CN101367635A - 利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料 - Google Patents

利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料 Download PDF

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王智
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Abstract

本发明公开了一种完全采用工业固体废弃物替代水泥制备的混凝土材料；包括胶凝材料和骨料，所述胶凝材料由以下重量份的组份组成：流化床燃煤固硫灰渣36－75份、电石渣9－25份、磷石膏6－15份；由于完全不需要水泥、石灰、沥青等胶结料，显著降低了材料成本，大量利用了工业固体废弃物生产建筑材料，特别是利用了流化床燃煤固硫灰渣作为原料，避免了环境污染，节约土地资源。

Description

利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料。
背景技术
流化床燃煤固硫技术是继原煤脱硫和烟气脱硫之后发展起来的一种较为经济实用的脱硫技术，它是通过改进煤的燃烧状态，在煤燃烧过程中加入一定量的脱硫剂，吸收煤燃烧过程中放出的SO2，生成亚硫酸盐或硫酸盐等固定在灰渣中，并随渣一起排出。由于流化床锅炉具备许多优点，国内外已把发展流化床锅炉作为燃用劣质煤并脱硫降硝，解决大气污染问题的一个重要方向。但在我国推广应用流化床燃煤固硫技术面临难题，即如何解决固硫后灰渣处理利用的问题。根据估计我国目前每年流化床燃煤固硫灰渣排放量在3000万吨左右，随着一些新建流化床锅炉的电厂建成投产和国家对燃煤SO2排放控制力度的加强以及考虑我国电力高速发展的状况，近期将很快突破5000万吨。虽然流化床燃煤技术不是一项新的技术，但实用的灰渣利用技术现在却还很少。大量的废渣处于简单堆放、任意排放的状态，占用大量土地资源，污染大气、水体、土壤和生物环境，甚至危害人体健康。同样，作为工业固体废弃物的磷石膏和电石渣也存在共同的问题，尽管已经有不同程度的利用，但资源化程度仍然较低，特别是磷石膏的利用一直是世界性的难题。
利用工业固体废弃物生产建筑材料是固体废弃物资源化的重要技术途径。以往亦有一些利用工业废渣制备低标号砂浆、低强度混凝土的研究，例如，用煤矸石制做低标号砂浆灰的探讨[刊号1003-1324(2000)04-0029-02]、用低等级湿排灰配制中低强度混凝土的试验研究[刊号1005-8249(2006)03-0007-03]；此外，专利申请号为200610165797.6的中国专利也公开了一种利用多种工业废渣制备低标号碾压混凝土的方法。但这些研究都没有涉及流化床固硫灰渣的利用；同时这些研究一般需要掺入成本较高的胶结料(如石灰、水泥、沥青等)或激发剂提高混合物的强度，并且绝大多数废渣利用率低，在80％以下，没有开展完全由固体废弃物组成胶凝体系的研究，还不能充分利用固体废弃物实现社会经济和环境效益。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供了一种完全采用工业固体废弃物替代水泥制备的C10以下低强度的混凝土材料。
本发明的目的是这样实现的：利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，包括胶凝材料和骨料，其特征在于，所述胶凝材料由以下重量份的组份组成：流化床燃煤固硫灰渣36-75、电石渣9-25、磷石膏6-15。
进一步，所述流化床燃煤固硫灰渣中SO3含量小于10％；
进一步，所述流化床燃煤固硫灰渣中粒径大于0.245mm的颗粒重量百分比小于3％；
进一步，所述电石渣中CaO在50％以上；
进一步，所述磷石膏相对密度2.05～2.45，颗粒直径5～15um；
进一步，流化床燃煤固硫灰渣、电石渣与磷石膏的重量比为16：6：3；
进一步，所述骨料由砂和石子组成，其中砂和石子的重量比为9-18：20-27；
进一步，所述胶凝材料与骨料的重量比为1：3-4.5。
本发明的机理：由于流化床内燃烧温度一般在850～900℃之间，此温度范围正好处于粘土矿物加热中温活性区内(600～950℃)，粘土矿物中的高岭石转变为无定形偏高岭石，水云母、绿泥石、蒙脱石、伊利石等矿物也开始转变成活性状态，因此流化床固硫灰渣具有一定火山灰活性，同时还具有一定水硬性。在电石渣中氢氧化钙(Ca(OH)2)和磷石膏中二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)共同作用的水化条件下，流化床固硫灰渣将会发生火山灰反应，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石(AFt)等水化产物。并且由于固硫灰渣表面结构疏松，液相较易扩散进入其疏松结构中，所以水化反应速度较快，胶凝材料体系的早期强度发展快。
本发明具有如下有益效果：大量利用了工业固体废弃物生产建筑材料，避免了环境污染，节约土地资源，实现了变废为宝的目的，特别是本发明采用的主要材料流化床燃煤固硫灰渣，目前还缺乏有效利用流化床燃煤固硫灰渣的技术；由于完全不需要水泥、石灰、沥青等胶结料，显著降低了材料成本，每立方米混凝土可降低成本40～60％；本发明的全固废混凝土生产工艺简单，与普通混凝土没有差别，材料来源广泛，便于推广应用；强度发展迅速，用于道路基层材料效果好；混凝土7d抗压强度达3MPa以上，28d抗压强度可达10MPa。
具体实施方式
本发明利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，完全利用工业固体废弃物流化床燃煤固硫灰渣、电石渣和磷石膏替代水泥作为胶凝材料，而骨料的成分以及骨料与凝胶材料的比例属本领域技术人员的公知技术；如骨料可采用公知的砂和石子，砂和石子的比例根据其规格以及混凝土的用途而调整，最佳的，砂和石子的重量比为9-18：20-27；骨料与胶凝材料的比例亦可根据对混凝土强度的要求调整，最佳的，根据本发明中胶凝材料的特性，所述胶凝材料与骨料的重量比选用1：3-4.5。
最佳的，所述流化床燃煤固硫灰渣中SO3含量小于10％，粒径大于0.245mm的颗粒重量百分比小于3％。
所述的电石渣采用电石法生产聚氯乙烯时生成的副产品，最佳的，有效CaO应在50％以上。
所述的磷石膏是磷肥工业的固体废弃物，最佳的，相对密度2.05～2.45，颗粒直径5～15um，要求无放射性。
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
按以下配比，将下述原料用公知的方法拌和、浇筑成型，制得混凝土：
流化床固硫灰渣    375Kg
电石渣            125Kg
磷石膏            50Kg
特细砂            480Kg
5～10mm石子       440Kg
10～31.5mm石子    880Kg
用水量以坍落度30～50mm控制
测定本实施例混凝土的强度发展情况，3d抗压强度1.55MPa，7d抗压强度3.42MPa，28d抗压强度9.47MPa，120d抗压强度11.22MPa。
实施例2
按以下配比，将下述原料用公知的方法拌和、碾压成型，制得混凝土：
流化床固硫灰渣    225Kg
电石渣            75Kg
磷石膏            30Kg
石屑              640Kg
5～10mm石子       440Kg
10～31.5mm石子    850Kg
用水量            135kg
通过检测试件3天无侧限抗压强度1.23MPa，7天2.35MPa，28天4.53MPa。本实施例制得的混凝土可用于修建路面基层。
实施例3
按以下配比，将下述原料用公知的方法拌和、碾压成型，制得混凝土：
流化床固硫灰渣  180Kg
电石渣          45Kg
磷石膏          50Kg
特细砂         450Kg
5～10mm石子    450Kg
10～31.5mm石子 900Kg
用水量         120kg
通过检测试件3天无侧限抗压强度1.10MPa，7天2.38MPa，28天4.05MPa。本实施例制得的混凝土可用于修建路面基层。
实施例4
按以下配比，将下述原料用公知的方法拌和、浇筑成型，制得混凝土：
流化床固硫灰渣  350Kg
电石渣          100Kg
磷石膏          75Kg
中砂            900Kg
5～10mm石子     350Kg
10～31.5mm石子  650Kg
用水量以坍落度30～50mm控制
测定本实施例混凝土的强度发展情况，3d抗压强度1.78MPa，7d抗压强度3.90MPa，28d抗压强度10.15MPa。

Claims (8)

1.利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，由胶凝材料和骨料加水搅和而成，其特征在于，所述胶凝材料由以下重量份的组份组成：流化床燃煤固硫灰渣36-75份、电石渣9-25份、磷石膏6-15份。
2.根据权利要求1所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述流化床燃煤固硫灰渣中SO3含量小于10％。
3.根据权利要求1所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述流化床燃煤固硫灰渣中粒径大于0.245mm的颗粒重量百分比小于3％。
4.根据权利要求1所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述电石渣中CaO在50％以上。
5.根据权利要求1所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述磷石膏相对密度2.05-2.45，颗粒直径5-15um。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：流化床燃煤固硫灰渣、电石渣与磷石膏的重量比为16:6:3。
7.根据权利要求1所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述骨料由砂和石子组成，其中砂和石子的重量比为9-18:20-27。
8.根据权利要求6所述的利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料，其特征在于：所述胶凝材料与骨料的重量比为1:3-4.5。
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