CN107200487A - 一种环境友好型建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境友好型建筑用胶凝材料及相应的砂浆和混凝土，该胶凝材料的组分及其重量分数比为：粉煤灰2000‑5000份；硅酸钠80‑500份；铝矿赤泥90‑600份；AOS 5‑25份；氧化石墨烯0.2‑2.0份；三异丙醇胺10‑100份；减水剂10‑60份；水固比为0.24‑0.4。制备方法是将氧化石墨烯加入到2/3拌合水中形成A溶液，将AOS、三异丙醇胺和减水剂加入到另外1/3拌合水中形成B溶液，其余组分在搅拌机中混合后，先兑入A溶液并搅拌，然后兑入B溶液并搅拌均匀，即得。本发明配比科学，使二级粉煤灰和铝矿赤泥得到有效使用，得到的砂浆及混凝土性能较好，能够有效解决粉煤灰的污染问题。

Description

一种环境友好型建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法

技术领域

本发明属于胶凝材料学领域，具体涉及一种环境友好型建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法。

背景技术

目前在工程建设中所使用的主要胶凝材料为水泥，水泥在生产过程中不仅会消耗大量的能源，同时也会排放出大量的二氧化碳，这对环境会造成极大的影响，因此寻求一种能够代替水泥制备高性能混凝土的新型胶凝材料，对环境保护以及可持续发展具有重要的意义。粉煤灰是火电厂的副产品，含大量重金属元素，如果不加以处理而随意堆放，其会对环境造成极大的危害，目前粉煤灰已成为我国最大的固体污染源头。经研究发现，燃烧后冷却的粉煤灰能够与碱反应并生成水硬性的凝胶物质，是一种典型的“火山灰活性”材料，然而由于其本身物质组成的影响，我国目前仅将粉煤灰用作水泥混凝土的掺料，其使用率较低(尤其是二级粉煤灰几乎不能使用)，并且当掺量过大时，其会明显降低混凝土早期强度，无法满足实际工程的需求。

此外，铝矿赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的铝矿赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量的铝矿赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

发明内容

本发明提供一种环境友好型建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法，旨在至少一定程度上克服现有技术中存在的通常以水泥为胶凝材料及二级粉煤灰和铝矿赤泥基本不能作为胶凝材料的有效成份等不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种环境友好型建筑用胶凝材料，其由以下重量份数的各原料组成：

优选的，该环境友好型建筑用胶凝材料以下重量份数的各原料组成：

由于铝矿赤泥中含有大量的强碱性化学物质，在本发明中铝矿赤泥对粉煤灰有激活作用。

具体的，AOS即α-烯烃磺酸钠，其为一种表面活性剂，对粉煤灰中的碳有一定的包裹作用，有效抑制碳对粉煤灰活性的影响。

具体的，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰且其烧失量在5％以下。普通的二级粉煤灰烧失量的国家标准为8％以下，本发明为了保证得到的胶凝材料的各项性能满足使用要求，若使用二级粉煤灰则必须要求其烧失量在5％以下，二级粉煤灰其余参数(如细度、需水量及三氧化硫含量等)可与国家标准规定的一致。

优选的，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，属当今世界上技术领先的环保型混凝土外加剂，已广泛应用于水利、电力、港口、铁路、桥梁、公路、机场、军事工程以及各种工民建主体结构的混凝土施工。

本发明还提供了上述的环境友好型建筑用胶凝材料的制备方法，其包括如下步骤：准备好相应重量份数的各原料，将氧化石墨烯加入2/3拌合水中超声分散至氧化石墨烯充分溶解，形成A溶液，将AOS、三异丙醇胺和减水剂加入到剩下的1/3拌合水中充分溶解形成B溶液，把粉煤灰、硅酸钠和铝矿赤泥在强制式搅拌机中干拌混合5-10分钟，逐渐兑入A溶液连续搅拌10-15分钟后兑入B溶液快速搅拌5-8分钟，即得到所述环境友好型建筑胶凝材料。

具体的，兑入A溶液时搅拌速度为140±5转/分，兑入B溶液时搅拌速度为285±5转/分。

本发明还提供一种环境友好型建筑用砂浆，其特征由如下重量份数的各原料制成：

上述的环境友好型建筑胶凝材料 1000份；

砂子 1000-3000份。

本发明还提供一种环境友好型建筑用混凝土，其特征由如下重量份数的各原料制成：

上述的环境友好型建筑胶凝材料 1000份；

砂子 1000-3000份；

石子 2000-3000份。

具体的，所述的砂子的粒径为：0.1-6.0mm

具体的，所述的石子的粒径为：4-45mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本环境友好型建筑用胶凝材料采用粉煤灰、硅酸钠、铝矿赤泥、AOS、氧化石墨烯、三异丙醇胺和减水剂，能够使二级或一级的纯粉煤灰材料达到普通混凝土的强度，满足施工需要，同时其耐久性更好，更能满足其使用要求，该环境友好型胶凝材料不仅将粉煤灰变废为宝，而且能够保证其工作性能和服役性能，充分做到了环保节能。

2、本环境友好型建筑用胶凝材料主要原材料为二级粉煤灰或一级粉煤灰，其成本较传统水泥大大降低，不仅提高其经济效益，并且添加该胶凝材料的砂浆和混凝土的强度性能及耐久性能均满足施工要求和使用要求，同时其可减少水泥的使用则生产水泥带来的污染也随之减少。

3、本环境友好型建筑用胶凝材料中铝矿赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，大量的铝矿赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫，该环境友好型胶凝材料可以将铝矿赤泥变废为宝。

4、本发明提供的生产方法具有简单和操作性强特点，施工方便，易于推广使用，其能够有效解决粉煤灰的污染问题，同时能够达到固废利用和经济节能的双重效果。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种环境友好型建筑用胶凝材料，其胶凝材料的组分及其重量分别为：二级粉煤灰2000千克；拌合水540千克；硅酸钠100千克；铝矿赤泥150千克；AOS 10千克；三异丙醇胺10千克；聚羧酸高性能减水剂20千克；氧化石墨烯0.6千克。

上述的环境友好型建筑用胶凝材料的制备方法，其包括如下步骤：称重好上述各原料后，将氧化石墨烯加入2/3拌合水中超声分散至充分溶解，形成A溶液，将AOS、三异丙醇胺、减水剂加入到剩下的1/3拌合水中充分溶解形成B溶液，把粉煤灰、硅酸钠和铝矿赤泥在强制式搅拌机中干拌混合5-10分钟，逐渐兑入A溶液连续搅拌10分钟后加入B溶液快速搅拌5分钟，即得到环境友好型建筑胶凝材料。

实施例2

一种环境友好型建筑用胶凝材料，其胶凝材料的组分及其重量分别为：二级粉煤灰4000千克；拌合水1200千克；硅酸钠120千克；铝矿赤泥240千克；AOS 20千克；三异丙醇胺40千克；聚羧酸高性能减水剂40千克；氧化石墨烯1.2千克。

本实施例的制备方法同实施例1的制备方法。

实施例3

一种环境友好型建筑用胶凝材料，其胶凝材料的组分及其重量分别为：一级粉煤灰2000千克；拌合水720千克；硅酸钠160千克；铝矿赤泥210千克；AOS 12千克；三异丙醇胺30千克；聚羧酸高性能减水剂20千克；氧化石墨烯0.5千克。

本实施例的制备方法同实施例1的制备方法。

实施例4

一种环境友好型建筑用胶凝材料，其胶凝材料的组分及其重量分别为：一级粉煤灰4500千克；拌合水1260千克；硅酸钠160千克；铝矿赤泥300千克；AOS 20千克；三异丙醇胺50千克；聚羧酸高性能减水剂40千克；化石墨烯1.3千克。

本实施例的制备方法同实施例1的制备方法。

以上实施例1-4所使用的粉煤灰，其烧失量均低于5％。实施例1中二级粉煤灰中氧化钙含量为18％，实施例2中二级粉煤灰中氧化钙含量为9％，实施例3中一级粉煤灰氧化钙含量为25％，实施例4中一级粉煤灰氧化钙含量为15％，所用减水剂均为TJ-1系列聚羧酸高性能减水剂。

实施例5

一种环境友好型建筑砂浆，其砂浆的组分及其重量分别为：实施例1制备的环境友好型胶凝材料1000千克；砂子3000千克。

加入环境友好型建筑用胶凝材料的砂浆的制备方法是将环境友好型建筑用胶凝材料1000千克，砂子3000千克先后加入搅拌站中搅拌均匀即可使用。

实施例6

一种环境友好型建筑砂浆，其砂浆的组分及其重量分别为：实施例1制备的环境友好型胶凝材料1000千克；砂子2500千克。

本实施例的制备方法同实施例5的制备方法。

实施例7

一种环境友好型建筑混凝土，其混凝土的组分及其重量分别为：实施例1制备的环境友好型胶凝材料1000千克；砂子1000千克，石子3000千克。

实施例8

一种环境友好型建筑混凝土，其混凝土的组分及其重量分别为：实施例1制备的环境友好型胶凝材料1000千克；砂子2000千克，石子3000千克。

实施例9

一种环境友好型建筑混凝土，其混凝土的组分及其重量分别为：实施例1制备的环境友好型胶凝材料1000千克；砂子2500千克，石子2500千克。

以上实施例5-9采用的砂子粒径为0.2-5.0mm，其中实施例5采用砂子的粒径为0.2-2.5mm，实施例6采用砂子的粒径为1-2.5mm，实施例7采用砂子的粒径为0.2-3.0mm，实施例8采用砂子的粒径为0.5-4.5mm，实施例9采用砂子的粒径为1.0-5.0mm；以上实施例7-9采用的石子粒径为5-40mm，其中实施例7采用石子的粒径为5-20mm，实施例8采用石子的粒径为5-40mm，实施例9采用石子的粒径为20-40mm。

本发明充分利用粉煤灰的火山灰效应，通过添加硅酸钠、铝矿赤泥、AOS、氧化石墨烯、三异丙醇胺和减水剂等外加剂以提高硬化体强度，耐久性，密实性以及施工性能。

对比例1

一种建筑用胶凝材料，其组成及制备方法与实施例1的基本一样，不同点为组成中不含有氧化石墨烯，相应的制备方法中A溶液为相应重量的拌合水而不含有氧化石墨烯。

对比例2

一种建筑用砂浆，其组成及制备方法与实施例5的基本一样，不同点为其选用对比例1制备的建筑用胶凝材料。

对比例3

一种建筑用混凝土，其组成及制备方法与实施例7的基本一样，不同点为其选用对比例1制备的建筑用胶凝材料。

进行相关性能测试，得出如下结论：实施例5至9制备的砂浆和混凝土28天平均抗压强度均分别超过40MPa和50MPa，28天干燥收缩率分别低于万分之二和万分之三，且其抗硫酸盐，抗氯离子，抗碳化，抗冻融等性能明显提高，可以满足不同需要的建筑物以及构筑物的要求；而对比例2至3得到的砂浆和混凝土28天抗压强度均分别为30MPa和42MPa，28天干燥收缩率有分别为万分之三和万分之五。测试时以国标规定的方法进行测试以使测试数据有可对比性。由上述测试数据可知，本发明提供的环境友好型材料性能较好，完全可以满足使用要求，而对比例中因未按本发明要求添加必要的氧化石墨烯成份，而导致28天抗压强度和干燥收缩率性能均有大幅度下降，不能较好的满足使用要求。需要说明的是，氧化石墨烯为本发明提供的环境友好型建筑用胶凝材料的重要添加成份，粉煤灰经过碱激活(铝矿赤泥作用)后开始水化，氧化石墨烯能够有效的聚合水化产物的形貌和结构，提高密实性，防止外加剂浸渍，以保证最终获取的胶凝材料的性能。

此外，按每立方米C15素混凝土配比为水泥:沙:石:水＝1:2.77:4.75:0.67,需水泥量约为280Kg，武汉市425^#水泥价格为500元/吨左右，而高钙粉煤灰50元/吨左右，二级粉煤灰几乎无法使用，一般通过填埋处理。粗略估算，本发明制成1立方C15混凝土，如果用高钙粉煤灰可以节约180左右，如果用二级粉煤灰经济效益更佳。本发明大量消耗粉煤灰，尤其是二级粉煤灰，经济效益可观，环保效益显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种环境友好型建筑用胶凝材料，其特征在于，由以下重量份数的各原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种环境友好型建筑用胶凝材料，其特征在于，由以下重量份数的各原料组成：

3.根据权利要求1所述的一种环境友好型建筑用胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰，所述粉煤灰的烧失量在5％以下。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种环境友好型建筑用胶凝材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的环境友好型建筑用胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：准备好相应重量份数的各原料，将氧化石墨烯加入2/3拌合水中超声分散至氧化石墨烯充分溶解，形成A溶液，将AOS、三异丙醇胺和减水剂加入到剩下的1/3拌合水中充分溶解形成B溶液，把粉煤灰、硅酸钠和铝矿赤泥在强制式搅拌机中干拌混合5-10分钟，逐渐兑入A溶液连续搅拌10-15分钟后兑入B溶液快速搅拌5-8分钟，即得到所述环境友好型建筑胶凝材料。

6.根据权利要求5所述的一种环境友好型建筑用胶凝材料的制备方法，其特征在于，兑入A溶液时搅拌速度为140±5转/分，兑入B溶液时搅拌速度为285±5转/分。

7.一种环境友好型建筑用砂浆，其特征在于，由如下重量份数的各原料制成：

权利要求1至4任一项所述的环境友好型建筑胶凝材料1000份；

砂子 1000-3000份。

8.一种环境友好型建筑用混凝土，其特征在于，由如下重量份数的各原料制成：

权利要求1至4任一项所述的环境友好型建筑胶凝材料1000份；

砂子 1000-3000份；

石子 2000-3000份。

9.根据权利要求8所述的一种环境友好型建筑用砂浆，其特征在于，所述的砂子的粒径为：0.1-6.0mm。

10.根据权利要求8所述的一种环境友好型建筑用混凝土，其特征在于，所述的石子的粒径为：4-45mm。