CN103058594A

CN103058594A - 粉煤灰在建筑砂浆中的应用

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Publication number: CN103058594A
Application number: CN2013100034200A
Authority: CN
Inventors: 韩兆云; 高亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-06
Filing date: 2013-01-06
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明属建筑用砂浆生产技术领域，尤其涉及一种粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其原料物以kg/m³计，包括如下重量比的组分：水泥200～400；稠化粉20～50；粉煤灰100～130；砂1200～1500；缓凝剂2～8；水250～280；缓凝剂的制备方法：（1）将秸秆粉与酸投入水解锅中进行第一段第一次水解；用液碱对水解液进行中和；（2）进行减压浓缩；（3）加入氧化剂进行第一段氧化；（4）将氧化后的母液浓缩。本发明成本低，生产能耗低，长期强度发展稳定，粘结强度高，耐水抗渗性优良，环保效能显著。

Description

粉煤灰在建筑砂浆中的应用

技术领域

本发明属建筑用砂浆生产技术领域，尤其涉及一种粉煤灰在建筑砂浆中的应用。

背景技术

建筑砂浆是一种量大面广的建筑材料。砂浆中石灰膏含水50%呈膏状，难以实现重量计量，而且石灰膏质量不稳定，纯水泥砂浆缺乏保水增稠材料，显得操作性差、易结硬，现场为改善和易性往往多放水泥，使砂浆质量波动大。砌筑砂浆强度波动大，抹灰层开裂、渗漏现象屡见不鲜，影响了整个工程质量。

混凝土缓凝剂（英文名称Retarder），是在混凝土拌制过程中加入的、用以改善新拌和硬化混凝土性能的一种混凝土外加剂，可以延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响。为保证混凝土的流动性符合施工要求，消除预拌混凝土长距离运输的不利影响，在预拌混凝土中掺加高效减水剂的同时辅以适量保坍剂，以使混凝土在一定时间内达到保塑的要求。缓凝剂主要成分为多羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、高糖木质素磺酸盐，因其兼有减水作用，也称缓凝减水剂。使用混凝土保坍剂能够大幅度降低混凝土的用水量、改善预拌混凝土的工作性、提高混凝土强度、减少水泥用量、延长混凝土的使用寿命，对推动水泥、混凝土生产及应用领域节能减排具有重要和积极的意义。

我国混凝土外加剂年消耗量已超过1000万吨，其中各种合成混凝土减水剂用量占外加剂总量的65%以上。近年来，随着混凝土外加剂的广泛应用，混凝土缓凝剂的研发应用也取得了显著进展，从最初的糖蜜和木质素磺酸钙类发展到现在的葡萄糖酸钠类混凝土缓凝剂。目前我国混凝土缓凝剂年消费量超过30万吨，其中用量最多的是以葡萄糖酸钠为主要成分的混凝土缓凝剂。现阶段葡萄糖酸钠主要以玉米淀粉为原料，不但消耗了大量的粮食，而且受玉米价格波动的影响较大。而且葡萄糖酸钠主要生产工艺中的淀粉制备及葡萄糖结晶、离心分离、烘干等环节，生产能耗高、用水量大，环境污染治理成本高，也大大增加了缓凝剂的生产成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种原料来源广泛，可再生，成本低，生产能耗低，长期强度发展稳定，粘结强度高，耐水抗渗性优良，环保效能显著的粉煤灰在建筑砂浆中的应用。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其原料物以kg/m³计，包括如下重量比的组分。

水泥 200～400。

稠化粉 20～50。

粉煤灰 100～130。

砂 1200～1500。

缓凝剂 2～8。

水 250～280。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

（1）将秸秆粉与酸投入水解锅中进行第一段第一次水解；用液碱对水解液进行中和。

（2）进行减压浓缩。

（3）加入氧化剂进行第一段氧化。

（4）将氧化后的母液浓缩，结晶或干燥即得目的产物。

作为一种优选方案，本发明所述步骤（1）中，将新的秸秆粉再加入第一段水解滤液中，循环进行第一段第二次水解。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤（3）中，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵及氢溴酸中的一种或两种以上的混合物。

进一步地，本发明所述步骤（3）中，在完成第一段氧化后接续进行第二段氧化。

更进一步地，本发明在完成第二段氧化后接续进行第三段氧化。

另外，本发明第二段氧化所采用的氧化剂为过碳酸钠或过硼酸钠。

其次，本发明第三段氧化所采用的氧化剂为钯炭催化剂或钯铋炭催化剂。

再次，本发明所述步骤（1）中，第一段水解中的秸秆粉与酸的水溶液固液比为1:2～5.5；水解温度为120～200℃；水解压力为0.2～1.6MPa。

本发明第二段水解中的第一段水解剩余物与酸的水溶液固液比1:2～5.5。

本发明所述步骤（3）中，以折固后糖的重量计，第一段氧化中氧化剂的添加量为3～5%；空气压力为0.13～0.14MPa。

本发明原料来源广泛，可再生，成本低，生产能耗低，长期强度发展稳定，粘结强度高，耐水抗渗性优良，环保效能显著，其各项耐久性均优于传统砂浆。

本发明利用以玉米秸秆为原料制混凝土缓凝剂技术，此项技术代替了用玉米淀粉制造葡萄糖酸钠在混凝土缓凝剂中的应用。

本发明利用高温水解技术将秸秆中的半纤维素和纤维素分解为五元糖和六元糖，利用循环水解方法提高水解液中的糖浓度，同时回收热量和浓缩糖液。糖液氧化制备葡萄糖酸钠及糖液的混合物，浓缩干燥即为成品。规模化稳定生产混凝土保坍剂（水剂、粉剂），副产的木质素还可用于生产改性木质素磺酸盐系高效减水剂，残渣作为燃料使用，实现对玉米秸秆资源的最大化利用。

该项技术与传统保坍剂生产工艺相比，具有如下特点。

Figure 2013100034200100002DEST_PATH_IMAGE002

原料来源广泛、可再生，利用废弃物资源用利于环保。

Figure 2013100034200100002DEST_PATH_IMAGE004

原料成本低，该产品的成本仅仅是葡萄糖酸钠成本的65～70%，是葡萄糖酸钠售价的50%。

Figure 2013100034200100002DEST_PATH_IMAGE006

该工艺过程没有废气、废水、废渣的排放，废水全部循环利用，同时热能得到回收利用，降低了生产能耗指标。制缓凝剂过程中的剩余物木质素经收集处理后绝大部分可用于生产改性木质素磺酸钠减水剂产品，少量木质素经干燥后作为锅炉用燃料处理回收热量。缓凝剂生产过程中产生的副产品得到最大化利用，符合循环经济模式。

Figure 2013100034200100002DEST_PATH_IMAGE008

氧化工艺采用氧化剂、贵金属催化剂复合式催化的空气氧化法，大大降低了贵金属催化剂的使用成本，进一步降低了生产成本。

Figure 2013100034200100002DEST_PATH_IMAGE010

此缓凝剂产品中的主要成分葡萄糖酸钠，同时还含有五元糖的羧酸钠盐，五元糖不用分离而直接氧化得到的产品性能指标优于纯的葡萄糖酸钠产品，且减少了成本支出，多元组分具有协同增效的作用。

（6）生产1吨缓凝剂需秸秆2.5吨。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明缓凝剂制备的工艺流程框图。

具体实施方式

如图1所示，粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其原料物以kg/m³计，包括如下重量比的组分。

水泥 200～400。

稠化粉 20～50。

粉煤灰 100～130。

砂 1200～1500。

缓凝剂 2～8。

水 250～280。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

（2）进行减压浓缩。

（3）加入氧化剂进行第一段氧化。

（4）将氧化后的母液浓缩，结晶或干燥即得目的产物。

本发明所述步骤（1）中，将新的秸秆粉再加入第一段水解滤液中，循环进行第一段第二次水解。

本发明所述步骤（3）中，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵及氢溴酸中的一种或两种以上的混合物。

本发明所述步骤（3）中，在完成第一段氧化后接续进行第二段氧化。

本发明在完成第二段氧化后接续进行第三段氧化。

本发明第二段氧化所采用的氧化剂为过碳酸钠或过硼酸钠。

本发明第三段氧化所采用的氧化剂为钯炭催化剂或钯铋炭催化剂。

本发明所述步骤（1）中，第一段水解中的秸秆粉与酸的水溶液固液比为1:2～5.5；水解温度为120～200℃；水解压力为0.2～1.6MPa。

（1）水解工艺参数。

第一段水解。

——秸秆与酸的水溶液固液比为1:2～5.5。

——酸浓度0.1～2%最好。

——水解温度是120～200度（压力为0.2～1.6MPa）。

——水解时间在40～70分钟最好。

——水解液循环使用次数，水解液循环使用2～5次，可使水解液糖含量达到18～20%。

第二段水解。

——第一段水解剩余物与酸的水溶液固液比1:2～5.5。

——酸浓度0.8～1%最好。

——水解温度是160～200度（水解压力为0.7～1.6MPa）。

——水解时间在60～80分钟最好。

确定工艺参数考核指标为水解液糖的浓度、相对于秸秆干重的提取率。

——用液碱将糖液中和到中性。

（2）浓缩工艺参数。

——蒸馏温度在75～80度。

——真空度控制在0.05～0.06MPa为宜。

——浓缩后糖液的浓度控制在30～35%。

（3）氧化工艺参数。

第一段氧化。

——混合糖液的浓度28—30%最好。

——化学氧化剂的种类有双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵、氢溴酸等，选其中一种或两种复合使用。

——化学氧化剂的添加量以折固后糖的重量计算为3～5%。

——反应温度为40～50度。

——反应体系PH值为3～4。

——反应时间为1.5～2小时。

——通入空气的压力为0.13～0.14MPa。

第二段氧化。

——化学氧化剂效果及成本综合最有优势的有：过碳酸钠、过硼酸钠。

——化学氧化剂的添加量以折固后糖的重量计算为3～4%。

——反应温度为55～60度。

——反应体系PH值为7～8。

——反应时间为1～1.5小时。

——通入空气的压力为0.13～0.14MPa。

第三段氧化。

——贵金属催化剂的种类为钯炭催化剂与钯铋炭催化剂。

——贵金属催化剂的添加量为糖干基量的0.2～0.3%。

——反应温度为55～60度。

——反应体系PH值为8～8.5。

——反应时间为1～2.5小时。

——通入空气的质量，此步通入的空气必须净化，否则效果大大变差。

——通入空气的压力为0.14～0.15MPa。

取样测定残糖量合格时停止反应，最佳氧化转化率可达95%以上，完全可以满足混凝土缓凝剂的性能要求。

（4）浓缩、结晶、烘干。

将氧化后的母液浓缩到50%含量，冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

实施例１。

水泥 200。

稠化粉 20。

粉煤灰 100。

砂 1200。

缓凝剂 2。

水 250。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

粉碎后的秸秆与1.6%浓度的硫酸按质量比1:5投入水解锅中，用蒸汽加热到150度，保温水解45分钟，过滤，滤液再加入新的秸秆粉循环第二次水解，滤渣加入其5倍质量的1.6%的硫酸溶液，在170度的温度下水解70分钟，过滤，滤液再用新的一次水解渣子循环水解得较高浓的糖液。将一段二次水解液与二段二次水解液混合，用液碱中和到中性，然后在80度温度下，减压至0.05—0.06MPa，将糖液浓缩到30%。加入折固糖量4%的双氧水，在50度的温度下通空气反应1.5h，加入折固糖量3%的过碳酸钠，继续通空气，在60度反应1h，滴加液碱保持PH值为7～8，加入糖干基量的0.3%的钯炭催化剂，通入净化的空气，在60度反应1.5h，反应过程中滴加液碱保持PH值为8～8.5，反应结束后趁热过滤，回收钯炭催化剂，将氧化后的母液浓缩到50%含量，然后冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

本发明稠化粉可以通过申请号为200610029357.8，名称为“一种稠化粉”的中国专利申请获得。

实施例2。

水泥 400。

稠化粉 50。

粉煤灰 130。

砂 1500。

缓凝剂 8。

水 280。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

粉碎后的秸秆与0.2%浓度的硫酸按质量比1:5投入水解锅中，用蒸汽加热到145度，保温水解50分钟，过滤，滤液再加入新的秸秆粉循环第二次水解，滤渣加入其5倍质量的0.2%的硫酸溶液，在175度的温度下水解60分钟，过滤，滤液再用新的一次水解渣子循环水解得较高浓的糖液。将一段二次水解液与二段二次水解液混合，用液碱中和到中性，然后在80度温度下，减压至0.05—0.06MPa，将糖液浓缩到30%。加入折固糖量5%的双氧水，在50度的温度下通空气反应1.5h，加入折固糖量3%的过碳酸钠，继续通空气，在60度反应1h，滴加液碱保持PH值为7～8，加入糖干基量的0.25%的钯炭催化剂，通入净化的空气，在60度反应1.5h，反应过程中滴加液碱保持PH值为8～8.5，反应结束后趁热过滤，回收钯炭催化剂，将氧化后的母液浓缩到50%含量，然后冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

实施例3。

水泥 250。

稠化粉 30。

粉煤灰 110。

砂 1300。

缓凝剂 6。

水 260。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

粉碎后的秸秆与0.4%浓度的硫酸按质量比1:4.5投入水解锅中，用蒸汽加热到150度，保温水解45分钟，过滤，滤液再加入新的秸秆粉循环第二次水解，滤渣加入其5倍质量的0.4%的硫酸溶液，在175度的温度下水解70分钟，过滤，滤液再用新的一次水解渣子循环水解得较高浓的糖液。将一段二次水解液与二段二次水解液混合，用液碱中和到中性，然后在80度温度下，减压至0.05—0.06MPa，将糖液浓缩到30%。加入折固糖量4%的双氧水，在50度的温度下通空气反应1.5h，加入折固糖量3%的过硼酸钠，继续通空气，在60度反应1h，滴加液碱保持PH值为7～8，加入糖干基量的0.2%的钯炭催化剂，通入净化的空气，在60度反应1.5h，反应过程中滴加液碱保持PH值为8～8.5，反应结束后趁热过滤，回收钯炭催化剂，将氧化后的母液浓缩到50%含量，然后冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

实施例4。

水泥 310。

稠化粉 42。

粉煤灰 113。

砂 1350。

缓凝剂 5。

水 268。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

粉碎后的秸秆与1.95%浓度的硫酸按质量比1:5投入水解锅中，用蒸汽加热到150度，保温水解40分钟，过滤，滤液再加入新的秸秆粉循环第二次水解，滤渣加入其5倍质量的1.8%的硫酸溶液，在180度的温度下水解50分钟，过滤，滤液再用新的一次水解渣子循环水解得较高浓的糖液。将一段二次水解液与二段二次水解液混合，用液碱中和到中性，然后在80度温度下，减压至0.05—0.06MPa，将糖液浓缩到30%。加入折固糖量4.5%的双氧水，在55度的温度下通空气反应1.5h，加入折固糖量4%的过碳酸钠，继续通空气，在60度反应1h，滴加液碱保持PH值为7～8，加入糖干基量的0.25%的钯炭催化剂，通入净化的空气，在60度反应2h，反应过程中滴加液碱保持PH值为8～8.5，反应结束后趁热过滤，回收钯炭催化剂，将氧化后的母液浓缩到50%含量，然后冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

实施例5。

水泥 310。

稠化粉 42。

粉煤灰 113。

砂 1350。

缓凝剂 5。

水 268。

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行。

粉碎后的秸秆与0.2%浓度的硫酸按质量比1:4.5投入水解锅中，用蒸汽加热到150度，保温水解50分钟，过滤，滤液再加入新的秸秆粉循环第二次水解，滤渣加入其5倍质量的0.3%的硫酸溶液，在175度的温度下水解65分钟，过滤，滤液再用新的一次水解渣子循环水解得较高浓的糖液。将一段二次水解液与二段二次水解液混合，用液碱中和到中性，然后在80度温度下，减压至0.05—0.06MPa，将糖液浓缩到30%。加入折固糖量3.5%的双氧水，在50度的温度下通空气反应2h，加入折固糖量4%的过碳酸钠，继续通空气，在55度反应1h，滴加液碱保持PH值为7～8，加入糖干基量的0.3%的钯炭催化剂，通入净化的空气，在60度反应1h，反应过程中滴加液碱保持PH值为8～8.5，反应结束后趁热过滤，回收钯炭催化剂，将氧化后的母液浓缩到50%含量，然后冷却结晶或喷雾干燥得到粉剂混凝土用缓凝剂产品。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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

1.粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于，原料物以kg/m³计，包括如下重量比的组分：

水泥 200～400；

稠化粉 20～50；

粉煤灰 100～130；

砂 1200～1500；

缓凝剂 2～8；

水 250～280；

所述缓凝剂制备方法，按如下步骤依次进行：

（1）将秸秆粉与酸投入水解锅中进行第一段第一次水解；用液碱对水解液进行中和；

（2）进行减压浓缩；

（3）加入氧化剂进行第一段氧化；

（4）将氧化后的母液浓缩，结晶或干燥即得目的产物。

2.根据权利要求1所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中，将新的秸秆粉再加入第一段水解滤液中，循环进行第一段第二次水解。

3.根据权利要求2所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：所述步骤（3）中，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、过硫酸铵及氢溴酸中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：所述步骤（3）中，在完成第一段氧化后接续进行第二段氧化。

5.根据权利要求4所述的粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：在完成第二段氧化后接续进行第三段氧化。

6.根据权利要求4所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：第二段氧化所采用的氧化剂为过碳酸钠或过硼酸钠。

7.根据权利要求5所述的粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：第三段氧化所采用的氧化剂为钯炭催化剂或钯铋炭催化剂。

8.根据权利要求6或7所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中，第一段水解中的秸秆粉与酸的水溶液固液比为1:2～5.5；水解温度为120～200℃；水解压力为0.2～1.6MPa。

9.根据权利要求8所述粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：第二段水解中的第一段水解剩余物与酸的水溶液固液比1:2～5.5。

10.根据权利要求9所述的粉煤灰在建筑砂浆中的应用，其特征在于：所述步骤（3）中，以折固后糖的重量计，第一段氧化中氧化剂的添加量为3～5%；空气压力为0.13～0.14MPa。