CN106220013A - 一种脱硫灰‑粉煤灰复合矿物掺合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脱硫灰‑粉煤灰复合矿物掺合料及其制备方法，所述掺和料原料含有脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料以及表面改性剂和助磨剂，前三种原料质量比例如下：脱硫灰40‑70份，粉煤灰22‑52份，增强活化材料5‑10份，并且三者质量合计100份，表面改性剂质量和助磨剂分别占前三者总质量的0.2‑0.5％和0.1‑0.2％。本发明采用粉煤灰、脱硫灰这两种废弃物作为原料，成本低廉，减少了环境污染，避免了资源浪费，具有重大的经济效益和环保意义，另外，同时掺合粉煤灰和脱硫灰两种废弃物，降低这两种物质单独用作混凝土掺合料时的负面效应，所得混凝土综合性能良好，符合使用标准。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理与资源化利用技术领域，涉及一种脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料及其制备方法。
背景技术
目前混凝土中使用大量水泥，水泥在生产过程中具有高排放和高能耗问题，生产成本也居高不下。向混凝土中掺加部分工业加工废弃物，如脱硫灰、粉煤灰等取代一部分水泥，不但能有效控制水泥用量，降低生产成本同时实现废物利用，减少这些固体废弃物对环境的污染。近来研究将这些废弃物用作水泥混凝土矿物掺合料的工作已得到开展，研究表明这些掺合料能与水泥水化产物发生缓慢反应，生成具有一定强度的水化产物，同时在后期也能满足强度要求。
目前对于脱硫灰、粉煤灰复合用作水泥混凝土掺合料的研究大多都是单掺脱硫灰、粉煤灰或者同铁矿矿渣复合，对于复掺脱硫灰与粉煤灰的利用潜力也没有充分的认识。脱硫灰由于其疏松多孔的结构导致其需水量很大而且早期活性较高，因此单掺脱硫灰可能会导致试件早期结构不够稳定，而粉煤灰取代水泥虽然性能较好但是早期的活性又不足，因此本发明采用将其复合掺料的方法，可以进行互补，既保证了试件的体积稳定性又能保证活性同时可以促进后期强度的增加。
中国专利CN105439508A以脱硫灰与粉煤灰复合并与生石灰混合后用作公路路面基层材料，此发明提供了利用脱硫灰中的自身含有的碱性成分(还可利用生石灰的碱性激发)、以及脱硫灰的硫酸盐进行自主激发粉煤灰的火山灰活性，水化形成C-S-H、C-S-A-H、AFt及氢氧化钙等水化产物，进而构成路面基层强度的设计理念，但文中并没有对复合掺合料进行改性，而本发明中增强活化材料以及表面改性剂的加入可以得到流动性非常好的初始稠 度也并且有效减少收缩应力和结构破坏，促进水泥混凝土强度和结构稳定性的提高。
本文对于脱硫灰与粉煤灰复掺用作混凝土掺合料的可行性及其在水泥混凝土中的作用机理作了分析和探讨，为脱硫灰、粉煤灰等固体废弃物的综合利用找到了很好的利用途径，对于混凝土产业的可持续发展也具有重大的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料及其制备方法，有效利用废弃物防止污染，将其运用到混凝土中减少了水泥的用量，而且掺和到混凝土中性能良好。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料，其原料含有脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料以及表面改性剂和助磨剂，前三种原料质量比例如下：脱硫灰40-70份，粉煤灰22-52份，增强活化材料5-10份，并且三者质量合计100份，表面改性剂质量和助磨剂分别占前三者总质量的0.2-0.5％和0.1-0.2％；
所述增强活化材料由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6000-6500cm2/g，活性指数为150-170％。
按上述方案，所述脱硫灰为循环流化床脱硫工艺所产生的脱硫灰，其中Al2O3含量不低于20wt％，SiO2含量不低于30wt％，CaO含量不低于8wt％。
按上述方案，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，45μm筛余为19-21％，比表面积为370m2/kg，需水量比不高于110％。
按上述方案，所述表面改性剂按质量百分比计由10％聚羧酸盐减水剂和90％葡萄糖酸钠组成。
按上述方案，所述助磨剂按质量百分比计由30％聚合多元醇、50％三乙醇胺和20％木质素磺酸钙组成。
本发明还提供上述脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料的制备方法，其步骤如下：将原料脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料、表面改性剂、助磨剂按比例混合，然后粉磨至粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，得到的筛下物料后烘干，冷却，混合均匀得到脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料。
本发明还提供基于上述脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料砂浆得到的砂浆。
优选的是，所述砂浆中脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料占水泥质量的25-35％。
本发明在掺合料中加入了增强活化材料，在水和减水剂掺量不变的情况下，加入增强活化材料可以改善新拌高性能混凝土的稠度，得到初始稠度和流动性非常好的混凝土，并减少了收缩应力和结构破坏，促进水泥混凝土强度的提高与结构的稳定。
本发明在脱硫灰、粉煤灰等混合物中加入表面改性剂进行改性处理，增加了脱硫灰和粉煤灰的活性，有利于水泥早期水化产物的生成以保持结构稳定性，同时在粉磨过程中也有利于复合矿物掺合料的粒度的降低，可以有效填充水泥颗粒之间的缝隙，增加混凝土的密实性。
本发明通过将脱硫灰与粉煤灰复掺避免了单掺脱硫灰导致早期活性过高而显著影响试件的安定性和体积稳定性及单掺粉煤灰导致活性不足的问题，同时也保证了后期强度的增加。
本发明的有益效果在于：本发明所述脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料由于掺入增强活化材料(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3)用于混凝土中可形成非常密实的水泥石提高混凝土的强度，并可改善粉煤灰、脱硫灰和水泥石之间的粘结性，还可以作为晶胚有助于形成其他水化产物并减少未水化颗粒裂纹，所得混凝土气孔量保留的很少，具有很好的流动性，同时使水泥混凝土强度得到提高。本发明采用粉煤灰、脱硫灰这两种废弃物作为原料，成本低廉，减少了环境污染，避免了资源浪费，具有重大的经济效益和环保意义，另外，同时掺合粉煤灰和脱硫灰两种废弃物，降低这两种物质单独用作混凝土掺合料时的负面效应，所得混凝土综合性能良好，符合GB/T18736‐2002使用标准。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用脱硫灰为循环流化床脱硫工艺所产生的脱硫灰，其 中Al2O3含量20wt％，SiO2含量32wt％，CaO含量16wt％；
所用粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，45μm筛余为21％，比表面积为370m2/kg，需水量比108％；
所用表面改性剂按质量百分比计由10％南通润丰石油化工有限公司生产的聚羧酸盐减水剂和90％葡萄糖酸钠组成；
所用助磨剂按质量百分比计由30％聚合多元醇、50％三乙醇胺和20％木质素磺酸钙组成。
对比例1
配制砂浆，所用水泥为标号为42.5的普通硅酸盐水泥，所用原料及配比见表1。参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表2。
表1
实施例1
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰40份，粉煤灰52份，增强活化材料8份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表2。
实施例2
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰50份，粉煤灰42份，增强活化材料8份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表2。
实施例3
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰60份，粉煤灰32份，增强活化材料8份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥， 并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表2。
实施例4
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰70份，粉煤灰22份，增强活化材料8份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表2。
表2
对比例2
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰60份，粉煤灰40份，表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性 脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表3。
实施例5
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰57份，粉煤灰38份，增强活化材料5份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表3。
实施例6
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰55.2份，粉煤灰36.8份，增强活化材料8份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表3。
实施例7
制备脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料：按质量百分比称取如下原料：脱硫灰54份，粉煤灰36份，增强活化材料10份(CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6100cm2/g，活性指数为150％)表面改性剂和助磨剂分别占脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料质量之和的0.3％和0.2％。
将上述原料放入球磨机中，粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，将粉磨后的物料于100℃左右烘干，冷却后在V型混料机中混合均匀，得到改性脱硫灰-粉煤灰混凝土复合矿物掺合料。将所得复合矿物掺合料应用水泥砂浆中(具体配比见表1)，采用脱硫灰-粉煤灰复合掺合料取代30％的水泥，并参照与实施例1相同的方法进行砂浆流动性以及抗压强度测试，其所试配的砂浆流动度和抗压强度见表3。
表3
由以上实施例可知本发明提供的掺入30wt％的脱硫灰-粉煤灰复合掺合料替代水泥能够改善水泥砂浆的流动度，并具有一定增强效应。通过调节脱硫灰-粉煤灰复合掺合料中脱硫灰与粉煤灰的掺入量可以使水泥砂浆的具有良好的工作性能，同时在脱硫灰与粉煤灰质量比一定时，随着增强活化材料的增加，流动度与抗压强度均有提升，且3d，7d，21d抗压强度与空白组水泥相差不多，能正常替代部分水泥使用。
Claims (8)
1.一种脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料，其特征在于，原料含有脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料以及表面改性剂和助磨剂，前三种原料质量比例如下：脱硫灰40-70份，粉煤灰22-52份，增强活化材料5-10份，并且三者质量合计100份，表面改性剂质量和助磨剂分别占前三者总质量的0.2-0.5％和0.1-0.2％；
所述增强活化材料由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3按照质量比63：25:7:3:2组成，比表面积为6000-6500cm2/g，活性指数为150-170％。
2.根据权利要求1所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺合料，其特征在于所述脱硫灰为循环流化床脱硫工艺所产生的脱硫灰，其中Al2O3含量不低于20wt％，SiO2含量不低于30wt％，CaO含量不低于8wt％。
3.根据权利要求1所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料，其特征在于所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，45μm筛余为19-21％，比表面积为370m2/kg，需水量比不高于110％。
4.根据权利要求1所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料，其特征在于所述表面改性剂按质量百分比计由10％聚羧酸盐减水剂和90％葡萄糖酸钠组成。
5.根据权利要求1所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料，其特征在于所述助磨剂按质量百分比计由30％聚合多元醇、50％三乙醇胺和20％木质素磺酸钙组成。
6.一种权利要求1-5任一所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料的制备方法，其特征在于步骤如下：将原料脱硫灰、粉煤灰、增强活化材料、表面改性剂、助磨剂按比例混合，然后粉磨至粉磨至45μm方孔筛筛选量小于10％，得到的筛下物料后烘干，冷却，混合均匀得到脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料。
7.一种基于权利要求1-5任一所述的脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料得到的砂浆。
8.根据权利要求7所述的砂浆，其特征在于，所述砂浆中脱硫灰-粉煤灰复合矿物掺和料占水泥质量的25-35％。
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