[发明专利]一种高性能核壳轻集料及其制备方法

说明书

本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种高性能核壳轻集料及其制备方法，该高性能核壳轻集料由内核和外壳两部分组成；内核原料包括粉煤灰、铝矾土、轻烧镁砂和石英粉；外壳原料包括铝矾土、粘土、硬石膏和石灰石；内核和外壳的质量比为1:0.2～1:0.4。该高性能核壳轻集料依次经造粒成球、表面裹粉和高温烧结制备而成。采用本发明制备的高性能核壳轻集料内核组成为堇青石、钙长石和尖晶石，外壳组成为β‑硅酸二钙和硫铝酸四钙，内核、外壳原料经高温扩散反应和液相烧结产生玻璃相、镁黄长石和钙长石的低共熔化合形成物界面结合区，使得高性能轻集料具有轻质高强、低吸水和表面反应活性的特点，可显著改善并提升轻集料混凝土界面过渡区和力学性能。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高性能核壳轻集料及其制备方法。

背景技术

轻集料混凝土具有轻质高强、减震吸声和保温隔热等优异性能，在超高层建筑、大跨度桥梁和节能建筑中具有广泛应用。普通轻集料混凝土表现为典型的脆性破坏，破坏裂纹直接贯穿轻集料内部；再加之普通轻集料表面开孔率较高，同时制备冷却过程中由于温度收缩应力在内部和表面产生了大量微裂纹，这使得普通轻集料吸水率高，单位重量强度(比强度)大大降低，从而严重影响轻集料混凝土的工作性和力学性能。

而且，现阶段轻集料与水泥硬化浆体之间的界面过渡区也是轻集料混凝土中的薄弱环节。因此，如何制备高比强度、低吸水率的高性能轻集料改善高性能轻集料混凝土力学性能，同时还能改善高性能轻集料与水泥石之间的界面过渡区，是制约轻集料混凝土发展亟待解决的关键技术问题。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种高性能核壳轻集料及其制备方法，通过对轻集料的组成设计和孔结构调控，制备具有高比强度、低吸水率的多孔陶瓷内核和具有水化反应活性的高贝利特水泥熟料外壳，从而显著改善并提升高性能轻集料混凝土的界面过渡区和力学性能。

为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：

一种高性能核壳轻集料，包括内核、外壳以及介于内核和外壳之间的界面结合区，内核和外壳质量比为1:0.2～1:0.4；

内核原料包括如下组分：粉煤灰35～40质量份、铝矾土30～35质量份、轻烧镁砂10～15质量份和石英粉15～20质量份；内核晶相组成主要为相互交织生长的六方柱状堇青石、板状钙长石和颗粒状的尖晶石；

外壳原料包括如下组分：铝矾土2～5质量份、粘土27～30质量份、硬石膏5～8质量份和石灰石60～63质量份；外壳晶相组成主要为颗粒状的β-硅酸二钙和片状的硫铝酸四钙组成；

界面结合区由内核、外壳原料经高温扩散反应和液相烧结形成，主要为玻璃相、镁黄长石和钙长石的低共熔化合物。

进一步地，粉煤灰中SiO₂含量为40～60质量份，Al₂O₃含量为20～30质量份，CaO含量为0～15质量份，Fe₂O₃含量为5～10质量份，烧失量0～10质量份；且粉煤灰细度为0～0.075mm。

进一步地，轻烧镁砂中MgO含量为75～100质量份，CaO含量为0～8质量份，SiO₂含量为0～10质量份，烧失量0～12质量份；且轻烧镁砂细度为0～0.075mm。

进一步地，硬石膏包括天然石膏、磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏；且硬石膏中硫酸钙的含量为80～100质量份，硬石膏细度为0～0.075mm。

进一步地，铝矾土、石英粉、粘土和石灰石均为天然矿物原料，且天然矿物原料细度均为0～0.075mm。

为实现上述技术效果，本发明还提供了一种高性能核壳轻集料的制备方法，包括以下步骤：

1)将粉煤灰、铝矾土、轻烧镁砂和石英粉混合研磨，然后造粒成球，得到内核生料球；