以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，在环境变化和人类活动等多因素作用下，黄河流域的水沙俱减，但其水少沙多的实质性问题仍然存在，泥沙的大量淤积仍是目前亟待解决的问题。黄河泥沙来源于黄土高原第四纪沉淀物，由铝硅酸盐组成。以粒径0.05mm为界，小于0.05mm的细颗粒是化学风化的产物，基本上是层状硅酸盐，属黏土，如伊利石、绿泥石、蒙脱石等；大于等于0.05mm 的粗颗粒是物理风化的产物，如石英占35.6％～53.7％、长石(naalsi3o8，氧化硅44.7％，氧化铝18.4％，氧化钾16.9％)占13.8％～46.6％，为架状硅酸盐，长石有钾长石、钠长石和钙长石之分。从黄河泥沙属性分析，应属于自然资源。近几年来，黄河泥沙作为硅质已经得到材料科学工作者和水利工作者联合攻关，对黄河泥沙的资源情况、物理化学性能和工艺性能，以及工业应用等进行了较系统的探索，取得了可喜的成果和经验，如王萍在“利用黄河泥沙制作防汛备防石的试验研究”中以水泥和粉煤灰作胶结剂，黄河泥沙为骨料来制备黄河泥沙备防石；李浩在“一种利用黄河泥沙制成的免烧砖及其生产方法”中以水泥、氟石膏粉为胶结剂，黄河泥沙为主要粒料，采用挤压成型的方式制作免蒸免烧砖；李珉安等在“一种利用黄河泥沙制备的加气混凝土砌块”中以水泥、粉煤灰、石灰为胶结剂，黄河泥沙为主要的骨料制作了加气混凝土砌块等制品多是以黄河泥沙作为惰性骨料直接进行加工使用。岳钦艳等在“赤泥黄河泥沙烧结砖及其制备方法”中采用赤泥与黄河泥沙的混合物进行高温焙烧成型烧结砖；吴建锋等在“黄河泥沙制备陶瓷清水砖的研究”中以黄河泥沙为主要原材料，采用挤出成型、高温焙烧的方式制作陶瓷清水砖；徐晓虹等在“黄河泥沙质陶瓷泥浆工艺性能的影响因素”中以黄河泥沙为主要原料成功地调制了适合于注浆成型的陶瓷泥浆，黄河泥沙的添加质量(下同)高达60％，高温焙烧来制作陶瓷酒瓶；曹珍珠等在“利用黄河泥沙制备陶瓷多孔颗粒”中以山东省垦利县黄河泥沙为实验原料，外加碳粉和碳化硅为发泡剂，提出一种利用河沙制备多孔陶瓷方法。以上两种方式是目前黄河泥沙资源化利用研究中主要的技术手段。但一方面受限于材料应用面较窄，工艺复杂导致无法规模化应用推广；另一方面黄河泥沙属于硅质材料熔点高，对其进行烧结需要较高的温度，需要消耗较多的能源，降低了其资源化利用的性价比。因此，这两种技术手段在技术上，应用上存在一定的不足，且目前尚没有形成规模，也没有形成牵动全局的产业。
3.混凝土是目前世界上利用最广泛的大宗建筑材料，其中骨料在混凝土中占有70％～80％的体积。天然骨料多来自卵石和岩石破碎后的碎石，岩石破碎制备骨料的过程不仅消耗大量的电力，而且会产生大量的粉体，污染大气环境。由于大规模的基础建设，天然骨料被大量消耗，导致骨料短缺，特别对于平原地区，建筑需要的骨料需要大规模从外地调运，增加了建设成本。因此，将黄河泥沙粉体通过与适量的胶凝剂混合，通过一定的方法制成骨料，用来替代天然骨料，这不仅解决了天然骨料短缺及不可再生的问题；且为黄河泥沙
的规模化应用提供更广阔的空间，也对解决黄河流域泥沙淤积造成的生态问题提供了很好的解决方案，意义重大。
4.水泥作为传统的胶凝材料，具有较为优异的胶结能力，是胶结粉体的较为理想的材料。但由于其生产过程要排放大量温室气体，污染环境，属于高碳排放材料，并且水泥基材料凝结硬化慢，养护周期长，不利于骨料的生产。因此，本发明摒弃了高碳排放的水泥基胶凝材料，采用绿色环保的碱激发胶凝材料作为黄河泥沙制作骨料的胶结基剂。


技术实现要素：

5.本发明摒弃了高碳排放的水泥基材料，使用绿色环保的碱激发胶凝材料作为黄河泥沙骨料的胶结剂；黄河泥沙人造骨料替代天然骨料，减少天然石材的消耗。不仅解决了黄河中下游流域平原地区骨料短缺的问题，且为黄河泥沙的大规模资源化利用提供新的思路，也对解决黄河泥沙淤积的问题提出了很好的解决方案。
6.本发明的技术方案：
7.一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：
8.水2％～15％；水玻璃1％～10％；氢氧化钠0.1％～0.8％；矿渣粉15％～30％；黄河泥沙 50％～80％；减水剂0.2％～0.6％。
9.所述水玻璃模数为1.5～4；固体含量为20～40％。
10.所述氢氧化钠的纯度》95％。
11.所述矿渣粉的比表面积≥400m2/kg，28d活性指数≥95％。
12.所述黄河泥沙中值粒径(d50)不大于200um；sio2含量不低于60％。
13.所述减水剂为高效减水剂，其减水率为25％～30％。
14.上述以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的制备方法，包括以下步骤：
15.s1、按照上述以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的配方，称取各个组分备用；
16.s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌5～10min；
17.s3、将水玻璃与氢氧化钠混合，配制成符合实验要求模数的水玻璃；
18.s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
19.s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为45～65r/min、倾角为45
°
～60
°
；
20.s6、将步骤s4调配好的液体以喷雾方式均匀布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒；
21.s7、将步骤s6成型好的球体颗粒分级，在室温环境下密封放置24h，然后将球体颗粒经适当养护至相应龄期。
22.本发明的原理及有益效果为：由于黄河中下游区域的泥沙颗粒较小，含泥量较高不能直接作为类似河沙资源被利用。为了更加科学合理的利用黄河泥沙资源，更好的治理黄河泥沙对生态环境的不利影响。本发明充分利用黄河泥沙这种自然资源，采用滚动造粒原理，将黄河泥沙与适量的碱激发胶结剂混合，形成具有一定强度的颗粒，作为骨料应用于混凝土中。这不仅解决了天然骨料短缺的问题，且为实现黄河泥沙规模化资源利用提供新的应用方向，本应用具有巨大的市场前景和显著的经济、社会、环境效益。
附图说明
23.图1是本发明骨料性能与黄河泥沙掺量的变化关系图。
具体实施方式
24.以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
25.实施例1
26.一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：水7.3％；水玻璃3.5％；氢氧化钠0.3％；矿渣23.4％；黄河泥沙65％；减水剂0.5％。实验参照标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求进行测试。
27.其制备方法包括以下步骤：
28.s1、按照本实施例中的组分比例，称取各个组分备用；
29.s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌5min；
30.s3、将水玻璃与氢氧化钠进行混合，配制成模数为1.5的水玻璃。
31.s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
32.s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为50r/min、倾角为50
°
；
33.s6、将步骤s4调配好的液体以水雾的形式均匀布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒。
34.s7、将步骤s6成型好的球体颗粒分级，在室温环境(21℃)下密封放置24h，然后将球形颗粒在标准养护环境(20℃，相对湿度95％)中养护至28d龄期。
35.本实施例所得一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的性能如表1所示。
36.表1实施例1制备的黄河泥沙骨料的性能测试结果
[0037][0038]
实施例2
[0039]
一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：水9.6％；水玻璃10.0％；氢氧化钠0.8％；矿渣29.1％；黄河泥沙50％；减水剂0.5％。实验参照标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求进行测试。
[0040]
其制备方法包括以下步骤：
[0041]
s1、按照本实施例中的组分比例，称取各个组分备用；
[0042]
s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌8min；
[0043]
s3、将水玻璃与氢氧化钠进行混合，配制成模数为1.5的水玻璃。
[0044]
s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
[0045]
s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为55r/min、倾角为55
°
；
[0046]
s6、将步骤s4调配好的液体以水雾的形式均匀布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒。
[0047]
s7、将步骤s6成型好的球体颗粒，在室温环境(22℃)下密封放置24h，然后将球形
颗粒在常温密闭环境(22℃，相对湿度95％)中养护至28d龄期。
[0048]
本实施例所得一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的性能如表2所示。
[0049]
表2实施例2制备的黄河泥沙骨料的性能测试结果
[0050][0051]
实施例3
[0052]
一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：水3.3％；水玻璃10.0％；氢氧化钠0.7％；矿渣25.5％；黄河泥沙60％；减水剂0.5％。实验参照标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求进行测试。
[0053]
其制备方法包括以下步骤：
[0054]
s1、按照本实施例中的组分比例，称取各个组分备用；
[0055]
s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌10min；
[0056]
s3、将水玻璃与氢氧化钠进行混合，配制成模数为2.0的水玻璃；
[0057]
s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
[0058]
s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为60r/min、倾角为55
°
；
[0059]
s6、将步骤s4调配好的液体以水雾的形式均匀的布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒。
[0060]
s7、将步骤s6成型好的球体颗粒，在室温环境(18℃)下密封放置24h，然后将球形颗粒在标准养护环境(20℃，相对湿度95％)中养护至28d龄期。
[0061]
本实施例所得一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的性能如表3所示。
[0062]
表3实施例3得到的黄河泥沙骨料的性能测试结果
[0063][0064]
实施例4
[0065]
一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：水4.3％；水玻璃3.7％；氢氧化钠0.7％；矿渣15.7％；黄河泥沙75％；减水剂0.6％。实验参照标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求进行测试。
[0066]
其制备方法包括以下步骤：
[0067]
s1、按照本实施例中的组分比例，称取各个组分备用；
[0068]
s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌10min；
[0069]
s3、将水玻璃与氢氧化钠进行混合，配制成模数为2.0的水玻璃；
[0070]
s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
[0071]
s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为55r/min、倾角为55
°
；
[0072]
s6、将步骤s4调配好的液体以水雾的形式均匀的布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒。
[0073]
s7、将步骤s6成型好的球体颗粒，在室温环境(18℃)下密封放置24h，然后将球形颗粒在标准养护环境(20℃，相对湿度95％)中养护至28d龄期。
[0074]
本实施例所得一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的性能如表4所示。
[0075]
表4实施例4得到的黄河泥沙骨料的性能测试结果
[0076][0077]
实施例5
[0078]
一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料，由以下重量百分比的组分组成：水2.3％；水玻璃1.6％；氢氧化钠0.5％；矿渣15％；黄河泥沙80％；减水剂0.6％。实验参照标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求进行测试。
[0079]
其制备方法包括以下步骤：
[0080]
s1、按照本实施例中的组分比例，称取各个组分备用；
[0081]
s2、将黄河泥沙与矿渣粉混合搅拌10min；
[0082]
s3、将水玻璃与氢氧化钠进行混合，配制成模数为2.0的水玻璃；
[0083]
s4、将称量好的减水剂、配制好的水玻璃与水均匀混合，盛放在水雾喷壶中；
[0084]
s5、将步骤s2得到混合料导入圆盘造粒机中进行滚动造粒，转速设置为45r/min、倾角为55
°
；
[0085]
s6、将步骤s4调配好的液体以水雾的形式均匀的布撒在粉体材料上，随着圆盘造粒机边转动边喷洒。
[0086]
s7、将步骤s6成型好的球体颗粒，在室温环境(18℃)下密封放置24h，然后将球形颗粒在标准养护环境(20℃，相对湿度95％)中养护至28d龄期。
[0087]
本实施例所得一种以碱激发材料为胶结剂的黄河泥沙骨料的性能如表5所示。
[0088]
表5实施例5得到的黄河泥沙骨料的性能测试结果
[0089][0090]
综上，上述案例中吸水率、压碎指标均满足标准《gb/t 14685-2011》对骨料相关性能要求，根据《jgj 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》标准规定上述案例中的骨料而可用于配制强度等级不高于c40得普通水泥混凝土。该方法还可以根据混凝土强度等级的不同，及对骨料强度性能要求的不同，通过调节胶结料与黄河泥沙之间的掺配比例，制备不同强度等级混凝土用的骨料，最大限度提高材料利用率和性价比。