赤泥基胶凝材料、赤泥基轻骨料、赤泥基轻骨料混凝土及其制备方法

本发明涉及固废利用技术领域，尤其是一种赤泥基胶凝材料、赤泥基轻骨料、赤泥基轻骨料混凝土及其制备方法，通过赤泥的多级迭代利用和综合化利用，大幅提高了赤泥的利用率，同时使得赤泥基产品具备良好的使用性能。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，现有制备轻骨料混凝土技术大多以天然骨料、烧结陶粒作为轻骨料制备，而对于赤泥的利用仅局限于作为掺合料使用。而采用赤泥基轻骨料作为原料制备轻骨料混凝土的所用赤泥基骨料也大多采用烧结赤泥骨料。

发明人发现，现有技术中采用赤泥资源化利用的相关技术存在以下问题：(1)在赤泥资源化利用制备建材过程中，仅针对某一制备环节实现了赤泥的利用，并未实现赤泥多级迭代及综合利用，导致赤泥利用率低。(2)目前制备轻骨料混凝土过程中主要采用烧结轻骨料或天然轻骨料及普硅水泥为原料，碱骨料反应对混凝土耐久性影响较大；(3)现阶段赤泥制备轻骨料的技术主要为烧结法制备，部分采用免烧制备，而免烧制备的赤泥基轻骨料普遍存在密度高，强度较低，吸水率高等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种赤泥基胶凝材料、赤泥基轻骨料、赤泥基轻骨料混凝土及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种赤泥基胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

将赤泥或赤泥基废渣、铝渣、脱硫石膏以及石灰石尾矿烘干后，按质量比为15-25：20-35：20-30：25-35混合研磨；

将研磨后的混合粉体经过煅烧制备赤泥基胶凝材料熟料；

赤泥基胶凝材料熟料与脱硫石膏混合粉磨，制备赤泥基胶凝材料。

第二方面，本发明提供一种赤泥基胶凝材料，由以上赤泥基胶凝材料的制备方法制备而成。

第三方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料的制备方法，包括如下步骤：

将所述赤泥基胶凝材料、粉煤灰和赤泥按设定比例混合粉磨后，过筛，得混合粉料；

将混合粉料进行造粒，造粒过程中喷洒双氧水发泡剂溶液；

将造粒后的混合物颗粒养护后，在其表面喷洒防水剂，即得赤泥基轻骨料。

第四方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料，由以上赤泥基轻骨料的制备方法制备而成。

第五方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

从制备得到的赤泥基轻骨料中筛分得到0.15-1mm轻细骨料代替普通轻砂，5-20mm连续级配轻粗骨料代替石灰石骨料备用；

将所述赤泥基胶凝材料、赤泥基轻细骨料和赤泥基轻粗骨料预混后，再加入水和减水剂，混合均匀，即得赤泥基轻骨料混凝土。

第六方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料混凝土，由以上赤泥基轻骨料混凝土的制备方法制备而成。

与现有技术相比，本发明的以上实施例的有益效果为：

1、实现赤泥的多级迭代利用和综合化利用，大幅提高赤泥的利用率，使赤泥的利用率达到80％以上。

2、利用高性能低成本的赤泥基胶凝材料、地聚物胶结材料、发泡剂及有机硅防水剂材料，实现赤泥基轻骨料性能的提升，进而实现轻骨料混凝土性能的提升，不仅提高赤泥基轻骨料/轻骨料混凝土的强度，而且提高其耐久性。

赤泥基胶凝材料为低碱度硫铝系胶凝材料、赤泥基轻骨料制备过程形成铝硅酸钠/铝硅酸钙等地质聚合物，可实现na⁺固化，两者结合在提高免烧轻骨料强度的同时，降低了混凝土碱度，从而缓解轻骨料混凝土碱骨料反应，提高其耐久性。双氧水发泡剂的加入可降低免烧轻骨料密度，有机硅防水剂了降低其吸水率。

3、本发明所制备的免烧轻骨料产品及轻骨料混凝土产品均无需蒸养。

4、本发明所制备赤泥基免烧轻骨料产品的堆积密度在710-1080kg/m³，筒压强度为3.8-8.6mpa，吸水率为7.2-10％，软化系数为0.66-0.71，na2o含量为2.5-3％。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例的赤泥多级迭代利用制备轻骨料混凝土的工艺流程图；

图2为本发明实施例1制备的赤泥基胶凝材料xrd图；

图3为本发明实施例1制备的赤泥基轻骨料的形貌图；

图4为本发明实施例1-3、参照组制备的赤泥基轻骨料混凝土的抗压强度对比图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，本发明提供一种赤泥基胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

将赤泥或赤泥基废渣、铝渣、脱硫石膏以及石灰石尾矿烘干后，按质量比为15-25：20-35：20-30：25-35混合研磨；

将研磨后的混合粉体经过煅烧制备赤泥基胶凝材料熟料；

赤泥基胶凝材料熟料与脱硫石膏混合粉磨，制备赤泥基胶凝材料。

赤泥基胶凝材料制备为硅铝铁基固废与硫酸钙基固废的协同互补，其中赤泥、铝渣作为硅铝铁基固废可为赤泥基胶凝材料的制备提供si源和al源，而石灰石尾矿及脱硫石膏作为硫酸钙基固废可为材料制备提供ca源，石灰石尾矿含有丰富的碳酸钙，可为材料的制备提供充足的钙源。

在一些实施例中，煅烧的温度为1210-1230℃，煅烧时间1.5-2.5h。

进一步的，煅烧的温度为1215-1225℃，煅烧时间1.7-2.2h。

更进一步的，煅烧的温度为1220℃，煅烧时间2h。

在一些实施例中，赤泥基胶凝材料熟料与脱硫石膏的质量比为90-96:4:10。

第二方面，本发明提供一种赤泥基胶凝材料，由以上赤泥基胶凝材料的制备方法制备而成。

第三方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料的制备方法，包括如下步骤：

将所述赤泥基胶凝材料、粉煤灰和赤泥按设定比例混合粉磨后，过筛，得混合粉料；

将混合粉料进行造粒，造粒过程中喷洒双氧水发泡剂溶液；

将造粒后的混合物颗粒养护后，在其表面喷洒防水剂，即得赤泥基轻骨料。

粉煤灰的容重只有水泥的2/3左右，而且粒形好，并且粉煤灰中含有大量玻璃微珠，可以起到微集料作用使轻骨料更加密实，适当添加粉煤灰，在降低密度的同时可提升轻骨料强度；此外粉煤灰富含活性硅铝成分，具有碱激发活性，而赤泥中碱金属na2o含量较高，碱性较强，两者协同作用可形成致密的铝硅酸钠/铝硅酸钙等地聚物胶凝材料，在增加轻骨料强度的同时可实现na⁺有效固化，从而降低轻骨料碱度，缓解赤泥基骨料的泛霜现象。

所制备赤泥基胶凝材料为早强快硬胶凝材料，初凝时间10-15min，而在制备轻骨料过程中需实现同步造粒同步发泡的动态发泡过程，因此需选用活性较好的过氧化氢为发泡剂，可在材料凝结前完成发泡过程。

在一些实施例中，所述赤泥基胶凝材料、粉煤灰和赤泥的质量比为10-30：5-15：70-90。

进一步的，过筛的目数为140-160目。

在一些实施例中，双氧水发泡剂溶液中双氧水的质量百分数为0.2％-1％。

在一些实施例中，造粒机的参数为：直径：70-100cm，转速30-40rpm，角度40°-50°，造粒时间8-12min，所述发泡剂溶液喷洒以轻骨料表面带水渍，水灰比控制0.3-0.38。

在一些实施例中，将造粒后的混合物颗粒养护的时间为5-10d，优选为7d。

常温常压养护，温度25℃，湿度99％。

在一些实施例中，有机硅防水剂的质量浓度为4-9％，优选为5％。

第四方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料，由以上赤泥基轻骨料的制备方法制备而成。

第五方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

从制备得到的赤泥基轻骨料中筛分得到0.15-1mm轻细骨料代替普通轻砂，5-20mm连续级配轻粗骨料代替石灰石骨料备用；

将所述赤泥基胶凝材料、赤泥基轻细骨料和赤泥基轻粗骨料预混后，再加入水和减水剂，混合均匀，即得赤泥基轻骨料混凝土。

在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

在一些实施例中，还包括将制备过程中的残渣收集、破碎、粉磨，作为原料用于赤泥基胶凝材料制备的步骤。

第六方面，本发明提供一种赤泥基轻骨料混凝土，由以上赤泥基轻骨料混凝土的制备方法制备而成。

实施例1

如图1所示，所述赤泥基胶凝材料制备步骤如下:(1)将赤泥、铝渣、脱硫石膏、石灰石尾矿烘干备用；(2)分别取赤泥15份；石灰石尾矿35份；脱硫石膏30份；铝渣20份，将赤泥协同石灰石尾矿、铝渣、脱硫石膏经研磨混合均匀后煅烧制备赤泥基胶凝材料熟料，煅烧温度1220℃，煅烧时间2h。制备的赤泥基胶凝材料xrd图，如图2所示。

将赤泥基胶凝材料熟料按质量份计，赤泥基胶凝材料熟料：脱硫石膏95％：5％，混合粉磨均匀制得赤泥基胶凝材料。

赤泥基轻骨料制备步骤如下：(1)按质量分数计数将赤泥基胶凝材料20份、粉煤灰10份、赤泥70份均匀混合粉磨过150目筛；(2)取质量分数30％的h2o2溶液15ml加入1.455l水中稀释制得发泡剂溶液；(3)将上述混合料置于圆盘造粒机中，喷洒发泡剂溶液制备赤泥基轻骨料；所述造粒机参数：直径：80cm，转速33rpm，角度45°，造粒时间10min，所述发泡剂溶液喷洒以轻骨料表面略带水渍为宜，水灰比控制0.3-0.38为宜；(4)上述赤泥基轻骨料常温常压养护7d；(5)按质量分数计：取有机硅防水剂5％，喷涂于轻骨料表面备用；(6)将赤泥基轻骨料筛分为0.15-1mm轻细骨料代替普通轻砂，5-20mm连续级配轻粗骨料代替石灰石骨料备用。制备的赤泥基轻骨料的形貌图如图3所示。

所述轻骨料混凝土制备步骤如下：将本实施例前述步骤制备的赤泥基胶凝材料520份，赤泥基轻细骨料707份，赤泥基轻粗骨料575份，放入滚筒式搅拌机搅拌15min，再倒入水168份及4份聚羧酸减水剂配制成的混合液，混合均匀即得到赤泥基轻骨料混凝土。

所制备赤泥基胶凝材料性能：砂浆强度抗压3d49.6mpa，28d58.3mpa，抗折强度3d6.9mpa，28d7.6mpa。密度2.83g/cm^-3，比表面积373m²/kg，凝结时间：初凝25min，终凝60min。

所制备赤泥基轻骨料性能：堆积密度：1080kg/m³，表观密度：1820kg/m³，吸水率：7.2％，筒压强度：8.6mpa，软化系数0.66，na2o含量1.15％。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：95mm，28d抗压强度51.8mpa。抗折强度：5.07mpa，抗劈拉强度4.22mpa，干密度：1916kg/m³。

实施例2

所述赤泥基胶凝材料制备步骤如下:(1)将赤泥、铝渣、脱硫石膏、尾矿烘干备用；(2)分别取赤泥20份；石灰石尾矿30份；脱硫石膏25份；铝渣25份，将赤泥协同石灰石尾矿、铝渣、脱硫石膏经研磨混合均匀后煅烧制备赤泥基胶凝材料熟料，煅烧温度1220℃，煅烧时间2h。

将赤泥基胶凝材料熟料按质量份计，赤泥基胶凝材料熟料：脱硫石膏95％：5％，混合粉磨均匀制得赤泥基胶凝材料。

所述赤泥基轻骨料制备步骤如下：(1)按质量分数计数将赤泥基胶凝材料20份、粉煤灰15份、赤泥65份均匀混合粉磨过150目筛；(2)取质量分数30％的h2o2溶液45ml加入1.455l水中稀释制得发泡剂溶液；(3)将上述混合料置于圆盘造粒机中，喷洒发泡剂溶液制备赤泥基轻骨料(所述造粒机参数：直径：80cm，转速33rpm，角度45°，造粒时间10min，所述发泡剂溶液喷洒以轻骨料表面略带水渍为宜，水灰比控制0.3-0.38为宜)；(4)上述赤泥基轻骨料常温常压养护7d；(5)按质量分数计：取有机硅防水剂5％，喷涂于轻骨料表面备用；(6)将赤泥基轻骨料筛分为0.15-1mm轻细骨料代替普通轻砂，5-20mm连续级配轻粗骨料代替石灰石骨料备用。

所述轻骨料混凝土制备步骤如下：将本实施案例前述步骤制备的赤泥基胶凝材料520份，赤泥基轻细骨料707份，赤泥基轻粗骨料575份，放入滚筒式搅拌机搅拌15min，再倒入水160份及4份聚羧酸减水剂配制成的混合液，混合均匀即得到赤泥基轻骨料混凝土。

所制备赤泥基胶凝材料性能：砂浆强度抗压3d52.8mpa，28d68.5mpa，抗折强度3d7.2mpa，28d8.3mpa。密度2.88g/cm^-3，比表面积385m²/kg，凝结时间：初凝20min，终凝50min。

所制备赤泥基轻骨料性能：堆积密度：830kg/m³，表观密度：1700kg/m³，吸水率：9.1％，筒压强度：5.8mpa，软化系数0.71na2o，含量1.1％。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：98mm，28d抗压强度52.2mpa。抗折强度：5.5mpa，抗劈拉强度4.5mpa，干密度：1830kg/m³。

实施例3

所述赤泥基胶凝材料制备步骤如下:(1)将赤泥、铝渣、脱硫石膏、尾矿烘干备用；(2)分别取赤泥20份；石灰石尾矿30份；脱硫石膏25份；铝渣25份，将赤泥协同石灰石尾矿、铝渣、脱硫石膏经研磨混合均匀后煅烧制备赤泥基胶凝材料熟料，煅烧温度1220℃，煅烧时间2h。将赤泥基胶凝材料熟料按质量份计，赤泥基胶凝材料熟料：脱硫石膏95：5，混合粉磨均匀制得赤泥基胶凝材料。

所述赤泥基轻骨料制备步骤如下：(1)按质量分数计数，将赤泥基胶凝材料20份、粉煤灰15份、赤泥65份均匀混合粉磨过150目筛；(2)取质量分数30％的h2o2溶液75ml加入1.455l水中稀释制得发泡剂溶液；(3)将上述混合料置于圆盘造粒机中，喷洒发泡剂溶液制备赤泥基轻骨料；所述造粒机参数：直径：80cm，转速33rpm，角度45°，造粒时间10min，所述发泡剂溶液喷洒以轻骨料表面略带水渍为宜，水灰比控制0.3-0.38为宜；(4)上述赤泥基轻骨料常温常压养护7d；(5)按质量分数计：取有机硅防水剂5％，喷涂于轻骨料表面备用；(6)将赤泥基轻骨料筛分为0.15-1mm轻细骨料代替普通轻砂，5-20mm连续级配轻粗骨料代替石灰石骨料备用。

所述轻骨料混凝土制备步骤如下：将本实施例前述步骤制备的赤泥基胶凝材料450-520份，赤泥基轻细骨料650-750份，赤泥基轻粗骨料500-600份，放入滚筒式搅拌机搅拌15min，再倒入水160份及4份聚羧酸减水剂配制成的混合液，混合均匀，即得到赤泥基轻骨料混凝土。

所制备赤泥基胶凝材料性能：砂浆强度抗压3d52.8mpa,28d68.5mpa，抗折强度3d7.2mpa，28d8.3mpa。密度2.88g/cm^-3，比表面积385m²/kg，凝结时间：初凝20min，终凝50min。

所制备赤泥基轻骨料性能：堆积密度：710kg/m³，表观密度：1620kg/m³，吸水率：10％，筒压强度：3.2mpa，软化系数0.71na2o，含量1.15％。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：98mm，28d抗压强度45.5mpa.抗折强度：4.3mpa，抗劈拉强度3.2mpa，干密度1720kg/m³。

参照组：

所述胶凝材料未采用本发明所用赤泥基胶凝材料，本参照组胶凝材料采用425普通硅酸盐水泥。本参照组细骨料采用普通轻砂，粗骨料采用连续级配的烧结陶粒。所述轻骨料混凝土制备步骤如下：将普通硅酸盐水泥520份，赤轻砂骨料707份，5-25连续级配烧结陶粒575份，放入滚筒式搅拌机搅拌15min，再倒入水168份及4份聚羧酸减水剂配制成的混合液，混合均匀即得到轻骨料混凝土。

所选用普通硅酸盐水泥性能：砂浆强度抗压3d28.9mpa，28d46.5mpa，抗折强度3d6.3mpa，28d8.2mpa。密度2.85g/cm^-3，比表面积423m²/kg，凝结时间：初凝190min，终凝248min。

所选用烧结陶粒性能：堆积密度：850kg/m³，表观密度：1650kg/m³，吸水率：11％，筒压强度：5.5mpa，软化系数0.66。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：95mm，28d抗压强度48.2mpa。抗折强度：4.3mpa，抗劈拉强度3.56mpa，干密度：1730kg/m³。

对比例1

与实施例1相比，将石灰石尾矿替换为铁尾矿，其他均与实施例1相同。

所制备赤泥基胶凝材料性能：砂浆强度抗压3d35.6mpa，28d45.8mpa，抗折强度3d6.1mpa，28d6.3mpa。密度2.95g/cm^-3，比表面积353m²/kg，凝结时间：初凝20min，终凝60min。

所制备赤泥基轻骨料性能：堆积密度：1100kg/m³，表观密度：1920kg/m³，吸水率：7.2％，筒压强度：7.6mpa，软化系数0.72，na2o含量2.25％。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：95mm，28d抗压强度46.5mpa。抗折强度：4.8mpa，抗劈拉强度3.6mpa，干密度：1950kg/m³。

对比例2

与实施例1相比，将双氧水发泡剂溶液替换为al粉发泡剂，其他均与实施例1相同。

所制备赤泥基轻骨料性能：堆积密度：1150kg/m³，表观密度：2002kg/m³，吸水率：6.5％，筒压强度：9.1mpa，软化系数0.56，na2o含量1.15％。

所制备赤泥基轻骨料混凝土性能：塌落度：95mm，28d抗压强度54.8mpa。抗折强度：6.1mpa，抗劈拉强度4.8mpa，干密度：2100kg/m³。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。