本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强免烧陶粒及其制备方法。
背景技术：
工程弃土是建筑垃圾的一个组成部分，主要来自房地产建设项目、地下管廊项目及地铁项目等，大部分工程弃土通常被运输到弃土消纳场储存，如不能有效利用工程弃土，弃土的堆积量会越来越大；另外，弃土消纳场需要人员管理和占用大量土地，如不进行合理处理会引发环境和经济问题。
目前，资源化利用工程弃土的方法通常是以粉煤灰、垃圾灰为胶凝材料固化工程弃土后在回转窑中烧结制备陶粒，如中国专利201110241100.x公开了一种陶粒及其制备方法；中国专利201710204695.9公开了一种利用渣土制备轻质陶粒的方法，但上述制备弃土陶粒的方法能耗高、成本高，且制备得到的陶粒的强度也有待提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高强免烧陶粒，本发明提供的高强免烧陶粒强度高，筒压强度高达5～10mpa，且采用免烧工艺，成本较低，具有更加广阔的应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高强免烧陶粒，包括以下重量份数的制备原料：
优选地，所述高强免烧陶粒包括以下重量份数的制备原料：
优选地，所述工程弃土的粒度为0.045～0.15mm，含水率在5％以下。
优选地，所述粉煤灰为三级以上粉煤灰；所述水泥为普通硅酸盐水泥。
优选地，所述固态激发剂为生石灰、氢氧化钠、碳酸钠和石膏中的一种或多种；所述液态激发剂为水玻璃。
本发明提供了上述技术方案所述高强免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
将工程弃土、粉煤灰、水泥、增强剂和固态激发剂混合，得到干混料；
将液态激发剂和水混合，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料和液态激发剂水溶液混合造粒，得到料球；
将所述料球进行养护，得到高强免烧陶粒。
优选地，所述干混料和液态激发剂水溶液混合造粒的具体方法为：将所述干混料分批加入造粒机中，在加入干混料的同时向造粒机中喷入所述液态激发剂水溶液。
优选地，所述养护包括依次进行的干燥养护和湿养护；
所述干燥养护的温度为18～25℃，时间为3d；
所述湿养护的湿度为50～75％，温度为35～45℃，时间为25d。
本发明提供的高强免烧陶粒，包括以下重量份数的制备原料：工程弃土50～70份；粉煤灰15～35份；水泥5～10份；增强剂1～2份；固态激发剂5～10份；液态激发剂1～8份；水20～30份。本发明以工程弃土为基材，以水泥和粉煤灰作为胶凝材料，以增强剂作为加强材料，在激发剂的激发下，配合各原料的用量得到了具有较高强度的免烧陶粒；与现有的免烧陶粒相比，本发明的免烧陶粒筒压强度高，吸水率低；而且本发明采用免烧工艺制备高强陶粒，相比于现有的烧结工艺，成本低、节能、低碳环保。实施例结果表明，本发明提供的高强免烧陶粒的筒压强度高达5～10mpa，1h吸水率为10～15％，堆积密度为1000～1200kg/m3，粒径范围为4.75～10mm，说明本发明通过限定各制备原料的组分和用量得到了强度较高的免烧陶粒。
具体实施方式
本发明提供了一种高强免烧陶粒，包括以下重量份数的制备原料：
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述高强免烧陶粒为4.75～10mm的连续级配陶粒。
在本发明中，按重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括工程弃土50～70份，优选为55～66份，具体为50份、55份、60份、66份或70份。在本发明中，所述工程弃土的粒度优选为0.045～0.15mm，更优选为0.045～0.075mm；所述工程弃土的含水率优选在5％以下。
在本发明中，所述工程弃土的制备方法优选为：将市售工程弃土依次经粉碎和研磨得到所述工程弃土。本发明对所述粉碎和研磨具体工艺没有特殊的限定，以得到符合粒径要求的工程弃土为宜。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括粉煤灰15～35份，优选为17～33份，更优选为18～30份，具体为15份、17份、18份、30份或33份。在本发明中，所述粉煤灰优选为三级以上粉煤灰。在本发明中，所述粉煤灰作为胶凝材料，与其他原料配合使用，能够提高陶粒的强度。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括水泥5～10份，优选为8～10份，具体为5份、8份或10份。在本发明中，所述水泥优选为普通硅酸盐水泥，更优选为42.5r普通硅酸盐水泥。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括增强剂1～2份，优选为1.2～1.5份。在本发明中，所述增强剂优选为聚合氯化铝。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括固态激发剂3～10份，优选为4～10份。在本发明中，所述固态激发剂优选为氢氧化钠和/或生石灰。在本发明中，当所述固态激发剂为生石灰和氢氧化钠时，所述生石灰和氢氧化钠的质量比优选为4:3。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括液态激发剂5～10份，优选为6～10份，更优选为6份。在本发明中，所述液态激发剂优选为水玻璃。在本发明中，所述水玻璃的摩数优选为3.1。本发明通过固态激发剂和液体激发剂的联合作用，能够更好的激发胶凝材料中的活性成分。
在本发明中，以所述工程弃土的重量份数计，制备所述高强免烧陶粒的原料包括水20～30份，优选为20～25份，具体为20份、25份或30份。在本发明中，所述水的来源优选为自来水。
本发明还提供了上述技术方案所述高强免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
将工程弃土、粉煤灰、水泥、增强剂和固态激发剂混合，得到干混料；
将液态激发剂和水混合，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料和液态激发剂水溶液混合造粒，得到料球；
将所述料球进行养护，得到高强免烧陶粒。
本发明将工程弃土、粉煤灰、水泥、增强剂和固态激发剂混合，得到干混料。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为164rpm，搅拌的时间优选为25min。
本发明将液态激发剂和水混合，得到液态激发剂水溶液。
得到干混料和液态激发剂水溶液后，本发明将所述干混料和液态激发剂水溶液混合造粒，得到料球。在本发明中，所述混合造粒的具体方法优选为：将所述干混料分批加入造粒机中，在加入干混料的同时向造粒机中喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液的方法造粒。本发明采用边投料边喷液的方法造粒，有利于裹料均匀，原料中的活性成分被充分激发，有益于陶粒性能后期的发展。
本发明优选在所述干混料和液态激发剂水溶液投加完毕后，继续滚动30min。
在本发明中，所述造粒机优选为圆盘造粒机。在本发明中，所述料球的粒径优选为4.75～10mm。
得到料球后，本发明将所述料球进行养护，得到高强免烧陶粒。在本发明中，所述养护优选包括依次进行的干燥养护和湿养护。
在本发明中，所述干燥养护的温度优选为室温，具体为18～25℃；时间优选为3d。
在本发明中，所述湿养护的湿度优选为50～75％，更优选为70％；温度优选为35～45℃；时间优选为25d。
本发明提供的制备方法简便，无需使用大型烧结设备；本发明采用免烧工艺，与传统的烧结工艺相比降低了生产成本、更加节能环保；采用本发明提供的制备方法配合原料组成能够显著提高免烧陶粒的强度，降低免烧陶粒的吸水率，适宜推广应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按重量份数计，将66份粒度为0.045mm的工程弃土、17份市售三级以上等级粉煤灰、10份市售42.5r普通硅酸盐水泥、1份聚合氯化铝和6份固态激发剂(具体为生石灰：氢氧化钠的质量比为4：3:)置于搅拌机中混合均匀，得到干混料；
将3份水玻璃(摩数为3.1)置于25份水中混合均匀，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料分次投入圆盘造粒机中，投料的同时喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液搅拌滚团造粒的方法滚团造粒，全部投料完成后继续在圆盘造粒机中滚动30min，制备得到粒径为4.75～10mm的料球；
将所述料球在室温(具体为20℃)中干燥养护3天后取出，在35℃、湿度为50％的环境中养护25d后得到高强免烧陶粒。
所得高强免烧陶粒的堆积密度为1144kg/m3，筒压强度为8.3mpa，1h吸水率为12％，具有4.75～10mm的连续级配，满足gb/t17431.1-1中的规定。
实施例2
按重量份数计，将60份粒度为0.045mm的工程弃土、18份市售三级以上等级粉煤灰、10份市售42.5r普通硅酸盐水泥(生产厂家及型号为华润42.5r普通硅酸盐水泥)、2份聚合氯化铝和10份固态激发剂(具体为碳酸钠：生石灰的质量比为3:4)置于搅拌机中混合均匀，得到干混料；
将2份水玻璃(摩数为3.1)置于20份水中混合均匀，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料分次投入圆盘造粒机中，投料的同时喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液搅拌滚团造粒的方法滚团造粒，全部投料完成后继续在圆盘造粒机中滚动30min，制备得到粒径为4.75～10mm的料球；
将所述料球在室温(具体为21℃)中干燥养护3天后取出，在45℃、湿度为60％的环境中养护25d后得到高强免烧陶粒。
所得高强免烧陶粒的堆积密度为1096kg/m3，筒压强度为9.4mpa，1h吸水率为12％，具有4.75～10mm的连续级配，满足gb/t17431.1-1中的规定。
实施例3
按重量份数计，将55份粒度为0.075mm的工程弃土、30份市售三级以上等级粉煤灰、5份市售42.5r普通硅酸盐水泥、2份聚合氯化铝和6份氢氧化钠置于搅拌机中混合均匀，得到干混料；
将8份水玻璃(摩数为3.1)置于20份水中混合均匀，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料分次投入圆盘造粒机中，投料的同时喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液搅拌滚团造粒的方法滚团造粒，全部投料完成后继续在圆盘造粒机中滚动30min，制备得到粒径为4.75～10mm的料球；
将所述料球在室温(具体为20℃)中干燥养护3天后取出，在45℃、湿度为75％的环境中养护25d后得到高强免烧陶粒。
所得高强免烧陶粒的堆积密度为998kg/m3，筒压强度为9.7mpa，1h吸水率为14％，具有4.75～10mm的连续级配，满足gb/t17431.1-1中的规定。
实施例4
按重量份数计，将50份粒度为0.045mm的工程弃土、30份市售三级以上等级粉煤灰、5份市售42.5r普通硅酸盐水泥、2份聚合氯化铝和7份固态激发剂(具体为生石灰：石膏的质量比为4:3)置于搅拌机中混合均匀，得到干混料；
将5份水玻璃(摩数为3.1)置于25份水中混合均匀，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料分次投入圆盘造粒机中，投料的同时喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液搅拌滚团造粒的方法滚团造粒，全部投料完成后继续在圆盘造粒机中滚动30min，制备得到粒径为4.75～10mm的料球；
将所述料球在室温(具体为25℃)中干燥养护3天后取出，在45℃、湿度为60％的环境中养护25d后得到高强免烧陶粒。
所得高强免烧陶粒的堆积密度为1074kg/m3，筒压强度为10.2mpa，1h吸水率为14％，具有4.75～10mm的连续级配，满足gb/t17431.1-1中的规定。
实施例5
按重量份数计，将70份粒度为0.045mm的工程弃土、15份市售三级以上等级粉煤灰、8份市售42.5r普通硅酸盐水泥、1份聚合氯化铝和6份固态激发剂(具体为氢氧化钠：生石灰的质量比为1:1)置于搅拌机中混合均匀，得到干混料；
将5份水玻璃(摩数为3.1)置于30份水中混合均匀，得到液态激发剂水溶液；
将所述干混料分次投入圆盘造粒机中，投料的同时喷入所述液态激发剂水溶液，采用边投料边喷液搅拌滚团造粒的方法滚团造粒，全部投料完成后继续在圆盘造粒机中滚动30min，制备得到粒径为4.75～10mm的料球；
将所述料球在室温(具体为18℃)中干燥养护3天后取出，在35℃、湿度为50％的环境中养护25d后得到高强免烧陶粒。
所得高强免烧陶粒的堆积密度为1169kg/m3，筒压强度为5.7mpa，1h吸水率为15％，具有4.75～10mm的连续级配，满足gb/t17431.1-1中的规定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。