CN111393083A - 一种全固废高性能混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土制备技术领域，尤其涉及一种全固废高性能混凝土及其制备方法和应用。以重量份计，所述全固废高性能混凝土原料包括以下组分：赤泥20‑60份、矿粉30‑50份、秸秆焚烧灰10‑30份、建筑垃圾300‑650份、减水剂1‑4份、激发剂8‑12份。本发明的全固废高性能混凝土材料具有固废利用率高、早期强度高、和易性好、抗侵蚀及成本低廉等优点，且制作流程简单。另外，本发明的全固废高性能混凝土材料能够大宗利用固废，实现固废资源化利用。

Description

一种全固废高性能混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，尤其涉及一种全固废高性能混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的红色固体粉状废弃物。据估计，全世界每年排放的赤泥量约6000万吨，仅我国氧化铝生产过程中每年排出的赤泥量就达600万吨，全部露天堆存，并且大部分堆场坝体用赤泥构筑。赤泥堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。矿粉是冶炼生铁过程中的工业副产品，是一种潜在的水硬性胶凝材料，其在水泥基材料领域已得到较好应用，但目前矿粉价格呈上涨趋势，控制其掺量或复掺其他低价工业废渣是一种较好的途径。我国是一个农业大国，每年产出大量的农业剩余物--秸秆。据最新资料统计，全国农作物秸秆每年有7亿吨，局世界首位。但是我国目前对这些秸秆的开发利用率还比较低，大量的秸秆在田间焚烧，既造成严重的大气污染，破坏了生态环境，又浪费了宝贵的可再生资源。
2018年我国产生建筑垃圾23.79亿吨，其中进行资源化利用的仅为11893万吨，利用率仅为5％左右。所以最大限度的限制赤泥的产量和危害，提高矿粉及建筑垃圾利用率，切实解决秸秆的利用和污染问题，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
目前，国内正大力开发节能水泥、碱—矿渣水泥，低需水量水泥等，也取得了巨大的社会、经济与环境效益。目前，已有部分学者将赤泥和矿粉用于高性能混凝土制备领域，中国专利文献CN 110183132 A公开了一种赤泥改性水泥混凝土骨料制备方法，通过将赤泥浆与骨料混合制成了的新型骨料预聚体。中国专利文献CN 110156398 A公开了一种以水泥、矿粉、河沙为原料的高性能混凝土，主要原料是水泥、矿粉、河沙、石灰岩、尾矿、缓凝剂及减水剂等。中国专利文献CN 110194618 A公开了一种以水泥和建筑垃圾为主要原料制备的再生混凝土，具有质量轻、寿命长的优良性能。中国专利文献CN 110092624 A公开了一种以水泥和小麦秸秆灰为主要原料制备的自保温型混凝土，具有保温性能好、生产成本低的特点。
然而，本发明人研究发现：以上方法制备的混凝土材料虽成本较低，一定程度上利用了赤泥、矿粉、建筑垃圾及秸秆焚烧灰，但存在固废利用率低，制备的混凝土凝结时间长、力学强度不足、稳定性较差等不足。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出一种全固废高性能混凝土及其制备方法和应用。本发明以赤泥、矿粉、建筑垃圾及秸秆焚烧灰为原料制备混凝土，具有固废利用率高，混凝土早期强度高、和易性好、抗侵蚀的优势。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：
首先，本发明公开一种全固废高性能混凝土，以重量份计，其原料包括以下组分：赤泥20-60份、矿粉30-50份、秸秆焚烧灰10-30份、建筑垃圾300-650份、减水剂1-4份、激发剂8-12份。赤泥中主要组分有Al2O3、SiO2和Fe2O3，秸秆焚烧灰含有大量SiO2、CaCO3、CaSiO3等无定形矿物，二者在碱条件下可以发生地聚反应生成强度高，凝结时间短、抗侵蚀性强的地聚物胶凝材料。而矿渣微粉是一种良好的高钙活性材料，其中大量的硅铝氧化物可参与地聚物反应，钙质组分可以进一步提升地聚物凝胶的力学强度。
优选地，以重量份计，所述全固废高性能混凝土的原料包括以下组分：赤泥35-40份、矿粉35-40份、秸秆焚烧灰20-30份、建筑垃圾500-550份、减水剂3-4份、激发剂8-10份。
进一步地，所述全固废高性能混凝土还包括水，可选地，水灰比为0.35-0.4，例如，可以为0.35、0.38、0.4等中的任意一种。
进一步地，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的至少一种，所得赤泥经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积440-500m2/kg。
进一步地，所述矿粉为高炉矿渣经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积350-400m2/kg。
进一步地，所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
进一步地，所述减水剂包括萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。
进一步地，所述激发剂包括碱性激发剂(例如，氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和碳酸氢钠)、酸性激发剂(例如，磷酸、草酸)、盐激发剂(例如，硫酸钠、偏铝酸钠和偏铝酸钾)中的至少一种。
其次，明本发明公开上述多固废高性能混凝土的制备方法：将赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例混合后搅拌均匀，即得。
进一步地，所述赤泥粉的制备方法为：将赤泥破碎烘干，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，即得。
进一步地，所述矿粉的制备方法为：将高炉矿渣破碎后放入球磨机中粉磨至比表面积为350-400m2/Kg，即得。
最后，本发明公开所述全固废高性能混凝土在建筑工程、道路工程、桥梁工程等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明的全固废高性能混凝土材料具有固废利用率高、早期强度高、和易性好、抗侵蚀及成本低廉等优点，且制作流程简单、易于推广。
(2)本发明的全固废高性能混凝土材料能够大宗利用固废，实现固废资源化利用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，现有的一些方法制备的混凝土材料虽成本较低，一定程度上利用了赤泥、矿粉、建筑垃圾及秸秆焚烧灰，但存在固废利用率低，制备的混凝土凝结时间长、力学强度不足、稳定性较差等不足。因此，本发明提出了一种全固废高性能混凝土及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
下列实施例中，所述拜耳法赤泥购自山东魏桥创业集团有限公司。所述烧结法赤泥购自山东铝业公司。所述建筑垃圾购自山东明冉再生资源利用有限公司。
第一实施例
一种全固废高性能混凝土的制备，包括以下步骤：
(1)以重量份计，称取以下原料：拜耳法赤泥40份、矿粉35份、秸秆焚烧灰20份、建筑垃圾500份、聚羧酸减水剂3份、硫酸钠8份，水240份。所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
(2)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干至含水率小于1％，将矿粉破碎后烘干至含水率小于1％，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，矿粉粉磨至比表面积为350-400m2/Kg；
(3)将步骤(2)得到的赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例加入到混凝土搅拌机中搅拌10min，即得。
第二实施例
一种全固废高性能混凝土的制备，包括以下步骤：
(1)以重量份计，称取以下原料：拜耳法赤泥35份、矿粉40份、秸秆焚烧灰30份、建筑垃圾550份、聚羧酸减水剂4份、磷酸10份，水260份。所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
(2)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干至含水率小于1％，将矿粉破碎后烘干至含水率小于1％，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，矿粉粉磨至比表面积为350-400m2/Kg；
(3)将步骤(2)得到的赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例加入到混凝土搅拌机中搅拌10min，即得。
第三实施例
一种全固废高性能混凝土的制备，包括以下步骤：
(1)以重量份计，称取以下原料：烧结法赤泥20份、矿粉30份、秸秆焚烧灰20份、建筑垃圾300份、聚羧酸减水剂1份、碳酸氢钠10份，水133.4份。所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
(2)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干至含水率小于1％，将矿粉破碎后烘干至含水率小于1％，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，矿粉粉磨至比表面积为350-400m2/Kg；
(3)将步骤(2)得到的赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例加入到混凝土搅拌机中搅拌10min，即得。
第四实施例
一种全固废高性能混凝土的制备，包括以下步骤：
(1)以重量份计，称取以下原料：烧结法赤泥60份、矿粉50份、秸秆焚烧灰10份、建筑垃圾650份、聚羧酸减水剂4份、氢氧化钠12份，水295份。所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
(2)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干至含水率小于1％，将矿粉破碎后烘干至含水率小于1％，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，矿粉粉磨至比表面积为350-400m2/Kg；
(3)将步骤(2)得到的赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例加入到混凝土搅拌机中搅拌10min，即得。
性能测试
按照GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法测试实施例1-4制备的混凝土的各项性能指标，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002425538560000071
从表1的测试数据可以看出，采用本发明的技术方案制备的混凝土具有混凝土凝结时间短、力学强度高的优势，这是因为赤泥中主要组分有Al2O3、SiO2和Fe2O3，秸秆焚烧灰含有大量SiO2、CaCO3、CaSiO3等无定形矿物，二者在碱条件下可以发生地聚反应生成强度高，凝结时间短、抗侵蚀性强的地聚物胶凝材料。而矿渣微粉是一种良好的高钙活性材料，其中大量的硅铝氧化物可参与地聚物反应，钙质组分可以进一步提升地聚物凝胶的力学强度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全固废高性能混凝土，其特征在于，以重量份计，其原料包括以下组分：赤泥20-60份、矿粉30-50份、秸秆焚烧灰10-30份、建筑垃圾300-650份、减水剂1-4份、激发剂8-12份。
2.如权利要求1所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，以重量份计，所述全固废高性能混凝土的原料包括以下组分：赤泥35-40份、矿粉35-40份、秸秆焚烧灰20-30份、建筑垃圾500-550份、减水剂3-4份、激发剂8-10份。
3.如权利要求1或2所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，所述全固废高性能混凝土还包括水，优选地，水灰比为0.35-0.4。
4.如权利要求3所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的至少一种；
优选地，所得赤泥经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积440-500m2/kg；
优选地，所述矿粉为高炉矿渣经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积350-400m2/kg。
5.如权利要求3所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，所述建筑垃圾是废弃混凝土经破碎、清洗和分级后得到的再生混凝土骨料。
6.如权利要求3所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂包括萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的至少一种。
7.如权利要求3所述的全固废高性能混凝土，其特征在于，所述激发剂包括碱性激发剂、酸性激发剂、盐激发剂中的至少一种；
优选地，所述碱性激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；
优选地，所述酸性激发剂为磷酸或草酸；
优选地，所述盐激发剂为硫酸钠、偏铝酸钠、偏铝酸钾中的至少一种。
8.权利要求1-7任一项所述的全固废高性能混凝土的制备方法，其特征在于，将赤泥粉、矿粉、秸秆焚烧灰、建筑垃圾、减水剂、激发剂和水按照比例混合后搅拌均匀，即得。
9.如权利要求8所述的全固废高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述赤泥粉的制备方法为：将赤泥破碎烘干，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，即得；
优选地，所述矿粉的制备方法为：将高炉矿渣破碎后放入球磨机中粉磨至比表面积为350-400m2/Kg，即得。
10.如权利要求1-7任一项所述的全固废高性能混凝土在建筑工程、道路工程、桥梁工程领域中的应用。
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