CN105198324A - 一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及赤泥的资源有效利用的技术领域，特别是一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法，该混凝土包括如下组分：赤泥、水泥、砂子、碎石、减水剂和水。本发明的技术方案中的赤泥可显著改善混凝土材料整体的易泌水性和易离析性能；同时赤泥具有的内养护作用可提高混凝土的强度和减小混凝土的自收缩性能，采用本发明的技术方案可显著提高赤泥的资源化利用，有利于环境保护，所得的自密实混凝土材料的工作性能可以达到国际标准BS？EN12350，2010，适宜推广应用。

Description

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及赤泥的资源有效利用的技术领域，特别是一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

赤泥是生产氧化铝时形成的副产物，其主要成分为CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃，并含有少量的氧化钠和氧化钾。赤泥的主要形成方法有拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥三种，由于赤泥浆的碱含量较大，其容易对地下资源造成污染，同时赤泥大坝每年的维护费用和场地费用很高，因此解决赤泥的污染问题是本领域技术人员亟待解决的问题。目前赤泥的处理方法主要有以下几种：从赤泥中提取多种金属元素、将赤泥用作塑料填料、利用赤泥作为净水载体、作为水泥原材料生产水泥、生产赤泥砖等。这些利用方法有效的缓解了赤泥对环境造成的污染，具有很高的研究价值。我国赤泥的产生量较大，普通型氧化铝厂，一年赤泥的产生量约在500万吨，因此不断的探索研究赤泥的新的利用途径，且能够大批量消耗赤泥，是目前赤泥利用的主要趋势。

由于拜耳法工艺产生的赤泥其矿物组成没有火山灰活性，因此较难以资源化利用，大多数研究者的研究采用烧结法赤泥而不用拜耳法赤泥，烧结法赤泥的作用机理是：烧结法赤泥+氢氧化钙(水泥水化后形成的一种物质)+水→火山灰胶凝材料。专利《高韧性检查井混凝土及其制备方法》中的技术方案是采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、煅烧赤泥、矿渣粉、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯、苯丙乳液、秸秆灰、改性橡胶粉、石灰岩碎石、河砂、水、萘系高效减水剂为组分制备混凝土，其中的赤泥为煅烧赤泥，具体是以烧结法工艺生产的赤泥，由于烧结法赤泥矿物组成具有较高的火山灰活性，因此其添加到混凝土中可以少量填料的模式来减少生产成本并且在一定范围内提高混凝土强度。专利《一种寒冷地区抗冻混凝土》中的技术方案是采用聚乳酸纤维、普通硅酸盐水泥、石灰岩碎石、粉煤灰、新型减水剂、赤泥、河砂、黑沙、炉尘、丙酸钙、二水石膏粉、二硬脂酸乙二酯、碱式硫酸镁晶须、水、羧甲基纤维素钠、矿粉和引气剂为组分制备混凝土，其中的赤泥用量很少，与水泥的质量比约为1:5，没有明确表明其是采用烧结法工艺还是拜耳法工艺制得的赤泥产物，其具体起到的作用在文中也未提及。现有技术中，以拜耳法工艺的赤泥副产物为原料进行资源化利用的文献还较少，因此，开发一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法是本领域技术人员要研究的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对背景技术中提到的赤泥对环境造成的严重污染及其限制氧化铝厂发展的问题，提供一种将赤泥作为自密实混凝土的细粉掺合料，即一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土及其制备方法的技术方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，按照质量份数比，该混凝土包括以下组分：

所述的赤泥是拜耳法工艺生产氧化铝所得的副产物，属于沸石类赤泥，主要成分为CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃，其矿物组成主要是水钙沸石、古柱沸石和柱沸石三种沸石组成，无火山灰活性。该赤泥与烧结法和联发法工艺生产的赤泥的本质区别是在矿物组成方面完全不同。

进一步，本发明的上述配方中还可以加入质量份数为3-15的粉煤灰等其它矿物填料，还可以加入质量份数为0-4的羟丙基甲基纤维素HPMC等助剂；所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或几种的复合物，水泥的主要成分为CaO和SiO₂，其在配方中所起的作用主要是发生水化反应，生成胶凝材料。

进一步，所述砂子为粗砂或中砂，具体为机制砂、天然河砂、海砂或山砂中的一种或几种的复合物，其级配符合相应粗砂或中砂的级配。

进一步，所述碎石为粒径大于5mm的人工破碎石子，其级配符合国家标准规定的级配。

进一步，所述减水剂又名塑化剂或超塑化剂，是砂浆或混凝土中所用的外加剂，其主要为羧酸类减水剂或萘系减水剂；所述水为自来水。

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)赤泥预处理

将赤泥在室温下晾干或者在温度为105℃的烘箱中烘干至恒重，将烘干后的赤泥破碎，用0.045mm的筛子过筛，得预处理好的赤泥粉；

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥5-30，水泥10-30，砂子50-70，碎石60-95，减水剂0.05-0.1,水15-25，将赤泥、水泥、砂子、碎石加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌1-5min；上述配方中还可以加入质量份数为3-15的粉煤灰等其它矿物填料，还可以加入质量份数为0-4的羟丙基甲基纤维素HPMC等助剂；

(3)加水及减水剂搅拌

在上述搅拌干料中加入水和减水剂，在转速为60r/min机械搅拌5-10min。

(4)浇注产品和养护

将上述搅拌好的新鲜混凝土进入模具进行浇注，浇注完毕后用塑料薄膜覆盖养护24h，将脱模后的产品在温度为20±5℃的养护室或在水中养护28天后即可使用。

本发明的技术方案中所用拜耳法赤泥量较多，水泥与赤泥的质量比为2:1-1:1；该种赤泥加入到混凝土中可提高自密实混凝土材料的强度，最重要的是可以降低自密实混凝土的收缩量(烧结法赤泥不能降低混凝土的收缩量)，其主要作用机理就是拜耳法赤泥的内养护作用，如果发挥内养护作用，拜耳法赤泥的用量必须很多，背景技术中提到的专利《一种寒冷地区抗冻混凝土》的技术方案中的赤泥用量较少，因此其采用的不是拜耳法工艺的赤泥，该赤泥在混凝土中几乎起不到任何内养护作用。内养护作用表现如下：拜耳法赤泥本身具有多孔特性，可以吸收和存储大量的水分；在水泥水化过程中，由于消耗掉大量的水与水泥发生反应从而使水泥水化体系内部环境干燥，水泥的水化便不能充分进行；当加入拜耳法赤泥后，由于该赤泥中已存储了大量的水分，就像是水泥水化体系中的“储水池”，当水泥水化过程中出现了干燥环境时，这些“储水池”(含水的赤泥)就会源源不断提供水分，使水泥继续水化。

有益效果：本发明中的赤泥是氧化铝厂拜耳法工艺生产所得的副产物，其主要矿物组成为水钙沸石、古柱沸石和柱沸石，无火山灰活性，由于本发明中所述赤泥为多孔性沸石类材料，所以利用该种赤泥作为自密实混凝土的原材料之一可改善混凝土材料整体的易泌水性和易离析性能；同时赤泥具有一定内养护作用，可以提高混凝土的强度和减小混凝土的自收缩性能，采用本发明的技术方案可显著提高赤泥的资源化利用，有利于环境保护，所得自密实混凝土材料的工作性能可以达到国际标准BSEN12350，2010，其制备方法具有如下优点：

(1)生产成本低

本发明涉及的原材料之一为氧化铝厂生产过程中产生的副产物赤泥，属于废弃物，几乎没有成本且非常易得，因此生产工艺成本较目前采用其他矿物掺合料的自密实混凝土的价格低很多；

(2)节能环保

本发明为拜耳法工艺产生的赤泥的资源化利用提供了一条新的利用途径，具有环保意义；

(3)具有较高的推广价值

本发明的技术方案利用赤泥作为自密实混凝土的矿物掺合料，能很好的改善混凝土的工作性能，同时提高了自密实的强度，改善了收缩性能，具有较高的推广价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于以下实施例。实施例中所用的原料除另有说明外，均为建筑行业通用材料，并可通过商业渠道购得。实施例中所用的赤泥来自于山西省忻州市某氧化铝厂。水泥、砂子、碎石和粉煤灰均购于常州市；减水剂购于日本。羟丙基甲基纤维素(HPMC，型号HT-E,胶凝温度58-64℃，干燥失重≤5％，残渣≤1.0％)产于河北任丘鹏宇化工，购于常州塑化城。

实施例一

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)赤泥预处理

将赤泥在室温下晾干或者在温度为105℃的烘箱中烘干至恒重，将烘干后的赤泥破碎，用0.045mm的筛子过筛，得预处理好的赤泥粉；

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥10，水泥20，砂子60，碎石90，减水剂(Grace,ADVA-109)0.07,水18，将赤泥、水泥、砂子和碎石加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌3min；

(3)加水及减水剂搅拌

在上述搅拌干料中加入水和减水剂，在转速为60r/min机械搅拌5-10min。

(4)浇注产品和养护

将上述搅拌好的新鲜混凝土进入模具进行浇注，浇注完毕后用塑料薄膜覆盖养护24h，将脱模后的产品在温度为20±5℃的养护室或在水中养护28天后即可使用。

实施例二

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥15，水泥20，砂子60，碎石90，粉煤灰3，减水剂(Grace,ADVA-109)0.06,水20，将赤泥、水泥、砂子、碎石和粉煤灰加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌3min；其它步骤同实施例一。

实施例三

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥10，水泥25，砂子60，碎石90，粉煤灰3，羟丙基甲基纤维素HPMC0.05(水泥用量的0.002倍)；减水剂(Grace,ADVA-109)0.05,水22，将赤泥、水泥、砂子、碎石、粉煤灰和纤维素，加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌3min；其它步骤同实施例一。

实施例四

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥15，水泥20，砂子60，碎石90，羟丙基甲基纤维素HPMC0.04(水泥用量的0.002倍)；减水剂(Grace,ADVA-109)0.07,水23，将赤泥、水泥、砂子、碎石和纤维素加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌5min；其它步骤同实施例一。

实施例五

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥15，水泥20，砂子65，碎石85，粉煤灰5，羟丙基甲基纤维素HPMC0.06(水泥用量的0.003倍)，减水剂(Grace,ADVA-109)0.06,水24，将赤泥、水泥、砂子、碎石、纤维素和粉煤灰加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌5min；其它步骤同实施例一。

实施例六

一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥10，水泥25，砂子67，碎石90，粉煤灰2，羟丙基甲基纤维素HPMC0.1(水泥用量的0.004倍)，减水剂(Grace,ADVA-109)0.09,水22，将赤泥、水泥、砂子、碎石、纤维素和粉煤灰加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌5min；其它步骤同实施例一。

对比例一

一种自密实混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)称量混合

按质量份计，准备：水泥30，砂子65，碎石90，粉煤灰10，将称好的原料装入立式搅拌机里，机械搅拌5min，转速为60r/min。

(2)加水及减水剂搅拌

在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水16，减水剂(Grace,ADVA-109)0.5后，机械搅拌7min，转速为60r/min。

(3)浇注产品

将上述搅拌好的新鲜混凝土进行浇注，浇注完毕后有塑料薄膜覆盖养护。

(4)养护

将脱模后的产品在温度为20±5℃的养护室或在水中养护28天后即可使用。

将所有实施例和对比例一所得成品进行测试并进行性能对比，其工作性能均满足国际标准(BSEN12350-2010：Testingfreshconcretepart(8,10,12):Self-compactingconcrete)，其它硬化后性能见表1。

表1实施例和对比例的实测数据对比

本发明技术方案中采用的赤泥为自密实混凝土改善了材料整体的易泌水性和易离析性能，提高了混凝土的强度和减小了混凝土的自收缩性能。

Claims (8)

1.一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：按照质量份数比，该混凝土包括以下组分：

所述的赤泥是拜耳法工艺生产氧化铝所得的副产物。

2.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述上述组分中还包括质量份数为3-15的粉煤灰。

3.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述上述组分中还包括质量份数为0-4的羟丙基甲基纤维素。

4.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或几种的复合物。

5.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述砂子为机制砂、天然河砂、海砂或山砂中的一种或几种的复合物。

6.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述碎石为粒径大于5mm的人工破碎石子。

7.根据权利要求1所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土，其特征是：所述减水剂为羧酸类减水剂或萘系减水剂；水为自来水。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种含拜耳法赤泥的自密实混凝土的制备方法，其特征是：该制备方法包括如下步骤：

(1)赤泥预处理

将赤泥在室温下晾干或者在温度为105℃的烘箱中烘干至恒重，将烘干后的赤泥破碎，用0.045mm的筛子过筛，得预处理好的赤泥粉；

(2)称量混合

按质量份计，准备如下组分：赤泥5-30，水泥10-30，砂子50-70，碎石60-95，减水剂0.05-0.1,水15-25，将赤泥、水泥、砂子和碎石加入立式搅拌机中，在转速为60r/min机械搅拌1-5min；上述配方中还可以加入质量份数为3-15的粉煤灰，还可以加入质量份数为0-4的羟丙基甲基纤维素；

(3)加水及减水剂搅拌

在上述搅拌干料中加入水和减水剂，在转速为60r/min机械搅拌5-10min。

(4)浇注产品和养护

将上述搅拌好的新鲜混凝土进入模具进行浇注，浇注完毕后用塑料薄膜覆盖养护24h，将脱模后的产品在温度为20±5℃的养护室或在水中养护28天后即可使用。