CN106336171A - 一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法，其中每立方米循环流化床复合灰混凝土由155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉混合制备得到，其中的复合灰由固硫灰与固硫渣混合后粉磨而成；该混凝土制备方法，包按组成配料、投料、搅拌等步骤。本发明利用固硫灰与固硫渣的混合粉磨消除其安定性不良的特点，所需原材料广泛易得，制备方法简便可操作性强，有利于大规模消纳固硫灰渣，减少固硫灰渣对环境的污染。

Description

一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法，适用于利用循环流化床固硫灰渣制备的混凝土。

背景技术

近年来，在我国循环流化床锅炉因其能利用劣质煤或高硫煤而得到大力推广，随之而来的是大量固硫灰渣的排放，目前固硫灰渣的利用率很低，大多直接堆放，带来严重的环境问题，因此有必要寻找一种途径大规模消纳固硫灰渣。

固硫灰是煤在循环流化床上经过900℃左右的温度燃烧后生成的飞灰，固硫渣是燃烧后的炉底渣。固硫灰渣均含有无定形硅铝物质，该物质水化过程生成C-S-H和C-A-H凝胶而具备活性。由于循环流化床燃烧温度较低，难以产生液相而使表面结构致密，固硫灰渣的表面结构疏松多孔，其中固硫渣在循环流化床锅炉中停留相对较长，烧结程度更高，与固硫灰相比其表面结构更致密。由于在固硫过程中，需要加入钙质固硫剂，因此固硫灰渣中的游离氧化钙及三氧化硫含量偏高，固硫渣的游离氧化钙及三氧化硫含量低于固硫灰。

目前国内外对固硫灰渣的应用主要为以下几个方面：(1)、用作水泥混合材，(2)、制备加气混凝土，(3)、制备水泥基材料，(4)、道路填料等，但现有的应用方式固硫灰渣利用率都较低。

目前应用固硫灰渣的技术手段多为固硫灰或固硫渣单独使用，单独使用固硫灰存在需水量比偏高、安定性不良的问题，单独使用固硫渣时，粉磨加工能耗高。固硫灰渣表面结构疏松多孔，对高分子的吸附能力较强，固硫灰渣吸附减水剂使混凝土的初始工作性能及工作性能保持能力较差。

据统计2015年我国混凝土产量约16.5亿方，随着国家新型城镇化建设力度的逐年加大，我国混凝土需求量将持续维持在较高水平，在技术成熟的情况下，每年混凝土可消纳1.65亿吨工业固废。

综上，有必要将固硫灰与固硫渣复合应用于混凝土中，大规模消纳固硫灰渣，减少其对环境的污染。

发明内容

为解决现有对固硫灰渣利用率较低的问题，本发明提出了一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法，大规模利用固硫灰渣生产混凝土，达到大规模消纳固硫灰渣，减少其对环境污染的目的。

本发明的技术方案为：

所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：每立方米混凝土由155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉混合制备得到；所述复合灰由固硫灰与固硫渣混合后粉磨而成。

进一步的优选方案，所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述复合灰由固硫灰与固硫渣按重量比3:7～6:4混合后粉磨而成；复合灰用45μm方孔筛筛余≤25.0％，游离氧化钙含量≤4.0％，三氧化硫含量≤3.0％。

进一步的优选方案，所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述水泥的强度等级≥42.5；所述碎石为5～31.5mm或5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.5％；所述砂的细度模数为2.0～3.0，含泥量≤3.0％。

进一步的优选方案，所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂的组成组分和重量配合比为：6％～15％减水母液、4％～10％保坍母液、0～0.02％引气剂、0～0.03％消泡剂、2％～5％缓凝剂、0.5％～1％粘度改性剂、70％～85％水。

进一步的优选方案，所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂中的减水母液与保坍母液重量比为6:4。

所述一种循环流化床复合灰混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：按照制备每立方米混凝土需155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉的配比要求，称取各组分；

步骤2：将称好的碎石倒入搅拌机中，再倒入除拌合水和聚羧酸减水剂外的其余组分，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；

步骤3：将40％～60％的拌合水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；

步骤4：将称好的聚羧酸减水剂倒入剩余的拌合水中，搅拌得到均匀的混合水剂；

步骤5：边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到循环流化床复合灰混凝土。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明综合利用固硫灰与固硫渣，有效解决了固硫灰需水量比偏高、安定性不良的问题，降低了固硫渣的粉磨能耗；

(2)本发明能有效抑制复合灰对减水剂的吸附和消耗，具有工作性能经时损失小，早期强度发展快，整体强度高的特点；

(3)本发明所用原材料广泛易得，制备方法简便、可操作性强，可在混凝土生产企业推广普及，减小固硫灰渣堆放对环境的污染。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

由于目前固硫灰渣利用率较低，为解决该问题，本发明提出了一种循环流化床复合灰混凝土及其制备方法，大规模利用固硫灰渣生产混凝土，达到大规模消纳固硫灰渣，减少其对环境污染的目的。

其中每立方米循环流化床复合灰混凝土由155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉混合制备得到，其中的复合灰由固硫灰与固硫渣混合后粉磨而成。

上述循环流化床复合灰混凝土中，固硫灰颗粒形貌不规则，多为片状、楔形等，且表面结构疏松多孔；另一方面固硫渣颗粒形貌较规则，多为短柱状，且表面结构更致密。当颗粒越接近球形时，其形态效应越显著，短柱状颗粒形态效优于片状、楔形颗粒，此外疏松多孔结构吸水性很高，因此固硫渣的需水量比小于固硫灰，复合灰中固硫渣重量比越大，其需水量比越小。

另外，在上述循环流化床复合灰混凝土中，固硫灰渣中无定形硅铝物质水化过程会生成C-S-H和C-A-H凝胶，C-A-H与CaSO₄进一步反应生成钙矾石，这是固硫灰渣活性的主要来源，活性的高低由无定形硅铝物质的反应程度决定。在无定形硅铝物质含量接近的情况下，复合灰中三氧化硫和游离氧化钙含量增加，其活性普遍呈先增加后减小的趋势；另外颗粒表面结构疏松，液相较容易进入疏松结构，反应更充分，固硫灰与固硫渣的重量比为3:7～6:4时，复合灰的活性更高。所以优选复合灰由固硫灰与固硫渣按重量比3:7～6:4混合后粉磨而成，复合灰用45μm方孔筛筛余≤25.0％，游离氧化钙含量≤4.0％，三氧化硫含量≤3.0％。具体采用的固硫灰为循环流化床原状灰，45μm方孔筛筛余≤15.0％，游离氧化钙含量＜5.0％，三氧化硫含量＜3.5％；固硫渣为循环流化床炉底渣，游离氧化钙含量＜3.0％，三氧化硫含量＜1.0％。

同时，在上述循环流化床复合灰混凝土中，复合灰颗粒会吸附减水剂，其水化反应产物会包裹减水剂或与减水剂反应，从而影响混凝土中减水剂的浓度。为此，优选聚羧酸减水剂的组成组分和重量配合比为6％～15％减水母液、4％～10％保坍母液、0～0.02％引气剂、0～0.03％消泡剂、2％～5％缓凝剂、0.5％～1％粘度改性剂、70％～85％水。进一步的优选聚羧酸减水剂中的减水母液与保坍母液重量比为6:4。试验表明，优选的聚羧酸减水剂能有效抑制复合灰对减水剂的吸附和消耗，维持混凝土中减水剂的浓度，保证混凝土的初始工作性能，降低工作性能经时损失。

上述循环流化床复合灰混凝土中的其余组分，优选水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级≥42.5；优选拌合水为地表水，符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006要求；优选碎石为5～31.5mm或5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.5％；优选砂为河砂，细度模数为2.0～3.0，含泥量≤3.0％；优选粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；优选矿粉为S95级矿粉。

利用上述各组分，制备循环流化床复合灰混凝土的步骤为：

步骤1：按照制备每立方米混凝土需155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉的配比要求，称取各组分；

步骤2：将称好的碎石倒入搅拌机中，再倒入除拌合水和聚羧酸减水剂外的其余组分，搅拌30～40s得到混合均匀的混合料；

步骤3：将40％～60％的拌合水倒入搅拌机，搅拌50～60s使混合料充分预湿；

步骤4：将称好的聚羧酸减水剂倒入剩余的拌合水中，搅拌得到均匀的混合水剂；

步骤5：边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌120～180s后得到循环流化床复合灰混凝土。将得到的循环流化床复合灰混凝土按照普通预拌混凝土的养护方式进行养护。

上述循环流化床复合灰混凝土制备过程中，固硫灰与固硫渣混合后粉磨，降低粉磨能耗，同时提高复合灰的均匀性；而先加一部分拌合水预湿混合料，能够使复合灰的处于饱和状态，减小其对聚羧酸减水剂的吸附。

下面详细描述本发明的实施例，描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中循环流化床复合灰混凝土的生产设备与养护环境，均与普通预拌混凝土相同。

实施例1～5：

实施例1～5中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂。

复合灰由固硫灰与固硫渣按5:5重量比粉磨(采用球磨机、振动磨、气流磨等现有技术中的设备)而成，45μm方孔筛筛余14.2％，游离氧化钙含量3.2％，三氧化硫含量2.5％。

水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。

碎石为5～31.5mm连续级配碎石，含泥量为1.5％。

砂为河砂，细度模数为2.2，含泥量2.0％。

聚羧酸减水剂组成组分和重量配合比为12％减水母液、8％保坍母液、0.01％引气剂、0.02％消泡剂、3％缓凝剂、0.5％粘度改性剂、76.47％水，减水率23％。

拌合水为地表水，符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006要求。

实施例1～5中制备一立方米循环流化床复合灰混凝土的原料重量(Kg)如表1所示。

表1：

编号	水泥	复合灰	碎石	砂	水	聚羧酸减水剂
							实施例1	189	81	944	980	176	2.70
实施例2	217	93	1140	790	155	3.41
							实施例3	266	114	1095	754	156	4.56
实施例4	322	138	1074	700	166	6.90
							实施例5	371	159	960	727	159	8.48

将实施例1～5中水泥、复合灰分别按照表1所示的重量比混合均匀，参照《水泥化学分析方法》(GB/T 176-2008)进行三氧化硫含量检测，结果如表3所示。

将实施例1～5中水泥、复合灰分别按照表1所示的重量比混合均匀，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)进行安定性检测，结果如表3所示。

为了对比体现本发明效果，相比于实施例1～5，将其中的复合灰采用Ⅱ级粉煤灰替换，得到以下对照例1～5：

对照例1～5中的原料组分为拌合水、水泥、Ⅱ级粉煤灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂。拌合水、水泥、碎石、砂、聚羧酸减水剂与实施例1～5一致。

对照例1～5中制备一立方米混凝土的原料重量(Kg)如表2所示。

表2：

将对照例1～5中水泥、Ⅱ级粉煤灰分别按照表2所示的重量比混合均匀，参照《水泥化学分析方法》(GB/T 176-2008)进行三氧化硫含量检测，结果如表3所示。

将对照例1～5中水泥、Ⅱ级粉煤灰分别按照表2所示的重量比混合均匀，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)进行安定性检测，结果如表3所示。

表3：

从表3可知分别采用复合灰以及Ⅱ级粉煤灰配制的混凝土，雷氏夹膨胀值接近，安定性合格，采用复合灰配制的混凝土，其三氧化硫含量略低于采用Ⅱ级粉煤灰配制的混凝土且合格。

混凝土工作性能及抗压强度如表4所示。

表4：

由表4可知循环流化床复合灰混凝土初始工作性能满足应用，2h工作性能无损失，复合灰混凝土初始工作性能及2h工作性能与普通粉煤灰混凝土基本一致，这表明采用本发明可解决复合灰混凝土初始工作性能差，工作性能经时损失大的问题。

复合灰混凝土7d及28d抗压强度均高于普通粉煤灰混凝土，随着抗压强度增高，强度差值增大，7d强度差值大于28d强度差值，复合灰混凝土早期强度发展快，后期强度稳定。

实施例6～9：

实施例6～9中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂。

复合灰由固硫灰与固硫渣按6:4重量比粉磨(采用球磨机、振动磨、气流磨等现有技术中的设备)而成，45μm方孔筛筛余16.4％，游离氧化钙含量3.5％，三氧化硫含量2.8％。

水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。

碎石为5～31.5mm连续级配碎石，含泥量为1.3％。

砂为河砂，细度模数为2.4，含泥量1.7％。

聚羧酸减水剂组成组分和重量配合比为9％减水母液、6％保坍母液、0.01％消泡剂、2％缓凝剂、0.5％粘度改性剂、82.49％水，减水率15％。

拌合水为地表水，符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006要求。

实施例6～9中制备一立方米循环流化床复合灰混凝土的原料重量(Kg)如表5所示。

表5：

编号	水泥	复合灰	碎石	砂	水	聚羧酸减水剂
							实施例6	387	43	1120	681	160	7.31
实施例7	344	86	1120	681	160	7.31
							实施例8	301	129	1120	681	160	7.31
实施例9	258	172	1120	681	160	7.31

将实施例6～9中水泥、复合灰分别按照表5所示的重量比混合均匀，参照《水泥化学分析方法》(GB/T 176-2008)进行三氧化硫含量检测，结果如表6所示。

将实施例6～9中水泥、复合灰分别按照表5所示的重量比混合均匀，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)进行安定性检测，结果如表6所示。

表6：

混凝土工作性能及抗压强度如表7所示。

表7：

实施例10～14：

实施例10中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂、粉煤灰。

实施例11中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂、矿粉。

实施例12～14中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂、粉煤灰、矿粉。

复合灰由固硫灰与固硫渣按6:4重量比粉磨(采用球磨机、振动磨、气流磨等现有技术中的设备)而成，45μm方孔筛筛余15.1％，游离氧化钙含量3.8％，三氧化硫含量2.5％。

水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。

碎石为5～31.5mm连续级配碎石，含泥量为1.5％。

砂为河砂，细度模数为2.2，含泥量2.7％。

粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

矿粉为S95级矿粉。

聚羧酸减水剂组成组分和重量配合比为10％减水母液、6.7％保坍母液、0.01％消泡剂、2％缓凝剂、0.5％粘度改性剂、80.79％水，减水率18％。

拌合水为地表水，符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006要求。

实施例10～14中制备一立方米循环流化床复合灰混凝土的原料重量(Kg)如表8所示。

表8：

编号	水泥	复合灰	粉煤灰	矿粉	碎石	砂	水	聚羧酸减水剂
									实施例10	252	72	36	0	1033	812	155	5.4
实施例11	252	72	0	36	1033	812	155	5.4
									实施例12	252	36	36	36	1033	812	155	5.4
实施例13	336	112	56	56	976	706	168	9.52
									实施例14	280	112	84	84	976	706	168	9.52

将实施例10～14中水泥、复合灰分别按照表8所示的重量比混合均匀，参照《水泥化学分析方法》(GB/T 176-2008)进行三氧化硫含量检测，结果如表9所示。

将实施例10～14中水泥、复合灰分别按照表8所示的重量比混合均匀，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)进行安定性检测，结果如表9所示。

表9：

混凝土工作性能及抗压强度如表10所示。

表10：

实施例15～16：

实施例15～16中循环流化床复合灰混凝土的原料组分为拌合水、水泥、复合灰、碎石、砂、聚羧酸减水剂、矿粉。

复合灰由固硫灰与固硫渣按3:7重量比粉磨(采用球磨机、振动磨、气流磨等现有技术中的设备)而成，45μm方孔筛筛余12.3％，游离氧化钙含量3.5％，三氧化硫含量2.7％。

水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。

碎石为5～20mm连续级配碎石，含泥量为1.1％。

砂为河砂，细度模数为2.3，含泥量2.4％。

矿粉为S95级矿粉。

聚羧酸减水剂组成组分和重量配合比为15％减水母液、10％保坍母液、0.01％引气剂、0.02％消泡剂、2％缓凝剂、0.7％粘度改性剂、72.27％水，减水率28％。

拌合水为地表水，符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006要求。

实施例15～16中制备一立方米循环流化床复合灰混凝土的原料重量(Kg)如表11所示。

表11：

编号	水泥	复合灰	矿粉	碎石	砂	水	聚羧酸减水剂
								实施例15	270	80	50	965	855	155	6.8
实施例16	355	125	65	980	740	155	9.81

将实施例15～16中水泥、复合灰分别按照表11所示的重量比混合均匀，参照《水泥化学分析方法》(GB/T 176-2008)进行三氧化硫含量检测，结果如表12所示。

将实施例15～16中水泥、复合灰分别按照表11所示的重量比混合均匀，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)进行安定性检测，结果如表12所示。

表12：

混凝土自密实性能如表13所示。

由表13可知，循环流化床复合灰混凝土拌合物可以达到自密实性能，且2h自密实性能基本无损失。

混凝土抗压强度如表14所示。

表14：

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：每立方米混凝土由155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉混合制备得到；所述复合灰由固硫灰与固硫渣混合后粉磨而成。

2.根据权利要求1所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述复合灰由固硫灰与固硫渣按重量比3:7～6:4混合后粉磨而成；复合灰用45μm方孔筛筛余≤25.0％，游离氧化钙含量≤4.0％，三氧化硫含量≤3.0％。

3.根据权利要求1所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述水泥的强度等级≥42.5；所述碎石为5～31.5mm或5～20mm连续级配碎石，含泥量≤1.5％；所述砂的细度模数为2.0～3.0，含泥量≤3.0％。

4.根据权利要求1所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂的组成组分和重量配合比为：6％～15％减水母液、4％～10％保坍母液、0～0.02％引气剂、0～0.03％消泡剂、2％～5％缓凝剂、0.5％～1％粘度改性剂、70％～85％水。

5.根据权利要求4所述一种循环流化床复合灰混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂中的减水母液与保坍母液重量比为6:4。

6.所述一种循环流化床复合灰混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：按照制备每立方米混凝土需155kg～176kg拌合水、189kg～387kg水泥、36kg～172kg复合灰、944kg～1140kg碎石、681kg～980kg砂、2.70kg～9.81kg聚羧酸减水剂、0～84kg粉煤灰、0～84kg矿粉的配比要求，称取各组分；

步骤2：将称好的碎石倒入搅拌机中，再倒入除拌合水和聚羧酸减水剂外的其余组分，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；

步骤3：将40％～60％的拌合水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；

步骤4：将称好的聚羧酸减水剂倒入剩余的拌合水中，搅拌得到均匀的混合水剂；

步骤5：边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到循环流化床复合灰混凝土。