[发明专利]一种固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种固废基低钙硅比功能骨料，其特征在于，主要由以下重量份的原材料制成：水泥10‑20份、硅质材料60‑85份、钢渣0‑20份以及无机改性剂5‑10份；所述硅质材料为花岗岩锯泥、铜尾砂、锂渣中的一种，SiO₂含量≥30wt.％；无机改性剂为煅烧膨润土或煅烧沸石；功能骨料的钙硅比控制在0.1‑0.3。本发明功能骨料的筒压强度达到10MPa以上，吸水率在8％以上，解决传统人造骨料筒压强度和吸水率互相矛盾的问题；并且，可用于普通混凝土取代15％‑30％细骨料，利用其良好的球形度可以降低混凝土的水胶比，水泥用量减少30‑50kg，减少混凝土的干缩变形的同时降低水化放热量，有效降低混凝土的开裂风险；同时通过预吸水可以发挥混凝土内养护作用，增大混凝土强度的同时提高长期耐久性能。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土用固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法。

技术背景

混凝土作为建筑领域应用最广泛的原材料，其性能对建筑结构的安全有决定性影响。实际工程中，用量最大的是强度等级C30-C50混凝土，为保证足够的施工性能，这种强度等级的混凝土通常具有较高的水胶比，为了保证足够的强度，通常需要较大的水泥富余量，这在一定程度上降低混凝土的抗裂性能，同时增大混凝土生产和应用过程中的能耗。

砂石骨料通常占混凝土重量的70-80％，所以骨料的性能对混凝土各方面性能有显著影响，近几年国内天然砂石骨料的开采逐渐受到限制，机制砂石骨料的质量参差不齐，一定程度的影响了混凝土的质量和行业发展。与此同时，工业固废的大量堆存造成严重的资源浪费和环境污染，国家出台一些列政策提高工业固废的资源化利用率，建筑材料是其最主要的应用领域，利用工业固废制备人造骨料是目前研究的重点方向之一。

人造骨料相对天然骨料的优势主要体现在两个方面：一是良好的球形度可以显著改善混凝土的流动性，降低水胶比和水泥用量，提高矿物掺合料的用量，降低干缩和水化热的同时实现节能减排；二是人造骨料通常是以硅酸盐矿物为主要成分，与水泥水化产物类似，可以有效改善界面过渡区，提高混凝土抗渗、抗冻等耐久性能。

CN 110078395 A提供一种以水泥和生石灰为钙质材料，石英尾泥和铅锌尾矿砂为硅质材料的人造硅酸盐细集料，吸水率达到15％以上，表观密度1600-1800kg/m³。该人造细骨料存在的问题主要有三个方面：一是原材料成本较高，其中钙硅比为0.3-0.7，钙质材料(生石灰和水泥)总用量在20％以上，而钙质材料直接决定材料成本；二是纤维素醚等有机粘合剂虽然可以提高成球性能、增大孔隙率以及提高人造骨料的吸水率，但会对蒸养人造骨料的强度产生显著的负面作用，造成筒压强度偏低；三是骨料的表观密度低于1800kg/m³，而混凝土中浆体的密度通常在1900kg/m³左右，碎石的表观密度在2600-2800kg/m³左右，表观密度过低易造成在混凝土应用过程中出现明显的骨料上浮的情况，影响结构外观和混凝土强度，这些都不利于人造骨料在结构混凝土中的应用。CN 111087213 A公开了一种预水化水泥浆喷雾成球工艺制备高强炉渣硅酸盐陶粒的方法，以水泥、炉渣和硅藻土作为内核结构，以水泥和粉煤灰作为外壳，虽然具有比较好的性能，但核壳结构工艺复杂，且水泥用量都在15％以上，成本较高。

发明内容

本发明主要针对传统人造骨料增大吸水率和提高筒压强度之间的矛盾以及在结构混凝土应用过程中因表观密度偏小造成的骨料上浮、混凝土强度偏低等一些列问题，提供一种用于结构混凝土的固废基低钙硅比功能骨料及其制备方法。该功能骨料的述筒压强度达到10MPa以上，吸水率在8％以上，表观密度1800-2100kg/m³，解决传统人造骨料筒压强度和吸水率互相矛盾的问题。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：