CN110698122B - 一种生态轻质填料及其制备方法 - Google Patents

一种生态轻质填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生态轻质填料及其制备方法；本发明生态轻质填料包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土1‑65份、水泥9‑29份、粉煤灰23‑53份、苛化白泥3‑8份、减水剂0.01‑0.04份、水23‑39份、泡沫3‑5份。本发明采用“分级制备，二次混合”的方法，实现了粉质土、苛化白泥以及粉煤灰废物的充分再利用，部分替代了水泥，大幅度减少了水泥的用量，在保证填料一定力学性能条件下大幅度降低了成本；本发明制备方法简单，能够使各种原料充分分散，并使减水剂充分发挥作用，有效节约了工程成本。

Description

一种生态轻质填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生态轻质填料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
近些年来，我国基建事业以及工业的快速发展，同时也产生了大量建筑垃圾以及工业废料，由于缺少对这些废弃物的有效回收再利用措施，导致生态环境受到严重破坏。比如，我国作为一个制浆造纸的大国，造纸产生数量极其庞大的苛化白泥，现阶段苛化白泥的主要处理方法是焚烧和填埋，其对土地以及空气环境造成严重污染。作为我国三废之一的粉煤灰(主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等)，虽然可作为矿物掺合料掺加于硅酸盐水泥之中，但是由于粉煤灰活性较低，导致其在水泥中的利用率最高也仅为30％左右。如何充分有效地利用工业废料，减缓环境破坏成为当下亟需解决的重要问题。中国专利文献CN102336532A公开了一种以造纸废渣生产的高活性微粉或水泥及其制备方法，水泥各组份原料按质量配比为：苛化白泥3％-30％；污水处理废渣1％-10％；湿排粉煤灰10％-50％；高炉矿渣10％-50％；水泥熟料10-30％；石膏2％-5％；助磨剂0.14％；减水剂1％。该发明虽然实现了苛化白泥、污水处理废渣、湿排粉煤灰和高炉矿渣的再利用，但在制备过程中需要先对大量原料进行烘干、缺氧活化以及预热分解，耗能较高，制备工艺较为复杂。
传统的气泡混合轻质土作为一种轻质填料，较为广泛的应用于道路加宽拓建工程，比如路基垂直填筑、软基处理等，对于一些作业受限路段和难以压实部位具有明显优势；其次，还作为结构填充墙广泛应用于房屋建筑领域。但是上述材料水泥用量较大，成本偏高；而水泥的大量生产使用，也会造成严重的粉尘以及烟尘污染问题，同时生产水泥还会排放大量二氧化碳，加速温室效应。
为了解决上述问题，提出本发明。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种生态轻质填料及其制备方法。本发明以粉质土、苛化白泥、水泥、粉煤灰、减水剂等为原料，采用“分级制备，二次混合”的方法，实现了粉质土、苛化白泥以及粉煤灰废物的充分再利用，减少了水泥的用量，在保证填料一定力学性能条件下大幅度降低了成本；本发明制备方法简单，能够使各种原料充分分散，并使减水剂充分发挥作用，有效节约了工程成本。
本发明的技术方案如下：
一种生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土1-65份、水泥9-29份、粉煤灰23-53份、苛化白泥3-8份、减水剂0.01-0.04份、水23-39份、泡沫3-5份。
根据本发明优选的，所述生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土10～30份，水泥10～22份、粉煤灰25～48份、苛化白泥3～8份、减水剂0.01-0.03份、水25-35份、泡沫3-5份。
优选的，所述生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土13～22份，水泥12～18份、粉煤灰30～33份、苛化白泥4～6份、减水剂0.01-0.03份、水25-30份、泡沫3-4份。
根据本发明优选的，水泥、粉煤灰以及苛化白泥组成胶凝体系，粉质土的质量为胶凝体系的5～70％，粉煤灰的质量为胶凝体系的40％～77％，减水剂的质量为苛化白泥质量的0.3-0.5％。
优选的，粉质土的质量为胶凝体系的20～50％，粉煤灰的质量为胶凝体系的50％～70％；进一步优选的，粉质土的质量为胶凝体系的24～45％，粉煤灰的质量为胶凝体系的55％～65％，减水剂的质量为苛化白泥质量的0.4％。
根据本发明优选的，所述粉质土的密度为1.2～1.8g/cm3，塑性指数IP为5～18，平均粒径为0.2～0.23mm，粒径大于0.075mm、小于60mm的粗粒粉质土的质量含量为6～9％。所述粉质土具有以下特点：(1)粒径均一；(2)磨圆度高，颗粒较为光滑；(3)塑性指数较低。
根据本发明，所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。本发明所使用粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰。
根据本发明优选的，所述苛化白泥的含水量为30-50wt％，苛化白泥的粒径小于0.2mm，苛化白泥的pH为10-12。苛化白泥是化学制浆造纸碱回收过程中产生的副产品，具有以下特点：(1)以碳酸钙为主要成分的含水浆体，和普通石灰石相比，其SiO2含量较高；(2)颗粒比较小，一般小于0.20mm；(3)极易沉淀；(4)经过苛化反应形成的，其pH值高达10-12，属于高碱性物质。
根据本发明优选的，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂。
根据本发明优选的，泡沫密度为40-50kg/m3，泡沫泌水率小于等于20％。
上述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
(1)将粉质土和水搅拌混合均匀制备泥浆；
(2)将水泥、粉煤灰、苛化白泥、减水剂和水搅拌混合均匀制备胶凝浆体；
(3)将步骤(1)制备所得泥浆与步骤(2)制备所得胶凝浆体搅拌混合均匀，然后与泡沫再次混合均匀，即得生态轻质填料。
根据本发明优选的，步骤(1)中，水的用量为粉质土质量的25％-37％，保证可以充分搅拌成浆。
根据本发明，步骤(3)中，泡沫可按现有技术制备，即发泡剂水溶液通过发泡机制备得到泡沫；所述发泡剂为复合型水泥发泡剂，中性，不含有苯、甲醛等有害物质，可市购获得；发泡剂水溶液是发泡剂经水稀释制备得到，稀释倍数为40-60倍；发泡倍率为800-1200倍。
根据本发明，所得生态轻质填料根据具体工程、结合相关规范检测其流动度，结果符合要求后即可进行现场浇筑施工或预制构件。
本发明中水泥主要起到固化作用以及提供强度的作用。
本发明苛化白泥的主要作用是：(1)充分利用工业废料，降低材料造价；(2)由于具有高碱性，可以作为粉煤灰的碱性激发剂，加速其内部的活性二氧化硅发生火山灰反应，并加速水泥水解；(3)由于苛化白泥颗粒、粉煤灰颗粒、水泥颗粒以及粉质土颗粒粒径大小均不同，可以形成连续级配，苛化白泥颗粒结合上述成分较好的起到形态填充的作用；(4)成核作用，使胶凝物质(即水泥和粉煤灰)吸附在苛化白泥颗粒周围，促进水泥、粉煤灰充分水化。
本发明粉质土的主要作用是：(1)部分替代水泥，降低材料造价；(2)颗粒均匀，磨圆度高、塑性指数低，在拌和时可以起到顺滑作用，提高材料的和易性；(3)形态填充作用，提高工作性能；(4)充分利用工业废料。
本发明粉煤灰的主要作用是：(1)部分替代水泥，降低工程造价；(2)利用粉煤灰的火山灰反应，保证后期强度；(3)合理利用工业废料。
本发明首先利用了颗粒的形态填充作用，表面致密光滑的苛化白泥颗粒、粉煤灰颗粒、水泥颗粒在拌和时有很好的顺滑作用，可以有效提高胶凝体系的和易性；苛化白泥颗粒、粉煤灰颗粒、水泥颗粒以及粉质土颗粒的粒径大小均不同，可以形成连续级配，提高材料的密实程度。其次，利用苛化白泥的激发效应，利用苛化白泥的高碱性腐蚀粉煤灰表面的球状玻璃体，使其内部的活性二氧化硅暴露出来，激活粉煤灰的活性；然后，利用苛化白泥的加速效应，通过高碱性的苛化白泥加速水泥的水化反应，从而更快的产生氢氧化钙以及水化硅酸钙凝胶体；最后，苛化白泥中原有的氢氧化钙和水泥水化产生的氢氧化钙与粉煤灰发生火山灰反应，进一步生成水化硅酸钙凝胶体(原理图如图1所示)。各组分材料之间协同作用，促进反应，从而最后制备成高性能生态轻质填料。主要作用原理如下：
SiO2+Ca(OH)2+H2O→CaO-SiO2-H2O
3CaO-SiO2+nH2O＝xCaO-SiO2-yH2O+(3-x)Ca(OH)2
2CaO-SiO2+nH2O＝xCaO-SiO2-yH2O+(2-x)Ca(OH)2
本发明的有益效果如下：
1、本发明在传统的气泡混合轻质土的基础之上，使用苛化白泥、粉质土以及大掺量粉煤灰部分替代水泥，大大减少了水泥的用量，因地制宜，充分利用区域土质资源，合理利用工业废料，实现了工业废料的再利用，绿色环保，在保证强度的前提下大幅度降低了工程造价，具有深远的工程意义以及经济实用价值，也为苛化白泥、粉煤灰以及粉质土的合理利用提供了一种发展方向。
2、本发明制备方法简单，采用“分级制备，二次混合”的制备方法，包括：1)分级制备：即将粉质土与水混合制备泥浆，将水泥、粉煤灰、苛化白泥、减水剂和水混合制备胶凝浆体；2)二次混合：即将所制备的泥浆与胶凝浆体混合，同时制备泡沫与之再次混合。其中采用分级制备是因为，一方面可以充分分散苛化白泥颗粒，另一方面可以降低泥浆对减水剂的吸附作用，使减水剂充分发挥作用，节约工程成本。本发明制备方法简单，能够使各种原料充分分散，并使减水剂充分发挥作用，有效节约了工程成本。本发明施工成本合理、施工简单便捷、绿色环保，具有巨大的工程使用价值。
3、本发明制备的生态轻质填料湿密度较小，抗压强度以及弯拉强度较高，能够较好的满足应用要求。
附图说明
图1为本发明原料作用原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料，可市购获得；所用设备或方法如无特殊说明均为现有技术。
实施例中所用粉质土，密度为1.3-1.5g/cm3，塑性指数IP为7-15，平均粒径为0.21mm，粒径大于0.075mm、小于60mm的粗粒粉质土的质量含量为7～8％，粒径均一，磨圆度高，颗粒较为光滑；所用水泥为山水集团生产的42.5号普通硅酸盐水泥，28天强度为42.5Mpa；所用粉煤灰为德州某发电厂所产二级粉煤灰；所用苛化白泥来源于济阳造纸厂，含水量为30-50wt％，苛化白泥的粒径小于0.2mm，苛化白泥的pH为10-12；所用聚羧酸系高效减水剂，临沂吉田新型建材有限公司有售；所用复合型水泥发泡剂，河南拓诚化工产品有限公司有售。
实施例1
一种生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土13份，水泥18份、粉煤灰30份、苛化白泥5份、减水剂(聚羧酸系高效减水剂)0.02份、水28份、泡沫4份。
上述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
(1)将13份粉质土和4份水进行混合搅拌均匀，制备泥浆；
(2)将水泥18份、粉煤灰30份、苛化白泥5份、减水剂0.02份和水24份混合搅拌均匀，制备胶凝浆体；
(3)将步骤(1)制备所得泥浆与步骤(2)制备所得胶凝浆体通过混合器进行混合；
(4)将复合型水泥发泡剂用水稀释40倍，通过发泡机制备成泡沫；发泡倍率为900倍，得到的泡沫密度为45kg/m3，测得30分钟泌水率为15％-16％，符合规范要求。
(5)将步骤(3)制备所得胶凝浆体与4份步骤(4)制备所得的泡沫在混合器中进行混合，制备得到生态轻质填料，湿密度为700kg/m3。
依据《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS249-2008)、《现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程》(TJG F10 01-2011)等相关规范，对生态轻质填料的流动度进行测试，流动度为170-180，满足规范要求，进行浇筑施工。
实施例2
一种生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土21份，水泥12份、粉煤灰31份、苛化白泥5份、减水剂(聚羧酸系高效减水剂)0.02份、水26份、泡沫3份。
上述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
(1)将21份粉质土和6份水进行混合搅拌均匀，制备泥浆；
(2)将水泥12份、粉煤灰31份、苛化白泥5份、减水剂0.02份和水20份混合搅拌均匀，制备胶凝浆体；
(3)将步骤(1)制备所得泥浆与步骤(2)制备所得胶凝浆体通过混合器进行混合；
(4)将复合型水泥发泡剂用水稀释40倍，通过发泡机制备成泡沫；发泡倍率为900倍，得到的泡沫密度为45kg/m3，测得30分钟泌水率为15％-16％，符合规范要求。
(5)将步骤(3)制备所得胶凝浆体与3份步骤(4)制备所得的泡沫在混合器中进行混合，制备得到生态轻质填料，湿密度为800kg/m3。
依据《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS249-2008)、《现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程》(TJG F10 01-2011)等相关规范，对生态轻质填料的流动度进行测试，流动度为170-180，满足规范要求，进行浇筑施工。
实施例3
一种生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土14份，水泥17份、粉煤灰32份、苛化白泥5份、减水剂(聚羧酸系高效减水剂)0.02份、水27份、泡沫3份。
上述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
(1)将14份粉土和5份水进行混合搅拌均匀，制备泥浆；
(2)将水泥17份、粉煤灰32份、苛化白泥5份、减水剂0.02份和水22份混合搅拌均匀，制备胶凝浆体；
(3)将步骤(1)制备所得泥浆与步骤(2)制备所得胶凝浆体通过混合器进行混合；
(4)将复合型水泥发泡剂用水稀释40倍，通过发泡机制备成泡沫；发泡倍率为900倍，得到的泡沫密度为45kg/m3，测得30分钟泌水率为15％-16％，符合规范要求。
(5)将步骤(3)制备所得胶凝浆体与3份步骤(4)制备所得的泡沫在混合器中进行混合，制备得到生态轻质填料，湿密度为800kg/m3。
依据《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS249-2008)、《现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程》(TJG F10 01-2011)等相关规范，对生态轻质填料的流动度进行测试，流动度为170-180，满足规范要求，进行浇筑施工。
对比例1
一种填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土28份，水泥43份、水24份、泡沫5份。
上述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
(1)将28份粉质土和8份水进行混合搅拌均匀，制备泥浆；
(2)将水泥43份和水16份混合搅拌均匀，制备浆体；
(3)将步骤(1)制备所得泥浆与步骤(2)制备所得浆体通过混合器进行混合；
(4)将复合型水泥发泡剂用水稀释40倍，通过发泡机制备成泡沫；发泡倍率为900倍，得到的泡沫密度为45kg/m3，测得30分钟泌水率为15％-16％，符合规范要求。
(5)将步骤(3)制备所得浆体与5份步骤(4)制备所得的泡沫在混合器中进行混合，制备得到生态轻质填料，湿密度为600kg/m3。
依据《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS249-2008)、《现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程》(TJG F10 01-2011)等相关规范，对生态轻质填料的流动度进行测试，流动度为170-180，满足规范要求，进行浇筑施工。
对比例2
一种填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土31份，水泥43份、水23份、泡沫3份。
上述填料的制备方法与对比例1一致；所得填料的湿密度700kg/m3。
依据《现浇泡沫轻质土技术规程》(CECS249-2008)、《现浇泡沫轻质土路基设计施工技术规程》(TJG F10 01-2011)等相关规范，对生态轻质填料的流动度进行测试，流动度为170-180，满足规范要求，进行浇筑施工。
试验例1
根据《蒸压加气混凝土性能试验方法》(GB/T 11969-2008),测试实施例以及对比例制备的填料浇筑施工后28天无侧限抗压强度以及弯拉强度。
表1抗压、弯拉强度数据
Figure BDA0002277459300000061
由表可知，苛化白泥、粉质土以及大掺量粉煤灰部分替代水泥制备生态轻质填料是切实可行的，本发明充分的利用了工业废料，实现了对水泥的部分替代，所得填料具有较高的力学强度和较低的湿密度，能够满足工程需要；本发明在保证强度的前提下，显著降低了水泥用量，大幅度降低了工程造价，前景广阔。

Claims (4)

1.一种生态轻质填料，其特征在于，所述生态轻质填料，包括如下质量份数的原料制备得到：粉质土13~22份，水泥12~18、粉煤灰30~33份、苛化白泥4~6份、减水剂0.01-0.03份、水25-30份、泡沫3-4份；
所述粉质土的密度为1.2~1.8g/cm3，塑性指数IP为7 ~ 15，平均粒径为0.2~0.23mm，粒径大于0.075mm、小于60mm的粗粒粉质土的质量含量为6~9%；所述苛化白泥的含水量为30-50wt%，苛化白泥的粒径小于0.2mm，苛化白泥的pH为10-12；
所述生态轻质填料的制备方法，包括步骤：
（1）将粉质土和水搅拌混合均匀制备泥浆；水的用量为粉质土质量的25%-37%；
（2）将水泥、粉煤灰、苛化白泥、减水剂和水搅拌混合均匀制备胶凝浆体；
（3）将步骤（1）制备所得泥浆与步骤（2）制备所得胶凝浆体搅拌混合均匀，然后与泡沫再次混合均匀，即得生态轻质填料。
2.根据权利要求1所述生态轻质填料，其特征在于，粉质土的质量为胶凝体系的24.5~43.8%，粉煤灰的质量为胶凝体系的57%~64.6%，减水剂的质量为苛化白泥质量的0.4%。
3.根据权利要求1所述生态轻质填料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂。
4.根据权利要求1所述生态轻质填料，其特征在于，泡沫密度为40-50kg/m3，泡沫泌水率小于等于20%。
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