1.本发明属于人造骨料建筑材料技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料的制备方法。
背景技术：
2.生活垃圾焚烧底灰是生活垃圾焚烧过后产生的碱性固体废弃物，通常收集于燃烧锅炉的底部。生活垃圾焚烧底灰一般由玻璃、各类金属、陶瓷、石块、熔融渣块以及一些不燃烧的物质组成。在中国，底灰不属于危险固废，可直接回收利用，常作为骨料用于道路底基层建设。而直接破碎作为骨料用于水泥基材料中会产生各种问题：1)由于底灰中存在金属铝，该金属会与水泥中碱反应产生氢气，从而导致建筑产品的膨胀开裂；2)底灰中大量的玻璃也会与水泥中碱反应，发生碱骨料反应，生成体积更大的钙矾石，从而导致混凝土的鼓包开裂；3)底灰中存在大量的氯离子和硫酸根，硫酸根会与水泥中硅酸三钙反应生成钙矾石，导致体积膨胀，而氯离子则会腐蚀钢筋，造成混凝土的耐久性问题。底灰与水泥基材料不兼容性严重限制了生活垃圾焚烧底灰的建材资源化利用。因此，当用于水泥基材料时，一般需要进一步处理。
3.目前都市建筑都趋于高楼层建设，而在地缘上，我国处于地震频发国家，因此，减少建筑物自重是非常必要的。除了建筑主体结构必须强调强度高自重轻之外，对于非结构性构件的自重减轻要求也相对提高。一般的普通混凝土已无法满足现今高层建筑的设计需求。因此，积极开发轻质、耐震、隔热、节能的轻质骨料以替代传统的天然砂石扮演着相当关键的角色。轻质骨料具有表面坚硬，内部粗糙多孔的物理结构，因此具有孔隙率高、密度低、导热系数低的特性。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。目前轻质骨料广泛的运用于建筑行业，包括装配式建筑构件、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。
4.传统轻质骨料包括陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等，其制备过程涉及粘土、页岩、珍珠岩、蛭石等材料的使用以及高温煅烧技术。专利cn113698175a公开了一种煅烧煤矸石(1050～1150℃)制备陶粒的方法；专利cn111362706b公开了一种铝污泥烧结陶粒(900～1300℃)的方法。可见传统的轻质骨料制备方法具有能源消耗量大、成本高的缺点。而对于生活垃圾焚烧底灰生产陶粒或者轻质骨料，目前的专利仍然以烧结法或者外加添加剂的方法制备。专利cn106630815b公开了一种垃圾焚烧底灰免烧陶粒及其制备方法，该专利通过外加膨胀珍珠岩实现骨料的轻质；专利cn105036707a公开了一种生活垃圾焚烧底灰制备建筑陶粒的方法，该专利通过在1000～1100℃下煅烧底灰2分钟得到陶粒。高温煅烧是一个高能耗、高污染、高成本的过程，而添加外加剂不可避免的增加了生产成本，造成工艺的繁琐。如何开发一种简单、快捷、方便、成本低廉的生活垃圾焚烧底灰人造轻质骨料制备方法迫在眉睫。
技术实现要素：
5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料的制备方法，以达到实现生活垃圾焚烧底灰资源化，开拓一种功能型人造骨料以提高其附加值的目的。
6.为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤一，利用磁选法去除生活垃圾焚烧底灰中的铁；并将磁选过后的生活垃圾焚烧底灰进行破碎研磨，分别得到生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒；
9.步骤二，将氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种与水搅拌溶解，静置冷却，直到碱溶液达到常温；
10.步骤三，将生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒以及前驱体放入搅拌器充分混合后得到混合物，将步骤二中的碱溶液总质量的80％加入到该混合物中，搅拌20秒；
11.步骤四，将步骤三中的混合物倒入造粒机，运行造粒机的同时，将剩余的碱溶液以喷雾的形式，在造粒前30秒喷入造粒机中，直到骨料胚体成型；
12.步骤五，将人造骨料胚体用塑料薄膜包裹，养护1-3天，得到免烧多孔人造骨料成品。
13.本发明所述的生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料由生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒、前驱体以及碱溶液制备而成，所述前驱体包括但不限于粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、玻璃粉、偏高岭土粉、稻壳灰等，所述碱溶液包括水玻璃、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠；
14.本发明所述的生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料，其粒径分布为5～20mm，松散堆积密度为 700～1000kg/m3，骨料孔隙率为：5％～35％，利用该骨料作为全部粗骨料制备的混凝土导热系数为：0.80～ 1.20w/(m
·
k)；
15.上述固体材料，生活垃圾焚烧底灰粉末的粒径为0.3～75μm，生活垃圾焚烧底灰颗粒的粒径为 75～2500μm；所述前驱体中粒化高炉矿渣粉符合s85及以上；粉煤灰符合s95及以上；玻璃粉平均粒径为： 0.3～75μm；偏高岭土粉平均粒径为：0～10μm；稻壳灰平均粒径为：0～20μm；
16.上述固体材料的质量占比为：生活垃圾焚烧底灰粉末：40％～100％，生活垃圾焚烧底灰颗粒：0％～ 60％；前驱体各组分的质量占比为：粒化高炉矿渣粉：0％～40％，粉煤灰：0％～40％，玻璃粉：0％～40％，偏高岭土粉：0％～40％，稻壳灰：0％～40％；
17.上述碱溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：0％～35％，氢氧化钠：2.5％～4.5％，氢氧化钾： 2.5％～4.5％，水：39.94％～97％，碳酸钠：0％～55％，碳酸氢钠：0％～55％；
18.上述碱溶液与固体材料质量比为0.11:1～0.22:1；
19.上述步骤五中的骨料养护，当前驱体采用的是粒化高炉矿渣粉和偏高岭土粉时，人造骨料胚体需在常温下养护1～3天；当前驱体采用的是粉煤灰、玻璃粉和稻壳灰时，人造骨料胚体需置于60～80℃下高温养护1～3天；
20.在完成上述步骤一至五，制得人造骨料成品之后，还可以将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖，在常温下自然养护14～28天，以提升人造骨料成品的性能。
21.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
22.1.与传统烧结陶粒和免烧陶粒轻集料相比较：传统烧结陶粒生产需要1000℃以上高温煅烧，属于高能耗、高污染行业；免烧陶粒需要蒸汽或蒸压养护，养护条件比较苛刻。而且骨料强度很低，无法应用于结构混凝土。本发明中所述的碱激发生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料具有生产简单、节能环保、无毒无污染的特性。其自然养护人造骨料只需要在常温下就可进行，用塑料薄膜覆盖，正常1天就可以出厂使用。而且该骨料与水泥基材料性能接近，使用于混凝土中可以很好的与水泥基体粘接，不存在界面过渡区薄弱的问题。
23.2.本发明使用的原材料生活垃圾焚烧底灰是生活垃圾焚烧过后产生的二次污染物，属于一种工业碱性固体废弃物。因此本发明能够充分利用该废弃物，减少该固废的大量堆存。此外，该废弃物的传统资源化途径是将其磁选破碎后作为骨料运用于道路底基层中。本发明的免烧多孔人造骨料具有多孔、密度小和导热系数低的特性，可以将该骨料运用于污水处理、建筑保温隔热混凝土、卫生间防水层、轻质混凝土、植物养植等方面，大幅度拓宽了生活垃圾焚烧底灰的可运用场合，极大提高了该固废的附加产值。
具体实施方式
24.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步详细描述。
25.实施例1
26.一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料，由长沙市某垃圾焚烧厂产生的生活垃圾焚烧底灰粉末、玻璃粉前驱体和氢氧化钠碱溶液制备而成，制备方法包括如下步骤：
27.(1)磁选除铁，将生活垃圾焚烧底灰破碎研磨，得到生活垃圾焚烧底灰粉末；粉末粒径为0.3-75μm；
28.(2)将氢氧化钠颗粒与水搅拌，静置冷却，直到氢氧化钠碱溶液达到常温；氢氧化钠碱溶液中各组分的质量占比为：氢氧化钠：3％，水：97％；
29.(3)将生活垃圾焚烧底灰粉末和玻璃粉放入行星式搅拌器，充分混合后，加入氢氧化钠碱溶液总质量的80％，搅拌20秒；玻璃粉粒径为0.3-75μm，生活垃圾焚烧底灰与玻璃粉的质量占比为4:6，氢氧化钠碱溶液与固体材料的质量占比为0.22:1；
30.(4)将步骤3中的混合物倒入造粒机，运行造粒机的同时，将剩余的碱溶液以喷雾的形式，在造粒前30秒喷入造粒机，直到骨料胚体成型；
31.(5)将人造骨了胚体用塑料薄膜包裹，置于80℃环境下高温养护1天，得到免烧多孔人造骨料成品。为提升人造骨料成品性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜包裹，自然养护到14天和28天进行性能的测试。
32.由本实施例制作的骨料，粒径分布为5～20mm，松散堆积密度为760kg/m3，孔隙率为：23.73％，利用该骨料作为全部粗骨料制备的混凝土导热系数为：0.80w/(m
·
k)。
33.实施例2
34.一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料，由广西某垃圾焚烧厂产生的生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒、玻璃粉前驱体、氢氧化钠和水玻璃碱溶液制备而成，制备方法包括如下步骤：
35.(1)磁选除铁，将生活垃圾焚烧底灰破碎研磨，得到生活垃圾焚烧底灰粉末和颗
粒；粉末粒径为0.3-75μm，颗粒粒径为1250～2500μm；
36.(2)将氢氧化钠颗粒、水玻璃和水搅拌，静置冷却，直到碱溶液达到常温；碱溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：45％，氢氧化钠：3％，水：52％；
37.(3)将生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒以及玻璃粉放入行星式搅拌器，充分混合后，加入碱溶液总质量的80％，搅拌20秒；生活垃圾焚烧底灰粉末、生活垃圾焚烧底灰颗粒、玻璃粉的质量占比为2:6:2，氢氧化钠碱溶液与固体材料的质量占比为0.14:1；
38.(4)将步骤3中的混合物倒入造粒机，运行造粒机的同时，将剩余的碱溶液以喷雾的形式，在造粒前30秒喷入造粒机，直到骨料胚体成型；
39.(5)将人造骨了胚体用塑料薄膜包裹，置于80℃环境下高温养护1天，得到免烧多孔人造骨料成品。为提升人造骨料成品性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜包裹，自然养护到14天和28天进行性能的测试。
40.由本实施例制作的骨料，粒径分布为5～20mm，松散堆积密度为856kg/m3，孔隙率为：13.25％，利用该骨料作为全部粗骨料制备的混凝土导热系数为：0.93w/(m
·
k)。
41.实施例3
42.一种生活垃圾焚烧底灰免烧多孔人造骨料，由广西某垃圾焚烧厂产生的生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒、玻璃粉前驱体、氢氧化钠和水玻璃碱溶液制备而成，制备方法包括如下步骤：
43.(1)磁选除铁，将生活垃圾焚烧底灰破碎研磨，得到生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒；粉末粒径为0.3-75μm，颗粒粒径为1250～2500μm；
44.(2)将氢氧化钠颗粒、水玻璃和水搅拌，静置冷却，直到碱溶液达到常温；碱溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：45％，氢氧化钠：3％，水：52％；
45.(3)将生活垃圾焚烧底灰粉末和颗粒以及玻璃粉放入行星式搅拌器，充分混合后，加入碱溶液总质量的80％，搅拌20秒；生活垃圾焚烧底灰粉末、生活垃圾焚烧底灰颗粒、粒化高炉矿渣粉的质量占比为2:6:2，氢氧化钠碱溶液与固体材料的质量占比为0.14:1；
46.(4)将步骤3中的混合物倒入造粒机，运行造粒机的同时，将剩余的碱溶液以喷雾的形式，在造粒前30秒喷入造粒机，直到骨料胚体成型；
47.(5)将人造骨了胚体用塑料薄膜包裹，常温下养护1天，得到免烧多孔人造骨料成品。为提升人造骨料成品性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜包裹，自然养护到14天和28天进行性能的测试。
48.由本实施例制作的骨料，粒径分布为5～20mm，松散堆积密度为986kg/m3，孔隙率为：5.41％，利用该骨料作为全部粗骨料制备的混凝土导热系数为：1.02w/(m
·
k)。
49.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。