本发明属于绿色建材领域，具体涉及一种绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法。
背景技术：
轻质骨料外观呈球形，表面坚硬，内部粗糙多孔，其主要物理性能特征是密度低、孔隙率高。在混凝土中使用轻质骨料替代普通骨料，能够有效地降低建筑物质量，提升保温隔热以及吸声降噪的能力，具有较高的附加值。目前轻质骨料广泛地应用于建筑行业，包括装配式建筑结构件、高层建筑保温砌块等，此外，轻质骨料还被用于海绵城市渗水储水材料的制备以及湿地浮床绿植栽培等等。传统轻质骨料包括陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等，制备过程涉及黏土、页岩、珍珠岩、蛭石等材料的使用以及高温煅烧技术，能源消耗量大。
钢渣是钢铁工业的一种副产物，富含钙硅铁镁等元素。其存在体积安定性问题，直接用作混凝土骨料会危害建筑物结构安全，同时，其所含矿物水化活性低，无法作为辅助胶凝材料应用于建筑行业。近些年来的研究证明加速碳化能够高效地激发钢渣活性，钢渣中含有的大量钙镁矿物可以迅速与二氧化碳反应，释放出大量热量并生成具有胶结能力的反应产物。
技术实现要素：
本发明针对普通轻质骨料消耗自然资源多、制备过程耗能高、碳排放量大等问题，提供一种绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法。本发明以钢铁工业固体废弃物(磨细转炉钢渣粉)为原料，通过在造粒过程中应用加速碳化技术，实现绿色、节能轻质骨料的制备。其过程无需额外发泡材料，只需增大传统造粒过程的用水量，通过转炉钢渣粉与二氧化碳之间的碳化反应释放大量热量使之蒸发骨料胚体中结合水的方式制造多孔骨料。
本发明所述一种绿色节能的人造轻质骨料，以钢渣作为唯一固体材料，其粒径分布为1.18～20mm，孔隙率在20～50％，松散堆积密度为500-1000kg/m3。
本发明所述一种绿色节能的人造轻质骨料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，使用磨细转炉钢渣粉作为制备骨料的原材料，控制钢渣粉颗粒的平均粒径为1～100μm；
步骤二，将步骤一中钢渣粉投入造粒设备，并通入二氧化碳气体直至造粒设备中的二氧化碳浓度达到20％～100％，形成钢渣粉-二氧化碳为主的气-固共混环境；
步骤三，按照水：钢渣粉的质量比为0.2:1～0.5:1的标准准备造粒用水，并将其以50ml/min～100ml/min的速度以雾化水珠的形式通入步骤二的造粒环境中，形成钢渣粉-二氧化碳-水的共混环境；
步骤四，在步骤三所述的环境中运行造粒设备，得到人造骨料胚体；
步骤五，将步骤四中所得人造骨料放在温度20～40℃，相对湿度50％～95％，二氧化碳浓度0％～100％的环境中进行后续养护1～4d，即得人造轻质骨料；
本发明的有益效果：
1.本发明中所述的绿色节能人造轻质骨料的主要原料为钢铁行业废弃物钢渣，能够充分消解堆存的钢渣，推进钢渣的规模化利用；同时采用加速碳化技术，能够捕获二氧化碳，降低骨料碳足迹，绿色环保。
2.本发明中所述的绿色节能人造轻质骨料的制备方法，可以使所得骨料的堆积密度控制在500～1000kg/m3，同时方法简单、对设备要求低、不使用高温煅烧技术，节约能源。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
实施例1
本实施例的绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一，使用平均粒径为6μm磨细转炉钢渣粉作为制备骨料的原材料；
步骤二，将步骤一中钢渣粉投入造粒设备，并通入二氧化碳气体直至造粒设备中的二氧化碳浓度达到20％，形成钢渣粉-二氧化碳的气-固共混环境；
步骤三，按照水：钢渣粉的质量比为0.3:1的标准准备造粒用水，并将其以50ml/min的速度以雾化水珠的形式通入步骤二的造粒环境中，形成钢渣粉-二氧化碳-水的共混环境；
步骤四，在步骤三所述的环境中运行造粒设备，得到人造骨料胚体；
步骤五，将步骤四中所得人造骨料放在温度20℃，相对湿度95％，二氧化碳浓度0％的环境中进行后续养护1d，即得人造轻质骨料。
所得骨料的粒径在1.18～20mm内连续分布，骨料的孔隙率为40％，堆积密度为800kg/m3。
实施例2
本实施例的绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一，使用平均粒径为20μm磨细转炉钢渣粉作为制备骨料的原材料；
步骤二，将步骤一中钢渣粉投入造粒设备，并通入二氧化碳气体直至造粒设备中的二氧化碳浓度达到50％，形成钢渣粉-二氧化碳的气-固共混环境；
步骤三，按照水：钢渣粉的质量比为0.4:1的标准准备造粒用水，并将其以80ml/min的速度以雾化水珠的形式通入步骤二的造粒环境中，形成钢渣粉-二氧化碳-水的共混环境；
步骤四，在步骤三所述的环境中运行造粒设备，得到人造骨料胚体；
步骤五，将步骤四中所得人造骨料放在温度20℃，相对湿度70％，二氧化碳浓度20％的环境中进行后续养护4d，即得人造轻质骨料。
所得骨料的粒径在1.18～9.5mm内连续分布，骨料的孔隙率为49％，堆积密度为712kg/m3。
实施例3
本实施例的绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一，使用平均粒径为20μm磨细转炉钢渣粉作为制备骨料的主要原材料，同时加入质量分数为钢渣粉10％的废弃混凝土粉末作为辅助材料，拌合均匀形成混合粉末；
步骤二，将步骤一中混合物投入造粒设备，并通入二氧化碳气体直至造粒设备中的二氧化碳浓度达到90％，形成混合粉末-二氧化碳的气-固共混环境；
步骤三，按照水：混合粉末的质量比为0.5:1的标准准备造粒用水，并将其以70ml/min的速度以雾化水珠的形式通入步骤二的造粒环境中，形成混合粉末-二氧化碳-水的共混环境；
步骤四，在步骤三所述的环境中运行造粒设备，得到人造骨料胚体；
步骤五，将步骤四中所得人造骨料放在温度20℃，相对湿度90％，二氧化碳浓度100％的环境中进行后续养护1d，即得人造轻质骨料。
所得骨料的粒径在4.75～20mm内连续分布，骨料的孔隙率为38％，堆积密度为750kg/m3。
以上所述是本发明的部分实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
1.一种绿色节能的人造轻质骨料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，使用磨细转炉钢渣粉作为制备骨料的原材料，控制钢渣粉颗粒的平均粒径为1～100μm；
步骤二，将步骤一中钢渣粉投入造粒设备，并通入二氧化碳气体直至造粒设备中的二氧化碳浓度达到20％～100％，形成钢渣粉-二氧化碳为主的气-固共混环境；
步骤三，按照水：钢渣粉的质量比为0.2:1～0.5:1的标准准备造粒用水，并将其以50ml/min～100ml/min的速度以雾化水珠的形式通入步骤二的造粒环境中，形成钢渣粉-二氧化碳-水的共混环境；
步骤四，在步骤三所述的环境中运行造粒设备，得到人造骨料胚体；
步骤五，将步骤四中所得人造骨料放在温度20～40℃，相对湿度50％～95％，二氧化碳浓度0％～100％的环境中进行后续养护1～4d，即得人造轻质骨料。
2.如权利要求1所述的人造轻质骨料，其特征在于：使用钢渣粉作为唯一固体材料。
3.如权利要求1所述的人造轻质骨料，其特征在于：骨料粒径为1.18～20mm。
4.如权利要求1所述的人造轻质骨料，其特征在于：骨料孔隙率为20～50％。
5.如权利要求1所述的人造轻质骨料，其特征在于：骨料松散堆积密度为500～1000kg/m3。
6.如权利要求1所述的人造轻质骨料制备方法，其特征在于：所述步骤一中，固体粉末材料的粒径为1～50μm。
7.如权利要求1所述的人造轻质骨料制备方法，其特征在于：所述步骤二中，造粒设备中的环境为气-固共混环境且二氧化碳的浓度为20％～100％。
8.如权利要求1所述的人造轻质骨料制备方法，其特征在于：所述步骤三中，用水量与钢渣粉用量的质量比为0.2:1～0.5:1，供水速度为40ml/min～100ml/min，水的状态为雾化水珠，水珠粒径为1μm～1mm。
9.如权利要求1所述的人造轻质骨料制备方法，其特征在于：所述步骤四中，后续养护的条件为温度20～40℃，相对湿度50％～95％，二氧化碳浓度0％～100％，时间为1～4d。