CN106116200B - 镍渣混凝土膨胀剂、制备工艺及混凝土 - Google Patents
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Abstract
一种镍渣混凝土膨胀剂，涉及混凝土外加剂技术领域，该膨胀剂的原料以重量百分比计包括30％‑70％的镍渣，15％‑40％的脱硫石膏以及15％‑30％的高铝粉煤灰，实现对镍渣的有效回收利用，产品附加值高；所得的镍渣混凝土膨胀剂具有较高的自由膨胀率，且膨胀效果持续、稳定，可以有效补偿混凝土各个龄期所产生的收缩。本发明还提供一种镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，制备方法简单，本发明还提供一种混凝土，以镍渣混凝土膨胀剂为原料，膨胀剂的膨胀率与混凝土强度发展一致，硬化后的混凝土质量好，抗压性能、抗折性能优异，具有良好的经济效益和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土外加剂技术领域，且特别涉及一种镍渣混凝土膨胀剂、制备工艺及混凝土。
背景技术
混凝土在凝结初期或硬化过程中，由于水泥自身水化或失水等问题，使得混凝土结构出现干缩、冷缩和自身体积收缩的现象。当收缩值大于混凝土的极限拉伸值时，就会破坏混凝土的结构，造成开裂。混凝土膨胀剂作为一种新型混凝土外加剂，它可以与水泥、水反应产生体积变大的结晶，使混凝土体积膨胀，产生一定预应力，有助于控制混凝土的收缩开裂，保护混凝土结构。目前，混凝土膨胀剂的种类多样，申请号为201510107822.4的发明专利申请公开了一种采用镁渣等原料制成的混凝土用膨胀剂，可以解决现有膨胀剂不适于补偿大体积水工混凝土收缩的问题；申请号为201310720154.3的发明专利申请公开了一种采用氟石膏粉、粉煤灰等原料制成的环保型混凝土抗裂膨胀剂，抗裂补漏效果好；申请号为201510198236.5的发明专利申请公开了一种采用含铝工业废渣为原料制成的混凝土高效膨胀剂，活性Al2O3溶出量较多，膨胀效能较高。虽然目前的混凝土膨胀剂已经得到了广泛应用，但现在市场上的混凝土膨胀剂存在膨胀率不高，膨胀率与混凝土强度发展不协调，膨胀效果的持续稳定性较差等问题。
另外，镍渣是在生产有色金属镍过程中排放的工业固体废渣，其中含有活性MgO，活性Al2O3，活性CaO。目前，我国每年的镍渣排放量超过200万吨，对其处理的办法主要为露天堆存，不仅占用大量的土地资源，同时给当地带来一系列环境问题，对镍渣的综合处理利用，变废为宝是符合可持续发展要求的选择，现在对镍渣的利用主要集中在水泥混凝土和玻璃方面，例如：申请号为201310557303.9的发明专利公开了一种富铁镍渣微晶玻璃及制备方法，申请号为201310023003.2的发明专利公开了一种镍渣混凝土，申请号为201310023003.2的发明专利公开了一种混凝土储热材料等，这些方法均可以对镍渣进行有效的回收利用，但制得的产品附加值低。因此，需要开发附加值高的新产品，为镍渣的利用开辟新途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍渣混凝土膨胀剂，以镍渣为主要原料，实现对镍渣的有效回收利用，产品附加值高；产品膨胀率高，膨胀效果持续、稳定。
本发明的另一目的在于提供一种镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，制备方法简单，制得的产品膨胀率高，膨胀效果持续、稳定。
本发明的另一目的在于提供一种混凝土，以镍渣混凝土膨胀剂为原料，膨胀剂的膨胀率与混凝土强度发展一致，硬化后的混凝土质量好。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种镍渣混凝土膨胀剂，其由按重量百分比计的以下第一原料制成，第一原料包括：
30％-70％镍渣；15％-40％脱硫石膏；以及15％-30％高铝粉煤灰。
进一步地，在本发明较佳实施例中，第一原料包括：42％-58％镍渣；22％-33％脱硫石膏；以及20％-25％高铝粉煤灰。
进一步地，在本发明较佳实施例中，镍渣按重量百分比计包括30％-40％的MgO，5％-8％的Al2O3。
进一步地，在本发明较佳实施例中，第一原料还包括纳米碳酸钙和生石膏，纳米碳酸钙与镍渣的重量比为0.1-0.2：1，纳米碳酸钙和生石膏的重量比为1:2-4。
进一步地，在本发明较佳实施例中，第一原料还包括苯酚和乙醇，苯酚与镍渣的重量比为0.06-0.1:1，苯酚和乙醇的重量比为1：0.5-0.8。
进一步地，在本发明较佳实施例中，第一原料还包括纳米氧化镁和二丙基乙醇，纳米氧化镁与镍渣的重量比为0.1-0.3:1，纳米氧化镁和二丙基乙醇的重量比为1:0.8-1。
一种镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，其包括以下步骤：
按重量百分比计准备第一原料：30％-70％的镍渣，15％-40％的脱硫石膏，15％-30％的高铝粉煤灰；
将镍渣破碎，粗磨1-2h，将脱硫石膏在700-800℃下煅烧2-3h；
将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨20-30min，均化，过80-100μm方孔筛，即得。
进一步地，在本发明较佳实施例中，用球磨机对镍渣进行粗磨。
一种混凝土，其由按重量份数计的以下第二原料混合制得，第二原料包括：
50-60份镍渣混凝土膨胀剂；600-640份水泥；1300-1400份石英砂；以及260-280份水。
进一步地，在本发明较佳实施例中，第二原料包括：
53-57份镍渣混凝土膨胀剂；610-630份水泥；1325-1375份石英砂；以及265-275份水。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例的镍渣混凝土膨胀剂的原料以重量百分比计包括30％-70％的镍渣，15％-40％的脱硫石膏以及15％-30％的高铝粉煤灰，所用的镍渣、脱硫石膏、粉煤灰均来源于工业固体废弃物，来源丰富，成本低廉，实现对镍渣的有效回收利用，产品附加值高；所得的镍渣混凝土膨胀剂具有较高的自由膨胀率，且膨胀效果持续、稳定，可以有效补偿混凝土各个龄期所产生的收缩。本发明实施例的混凝土以镍渣混凝土膨胀剂为原料，膨胀剂的膨胀率与混凝土强度发展一致，硬化后的混凝土质量好，抗压性能、抗折性能优异，具有良好的经济效益和环保效益。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的镍渣混凝土膨胀剂、制备工艺及混凝土进行具体说明。
本发明提供一种镍渣混凝土膨胀剂，其由按重量百分比计的以下第一原料制成，第一原料包括：30％-70％的镍渣；15％-40％的脱硫石膏；以及15％-30％的高铝粉煤灰。优选的，第一原料包括：42％-58％的镍渣；22％-33％的脱硫石膏；以及20％-25％的高铝粉煤灰。进一步优选的，第一原料包括：50％的镍渣；27％的脱硫石膏；以及23％的高铝粉煤灰。
其中，镍渣为冶炼镍过程中所形成的以SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3为主要成分的固体废渣，镍渣按重量百分比计包括30％-40％的MgO，5％-8％的Al2O3，镍渣中的活性MgO水化需水量少，并且具有延迟膨胀的性能，可补偿长龄期时混凝土产生的体积收缩。
脱硫石膏为FGD过程中形成的以CaO、SO3为主要成分的工业废渣。
高铝粉煤灰一般是指A12O3+SiO2+Fe2O3≥80％的粉煤灰，高铝粉煤灰成分中含37％-48％A1203，35％-52％SiO2，Fe、Ti、Ca、Mg等的氧化物总含量为8％-12％，还含有微量的稀散及稀土金属。其特点是A12O3含量高，一般大于38％，高者甚至超过50％，相当于国外三水铝石矿的A12O3含量。中国的高铝粉煤灰石中含有大量高岭土、正长石、铝土矿等矿物，作为发电厂所用的原煤经细磨在电厂煤粉锅炉中粉末化燃烧后即成为高铝粉煤灰。高铝粉煤灰具有火山灰活性，在水泥水化产生的羟钙石的激发作用下，活性的Al2O3与石膏中的CaSO4发生反应，形成钙矾石，提供早期膨胀，填充混凝土的孔隙，切断毛细孔缝，可以有效减少、补偿混凝土的收缩，提高混凝土结构的稳定性。
在上述方案的基础上，第一原料优选还包括纳米碳酸钙和生石膏，纳米碳酸钙与镍渣的重量比为0.1-0.2：1，纳米碳酸钙和生石膏的重量比为1:2-4。纳米碳酸钙可以提高混凝土的早期强度和抗渗性，而且能够与生石膏中的硫在混凝土中形成硫酸钙，其体积膨胀能够有效填补混凝土硬化过程中自身体积收缩，以及水化热引起的冷缩毛细空隙，提高混凝土的致密度。
或者，第一原料优选还包括苯酚和乙醇，苯酚与镍渣的重量比为0.06-0.1:1，苯酚和乙醇的重量比为1：0.5-0.8。乙醇能够使苯酚充分溶解，以便苯酚充分发挥对混凝土的均匀分散作用。
或者，第一原料优选还包括纳米氧化镁和二丙基乙醇，纳米氧化镁与镍渣的重量比为0.1-0.3:1，纳米氧化镁和二丙基乙醇的重量比为1:0.8-1。纳米氧化镁能提高混凝土的强度，同时产生延迟性微膨胀，能够补偿混凝土在降温过程中产生的收缩变形，而且在二丙基乙醇的辅助作用下，可以降低孔隙水的表面张力，减少毛细孔失水时产生的收缩应力，增大混凝土中孔隙水的黏度，改善混凝土的收缩值。
本发明还提供一种镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，其包括以下步骤：
按重量百分比计准备第一原料：30％-70％的镍渣，15％-40％的脱硫石膏，15％-30％的高铝粉煤灰；
将镍渣破碎，粗磨1-2h，本实施例用球磨机对镍渣进行粗磨，将脱硫石膏在700-800℃下煅烧2-3h；
将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨20-30min，均化，过80-100μm方孔筛，即得。
本发明还提供一种混凝土，其由按重量份数计的以下第二原料混合制得，第二原料包括：50-60份镍渣混凝土膨胀剂；600-640份水泥；1300-1400份石英砂；以及260-280份水。优选的，第二原料包括：53-57份镍渣混凝土膨胀剂；610-630份水泥；1325-1375份石英砂；以及265-275份水。进一步优选的，第二原料包括：54份镍渣混凝土膨胀剂；621份水泥；1350份石英砂；以及270份水。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备3kg镍渣，4kg脱硫石膏，3kg高铝粉煤灰；将镍渣破碎，用球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧2h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨20min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.5kg镍渣混凝土膨胀剂；6kg水泥；13kg石英砂；以及2.6kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例2
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备7kg镍渣，1.5kg脱硫石膏，1.5kg高铝粉煤灰；将镍渣破碎，用球磨机粗磨2h，将脱硫石膏在800℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨30min，均化，过100μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.6kg镍渣混凝土膨胀剂；6.4kg水泥；14kg石英砂；以及2.8kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例3
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备4.2kg镍渣；3.3kg脱硫石膏；以及2.5kg高铝粉煤灰；将镍渣破碎，用球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧2h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨20min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.53kg镍渣混凝土膨胀剂；6.1kg份水泥；13.25kg石英砂；以及2.65kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例4
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备5.8kg镍渣；2.2kg脱硫石膏；以及2kg高铝粉煤灰；将镍渣破碎，用球磨机粗磨2h，将脱硫石膏在800℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨30min，均化，过100μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.57kg镍渣混凝土膨胀剂；6.3kg水泥；13.75kg石英砂；以及2.75kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例5
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备5kg镍渣；2.7kg脱硫石膏；以及2.2kg高铝粉煤灰；将镍渣破碎，用球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰混合粉磨30min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.54kg镍渣混凝土膨胀剂；6.21kg水泥；13.5kg石英砂；以及2.7kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例6
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备5kg镍渣；2.7kg脱硫石膏；2.2kg高铝粉煤灰；0.5kg纳米碳酸钙；以及1kg生石膏；将镍渣破碎，用球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰、纳米碳酸钙、生石膏混合粉磨30min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.54kg镍渣混凝土膨胀剂；6.21kg水泥；13.5kg石英砂；以及2.7kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例7
本实施例提供一种混凝土，其制备方法与实施例6的制备方法大致相同，不同之处在于：准备1kg纳米碳酸钙；以及4kg生石膏，制得本实施例的混凝土。
实施例8
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备5kg镍渣；2.7kg脱硫石膏；2.2kg高铝粉煤灰；0.3kg苯酚；以及0.15kg乙醇；将镍渣破碎，用球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰、苯酚、乙醇混合粉磨30min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.54kg镍渣混凝土膨胀剂；6.21kg水泥；13.5kg石英砂；以及2.7kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例9
本实施例提供一种混凝土，其制备方法与实施例8的制备方法大致相同，不同之处在于：准备0.5kg苯酚；以及0.4kg乙醇，制得本实施例的混凝土。
实施例10
本实施例提供一种混凝土，按照以下方法制成：
准备5kg镍渣；2.7kg脱硫石膏；2.2kg高铝粉煤灰；0.5kg纳米氧化镁；以及0.4kg二丙基乙醇；将镍渣破碎，用行星式球磨机粗磨1h，将脱硫石膏在700℃下煅烧3h；将粗磨后的镍渣、煅烧后的脱硫石膏、高铝粉煤灰、纳米氧化镁、二丙基乙醇混合粉磨30min，均化，过80μm方孔筛，即得到镍渣混凝土膨胀剂。
将0.54kg镍渣混凝土膨胀剂；6.21kg水泥；13.5kg石英砂；以及2.7kg水混合制得本实施例的混凝土。
实施例11
本实施例提供一种混凝土，其制备方法与实施例10的制备方法大致相同，不同之处在于：准备1.5kg纳米氧化镁；以及1.5kg二丙基乙醇，制得本实施例的混凝土。
对比例
本对比例提供一种混凝土，是将6.75kg水泥；13.5kg石英砂；以及2.7kg水混合制得。
产品性能检测：分别测试实施例1-11中的镍渣混凝土膨胀剂在7d、28d后的自由膨胀率，以及实施例1-11中的混凝土、对比例中的混凝土在7d、28d后的自由膨胀率、抗压强度、抗折强度，结果如下表所示。
表1镍渣混凝土膨胀剂、混凝土的各项性能指标
由上表可得，本发明实施例制得的镍渣混凝土膨胀剂具有较高的自由膨胀率，且膨胀效果的持续稳定性较好。此外，本发明实施例制得的混凝土的抗压性能、抗折性能、耐久性也非常优异。
综上所述，本发明实施例的镍渣混凝土膨胀剂以镍渣为主要原料，实现对镍渣的有效回收利用，产品附加值高；产品膨胀率高，膨胀效果持续、稳定。本发明实施例的混凝土以镍渣混凝土膨胀剂为原料，膨胀剂的膨胀率与混凝土强度发展一致，硬化后的混凝土质量好。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种镍渣混凝土膨胀剂，其特征在于，其由按重量百分比计的以下第一原料制成，所述第一原料包括：
镍渣 30％-70％；
脱硫石膏 15％-40％；以及
高铝粉煤灰 15％-30％，
第一原料还包括纳米氧化镁和二丙基乙醇，所述纳米氧化镁与所述镍渣的重量比为0.1-0.3:1，所述纳米氧化镁和所述二丙基乙醇的重量比为1:0.8-1。
2.根据权利要求1所述的镍渣混凝土膨胀剂，其特征在于，所述第一原料包括：
所述镍渣 42％-58％；
所述脱硫石膏 22％-33％；以及
所述高铝粉煤灰 20％-25％。
3.根据权利要求1所述的镍渣混凝土膨胀剂，其特征在于，所述镍渣按重量百分比计包括30％-40％的MgO，5％-8％的Al2O3。
4.根据权利要求1所述的镍渣混凝土膨胀剂，其特征在于，所述第一原料还包括纳米碳酸钙和生石膏，所述纳米碳酸钙与所述镍渣的重量比为0.1-0.2：1，所述纳米碳酸钙和所述生石膏的重量比为1:2-4。
5.根据权利要求1所述的镍渣混凝土膨胀剂，其特征在于，所述第一原料还包括苯酚和乙醇，所述苯酚与所述镍渣的重量比为0.06-0.1:1，所述苯酚和乙醇的重量比为1：0.5-0.8。
6.一种制造如权利要求1所述的镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
按重量百分比计准备第一原料：30％-70％的镍渣，15％-40％的脱硫石膏，15％-30％的高铝粉煤灰，还包括纳米氧化镁和二丙基乙醇；
将所述镍渣破碎，粗磨1-2h，将所述脱硫石膏在700-800℃下煅烧2-3h；
将粗磨后的所述镍渣、煅烧后的所述脱硫石膏、所述高铝粉煤灰、所述纳米氧化镁和所述二丙基乙醇混合粉磨20-30min，均化，过80-100μm方孔筛，即得。
7.根据权利要求6所述的镍渣混凝土膨胀剂的制备工艺，其特征在于，用球磨机对所述镍渣进行粗磨。
8.一种混凝土，其特征在于，其由按重量份数计的以下第二原料混合制得，所述第二原料包括：
9.根据权利要求8所述的混凝土，其特征在于，所述第二原料包括：
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