一种改性增强轻质骨料及其制备方法和应用与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种改性增强轻质骨料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、轻质高强混凝土是当前混凝土技术的发展方向之一，它具有强度高、质量轻、耐久性好、无碱骨料反应、体积稳定性好、保温隔热性能良好等优点，被广泛应用于超高层建筑、大跨度桥梁、城市立交桥及海洋工程等领域中；成为建筑材料工业中发展最快的新型建材之一。

2、轻骨料本身的特性及生产工艺(骨料虽然轻但孔隙结构多，吸水率高、骨料本身强度低)成为制约混凝土强度的短板，如果从高强的角度来看，为弥补轻骨料的短板，必须提升浆体的强度、浆骨交界面的强度，但是又会造成混凝土的质量偏重，且轻质骨料在混凝土中的应用易产生骨料上浮问题，从而导致混凝土强度不均匀、表观性能差等问题。目前，部分专家学者已展开了轻质骨料的改性研究，多集中于基于建筑垃圾的再生骨料及其改性工艺，通过特定改性方法可一定程度提升再生骨料的使用性能，但由于再生骨料来源的不稳定性以及本身服役期间性能损失的不确定性等，进而导致改性后骨料及其所得混凝土存在品质不稳定性等问题。如文献“纤维改性轻骨料混凝土的高温力学性能研究”、专利“一种裹覆轻质骨料的制备方法和应用”等，主要研究高温条件对轻质骨料及轻骨料混凝土力学性能的影响，主要目的在于保证高温下骨料性能的稳定性，但其对混凝土的力学性能贡献有限，仅能制备较低强度等级的混凝土产品；此外，轻骨料裹覆手段通常采用直接浸泡及置于粉末中裹覆等手段，容易导致裹覆不均匀进而影响或显著降低改性效果等。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种改性增强轻质骨料，可有效兼具所得混凝土良好的轻质、高强和抗裂等特性，且涉及的制备方法较简单、操作方便，适合推广应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种改性增强轻质骨料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将高岭土进行煅烧，得偏高岭土；将石英粉进行煅烧，得煅烧石英粉；将铁尾矿粉进行粉磨处理，得磨细铁尾矿粉；将硅酸钠溶液与碱金属氢氧化物和水混合，调节其模数和波美度，得改性水玻璃碱激发剂溶液；

5、2)将所得偏高岭土、煅烧石英石粉、磨细铁尾矿粉混合均匀，得混合粉料；然后取部分混合粉料与改性水玻璃碱激发剂搅拌均匀，得改性地聚合物浆体；

6、3)将所得改性地聚合物浆体与轻质骨料进行超声波乳化分散处理，过滤多余浆体；得一次包裹改性的轻质骨料；

7、4)将一次包裹改性的轻质骨料加入剩余混合粉料中进行二次裹覆处理，至骨料颗粒分明，再进行干燥，得所述改性增强轻质骨料。

8、上述方案中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

9、上述方案中，所述改性水玻璃碱激发剂溶液的m为1.1～1.3，波美度b0为38～42％。

10、上述方案中，所述轻质骨料为陶粒、膨胀珍珠岩或浮石等，其粒径为5～10mm，堆积密度为480～520kg/m3，筒压强度为3.6～4.2mpa。

11、上述方案中，所述高岭土的煅烧温度为700～750℃，时间为6～8h；所得偏高岭土的中位径d50＝0.80～0.85μm，d90＝3.45～3.60μm，白度92～95％，sio2含量60％以上。

12、上述方案中，所述石英粉的煅烧温度为850～900℃，时间为6～8h；所得煅烧石英粉的密度2.60～2.80g/cm3，比表面积为500～550kg/m2，白度93～95％，sio2含量97％以上。

13、上述方案中，所述磨细铁尾矿粉的比表面积为500～550kg/m2，密度2.80～2.90g/cm3，sio2含量65％以上。

14、上述方案中，所述偏高岭土、煅烧石英石粉、磨细铁尾矿粉的质量比为60～70:5～15:20～30。

15、上述方案中，步骤2)中所述混合粉料与改性水玻璃碱激发剂的质量比为0.65～0.70。

16、上述方案中，所述改性地聚合物浆体与轻质骨料的质量比为(1～2):1。

17、上述方案中，所述超声波乳化分散步骤包括：首先对改性地聚合物浆体采用480～520w的输出功率超声45～55min，然后降低超声输出功率至200～240w，加入轻质骨料，进行超声裹覆5～10min。

18、上述方案中，步骤5)中所述一次包裹改性的轻质骨料与剩余混合粉料的质量比为(1～2):1。

19、进一步地，所述一次裹覆改性地聚合物浆体与二次裹覆混合料的质量比为5:(3～4)；通过调控二者比例，有利于保证和提升二次包覆的改性效果。

20、上述方案中，所述二次裹覆处理步骤包括：将一次包裹改性的轻质骨料与混合粉料按(1～2):1的质量比，在混料机(4.5～6.0kw)中以180～240r/min的转速，混料15～20min，至轻质骨料颗粒分明。

21、上述方案中，所述干燥温度为80～100℃，时间为4～6h。

22、根据上述方案制备的改性增强轻质骨料，其粒径为5～10mm，堆积密度为650～700kg/m3，筒压强度为15.0～16.0mpa(普通轻骨料同容重等级筒压强度5.5～6.0mpa左右)，可用于制备lc80以上的轻质高强混凝土。

23、一种利用上述方案所述改性增强轻质骨料制备的轻质高强混凝土，各组分及其容重包括：水泥520～530kg/m3，粉煤灰100～110kg/m3，硅灰78～82kg/m3，河砂640～660kg/m3，陶砂80～85kg/m3，改性增强轻质骨料360～370kg/m3，水128～132kg/m3，减水剂20.5～21.5kg/m3。

24、上述方案中，所述水泥可选用p.o 52.5级水泥等。

25、上述方案中，减水剂可选用聚羧酸减水剂等，其减水率为28～32％。

26、上述方案中，所述河砂的细度模数为2.8～3.2；陶砂的细度模数为2.2～2.6。

27、跟据上述方案制备的轻质高强混凝土，其容重为1750～1850kg/m3，强度等级可达到lc80以上(28d抗压强度95.0mpa以上)。

28、本发明的原理为：

29、本发明以偏高岭土、煅烧石英石粉、磨细铁尾矿粉为主要原料制备改性聚合物浆体，并利用其对轻质骨料进行改性增强；引入的偏高岭土具有较高活性，主要发挥增强轻质骨料表面活性作用；高纯度石英粉相比于高岭土材料硬度更高，主要起填充及结构支撑作用；引入的铁尾矿粉在实现固废利用基础上，发挥增强轻质骨料表面活性及填充作用；本发明充分利用偏高岭土、煅烧石英石粉、磨细铁尾矿粉良好的级配复合效应，在保证整体结构稳定性更优的前提下，可有效提升地聚合物对轻质骨料力学性能等改善作用；同时进一步结合一次裹覆阶段的超声乳化分散以及二次干料裹覆手段，进一步从二次激发反应、降低骨料上浮率等角度提升改性增强轻质骨料的综合使用性能，将所得改性增强轻质骨料应用于制备轻质高强混凝土，可兼顾良好的轻质、高强和耐腐蚀性等性能，适用性广。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

31、1)本发明首次提出采用改性地聚合物浆体对轻质骨料进行改性增强，并进一步结合超声乳化分散技术和二次干料裹覆工艺；采用的超声波乳化分散技术实现改性增强浆体对轻质骨料的包覆改性，可改善浆体自身均匀性并促进聚合反应，保证裹覆均匀性并促进部分浆体渗入轻质骨料孔隙，进一步优化其孔隙结构，改善所得改性轻质骨料的综合使用性能；采用的二次干料裹覆手段工艺，通过混料机可实现裹覆同时进一步提升粉末原料的混合均匀程度，同时利用混料机转动过程中的骨料与设备内壁碰撞的机械动能，加强干料裹覆骨料的粘结强度，并通过改善骨料表面附着性能有效解决轻质骨料应用于混凝土时易导致的骨料上浮等问题；此外，一次裹覆浆体可在二次裹覆期间的混料过程中与混合料发生二次激发反应，进一步增强骨料性能；

32、2)本发明所得二次包覆改性轻质骨料表面裹覆浆体硬化后在后续混凝土的搅拌过程中，可促进部分表面细颗粒分散于混凝土整体结构中，改善其致密性能；此外，引入的裹覆浆体的改性骨料可加强“水泥-骨料界面过渡区”的稳定性，有效减少有害裂纹和孔隙，显著改善所得混凝土的耐久性能等；

33、3)本发明所得改性增强轻质骨料可有效保证所得混凝土的轻质、高强和耐蚀性等，可为轻质高强混凝土的制备提供一条新思路；且涉及的制备方法较简单、原料来源广，操作方便，具有显著的经济和环境效益。