本發(fā)明涉及建筑材料技術領域，具體涉及一種利用煤矸石制備的混凝土骨料及其制備方法。
背景技術：
固化廢棄物，如煤矸石、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、鋼渣、廢棄硅藻土等等，政府每年投入大量資金對其進行深埋、焚燒，深埋嚴重浪費了寶貴土地資源，而焚燒產生的硫化物進入大氣會破壞臭氧，且產生的煙霧會造成霧霾等環(huán)境污染，因此將固化廢棄物利用起來具有非常重要的現實意義和價值。
目前，很多固化廢棄物都有被應用于制備混凝土骨料，從而實現變廢為寶，減少環(huán)境污染，使建筑成本大大降低，具有巨大的經濟效益前景。然而在利用固化廢棄物制備混凝土骨料時由于選材不當，級配不合理、制備方法不當等因素，導致所制備的混凝土骨料較天然骨料相比存在強度低、密度小、吸水率高、易粉化、耐老化耐候性低、使用壽命低等問題。且利用煤矸石制成的混凝土骨料不僅在使用時易飛散。以上問題也造成了利用固化廢棄物制備的混凝土骨料適用范圍小，難以推廣的問題。
技術實現要素：
為了解決利用固化廢棄物制備的混凝土骨料存在強度低、密度小、吸水率大、易粉化、耐老化耐候性低、使用壽命低的問題以及使用時骨料易飛散的問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用煤矸石制備的混凝土骨料及其制備方法，本發(fā)明的混凝土骨料強度高、密度大、吸水率低、不易粉化、耐老化耐候性更高，且使用過程中骨料不易飛散，適用范圍廣，適合推廣。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種利用煤矸石制備的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份數是由以下原料制成：110-150份煤矸石碎塊、50-70份鑄造廢砂、10-20份銅泥、10-20份赤泥、50-70份再生硅藻土碎塊、5-9份添加料、6-10份氫氧化鈣以及5-9份質量濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，其中，所述再生硅藻土碎塊按照重量份數是由40-60份漿狀廢棄硅藻土、20-30份改性鋼渣微粉、6-11份表面改性劑和0.04-0.06份發(fā)泡劑制成，所述改性鋼渣微粉是由鋼渣和為鋼渣重量1/10-1/2的偏硼酸鈉制成。
所述表面改性劑由重量比為3-3.5：3-3.5：2-2.5：2-2.5：3-3.5的氫氧化鈉固體、二水硫酸鈣、甲基硅酸鉀、木質素偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑組成。
所述添加料由重量比為1-2：3-3.5：2-4的硬脂酸鋇、阻燃纖維、聚酰亞胺纖維組成。
所述煤矸石碎塊的粒徑為4-16mm，所述再生硅藻土碎塊的粒徑為4-16mm，所述鑄造廢砂的粒徑為2-3mm，所述銅泥的粒徑為0.074-1 mm，所述赤泥的粒徑為0.074-1 mm。
所述的一種利用煤矸石制備的混凝土骨料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照上述的重量份數稱量選取煤矸石碎塊、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、漿狀廢棄硅藻土、添加料、表面改性劑、發(fā)泡劑、氫氧化鈣、氫氧化鈉溶液、鋼渣以及偏硼酸鈉，作為原料備用；
步驟二、從備用原材料中取鋼渣和偏硼酸鈉，將鋼渣和偏硼酸鈉混合后在1250-1450℃下煅燒35min，然后降溫到1000-1200℃并保溫2-4h，得到渣樣，將渣樣放入水中急冷，使渣樣由1000-1200℃迅速冷卻到室溫，然后將渣樣粉磨至比表面積為600m2/kg，得到改性鋼渣微粉，備用；
步驟三、從備用原料中取鑄造廢砂、氫氧化鈉溶液、煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，向鑄造廢砂中加入氫氧化鈉溶液攪拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，攪拌30min后制成混合料，備用；
步驟四、從備用原料中取漿狀廢棄硅藻土、表面改性劑和發(fā)泡劑并取步驟二制得的改性鋼渣微粉，將表面改性劑加入漿狀廢棄硅藻土中混合攪拌均勻，并加熱至800-820℃，保持該溫度3h后制成混合漿，再向混合漿中加入發(fā)泡劑和改性鋼渣微粉，攪拌均勻后送至噴射壓力為0.3-0.5MPa的噴槍內并通過噴槍噴射到料池內，待凝固后形成再生硅藻土碎塊，備用；
步驟五、從備用原材料中取氫氧化鈣并取步驟三制得的混合料以及步驟四制得的再生硅藻土碎塊，將氫氧化鈣、混合料以及再生硅藻土碎塊混合攪拌15min，然后置于自然條件下平鋪晾干，直至其重量不變，即制得利用煤矸石制備的混凝土骨料。
與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
為煤矸石、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、鋼渣和廢棄硅藻土找到大規(guī)模應用的方向，變廢為寶，減少固化廢棄物對環(huán)境的污染和對土地的占用，使資源得到進一步利用，節(jié)能環(huán)保。本發(fā)明的混凝土骨料強度高、不易粉化、密度大、吸水率低、耐老化耐候性高，且使用過程中骨料不易飛散，適用范圍廣，適合推廣。
本發(fā)明所述制備方法中通過向鑄造廢砂中加入氫氧化鈉溶液，使得鑄造廢砂中含有的大量硅酸鈉溶于氫氧化鈉溶液中，形成的水玻璃對煤矸石碎塊起到激活作用，使煤矸石碎塊需要預熱的溫度降低，進而降低了骨料需要預熱的溫度，節(jié)省后期施工成本。
本發(fā)明將鋼渣用偏硼酸鈉改性后得到鋼渣微粉，再將該鋼渣微粉與發(fā)泡劑以及改性后的漿狀廢棄硅藻土一同制成再生硅藻土碎塊，表面改性劑提高了漿狀廢棄硅藻土的憎水性，改性鋼渣微粉均勻分散在硅藻土顆粒間，增加了再生硅藻土碎塊組織致密性，進而使得到的再生硅藻土碎塊強度高、密度大、不易粉化且吸水率大大降低。
本發(fā)明中氫氧化鈉溶液中的氫氧化鈉對銅泥和赤泥進行包覆，使得銅泥顆粒和赤泥顆粒表面平整光滑，可以填充更多孔隙，從而使銅泥以及赤泥與煤矸石碎塊、鑄造廢砂再生硅藻土碎塊之間形成嵌擠形態(tài)，提高了骨料顆粒間的內摩擦阻力和鎖結力，增大了骨料的密度，進而提高了骨料的耐老化性、耐候性，同時提高了骨料的使用壽命并增大了骨料的使用范圍。
所述添加料不僅對骨料飛散問題進行了有效抑制，且添加料在氫氧化鈣的激發(fā)下效果持久，穩(wěn)定性更好。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步的闡述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下實施例。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內容。
實施例1
一種利用煤矸石制備的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份數是由以下原料制成：110份煤矸石碎塊、50份鑄造廢砂、10份銅泥、10份赤泥、50份再生硅藻土碎塊、5份添加料、6份氫氧化鈣以及5份質量濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，其中，所述再生硅藻土碎塊按照重量份數是由40份漿狀廢棄硅藻土、20份改性鋼渣微粉、6份表面改性劑和0.04份發(fā)泡劑制成，所述改性鋼渣微粉是由鋼渣和為鋼渣重量1/10的偏硼酸鈉制成。
所述表面改性劑由重量比為3：3：2.5：2.5：3.5的氫氧化鈉固體、二水硫酸鈣、甲基硅酸鉀、木質素偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑組成。
所述添加料由重量比為1：3.5：2的硬脂酸鋇、阻燃纖維、聚酰亞胺纖維組成。
所述煤矸石碎塊的粒徑為4mm，所述再生硅藻土碎塊的粒徑為4mm，所述鑄造廢砂的粒徑為2mm，所述銅泥的粒徑為0.074 mm，所述赤泥的粒徑為0.074 mm。
所述的一種利用煤矸石制備的混凝土骨料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照上述的重量份數稱量選取煤矸石碎塊、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、漿狀廢棄硅藻土、添加料、表面改性劑、發(fā)泡劑、氫氧化鈣、氫氧化鈉溶液、鋼渣以及偏硼酸鈉，作為原料備用；
步驟二、從備用原材料中取鋼渣和偏硼酸鈉，將鋼渣和偏硼酸鈉混合后在1250℃下煅燒35min，然后降溫到1000℃并保溫2h，得到渣樣，將渣樣放入水中急冷，使渣樣由1000℃迅速冷卻到室溫，然后將渣樣粉磨至比表面積為600m2/kg，得到改性鋼渣微粉，備用；
步驟三、從備用原料中取鑄造廢砂、氫氧化鈉溶液、煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，向鑄造廢砂中加入氫氧化鈉溶液攪拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，攪拌30min后制成混合料，備用；
步驟四、從備用原料中取漿狀廢棄硅藻土、表面改性劑和發(fā)泡劑并取步驟二制得的改性鋼渣微粉，將表面改性劑加入漿狀廢棄硅藻土中混合攪拌均勻，并加熱至800℃，保持該溫度3h后制成混合漿，再向混合漿中加入發(fā)泡劑和改性鋼渣微粉，攪拌均勻后送至噴射壓力為0.3MPa的噴槍內并通過噴槍噴射到料池內，待凝固后形成再生硅藻土碎塊，備用；
步驟五、從備用原材料中取氫氧化鈣并取步驟三制得的混合料以及步驟四制得的再生硅藻土碎塊，將氫氧化鈣、混合料以及再生硅藻土碎塊混合攪拌15min，然后置于自然條件下平鋪晾干，直至其重量不變，即制得利用煤矸石制備的混凝土骨料。
實施例2
一種利用煤矸石制備的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份數是由以下原料制成：130份煤矸石碎塊、60份鑄造廢砂、15份銅泥、15份赤泥、60份再生硅藻土碎塊、7份添加料、8份氫氧化鈣以及7份質量濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，其中，所述再生硅藻土碎塊按照重量份數是由50份漿狀廢棄硅藻土、25份改性鋼渣微粉、9份表面改性劑和0.05份發(fā)泡劑制成，所述改性鋼渣微粉是由鋼渣和為鋼渣重量3/10的偏硼酸鈉制成。
所述表面改性劑由重量比為3.5：3.5：2：2：3.5的氫氧化鈉固體、二水硫酸鈣、甲基硅酸鉀、木質素偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑組成。
所述添加料由重量比為2：3.5：2的硬脂酸鋇、阻燃纖維、聚酰亞胺纖維組成。
所述煤矸石碎塊的粒徑為10mm，所述再生硅藻土碎塊的粒徑為10mm，所述鑄造廢砂的粒徑為2mm，所述銅泥的粒徑為0.5 mm，所述赤泥的粒徑為0.5 mm。
所述的一種利用煤矸石制備的混凝土骨料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照上述的重量份數稱量選取煤矸石碎塊、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、漿狀廢棄硅藻土、添加料、表面改性劑、發(fā)泡劑、氫氧化鈣、氫氧化鈉溶液、鋼渣以及偏硼酸鈉，作為原料備用；
步驟二、從備用原材料中取鋼渣和偏硼酸鈉，將鋼渣和偏硼酸鈉混合后在1350℃下煅燒35min，然后降溫到1100℃并保溫3h，得到渣樣，將渣樣放入水中急冷，使渣樣由1100℃迅速冷卻到室溫，然后將渣樣粉磨至比表面積為600m2/kg，得到改性鋼渣微粉，備用；
步驟三、從備用原料中取鑄造廢砂、氫氧化鈉溶液、煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，向鑄造廢砂中加入氫氧化鈉溶液攪拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，攪拌30min后制成混合料，備用；
步驟四、從備用原料中取漿狀廢棄硅藻土、表面改性劑和發(fā)泡劑并取步驟二制得的改性鋼渣微粉，將表面改性劑加入漿狀廢棄硅藻土中混合攪拌均勻，并加熱至810℃，保持該溫度3h后制成混合漿，再向混合漿中加入發(fā)泡劑和改性鋼渣微粉，攪拌均勻后送至噴射壓力為0.4MPa的噴槍內并通過噴槍噴射到料池內，待凝固后形成再生硅藻土碎塊，備用；
步驟五、從備用原材料中取氫氧化鈣并取步驟三制得的混合料以及步驟四制得的再生硅藻土碎塊，將氫氧化鈣、混合料以及再生硅藻土碎塊混合攪拌15min，然后置于自然條件下平鋪晾干，直至其重量不變，即制得利用煤矸石制備的混凝土骨料。
實施例3
一種利用煤矸石制備的混凝土骨料，所述混凝土骨料按照重量份數是由以下原料制成：150份煤矸石碎塊、70份鑄造廢砂、20份銅泥、20份赤泥、70份再生硅藻土碎塊、9份添加料、10份氫氧化鈣以及9份質量濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，其中，所述再生硅藻土碎塊按照重量份數是由60份漿狀廢棄硅藻土、30份改性鋼渣微粉、11份表面改性劑和0.06份發(fā)泡劑制成，所述改性鋼渣微粉是由鋼渣和為鋼渣重量1/2的偏硼酸鈉制成。
所述表面改性劑由重量比為3.5：3：2.5：2.5：3.5的氫氧化鈉固體、二水硫酸鈣、甲基硅酸鉀、木質素偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑組成。
所述添加料由重量比為1.5：3.5：4的硬脂酸鋇、阻燃纖維、聚酰亞胺纖維組成。
所述煤矸石碎塊的粒徑為16mm，所述再生硅藻土碎塊的粒徑為16mm，所述鑄造廢砂的粒徑為3mm，所述銅泥的粒徑為1 mm，所述赤泥的粒徑為1 mm。
所述的一種利用煤矸石制備的混凝土骨料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照上述的重量份數稱量選取煤矸石碎塊、鑄造廢砂、銅泥、赤泥、漿狀廢棄硅藻土、添加料、表面改性劑、發(fā)泡劑、氫氧化鈣、氫氧化鈉溶液、鋼渣以及偏硼酸鈉，作為原料備用；
步驟二、從備用原材料中取鋼渣和偏硼酸鈉，將鋼渣和偏硼酸鈉混合后在1450℃下煅燒35min，然后降溫到1200℃并保溫4h，得到渣樣，將渣樣放入水中急冷，使渣樣由1200℃迅速冷卻到室溫，然后將渣樣粉磨至比表面積為600m2/kg，得到改性鋼渣微粉，備用；
步驟三、從備用原料中取鑄造廢砂、氫氧化鈉溶液、煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，向鑄造廢砂中加入氫氧化鈉溶液攪拌10min，然后依次向其中加入煤矸石碎塊、銅泥、赤泥和添加料，攪拌30min后制成混合料，備用；
步驟四、從備用原料中取漿狀廢棄硅藻土、表面改性劑和發(fā)泡劑并取步驟二制得的改性鋼渣微粉，將表面改性劑加入漿狀廢棄硅藻土中混合攪拌均勻，并加熱至820℃，保持該溫度3h后制成混合漿，再向混合漿中加入發(fā)泡劑和改性鋼渣微粉，攪拌均勻后送至噴射壓力為0.5MPa的噴槍內并通過噴槍噴射到料池內，待凝固后形成再生硅藻土碎塊，備用；
步驟五、從備用原材料中取氫氧化鈣并取步驟三制得的混合料以及步驟四制得的再生硅藻土碎塊，將氫氧化鈣、混合料以及再生硅藻土碎塊混合攪拌15min，然后置于自然條件下平鋪晾干，直至其重量不變，即制得利用煤矸石制備的混凝土骨料。