粒升温840℃-860℃保温15-20min，使表面玻璃料逐渐软化熔融形成网状液层呈半液态-液态包裹状态，再升温至1170℃-1200℃保温15-20min进行烧结，内核物料由固态转化为塑态，产生的气体物质被表面玻璃液层包裹在内部无法溢出，从而在内部形成大量孔洞结构，粒料产生轻微膨胀。烧结保温结束后，采用四阶段冷却程序，第一阶段先用8-10min快速冷却至630℃-650℃，该阶段使粒料表面液相快速固化，颗粒迅速定型，防止粒料之间相互粘结；第二阶段在630℃-650℃保温30-40min，使粒料缓慢完成晶型转变并固定晶相，塑态完全转化为固态；第三阶段缓慢冷却至320℃-350℃，使粒料内部和表面在降温和固化过程中产生的收缩应力缓慢释放，防止粒料出现裂纹或崩裂；第四阶段自然冷却至室温，以节省能耗。本发明制备所得的人造复合轻骨料经检测，表观密度和堆积密度在合适范围内，符合轻骨料的使用要求。与现有的陶粒相比，本发明所得人造复合轻骨料的单颗强度和筒压强度均有大幅度的提升，同时吸水率极小，1h吸水率不超过0.20％，24h吸水率不超过0.25％。本发明制备所得人造复合轻骨料具有较好的密度、强度和极低的吸水率，拌合过程中不因吸水影响泡沫稳定性，适合用于轻骨料泡沫混凝土。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。具体实施方式中，所用城市污泥为城市污水处理厂中产出的剩余污泥，经压滤过的脱水污泥再干燥至含水量为20％，化学组成如表1所示，其中sio2和al2o3总含量不低于30％。所用粉煤灰为某火电厂锅炉燃烧的废弃物，化学组成如表1所示，其中sio2和al2o3总含量不低于70％。所用建筑渣土为某楼房建筑工地产出的渣土，化学组成如表1所示，其中sio2和al2o3总含量不低于50％。所用城市污泥、粉煤灰、建筑渣土中sio2的含量均不低于al2o3含量的两倍。表1原料的化学成分组成(％，干质量)含量sio2al2o3caomgona2ok2ofe2o3so3烧失或其它城市污泥23.27.39.23.22.01.77.4-46.0粉煤灰51.724.22.91.10.40.84.22.012.7建筑渣土40.614.28.52.81.92.54.3-25.2废玻璃71.42.08.82.913.2-0.30.21.2所用碳酸钙粉的平均粒径为0.075mm；所用秸秆粉为干燥麦秸(含水量为20％)粉碎、粉磨制得的平均粒径为0.075mm的粉体。所用废玻璃为生活垃圾废旧瓶罐玻璃，化学组成如表1所示。所用钾长石(k2o·al2o3·6sio2)为市售商品，密度为2.56g/cm3，含k2o9.55％、al2o316.74％、sio270.03％、na2o2.62％。所用水玻璃为市售商品，模数为2.65，比重为1.40。具体实施方式中，制备泡沫混凝土所用硅酸盐水泥为42.5r的普通硅酸盐水泥(市售)，w(cao)＝58.15％，w(sio2)＝22.64％，比表面积340m2/kg。所用粉煤灰为某火电厂锅炉燃烧的废弃物，密度为2.08kg/m3，化学组成如表1所示。所用减水剂为重庆科之杰新材料公司生产的聚羧酸高效减水剂，固含量为23％。所用发泡剂为蛋白类发泡剂，发泡倍数大于50倍，1h沉降距不大于5mm，1h泌水量不大于60ml，具体为lc-ⅱ动物蛋白发泡剂(合肥立创节能建材有限公司)。所述水胶比中的“胶”指胶凝材料，计算为水泥与粉煤灰的质量之和。实施例1本实施例的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，包括以下步骤：1)将城市污泥、粉煤灰、建筑渣土分别破碎、粉磨并过150目筛制成粉体，按照城市污泥、粉煤灰与建筑渣土的质量比为45:45:10的比例将粉体混合，同时加入碳酸钙粉和秸秆粉，混合均匀得生粉混合物；其中，碳酸钙粉与秸秆粉的总质量为生粉混合物质量的10％；碳酸钙粉与秸秆粉的质量比为1:0.4；2)在步骤1)所得生粉混合物中掺入质量为生粉混合物质量30％的水，混合均匀后在室温条件下密封陈化22h得陈化混合料；设定粒径为8mm，采用盘式造粒机将陈化混合料进行造粒，成粒后先在室温下自然干燥22h，再在108℃条件下恒温干燥5h，得坯料粒；3)将废玻璃破碎、粉磨并过150目筛得玻璃粉，按照玻璃粉与钾长石、硼砂、水玻璃的质量比为100:5:5.0:6.5的比例混合得壳层混合物，备用；4)将步骤2)所得坯料粒以10℃/min的速率升温至580℃保温18min进行预热，得热料粒；按照步骤3)所得壳层混合物与热料粒的质量比为20:80，先将一半质量的壳层混合物置于盘式造粒机中，加入所得温度为530℃的热料粒，混合进行二次造粒，混合过程中逐渐加入剩余的壳层混合物，加料完毕后持续混合25min，以热料粒为内核，使壳层混合物包裹在热料粒表面形成壳层，得包料粒；5)将步骤4)所得包料粒以12℃/min的速率先升温至840℃保温20min，再升温至1170℃保温20min进行烧结；烧结保温结束后，先用10min快速冷却至630℃℃并保温40min，然后用40min缓慢匀速冷却至320℃，最后自然冷却至室温，即得所述人造复合轻骨料。采用本实施例所得人造复合轻骨料制备泡沫混凝土，原料为水和水泥315kg、粉煤灰135kg、生石灰17.5kg、石膏4.0kg、减水剂1.7kg、发泡剂1.1kg，人造复合轻骨料860l；水胶比为0.36；制备方法包括：将水泥、粉煤灰、生石灰、石膏、减水剂与水置于搅拌机中拌合40s制成料浆；将发泡剂与水按照质量比为1:50的比例混合后置于发泡机中制成泡沫剂，将泡沫剂加入料浆中持续搅拌2.5min，后加入人造复合轻骨料继续搅拌1.0min，即得所述泡沫混凝土。实施例2本实施例的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，包括以下步骤：1)将城市污泥、粉煤灰、建筑渣土分别破碎、粉磨并过150目筛制成粉体，按照城市污泥、粉煤灰与建筑渣土的质量比为50:40:10的比例将粉体混合，同时加入碳酸钙粉和秸秆粉，混合均匀得生粉混合物；其中，碳酸钙粉与秸秆粉的总质量为生粉混合物质量的10％；碳酸钙粉与秸秆粉的质量比为1:0.45；2)在步骤1)所得生粉混合物中掺入质量为生粉混合物质量28％的水，混合均匀后在室温条件下密封陈化20h得陈化混合料；设定粒径为8mm，采用盘式造粒机将陈化混合料进行造粒，成粒后先在室温下自然干燥20h，再在105℃条件下恒温干燥6h，得坯料粒；3)将废玻璃破碎、粉磨并过150目筛得玻璃粉，按照玻璃粉与钾长石、硼砂、水玻璃的质量比为100:5.5:4.0:5.5的比例混合得壳层混合物，备用；4)将步骤2)所得坯料粒以8℃/min的速率升温至550℃保温20min进行预热，得热料粒；按照步骤3)所得壳层混合物与热料粒的质量比为18:82，先将一半质量的壳层混合物置于盘式造粒机中，加入步骤3)所得温度为510℃的热料粒，混合进行二次造粒，混合过程中逐渐加入剩余的壳层混合物，加料完毕后持续混合25min，以热料粒为内核，使壳层混合物包裹在热料粒表面形成壳层，得包料粒；5)将步骤4)所得包料粒以14℃/min的速率先升温至850℃保温18min，再升温至1190℃保温18min进行烧结；烧结保温结束后，先用10min快速冷却至640℃并保温35min，然后用45min缓慢匀速冷却至440℃，最后自然冷却至室温，即得所述人造复合轻骨料。采用本实施例所得人造复合轻骨料制备泡沫混凝土，原料为水和水泥320kg、粉煤灰130kg、生石灰16.0kg、石膏4.5kg、减水剂1.8kg、发泡剂1.0kg，人造复合轻骨料880l；水胶比为0.37。制备方法包括：将水泥、粉煤灰、生石灰、石膏、减水剂与水置于搅拌机中拌合35s制成料浆；将发泡剂与水按照质量比为1:50的比例混合后置于发泡机中制成泡沫剂，将泡沫剂加入料浆中持续搅拌2.0min，后加入人造复合轻骨料继续搅拌1.0min，即得所述泡沫混凝土。实施例3本实施例的泡沫混凝土用人造复合轻骨料的制备方法，包括以下步骤：1)将城市污泥、粉煤灰、建筑渣土分别破碎、粉磨并过150目筛制成粉体，按照城市污泥、粉煤灰与建筑渣土的质量比为45:40:15的比例将粉体混合，同时加入碳酸钙粉和秸秆粉，混合均匀得生粉混合物；其中，碳酸钙粉与秸秆粉的总质量为生粉混合物质量的10％；碳酸钙粉与秸秆粉的质量比为1:0.5；2)在步骤1)所得生粉混合物中掺入质量为生粉混合物质量33％的水，混合均匀后在室温条件下密封陈化24h得陈化混合料；设定粒径为8mm，采用盘式造粒机将陈化混合料进行造粒，成粒后先在室温下自然干燥24h，再在110℃条件下恒温干燥4h，得坯料粒；3)将废玻璃破碎、粉磨并过150目筛得玻璃粉，按照玻璃粉与钾长石、硼砂、水玻璃的质量比为100:6.0:4.5:6.0的比例混合得壳层混合物，备用；4)将步骤2)所得坯料粒以9℃/min的速率升温至570℃保温18min进行预热，得热料粒；按照步骤3)所得壳层混合物与热料粒的质量比为22:78，先将一半质量的壳层混合物置于盘式造粒机中，加入步骤3)所得温度为520℃的热料粒，混合进行二次造粒，混合过程中逐渐加入剩余的壳层混合物，加料完毕后持续混合25min，以热料粒为内核，使壳层混合物包裹在热料粒表面形成壳层，得包料粒；5)将步骤4)所得包料粒以15℃/min的速率先升温至860℃保温15min，再升温至1200℃保温15min进行烧结；烧结保温结束后，先用10min快速冷却至650℃并保温30min，然后用50min缓慢匀速冷却至350℃，最后自然冷却至室温，即得所述人造复合轻骨料。采用本实施例所得人造复合轻骨料制备泡沫混凝土，原料为水和水泥330kg、粉煤灰120kg、生石灰17.0kg、石膏4.2kg、减水剂2.0kg、发泡剂1.2kg，人造复合轻骨料900l；水胶比为0.38。制备方法包括：将水泥、粉煤灰、生石灰、石膏、减水剂与水置于搅拌机中拌合30s制成料浆；将发泡剂与水按照质量比为1:50的比例混合后置于发泡机中制成泡沫剂，将泡沫剂加入料浆中持续搅拌2.5min，后加入人造复合轻骨料继续搅拌1.5min，即得所述泡沫混凝土。实验例1本实验例对实施例1-3所得人造复合轻骨料的性能进行检测，检测方法参考《gb/t17431-2010轻集料及其试验方法》，结果如表2所示。其中，对比例1为实施例1所得热料粒直接进行步骤5)的烧结并自然冷却所得陶粒，无二次造粒步骤。表2实施例1-3所得人造复合轻骨料的性能检测结果项目实施例1实施例2实施例3对比例1颗粒粒径，mm10.039.9810.109.24表观密度，kg/m39851002941883堆积密度，kg/m3517550529506单颗强度，mpa3.633.873.691.94筒压强度，mpa9.309.559.495.861h吸水率，％0.100.160.1510.1324h吸水率，％0.180.220.2014.35从表2可以看出，实施例1-3所得人造复合轻骨料的粒径在10mm左右，表观密度在940-1010kg/m3之间，堆集密度在510-550kg/m3之间，符合轻骨料的使用要求。与对比例的陶粒相比，实施例1-3所得人造复合轻骨料的单颗强度和筒压强度均有大幅度的提升，同时吸水率极小，1h吸水率不超过0.20％，24h吸水率不超过0.25％。实验结果表明，本发明制备所得人造复合轻骨料具有较好的密度、强度和极低的吸水率，适合用于轻骨料泡沫混凝土。实验例2本实验例对实施例1-3所得泡沫混凝土的性能进行检测，结果如表3所示。检测方法参考《gb/t50080-2002普通混凝土拌合物性能测试方法》和《gb/t50081普通混凝土力学性能试验方法标准》。将实施例1-3所得泡沫混凝土浇筑成试件，成型1d后拆模，标准养护至规定龄期后测试强度；试件尺寸100mm×100mm×100mm。其中，对比例2为采用对比例1所得陶粒制得的泡沫混凝土，混凝土组分配方及制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1混凝土中的人造复合轻骨料替换为对比例1的陶粒。表3实施例1-3所得泡沫混凝土的性能检测结果从表3可以看出，对比例2的陶粒泡沫混凝土在拌制过程中，陶粒吸水对泡沫泡壁双电层结构的破坏作用对混凝土中泡沫的稳定性产生负面影响，陶粒吸水会导致泡沫吸附在陶粒表面，泡壁被强烈的牵引、延展，加速破灭，泡沫破灭量大使得拌合物工作性变差，具体体现在拌合物坍落度经时损失大，超过2mm/min，混凝土的表观密度增大，超过1300kg/m3，失去使用轻骨料的意义。与对比例2相比，实施例1-3的泡沫混凝土采用本发明的人造复合轻骨料，由于所用人造复合轻骨料的吸水率极低，泡沫发育正常，稳定性好，泡沫破灭量少，拌合物坍落度经时损失明显减小，仅为0.3mm/min左右，泡沫混凝土的孔隙率上升，导热系数小，达到0.050w/(m·k)左右，表观密度小，在960-1010kg/m3之间。由于所用人造复合轻骨料的强度高，实施例1-3所得泡沫混凝土的7d抗压强度达到16mpa以上，28d抗压强度达到17.50mpa以上。实验结果表明，本发明的采用人造轻骨料的泡沫混凝土具有良好的力学性能和隔热保温性能，可用于各种轻质节能建筑材料，如复合墙体砌块或墙板、挡土墙、屋面边坡、预制钢筋混凝土构件的内芯、管线回填、防火墙绝缘填充、隔声楼面填充、水管线隔离材料等。当前第1页12