權(quán)利要求

1.硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，其特征在于，包含以下組分： 膨脹珍珠巖、硅錳渣、堿激發(fā)劑、黏結(jié)劑、水； 其中，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料包括內(nèi)核和外殼；內(nèi)核的材料包括膨脹珍珠巖，外殼的材料包括硅錳渣；內(nèi)核和外殼的質(zhì)量比為1～2：3～5； 堿激發(fā)劑的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的10～17.5％； 水的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的20～27.5％； 黏結(jié)劑的質(zhì)量為膨脹珍珠巖質(zhì)量的35～45％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，其特征在于，所述硅錳渣中SiO 2的百分含量為40～50％，MnO的百分含量為10～14％。 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，其特征在于，所述堿激發(fā)劑為固體水玻璃；堿激發(fā)劑的模數(shù)為1.7～2.4。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，其特征在于，所述黏結(jié)劑為質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃。 5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，其特征在于，所述硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料中外殼的厚度為1～1.5mm，內(nèi)核的直徑為2.3～9.5mm。 6.權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，進(jìn)行第一步造粒，得到內(nèi)核骨料；再將硅錳渣、水和堿激發(fā)劑混合，加入內(nèi)核骨料中，進(jìn)行第二步造粒；第二步造粒結(jié)束后將產(chǎn)物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于，所述第一步造粒的具體方法為：將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，得到內(nèi)核預(yù)混料，將10～20％的內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒，當(dāng)粒徑達(dá)到2～2.5mm時(shí)加入剩余內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒。 8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于，所述第一步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角為45～55°；造粒機(jī)的頻率為15～40Hz；造粒的時(shí)間為80～100min。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于，所述第二步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角為40～50°；造粒機(jī)的頻率為15～40Hz；造粒的時(shí)間為15～20min。 10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)的方法為：先于室溫養(yǎng)護(hù)4～6h，然后于60℃養(yǎng)護(hù)12h，再于室溫下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期3d；其中，規(guī)定齡期3d包括室溫養(yǎng)護(hù)4～6h和60℃養(yǎng)護(hù)12h。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅錳渣的資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展，消耗的天然骨料日益增多。據(jù)相關(guān)報(bào)道指出，每生產(chǎn)1m 3混凝土大約需要1700～2000kg砂石骨料。對(duì)天然骨料大量消耗，就會(huì)加大天然骨料的開采力度，會(huì)引發(fā)一系列的生態(tài)問題，不符合可持續(xù)發(fā)展理念，如何替代天然骨料是目前需解決的問題。因此，將固體廢棄物制備成人造骨料替代天然骨料，是降低不可再生資源消耗的一種有效途徑。

硅錳合金是鐵合金中的一種，在鐵合金生產(chǎn)過程中扮演脫除鋼水中的O、S和N元素的作用，而硅錳渣是冶煉硅錳合金的副產(chǎn)物產(chǎn)量較大。隨著硅錳渣任意堆存和排放，不僅占用大量土地資源，而且對(duì)周圍環(huán)境造成污染。目前，對(duì)硅錳渣的研究主要集中在水泥和混凝土、地質(zhì)聚合物、微晶玻璃等領(lǐng)域，而在輕骨料領(lǐng)域中鮮有研究。

冷黏結(jié)法是在造粒機(jī)中利用堿激發(fā)劑或黏結(jié)劑將粉料成球，而獲得一種外觀呈球形、表面光滑、內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊實(shí)，在常溫或蒸汽養(yǎng)護(hù)下形成一種高強(qiáng)骨料的方法。在低成本建材生產(chǎn)中，冷黏結(jié)法被認(rèn)為是廢料再利用的一種穩(wěn)定技術(shù)，可以將不同種類的、大批量的廢料轉(zhuǎn)化為有價(jià)產(chǎn)品。與燒結(jié)法相比，冷黏結(jié)造粒具有低能耗、污染小的特點(diǎn)。近年來許多研究者以不同廢棄物利用冷黏結(jié)法來制備骨料，對(duì)天然骨料進(jìn)行替代。

由于硅錳渣中含錳物相復(fù)雜，含有MnS、MnO、Mn 3O 4、Ca 3Mn 2O 7等物相，會(huì)加速H 2O 2的分解，因此，不宜采用H 2O 2為成孔劑制備輕質(zhì)骨料。由于Al粉與硅錳渣粉料混合不均勻，制備出的多孔骨料分布不均勻，仍有大部分骨料是實(shí)心結(jié)構(gòu)，也不宜采用。而以NH 4HCO 3作為成孔劑時(shí)，造粒過程中會(huì)釋放出大量氨氣，人體過多的吸入會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。以上成孔劑均不適宜制備硅錳渣輕質(zhì)骨料。

因此，如何提供一種安全環(huán)保的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法對(duì)工業(yè)固廢的資源化利用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)利用硅錳渣制備輕質(zhì)骨料存在的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，包含以下組分：

膨脹珍珠巖、硅錳渣、堿激發(fā)劑、黏結(jié)劑、水；

其中，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料包括內(nèi)核和外殼；內(nèi)核的材料包括膨脹珍珠巖，外殼的材料包括硅錳渣；內(nèi)核和外殼的質(zhì)量比為1～2：3～5；

堿激發(fā)劑的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的10～17.5％；

水的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的20～27.5％；

黏結(jié)劑的質(zhì)量為膨脹珍珠巖質(zhì)量的35～45％。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料中，所述硅錳渣中SiO 2的百分含量為40～50％，MnO的百分含量為10～14％。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料中，所述堿激發(fā)劑為固體水玻璃；堿激發(fā)劑的模數(shù)為1.7～2.4。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料中，所述黏結(jié)劑為質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料中，所述硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的外殼厚度為1～1.5mm，內(nèi)核的直徑為2.3～9.5mm。

本發(fā)明還提供了一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，包括以下步驟：

將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，進(jìn)行第一步造粒，得到內(nèi)核骨料；再將硅錳渣、水和堿激發(fā)劑混合，加入內(nèi)核骨料中，進(jìn)行第二步造粒；第二步造粒結(jié)束后將產(chǎn)物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法中，所述第一步造粒的具體方法為：將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，得到內(nèi)核預(yù)混料，將10～20％的內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒，當(dāng)粒徑達(dá)到2～2.5mm時(shí)加入剩余內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法中，所述第一步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角為45～55°；造粒機(jī)的頻率為15～40Hz；造粒的時(shí)間為80～100min。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法中，所述第二步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角為40～50°；造粒機(jī)的頻率為15～40Hz；造粒的時(shí)間為15～20min。

優(yōu)選的，在上述一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法中，所述養(yǎng)護(hù)的方法為：先于室溫養(yǎng)護(hù)4～6h，然后于60℃養(yǎng)護(hù)12h，再于室溫下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期3d；其中，規(guī)定齡期3d包括室溫養(yǎng)護(hù)4～6h和60℃養(yǎng)護(hù)12h。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明以膨脹珍珠巖為內(nèi)核，硅錳渣粉料為外殼，采用冷黏結(jié)法制備核殼骨料。一方面能夠大量消耗工業(yè)固廢，減少硅錳渣的大量堆積的問題。另一方面經(jīng)養(yǎng)護(hù)后，養(yǎng)護(hù)3d時(shí)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度可達(dá)到GB/T17431.1-2010中等級(jí)要求，無需養(yǎng)護(hù)至28d，就可以進(jìn)行使用，有效緩解了對(duì)天然骨料的需求，也為硅錳渣規(guī)模化的利用增添了新途徑。

(2)與傳統(tǒng)的燒制工藝相比，本發(fā)明硅錳渣核殼輕骨料的制備方法具有操作方便、工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能耗、污染物小、殼與核不脫落等優(yōu)點(diǎn)。

(3)由于硅錳渣本身特性，采用H 2O 2、Al粉制備輕骨料均不能很好降低堆積密度。本發(fā)明采用一種低成本膨脹珍珠巖內(nèi)核復(fù)合黏結(jié)劑(A型+B型)，硅錳渣粉料包裹在內(nèi)核表面，解決了硅錳渣難以在輕質(zhì)骨料中應(yīng)用的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為實(shí)施例5的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的產(chǎn)品示意圖；

其中，a為內(nèi)核骨料的示意圖；b為外殼骨料和內(nèi)核骨料的示意圖；c為硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料局部斷面的示意圖；d為硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的整體示意圖；

圖2為實(shí)施例1～4的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率以及表觀密度結(jié)果；

其中，a為堆積密度結(jié)果；b為筒壓強(qiáng)度結(jié)果；c為吸水率和表觀密度結(jié)果；

圖3為實(shí)施例5～8的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率結(jié)果；

其中，a為堆積密度結(jié)果；b為筒壓強(qiáng)度結(jié)果；c為吸水率結(jié)果；

圖4為實(shí)施例9～13的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率以及表觀密度結(jié)果；

其中，a為堆積密度結(jié)果；b為筒壓強(qiáng)度結(jié)果；c為吸水率和表觀密度結(jié)果；

圖5為實(shí)施例2和3的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的FTIR表征圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，包含以下組分：

膨脹珍珠巖、硅錳渣、堿激發(fā)劑、黏結(jié)劑、水；

其中，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料包括內(nèi)核和外殼；內(nèi)核的材料包括膨脹珍珠巖，外殼的材料包括硅錳渣；內(nèi)核和外殼的質(zhì)量比為1～2：3～5；

堿激發(fā)劑的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的10～17.5％；

水的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的20～27.5％；

黏結(jié)劑的質(zhì)量為膨脹珍珠巖質(zhì)量的35～45％。

在本發(fā)明中，內(nèi)核和外殼的質(zhì)量比優(yōu)選為1.1～1.9：3.2～4.8，進(jìn)一步優(yōu)選為1.3～1.7：3.5～4.6，更優(yōu)選為1.5：3.9；堿激發(fā)劑的質(zhì)量?jī)?yōu)選為硅錳渣質(zhì)量的11～17％，進(jìn)一步優(yōu)選為12～15％，更優(yōu)選為13％；水的質(zhì)量?jī)?yōu)選為硅錳渣質(zhì)量的20.3～27.1％，進(jìn)一步優(yōu)選為20.6～26.7％，更優(yōu)選為23.1％；黏結(jié)劑的質(zhì)量?jī)?yōu)選為膨脹珍珠巖質(zhì)量的35～45％，進(jìn)一步優(yōu)選為37～42％，更優(yōu)選為40％。

在本發(fā)明中，硅錳渣中SiO 2的百分含量?jī)?yōu)選為40～50％，MnO的百分含量?jī)?yōu)選為10～14％。本發(fā)明使用的硅錳渣的化學(xué)分成如表1所示。

表1硅錳渣的化學(xué)分成

在本發(fā)明中，堿激發(fā)劑優(yōu)選為固體水玻璃；堿激發(fā)劑的模數(shù)優(yōu)選為1.7～2.4，進(jìn)一步優(yōu)選為1.8～2.2，更優(yōu)選為2.1；堿激發(fā)劑在100目的過篩率優(yōu)選為大于等于98.9％。

在本發(fā)明中，黏結(jié)劑優(yōu)選為質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃。

在本發(fā)明中，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的外殼厚度優(yōu)選為1～1.5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為1.1～1.4mm，更優(yōu)選為1.2mm；內(nèi)核的直徑優(yōu)選為2.3～9.5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為2.7～9.1mm，更優(yōu)選為4.5mm。

本發(fā)明還提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的制備方法，包括以下步驟：

將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，進(jìn)行第一步造粒，得到內(nèi)核骨料；再將硅錳渣、水和堿激發(fā)劑混合，加入內(nèi)核骨料中，進(jìn)行第二步造粒；第二步造粒結(jié)束后將產(chǎn)物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料。

在本發(fā)明中，第一步造粒的具體方法優(yōu)選為：將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑混合，得到內(nèi)核預(yù)混料，將10～20％的內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒，當(dāng)粒徑達(dá)到2～2.5mm時(shí)加入剩余內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行造粒。

在本發(fā)明中，第一步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角優(yōu)選為45～55°，進(jìn)一步優(yōu)選為47～53°，更優(yōu)選為50°；造粒機(jī)的頻率優(yōu)選為15～40Hz，進(jìn)一步優(yōu)選為26～31Hz，更優(yōu)選為30Hz；造粒的時(shí)間優(yōu)選為80～100min，進(jìn)一步優(yōu)選為84～93min，更優(yōu)選為88min。

在本發(fā)明中，第二步造粒的條件為：造粒機(jī)的傾角優(yōu)選為40～50°，進(jìn)一步優(yōu)選為42～48°，更優(yōu)選為45°；造粒機(jī)的頻率優(yōu)選為15～40Hz，進(jìn)一步優(yōu)選為20～35Hz，更優(yōu)選為25Hz；造粒的時(shí)間優(yōu)選為15～20min，進(jìn)一步優(yōu)選為17～19min，更優(yōu)選為18min。

在本發(fā)明中，養(yǎng)護(hù)的方法優(yōu)選為：先于室溫養(yǎng)護(hù)4～6h，然后于60℃養(yǎng)護(hù)12h，再于室溫下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期3d；其中，規(guī)定齡期3d包括室溫養(yǎng)護(hù)4～6h和60℃養(yǎng)護(hù)12h。

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，包含以下組分：

膨脹珍珠巖、硅錳渣、固體水玻璃(模數(shù)為2.0，100目過篩率為98.9％)、黏結(jié)劑(質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃)、水；

其中，膨脹珍珠巖和硅錳渣的質(zhì)量比為1：3；固體水玻璃的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的10％；水的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的27％；黏結(jié)劑的質(zhì)量為膨脹珍珠巖質(zhì)量的40％。

其制備方法包括以下步驟：

(1)將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑攪拌混合5min，得到內(nèi)核預(yù)混料，將15％的內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行噴霧造粒，當(dāng)粒徑達(dá)到2mm時(shí)(噴霧造粒時(shí)間為25min)，加入剩余內(nèi)核預(yù)混料，噴霧造粒60min后，第一步造粒結(jié)束，得到內(nèi)核骨料；第一步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為15Hz；

(2)將硅錳渣、水和固體水玻璃攪拌混合5min，得到外殼預(yù)混料；將外殼預(yù)混料加入內(nèi)核骨料中，進(jìn)行第二步造粒，第二步造粒的時(shí)間為15min；第二步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為15Hz；

(3)第二步造粒結(jié)束后將產(chǎn)物先于室溫養(yǎng)護(hù)6h，然后于60℃養(yǎng)護(hù)12h，再于室溫下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期3d，得到硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料；其中，內(nèi)核的粒徑為2.36～4.75mm，外殼的厚度為1～1.1mm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例1，不同之處在于固體水玻璃的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的12.5％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例1，不同之處在于固體水玻璃的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的15％。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例1，不同之處在于固體水玻璃的質(zhì)量為硅錳渣質(zhì)量的17.5％。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，包含以下組分：

膨脹珍珠巖50g，硅錳渣150g，固體水玻璃22.5g(模數(shù)為2.0，100目過篩率為98.9％)，黏結(jié)劑20g(質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃)，水37.5g。

制備方法參見實(shí)施例1，不同之處在于步驟(1)為：將膨脹珍珠巖和黏結(jié)劑攪拌混合5min，得到內(nèi)核預(yù)混料，將15％的內(nèi)核預(yù)混料進(jìn)行噴霧造粒，當(dāng)粒徑達(dá)到2.5mm時(shí)(噴霧造粒時(shí)間為30min)，加入剩余內(nèi)核預(yù)混料，噴霧造粒70min后，第一步造粒結(jié)束，得到內(nèi)核骨料；第一步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為40Hz。得到的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料內(nèi)核的粒徑為4.75～9.5mm，外殼的厚度為1～1.1mm。

上述硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的產(chǎn)品示意圖如圖1所示。由圖1可知，本發(fā)明制備的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料為核殼結(jié)構(gòu)，骨料整體粒徑約為9mm。

實(shí)施例6

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例5，不同之處在于：硅錳渣為300g。

實(shí)施例7

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例5，不同之處在于：硅錳渣為450g。

實(shí)施例8

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例5，不同之處在于：硅錳渣為600g。

實(shí)施例9

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，原料組成為：

膨脹珍珠巖292g，硅錳渣875g，固體水玻璃131.25g(模數(shù)為2.0，100目過篩率為98.9％)，黏結(jié)劑116.8g(質(zhì)量比3：1的海藻酸鈉和固體水玻璃)，水175g。

制備方法具體參見實(shí)施例1，不同之處在于第二步造粒的造粒機(jī)傾角為40°，頻率為15Hz。

實(shí)施例10

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例9，不同之處在于第二步造粒的造粒機(jī)傾角為40°，頻率為30Hz。

實(shí)施例11

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例9，不同之處在于第二步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為15Hz。

實(shí)施例12

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例9，不同之處在于第二步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為30Hz。

實(shí)施例13

本實(shí)施例提供一種硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料，具體參見實(shí)施例9，不同之處在于第二步造粒的造粒機(jī)傾角為50°，頻率為40Hz。

測(cè)定實(shí)施例1～4的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率以及表觀密度，結(jié)果如圖2所示。由圖2a可知，隨著固體水玻璃加入量增加，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度呈先增高后減小的趨勢(shì)，當(dāng)固體水玻璃加入量為硅錳渣的15％時(shí)，骨料堆積密度達(dá)到最大。原因是當(dāng)合適的堿激發(fā)劑量加入使得骨料中生成凝膠結(jié)構(gòu)最多，并且凝膠填充在骨料內(nèi)部的孔隙，使得骨料黏結(jié)更加緊密。由圖2b可知，隨著固體水玻璃加入量增加，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的筒壓強(qiáng)度呈先增高后減小的趨勢(shì)，原因在于隨著堿激發(fā)劑的含量增加，使得硅錳渣中大量玻璃體結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚，Si-O和Al-O發(fā)生斷裂，溶出低聚態(tài)硅氧四面體與鋁氧四面體不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)入到液相中，為后序地聚合反應(yīng)提供了大量前驅(qū)體，隨著地聚合反應(yīng)的進(jìn)行進(jìn)而轉(zhuǎn)化生成無定形凝膠，因此宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度上升。當(dāng)過量的堿激發(fā)劑的加入，使得整個(gè)體系中Na +大量存在，部分未參與反應(yīng)Na +覆蓋在凝膠表面，出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，阻礙了硅錳渣中活性SiO 2和Al 2O 3的進(jìn)一步溶解和釋放，阻礙硅錳渣地聚合反應(yīng)的進(jìn)行，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。由圖2c可知，隨著固體水玻璃加入量增加，吸水率呈下降趨勢(shì)，而表觀密度變化趨勢(shì)與吸水率呈負(fù)相關(guān)。

綜上，由圖2可知，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度為505.1～642.8kg/m 3，筒壓強(qiáng)度為0.89～1.59MPa，吸水率為16.5～22.7％，表觀密度為1026.7～1211.3kg/m 3。其中堆積密度與筒壓強(qiáng)度滿足GB/T 17431.1-2010中對(duì)600、700密度等級(jí)要求。

測(cè)定實(shí)施例5～8的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率，結(jié)果如圖3所示。由圖3a可知，隨著硅錳渣的增加，骨料的堆積密度呈逐步上升趨勢(shì)，最高可達(dá)927.2kg/m 3。從圖3b可知，骨料筒壓強(qiáng)度呈先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)硅錳渣加入量達(dá)到450g時(shí)，筒壓強(qiáng)度可達(dá)1.86MPa。從圖3c可知，吸水率與堆積密度變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)硅錳渣加入量為150g時(shí)，骨料吸水率較大，原因是在于包殼厚度較小，水分子極易進(jìn)入到膨脹珍珠巖內(nèi)部，從而導(dǎo)致吸水率較大。當(dāng)硅錳渣加入量為150g時(shí)，吸水率可達(dá)68.2％，硅錳渣加入量為600g時(shí)，堆積密度可達(dá)927.2kg/m 3。

測(cè)定實(shí)施例9～13的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率以及表觀密度，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)傾角處于50°時(shí)，隨造粒機(jī)頻率的增大，骨料堆積密度呈先升高后下降的趨勢(shì)，筒壓強(qiáng)度呈先升高后下降的趨勢(shì)，而吸水率呈先升高后下降的趨勢(shì)。原因在于隨著造粒機(jī)頻率增加，骨料之間相互碰撞加快，使得骨料黏結(jié)的更加緊密，從而使得骨料的孔隙結(jié)構(gòu)減少。因此，骨料的吸水率與堆積密度呈下降的趨勢(shì)。在頻率為30Hz時(shí)筒壓強(qiáng)度達(dá)到最大。當(dāng)傾角處于40°時(shí)，隨著頻率的增加，骨料堆積密度、吸水率、筒壓強(qiáng)度都是呈逐步上升的趨勢(shì)，而骨料表觀密度呈逐步下降的趨勢(shì)。綜上，當(dāng)頻率為30Hz、傾角處于50°條件下骨料性能最佳，一方面是由于造粒是一種周期性的現(xiàn)象，這個(gè)周期的長(zhǎng)度隨著頻率的增加而減小。當(dāng)頻率較低時(shí)，成球路徑縮短，球粒粒徑較小。當(dāng)頻率增加，能夠延長(zhǎng)成球路徑，使球粒粒徑增大。在該條件下，骨料的成球路徑最佳，所以制備的骨料性能最好。也可能是由于在造粒過程中會(huì)受到多方位因素共同疊加的影響，如各種成分、粒度分布、水化程度共同導(dǎo)致的結(jié)果，使得骨料在該條件下性能最佳。

由圖4可知，硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料的堆積密度為569.3～639.5kg/m 3，筒壓強(qiáng)度為1.38～2.91MPa，吸水率為10.7～20.6％，表觀密度為964.0～1107.6kg/m 3。其中堆積密度與筒壓強(qiáng)度滿足GB/T 17431.1-2010中對(duì)600、700密度等級(jí)要求。

將實(shí)施例2和3的硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料進(jìn)行FTIR表征，以硅錳渣作為對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，450～650cm -1是Si-O-Si彎曲振動(dòng)帶，與硅錳渣原料對(duì)比，能夠發(fā)現(xiàn)硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料在該處吸收峰向低波段方向移動(dòng)，分別降低了39cm -1、36cm -1，說明了骨料中Si-O鍵的鍵長(zhǎng)增加，鍵角減小，分子振動(dòng)力常數(shù)減小。在1000～1030cm -1處吸收峰是由Si-O-T中四面體TO 4(T＝Si或Al)的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的，該范圍的峰是非晶硅鋁酸鹽凝膠的相。表明硅錳渣與固體水玻璃發(fā)生了地聚合反應(yīng)生成了無定形凝膠產(chǎn)物。硅錳渣原料加入堿激發(fā)劑后，每個(gè)骨料樣品在1451cm -1附近都有明顯的吸收峰，該吸收峰是C-O的拉伸振動(dòng)，表明骨料中自由離子與CO 2反應(yīng)，樣品已經(jīng)碳化。在1650cm -1附近與3250～3750cm -1是-OH的拉伸振動(dòng)，是由于結(jié)構(gòu)水和自由水的存在所引起的。表明硅錳渣原料中有少量的水分存在，而骨料中可能是游離水吸附在表面或截留在反應(yīng)產(chǎn)物的孔隙中，而結(jié)構(gòu)水作為水化產(chǎn)物的一部分存在于骨料中。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

硅錳渣核殼輕質(zhì)骨料及其制備方法.pdf