一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法专利检索-影响或改变砂浆混凝土或人造石组合物性质的一般工艺方法例如其凝结或硬化能力专利检索查询-专利查询网

一种粉 煤灰免烧陶粒及其制备方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查;
专利有效性	实质审查	当前状态	实质审查
申请号	CN202411325351.X	申请日	2024-09-23
公开(公告)号	CN119161160A	公开(公告)日	2024-12-20
申请人	福州大学;	申请人类型	学校
发明人	黄伟; 王佳亮; 曹涌钢; 薛葵; 薛飞翔; 修文杰;	第一发明人	黄伟
权利人	福州大学	权利人类型	学校
当前权利人	福州大学	当前权利人类型	学校
省份	当前专利权人所在省份：福建省	城市	当前专利权人所在城市：福建省泉州市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：福建省泉州市晋江市金井镇水城路1号	邮编	当前专利权人邮编：362251
主IPC国际分类	C04B28/14	所有IPC国际分类	C04B28/14 ; C04B38/00 ; C04B7/26 ; C04B40/00 ; C04B28/00
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	8	专利文献类型	A
专利代理机构	福州元创专利商标代理有限公司	专利代理人	俞舟舟; 蔡学俊;
摘要	本发明提供了一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法。所述粉煤灰免烧陶粒通过造粒得到陶粒基体，后经二次球团化构建外壳结构，采用复合养护方式后得到；所述陶粒基体由粉煤灰、水泥、石膏、碱激发剂、水制备；外壳所用材料为粉煤灰与水泥。本发明解决了粉煤灰活性不足，导致粉煤灰免烧陶粒反应产物少及强度低的问题，解决了造粒传统加水方式不易精确控制，造成粉煤灰免烧陶粒造粒效率较低的技术难题。此外，解决了常规免烧陶粒初期结构稳定性与耐久性较差的问题，从而解决了粉煤灰免烧陶粒应用于混凝土领域时，成为其力学性能薄弱点的问题。
权利要求	1.一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰免烧陶粒通过造粒得到陶粒基体，后经二次球团化构建外壳结构，采用复合养护方式后得到；所述陶粒基体由粉煤灰、水泥、石膏、碱激发剂、水制备，其中，粉煤灰占总干物料比例为86.2wt% 90.9wt%，水泥~ 为粉煤灰质量的10%，石膏为粉煤灰质量的2%，碱激发剂为粉煤灰质量的2% 5%，水添加量为~ 粉煤灰质量的25%；外壳所用材料为粉煤灰与水泥，总外壳材料为陶粒基体所用粉煤灰质量的10%。 2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，造粒所用设备为直径600mm的圆盘造粒机。 3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级F类，所述水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P.O 42.5，所述石膏为二水石膏。 4.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂由氧化钙、硅酸钠与氢氧化钠组成，均为纯化学试剂，氧化钙掺量为粉煤灰质量的2% 3%，硅~ 酸钠掺量为粉煤灰质量的0.25% 1%，氢氧化钠掺量为粉煤灰质量的0.25% 1%，外壳所用粉~ ~ 煤灰占外壳材料的90wt%，水泥占外壳材料的10wt%。 5.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述水为物料干混均匀后加入。 6.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述复合养护为自然养护结合恒温恒湿养护与蒸汽养护，按先后顺序进行，三种养护时长均为12h。 7.根据权利要求1所述的一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 烘干粉煤灰至恒重，按照配比称取各原料； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料； (3) 将氢氧化钠与硅酸钠倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入氧化钙，继续搅拌60s； (4) 将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为 30 100mm； ~ (5) 造粒60s后得到陶粒基体，在陶粒基体表面撒入外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度，从100mm到30mm，重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束； (6) 将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 8.根据权利要求1‑7任一项所述的制备方法制得的的粉煤灰免烧陶粒。
说明书全文	一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法技术领域 [0001] 本发明属于免烧陶粒制备领域，具体涉及一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法。背景技术 [0002] 粉煤灰是从燃煤烟气中捕获而得的细灰，是火电厂排放的固体废弃物，已成为我国最大的单一固体污染源，其年排放量逐年增加，然而，粉煤灰的总体利用率却依旧处于低水平区间。目前，粉煤灰最主要的利用途径包括水泥、混凝土和建材生产等，而随着科技水平的不断提高，建筑材料已经向轻量化和高性能化发展，在这种趋势下，陶粒的发展应运而生。免烧粉煤灰陶粒是指在陶粒制备过程中，不经过焙烧，以粉煤灰为主要原料，添加外加剂和粘结剂混合造粒制备而成，通过自然养护、蒸汽养护或蒸压养护等方式得到。其强度发展机理是通过化学激发的方式，经过养护过程，促使粉煤灰中的SiO2与Al2O3等活性氧化物2+ 与碱性物质发生反应，与Ca 反应生成水化硅酸钙（C‑S‑H）和水化硬铝酸钙（C‑A‑H）水硬性胶凝产物，提高陶粒的力学性能。与烧结粉煤灰陶粒相比，其原料利用率高、流程简单、无需大型设备、绿色环保，具有更广阔的发展前景，符合国家循环经济发展。 [0003] 因此，粉煤灰火山灰活性的激发程度尤为关键，本发明研究表明，单一的NaOH等碱溶液预处理，和单一的添加Ca(OH)2或石膏等钙质不能对陶粒强度起到增强作用，而经碱溶液预处理后再添加钙质的粉煤灰激活方法，可有效提高粉煤灰活性，而钙质的添加可使体系发生硅钙反应，显著增强粉煤灰陶粒的力学性能。同时，对粉煤灰免烧陶粒进行二次球团化工艺，构造核壳结构陶粒，能够大幅提高其结构稳定性。另一方面，精确控制用水量是形成尺寸均匀的粉煤灰球粒的前提，最优的水添加量应能填补粉煤灰微粒之间的所有空隙，但同时又不会在球粒的表面形成水膜。目前粉煤灰陶粒造粒过程中的加水方式，往往是在干物料在成球盘转动的过程中喷洒雾状水，工艺复杂且不易控制，较易造成物料黏附在成球盘，降低原料利用率等问题。此外，粉煤灰料球中的反应是一个缓慢持续的过程，往往受到外界温度、湿度和压力等养护条件的影响，因此，本发明结合多种养护制度的复合养护方式，相较于单一形式养护，能够快速提高粉煤灰陶粒强度、减少养护龄期及降低成本，具有良好的应用优势。 [0004] 现有的粉煤灰免烧陶粒制备技术一般为：将烘干后的粉煤灰混合以定量水泥、生石灰或水玻璃粉末，放入搅拌机等搅拌装置中搅拌，将搅拌均匀后得到物料放入圆盘造粒机等造粒设备中，设置圆盘角度与转速，启动造粒机待转速恒定、内部物料的滚动状态趋于稳定后，往物料上慢慢洒水，固定单次喷水时间与喷水间隔，持续1 2min后，观察造粒情况，~将制得的球状颗粒取出进行养护，一定龄期后得到粉煤灰免烧陶粒。具体说明： 1.上述粉煤灰类别多为Ⅰ Ⅱ级粉煤灰，水泥为普通硅酸盐水泥，型号多为P.O ~ 52.5或P.O 42.5，生石灰主要成分为CaO，多为普通商用生石灰或CaO化学试剂，水玻璃主要成分为Na2SiO3，常为普通商用水玻璃或Na2SiO3化学试剂。 [0005] 2.上述圆盘造粒机大多为普通商用造粒设备，造粒机尺寸直径范围在400 800mm，~挡板高度范围在100 350mm，圆盘倾角一般为35°55°，转速为30 35r/min(转/每分钟)。 ~ ~ ~ [0006] 3.上述洒水方式一般为喷壶加水，常设置为花洒状或集束状，一次喷水持续约1s，每次喷水间隔5 10s，持续1 2min，加水量一般为10% 35%（总物料质量分数）。~ ~ ~ [0007] 4.上述造粒持续时间一般为8 20min，造粒结束后直接进行养护。~ [0008] 5.上述养护方式大多为自然养护，龄期为28d。 [0009] 6.上述粉煤灰免烧陶粒制备技术具体为：(1) 烘干至恒重后，按照各配料所占比例称取原料; (2)将原料置于搅拌机等搅拌装置，搅拌60s得到均匀的干混物料； (3)将干混物料倒入圆盘造粒机等造粒设备，以圆盘造粒机为例，设置圆盘倾角为 35°55°，转速为30 35r/min，挡板高度为100 350mm； ~ ~ ~ (4)启动圆盘造粒机，30s后转速恒定且内部物料的滚动状态趋于稳定后，采用喷壶慢慢向物料洒水，喷壶设置为花洒状或集束状，一次喷水约1s，每次喷水间隔5 10s，持续~ 1 2min，加水量一般为10% 35%（总物料质量分数）； ~ ~ (5)喷水持续1 2min后，观察造粒情况，将球状颗粒取出，继续按上述加水方式喷~ 水，不断取出陶粒生料球，造粒时间约为8 20min，直至剩余物料无法成粒，将制得的陶粒生~ 料球进行养护，自然养护为置于室内环境28d，蒸汽养护为将陶粒生料球进行室温静置或烘干等预处理后，置于蒸养箱6 24h，温度一般为60 90℃，最后得到粉煤灰免烧陶粒。 ~ ~ [0010] 现有技术的缺点：(1)现有的粉煤灰免烧陶粒制备技术中，粉煤灰活性激发不够充分，碱性激发剂通常为单一的水玻璃或生石灰等，导致粉煤灰免烧陶粒内部反应产物不足，降低其力学性能，而增大碱性激发剂掺量，会提高制备成本。此外，传统粉煤灰免烧陶粒制备技术中，为提高陶粒的综合性能，常使用大量水泥作为陶粒粘结剂，掺量为20% 50%(总干物料质量分数)，~ 成本较高且不利于消纳粉煤灰。 [0011] (2)现有的粉煤灰免烧陶粒制备过程中，传统的喷壶加水工艺较为复杂，且其加水量不易精确控制，误差较大。此外，喷壶加水易导致物料黏附在成球盘上，降低原料利用率，且其单次形成的陶粒生料球的含水量往往异于最优含水量，造成陶粒粒度与强度与设定值离散性较大。 [0012] (3)现有的粉煤灰免烧陶粒性能增强工艺中，二次球团化工艺较为繁琐，往往是将陶粒基体养护3 7d后，再构造核壳结构，且其外壳使用材料中水泥比例较高。~ [0013] (4)现有的粉煤灰免烧陶粒养护阶段中，一般为自然养护或蒸汽养护，养护龄期较长或成本较高。28d自然养护中，显著影响陶粒内部反应程度的温度与湿度无法保持恒定，而蒸汽养护前，陶粒生料球需要进行预处理，且较长龄期的蒸汽养护极易使陶粒因承受持续的热力冲击，破坏其表面，降低其力学性能。发明内容 [0014] 本发明的目的在于提供了一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法，解决了粉煤灰活性不足，导致粉煤灰免烧陶粒反应产物少及强度低的问题，解决了造粒传统加水方式不易精确控制，造成粉煤灰免烧陶粒造粒效率较低的技术难题。此外，解决了常规免烧陶粒初期结构稳定性与耐久性较差的问题，从而解决了粉煤灰免烧陶粒应用于混凝土领域时，成为其力学性能薄弱点的问题。 [0015] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法：所述粉煤灰免烧陶粒通过造粒得到陶粒基体，后经二次球团化构建外壳结构，采用复合养护方式后得到；所述陶粒基体由粉煤灰、水泥、石膏、碱激发剂、水制备，其中，粉煤灰占总干物料比例为86.2wt% 90.9wt%，水泥为粉煤灰~ 质量的10%，石膏为粉煤灰质量的2%，碱激发剂为粉煤灰质量的2% 5%，水添加量为粉煤灰质~ 量的25%；外壳所用材料为粉煤灰与水泥；总外壳材料为陶粒基体所用粉煤灰质量的10%。 [0016] 优选的，造粒所用设备为直径600mm的圆盘造粒机。 [0017] 优选的，所述粉煤灰为Ⅱ级F类，所述水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P.O 42.5，所述石膏为二水石膏。 [0018] 优选的，所述碱激发剂由氧化钙、硅酸钠与氢氧化钠组成，均为纯化学试剂，氧化钙掺量为粉煤灰质量的2% 3%，硅酸钠掺量为粉煤灰质量的0.25% 1%，氢氧化钠掺量为粉煤~ ~灰质量的0.25% 1%，外壳所用粉煤灰占外壳材料的90wt%，水泥占外壳材料的10wt%。 ~ [0019] 优选的，所述水为物料干混均匀后加入。 [0020] 优选的，所述复合养护为自然养护结合恒温恒湿养护与蒸汽养护，按先后顺序进行，三种养护时长均为12h。 [0021] 一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干粉煤灰至恒重，按照配比称取各原料； (2)将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料； (3)将氢氧化钠与硅酸钠倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入氧化钙，继续搅拌60s； (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm； ~ (5)造粒60s后得到陶粒基体，在陶粒基体表面撒入外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min； (6)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为 20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0022] 本发明的关键点：(1)本发明采用的加水方式为干物料搅拌均匀后加入水，与常规造粒过程中喷壶加水方式不同，此点较为特殊。 [0023] (2)本发明采用硅酸钠与氢氧化钠碱溶液预处理后加入钙类物质(氧化钙)的方式对粉煤灰进行活性激发，与传统粉煤灰采用单一类型激发剂不同。此外，本发明使用的水泥量为粉煤灰质量分数的10%，显著低于传统水泥掺量。 [0024] (3)本发明采用粉煤灰免烧陶粒生料球成型后即刻进行二次球团化的工艺，构造核壳结构，与常规粉煤灰免烧陶粒基体进行养护后再进行二次团化不同。 [0025] (4)本发明采用复合养护方式对粉煤灰免烧陶粒进行养护，与传统粉煤灰免烧陶粒进行单一养护方式不同。 [0026] 本发明的优点在于：(1)本发明避免了传统造粒工艺喷壶加水方式，较易造成物料黏附在成球盘，降低原料利用率等问题。本发明通过加水搅拌的方式，精确控制用水量，在后续造粒过程中无需加水，提高了造粒过程中粉煤灰颗粒处于毛细管状态的比例，避免了在用水量不足的情况下难以造粒成型，在用水量过多时，多余的水分会导致颗粒变大引起陶粒球体塌陷变形，对陶粒早期强度产生不利影响等缺陷。此外，本发明提供的加水方式，可作为粉煤灰碱溶液预处理工艺，造粒前即可对粉煤灰进行活性激发。 [0027] (2)本发明避免了粉煤灰活性激发不足，导致粉煤灰免烧陶粒内部生成产物较少，强度低、吸水率高等问题。本发明采用碱溶液预处理后加入钙类物质的方式，使粉煤灰在‑OH离子作用下，其玻璃体表面的网络结构被破坏，网络聚合体的聚合度大幅度降低，SiO2与Al2O3活性氧化物溶解析出，显著激发粉煤灰的火山灰活性，钙质的加入使活性氧化物发生化学反应生成C‑S‑H及C‑(A)‑S‑H等胶凝物质与钙矾石等产物，提高陶粒的力学性能。 [0028] (3)本发明构造的核壳结构陶粒具有工艺简单、水泥用量较低及物理性能优异等特点，同时，无需将陶粒基体养护后再进行二次球团化，节约了时间成本；此外，本发明采用的复合养护工艺显著缩短了养护龄期。附图说明 [0029] 图1为本发明粉煤灰免烧陶粒制备流程示意图。具体实施方式 [0030] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。 [0031] 本实施例提供了一种粉煤灰免烧陶粒及其制备方法，所述粉煤灰免烧陶粒通过造粒后得到陶粒基体，经二次球团化构建外壳结构，采用复合养护方式后得到；所述陶粒基体由粉煤灰、水泥、石膏、碱激发剂、水制备，其中，粉煤灰为Ⅱ级F类，占总干物料比例为86.2wt% 90.9wt%，水泥类别为P.O 42.5，掺量为粉煤灰质量的10%。所述石膏为二水石膏，~ 掺量为粉煤灰质量的2%。所述碱激发剂由氧化钙、硅酸钠与氢氧化钠组成，均为纯化学试剂，氧化钙掺量为粉煤灰质量的2% 3%，硅酸钠掺量为粉煤灰质量的0.25% 1%，氢氧化钠掺~ ~ 量为粉煤灰质量的0.25% 1%；水添加量为粉煤灰质量的25%。 ~ [0032] 外壳所用粉煤灰所占外壳材料的90wt%，水泥所占外壳材料的10wt%。 [0033] 所述水为物料干混均匀后加入。 [0034] 所述二次球团化为造粒后即刻撒入粉煤灰与水泥，构造核壳结构陶粒。 [0035] 所述复合养护方式为自然养护+恒温恒湿养护+蒸汽养护。 [0036] 对比例1(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的Ⅱ级F类粉煤灰、600份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、90份氧化钙化学试剂(分析纯，CaO含量≥98%)、700份水，将水倒入喷壶中，备用； (2)将称取好的粉煤灰、水泥、石膏与氧化钙置于搅拌机中搅拌，搅拌60s得到均匀的干混物料； (3)将干混物料倒入圆盘造粒机，设置圆盘倾角为45°，转速为30r/min，挡板高度为150mm； (4)启动圆盘造粒机30s后，采用喷壶慢慢向物料洒水，喷壶设置为花洒状，一次喷水1s，每次喷水间隔5s，持续90s； (5)观察造粒情况，将球状颗粒取出，继续按上述加水方式喷水，不断取出陶粒生料球，造粒时间持续15min，直至剩余物料无法成粒，将制得的陶粒生料球置于室内环境中自然养护28d。 [0037] 对比例2(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的Ⅱ级F类粉煤灰、600份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、90份氧化钙化学试剂(分析纯，CaO含量≥98%)、700份水，将水倒入喷壶中，备用； (2)将称取好的粉煤灰、水泥、石膏与氧化钙置于搅拌机中搅拌，搅拌60s得到均匀的干混物料； (3)将干混物料倒入圆盘造粒机，设置圆盘倾角为45°，转速为30r/min，挡板高度为150mm； (4)启动圆盘造粒机30s后，采用喷壶慢慢向物料洒水，喷壶设置为花洒状，一次喷水1s，每次喷水间隔5s，持续90s； (5)观察造粒情况，将球状颗粒取出，继续按上述加水方式喷水，不断取出陶粒生料球，造粒时间持续15min，直至剩余物料无法成粒，将制得的陶粒生料球置于室内环境中静置6h，随后放入90℃蒸汽养护箱养护24h。 [0038] 对比例3(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的Ⅱ级F类粉煤灰、600份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份硅酸钠化学试剂(分析纯，Na2SiO3≥98%)、水700份，将硅酸钠置于水中搅拌均匀，将硅酸钠溶液倒入喷壶中，备用； (2)将称取好的粉煤灰、水泥、石膏置于搅拌机中搅拌，搅拌60s得到均匀的干混物料； (3)将干混物料倒入圆盘造粒机，设置圆盘倾角为45°，转速为30r/min，挡板高度为150mm； (4)启动圆盘造粒机30s后，采用喷壶慢慢向物料喷洒硅酸钠溶液，喷壶设置为花洒状，一次喷水1s，每次喷水间隔5s，持续90s； (5)观察造粒情况，将球状颗粒取出，继续按上述加水方式喷水，不断取出陶粒生料球，造粒时间持续15min，直至剩余物料无法成粒，将制得的陶粒生料球置于室内环境中自然养护28d。 [0039] 对比例4(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的Ⅱ级F类粉煤灰、600份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份硅酸钠化学试剂(分析纯，Na2SiO3≥98%)、水700份，将硅酸钠置于水中搅拌均匀，将硅酸钠溶液倒入喷壶中，备用； (2)将称取好的粉煤灰、水泥、石膏置于搅拌机中搅拌，搅拌60s得到均匀的干混物料； (3)将干混物料倒入圆盘造粒机，设置圆盘倾角为45°，转速为30r/min，挡板高度为150mm； (4)启动圆盘造粒机30s后，采用喷壶慢慢向物料喷洒硅酸钠溶液，喷壶设置为花洒状，一次喷水1s，每次喷水间隔5s，持续90s； (5)观察造粒情况，将球状颗粒取出，继续按上述加水方式喷水，不断取出陶粒生料球，造粒时间持续15min，直至剩余物料无法成粒，将制得的陶粒生料球置于室内环境中静置6h，随后放入90℃蒸汽养护箱养护24h。 [0040] 实施例1(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、60份氧化钙(分析纯)、7.5份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0041] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0042] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化的步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0043] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0044] 实施例2(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、60份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0045] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0046] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0047] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0048] 实施例3(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、60份氧化钙(分析纯)、22.5份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0049] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0050] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0051] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0052] 实施例4(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、60份氧化钙(分析纯)、30份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0053] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0054] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0055] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0056] 实施例5(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0057] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0058] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0059] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0060] 实施例6(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、90份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0061] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0062] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0063] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0064] 实施例7(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、7.5份氢氧化钠颗粒(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末与氢氧化钠颗粒倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0065] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0066] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0067] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0068] 实施例8(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、15份氢氧化钠颗粒(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末与氢氧化钠颗粒倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0069] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0070] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0071] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0072] 实施例9(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、22.5份氢氧化钠颗粒(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末与氢氧化钠颗粒倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0073] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0074] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0075] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0076] 实施例10(1)按质量份数称取3000份烘干至恒重的F级Ⅱ类粉煤灰、300份P.O 42.5普通硅酸盐水泥、60份二水石膏、75份氧化钙(分析纯)、15份硅酸钠粉末(分析纯)、30份氢氧化钠颗粒(分析纯)、750份水，外壳材料称取270份F级Ⅱ类粉煤灰、30份P.O 42.5普通硅酸盐水泥，备用； (2) 将粉煤灰、水泥、石膏倒入搅拌机中搅拌60s，得到均匀的干混物料， (3)将称取好的硅酸钠粉末与氢氧化钠颗粒倒入水中，顺时针不断搅拌至完全溶于水，随后将溶液倒入干混物料中，搅拌90s，得到湿混物料，加入称取好的氧化钙，继续搅拌60s。 [0077] (4)将所有物料倒入圆盘造粒机中，设置圆盘倾角为50°，转速为60r/min，挡板高度为30 100mm。~ [0078] (5)将称取好的外壳材料置于小型搅拌机中搅拌60s；(6)造粒60s后得到陶粒基体，在成型的陶粒基体表面覆裹外壳材料，造粒机中转动30s进行二次球团化后取出；通过不断降低挡板高度（从100mm到30mm），重复造粒‑撒外壳材料‑二次球团化步骤，持续进行造粒及二次球团化步骤，直至造粒结束，整个造粒过程持续15min。 [0079] (7)将所有二次球团化后的陶粒置于室内环境12h进行自然养护，随后移入温度为20±2℃，相对湿度≥95%的恒温恒湿养护室，养护12h后置于温度为90℃的蒸汽养护箱养护 12h，静置至室温后得到粉煤灰免烧陶粒。 [0080] 根据国家标准《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》（GB/T17431.2‑2010），对比例1 4与实施例1 10的性能参数见表1。 ~ ~ [0081] 表1 对比例1 4与实施例中1 10中粉煤灰免烧陶粒的性能测试结果~ ~ 结果分析：由对比例1 4常规粉煤灰免烧陶粒的各性能可知，单一类型的激发剂并不能充分~ ‑ 激发粉煤灰的火山灰活性，单一的硅酸钠或氧化钙无法为体系提供充足的OH，破坏粉煤灰玻璃体结构(主要为Si‑O‑Si与Si‑O‑Al网状结构)，活性SiO2与Al2O3的溶出较少，体系生成的C‑S‑H与C‑(A)‑S‑H凝胶及钙矾石等晶体较少，内部微结构的密实程度较低，导致陶粒的物理性能较为一般，而对比例2与对比例4采用蒸汽养护，其高温环境可以加速粉煤灰中活性物质的溶解，提高陶粒生料球内部反应程度，同时，有利于体系中的水分由外向内逐层渗透，增加反应产物的数量，提高生料球内外结构的致密程度，即对比例2与对比例4的性能分别优于对比例1与对比例3。然而，其内部因活性物质并不充足，蒸汽养护方式对陶粒性能的增幅效果有限。此外，喷壶加水的方式导致与水接触的粉料最先浆化，但转动过程中水分逐步渗透至剩余物料，降低了第一批生料球的含水量，不利于其内部反应的进行，同时，增大了后续批次生料球的含水量，成球过程极难控制，且制备的陶粒大小不一，强度较低。 [0082] 由实施例1 10本发明采用的粉煤灰免烧陶粒的各性能可知，粉煤灰在碱溶液预处~理后，再加入钙质，可显著提高粉煤灰的火山灰活性。同时，加水搅拌物料的方式能提高粉煤灰碱性激发的均匀性，精确控制用水量，能够维持粉煤灰造粒过程中保持毛细管状态（水充满所有孔隙），粉煤灰颗粒所受的力将填充颗粒间的空气排出，空隙由水和粉煤灰颗粒填充，其颗粒表面不存在水膜，陶粒生料球被压的更加密实。此后进行二次球团化，在自然养护阶段陶粒生料球内部结构具有一定的稳定性的同时，外壳材料迅速硬化形成坚硬的壳层，随后在恒温恒湿养护阶段，提供充足的水分，并降低外界环境变化造成的误差，使陶粒基体与外壳进一步反应，最后进行高温蒸汽养护，提供高温高湿的化学反应环境，加速陶粒内部化学反应。 [0083] 逐步分析：由实施例1 4本发明采用的粉煤灰免烧陶粒的各性能可知，在硅酸钠溶液预处理~ ‑ 后，OH离子作用下，粉煤灰玻璃体表面的网络结构被破坏，网络聚合体的聚合度大幅度降低，活性SiO2与Al2O3溶解析出，粉煤灰潜火山灰活性得到激发，后加入氧化钙，进一步提升‑ 2+ 了体系OH的数量，同时，丰富了Ca ，使活性氧化物发生化学反应生成胶凝物质，提高了陶粒的力学性能。值得注意的是，随硅酸钠溶液浓度的升高，陶粒的筒压强度先升高后降低，在其掺量为粉煤灰质量分数为0.5%时，陶粒性能最好，随后逐渐降低，原因是硅酸钠中SiO2活性高于粉煤灰中的活性SiO2，会先于粉煤灰与Ca(OH)2发生反应，消耗掉部分Ca(OH)2，降低陶粒强度。 [0084] 由实施例3、5、6本发明采用的粉煤灰免烧陶粒的各性能可知，陶粒的性能随氧化钙掺量的增加而提高，氧化钙与水反应放热，能在搅拌阶段进一步提升粉煤灰的活性，此2+ ‑ ‑ 外，可为体系提供充足的Ca 与OH等反应物质，在OH 的作用下，粉煤灰颗粒表面的网格结 2+ 构破裂，网络聚合体的聚合度降低，Ca 能促进胶凝体系生成C‑S‑H凝胶。 [0085] 由实施例7 10本发明采用的粉煤灰免烧陶粒的各性能可知，氢氧化钠的加入更进~一步提升了粉煤灰的活性，促进了陶粒内部的反应程度，显著改善了粉煤灰免烧陶粒的综合性能。粉煤灰在体系碱环境中，其大部分玻璃体均被侵蚀，解聚能力强，活性SiO2与Al2O3大量溶出，并发生水化反应，生成胶凝物质，强度增加。此外，体系中的石膏主要成分为 2‑ 2+ CaSO4，粉煤灰在SO4 与Ca 的双重作用下，与活性Al2O3反应生成水化硫铝酸钙(钙矾石)，提高陶粒的强度。 [0086] 主要涉及的化学反应：结论：相较于常规粉煤灰免烧陶粒，本发明提供的制备方法不仅可以精确控制用水量，维持粉煤灰造粒过程中保持毛细管状态，提高陶粒生料球的密实程度，还能充分激发粉煤灰的火山灰活性，即使在低水泥掺量下，仍能溶解析出更多的活性SiO2与Al2O3等活性物质，生成大量C‑S‑H与C‑(A)‑S‑H等凝胶与钙矾石等晶体，显著提高陶粒性能。本发明所制备粉煤灰免烧陶粒实施例1 10均表现出优异的性能，筒压强度为6.53 8.98MPa，吸水率为~ ~ ‑3 12.53% 17.24%，堆积密度为810.84 857.24 kg·m ，表观密度为1412.24 1667.46 kg·m~ ~ ~ ‑3 ，软化系数为0.82 0.92，符合国家标准《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》（GB/~ T17431.2‑2010）中900级高强轻粗集料的相关要求，使得本发明可应用于轻量化结构混凝土领域。 [0087] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

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