CN108585751A

CN108585751A - 一种利用高铁低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法

Info

Publication number: CN108585751A
Application number: CN201810751132.6A
Authority: CN
Inventors: 田清波; 顾泽宇; 李志达; 单英姿; 于昕
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明属于建材料领域，具体涉及一种利用高铁低品质粉煤灰为主要原料制备高强度透水混凝土的方法。与传统水泥基透水混凝土相比，该方法具有以下优点：（1）通过对粉煤灰的预处理，提高了低品质粉煤灰的活性，粉煤灰的利用率为100%，在制品中的添加量不低于80%，降低了对矿物的消耗及CO₂的排放，不产生二次副产品，利废环保。（2）通过预处理降低了铁对混凝土潜在的破坏作用，并充分发挥了粉煤灰中铁的颜料作用，不需另加颜料就可制得红色透水混凝土。（3）提高了以低品质粉煤灰为主制品的早期强度，标准养护1 d的抗压强度可达到20 MPa，标准养护3 d强度即可达到30‑40 MPa，透水率不低于2 mm/s。不需特殊养护、强度发展快生产周期短，可大大降低生产成本。

Description

一种利用高铁低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法

技术领域

本发明属于建材料领域，具体涉及一种利用高铁含量的低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，城市化建设速度增快，水泥、混凝土结构建筑占据了城市建设的主导。但这也导致了城市积水、内涝、热岛效应等问题，因此提出了“海绵城市”的建设理念。海绵城市是指城市能够像海绵一样，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。透水混凝土是“海绵城市”建设体系的重要保障，一方面缓解了道路积水问题，为雨天出行的车辆和人群提供了安全保障，另一方面，可使地下水资源得到充分的补充。

与此同时，经济的发展增有限矿物资源过渡开采消耗，以及工业固废大量排放积累，对环境造成巨大的负荷压力。因此对固废的处理和利用成为日益迫切的问题。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段年排渣量已达3亿t。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量会逐年增加。目前粉煤灰可以用作水泥掺合料、混凝土掺合料以及制备免烧蒸压砖、砌块制品等，但是该方法对粉煤灰的品质提出一定要求，而且需要添加水泥或钙质材料等。也有利用粉煤灰回收Fe₂O₃、Al₂O₃等工业原料，但此方法大多采用湿法进行，容易造成二次污染，而且提取原料后仍有一部分残渣，造成固体废弃物的二次排放，粉煤灰的利用率也较低。另外，早期的粉煤灰由于没有脱硫处理和燃煤燃烧温度低等问题，形成的粉煤灰活性不够，品质较低，大都采用堆积填埋等方式处理。同时我国煤种来源也不同，煤质有很大的差异，因而排出的粉煤灰品质不仅粗细不同，烧失量、需水量、颜色等的性质也不同。特别是一些地区含铁量较高的燃煤形成的粉煤灰，活性低，颜色发红，一直没有得到有效的利用。

硅酸盐水泥是建筑工业普遍使用、体量最大的一类建筑材料，但是硅酸盐水泥的生产消耗矿物资源，排放CO₂，造成环境污染和温室效应。相比硅酸盐水泥，无水泥混凝土可大幅度降低CO₂的排放，减少温室效应，同时具有强度发展快、耐酸碱侵蚀等优异的工程性能。因此在1978年法国人Davidovits 发明了无水泥混凝土反应理论以来，无水泥混凝土得到了迅速的发展。特别是无水泥混凝土的制备可以利用工业固废，例如粉煤灰、赤泥、钢渣等，作为原料。因此制备无水泥混凝土是消耗固废、利用固废的一个有效途径。

在现有的专利和文献资料中，偏高岭土、高钛矿渣、赤泥、粉煤灰等多种工业固废已经作为主要原料制备无水泥混凝土或制品（专利：“一种增强型地质聚合物及其制备方法（ZL 201610141817.X）”、“一种碱激发高钛矿渣透水制品及其制备方法（CN201711015613.2）”、“一种改性碱激发胶凝材料及其制备方法（CN201510810774.5）”、“一种地聚物基透水砖的制备方法”（201711452058.X）、“一种利用燃煤固硫灰渣制备地聚物混凝土的方法（201710965575.0）”、“一种粉煤灰建筑垃圾透水砖及其制备方法（201610652070.4 ）”等），但是对于加入粉煤灰的无水泥混凝土，存在早期强度低、添加量少的不足，而且没有发现利用高铁含量的低品质粉煤灰制备透水混凝土材料。

该发明是利用高铁低品质粉煤灰制备高强度透水混凝土的方法，以粉煤灰为主要原料，通过碱激活形成胶结料制作高强度透水混凝土。透水混凝土早期强度高，施工方便，不需另外添加颜料及特殊养护等优异性能，同时有效利用了低品质粉煤灰，很大程度上解决低品质粉煤灰的堆放造成的环境污染等问题。

发明内容

本发明是一种利用高铁低品质粉煤灰制备高强度透水混凝土的方法。该方法的使用可以保证以高铁的低品质粉煤灰为主要原材料，采用常规制备和碾压成型工艺、自然条件养护的条件下即可制备高强度透水混凝土材料，实现了对高铁低品质粉煤灰的高效利用。

该方法是将高铁低品质粉煤灰与氢氧化钠（氢氧化钾）、碳酸钠（碳酸钾、碳酸钙）一种或两种混合均匀，然后在800-900℃煅烧2.5 h后快速冷却。将冷却后的原料添加一定量助磨剂，球磨至45um 筛余不高于12%。预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与石子、水、水玻璃、纤维素混合搅拌、浇注、碾压振动成型、养护，制得透水混凝土材料。

该方法除了前期预处理工艺外，后续的制备混凝土的方法与常规制备透水混凝土的一致，即常规透水混凝土的制备工艺完全可以用于高铁低品质粉煤灰透水混凝土的生产。

该方法所用原料质量分数分别为：高铁低品质粉煤灰100份、氢氧化钠（氢氧化钾）、碳酸钠（碳酸钾、碳酸钙）5-15份、助磨剂1-1.5份、水玻璃20-30份、水10-20份、纤维素0.1-0.2份。所述氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙为固体粒状工业级一级品，纯度> 96%；水玻璃为工业级一等品，模数为1.5-2.0，密度1.35 g/mL；纤维素为羧甲基纤维素，工业级一级品，助磨剂为粉状FDN。所述的石子为5-12.5 cm 单粒级级配。

本发明的有益效果是：

利用高铁低品质粉煤灰制备高强度透水混凝土的方法，与其它制备透水混凝土的方法相比，该方法具有以下明显优点：

（1）该方法通过对高铁低品质粉煤灰的预处理，一方面提高了低品质粉煤灰的活性提高了粉煤灰的利用效率。粉煤灰的利用率为100%，在制品中的添加量不低于80%。同时通过预处理降低了铁对混凝土潜在的可能破坏作用，并充分发挥了粉煤灰中铁的颜料作用，不用另加颜料就可制得红色透水混凝土。

（2）该方法大大提高了以低品质粉煤灰为主的混凝土制品强度，标准养护1 d的抗压强度可达到20 MPa，标准养护3 d强度即可达到30-40 MPa，透水率不低于2 mm/s。不需特殊养护、强度发展快、生产周期短，可大大降低生产成本。

（3）该方法不产生二次废渣，利废环保。可采用现浇方式制备透水混凝土，无特殊要求，采用目前常规相关生产设备即可生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。

实施例1

一种利用高铁低品质粉煤灰制备制备高强度透水混凝土的方法。将100份粉煤灰与10份氢氧化钠（氢氧化钾）混合均匀后在800℃煅烧2.5 h处理，快速冷却。将冷却后的原料添加1.0份助磨剂，球磨至45um筛余不高于12%。预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与20份水、25份水玻璃、300份石子（5-10 mm）、0.15份羟甲基纤维素混合搅拌5 min、浇注碾压成型，制得红色透水混凝土材料。标准养护3 d性能指标：抗压强度为40.0 MPa，透水率2.5mm/s。

实施例2

一种利用高铁低品质粉煤灰制备制备高强度透水混凝土的方法。将100份粉煤灰与5份氢氧化钠、7.5份碳酸钠（碳酸钾）混合均匀后在850℃煅烧2.5 h处理，快速冷却。将冷却后的原料添加1.25份助磨剂，球磨至45 um筛余不高于12%。预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与20份水、25份水玻璃、350份石子（7.5-12.5 mm）、0.12份羟甲基纤维素混合搅拌5min、浇注碾压成型，制得红色透水混凝土材料。标准养护3 d性能指标：抗压强度为35.0MPa，透水率3.0mm/s。

实施例3

一种利用高铁低品质粉煤灰制备制备高强度透水混凝土的方法。将100份粉煤灰与12份碳酸钠（碳酸钾）混合均匀后在900℃煅烧2.5 h处理，快速冷却。将冷却后的原料添加1.5份助磨剂，球磨至45um筛余不高于12%。预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与15份水、30份水玻璃、380份石子（7.5-12.5 mm）、0.10份羟甲基纤维素混合搅拌5 min、浇注碾压成型，制得红色透水混凝土材料。标准养护3 d性能指标：抗压强度为32.0MPa，透水率3.2mm/s。

实施例4

一种利用高铁低品质粉煤灰制备制备高强度透水混凝土的方法。将100份粉煤灰与7.5份氢氧化钠、5份碳酸钙混合均匀后在900℃煅烧2.5 h处理，快速冷却。将冷却后的原料添加1.5份助磨剂，球磨至45um筛余不高于12%。预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与15份水、30份水玻璃、350份石子（10-12.5 mm）、0.10份羟甲基纤维素混合搅拌5 min、浇注碾压成型，制得红色透水混凝土材料。标准养护1 d性能指标：抗压强度为30MPa，透水率3.5mm/s。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种利用高铁含量低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法，其特征在于，将高铁低品质粉煤灰与氢氧化钠（氢氧化钾）、碳酸钠（碳酸钾、碳酸钙）一种或两种混合均匀，然后在800-900℃煅烧2.5 h后快速冷却；将冷却后的原料添加一定量助磨剂，球磨至45um 筛余不高于12%；预处理后低品质粉煤灰作为胶结原料，与石子、水、水玻璃、纤维素混合搅拌、浇注成型养护，制得高强度透水混凝土制品。

2.根据权利要求1所述的一种利用高铁含量低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法，其特征在于，所用原料质量分数分别为：高铁低品质粉煤灰100份、氢氧化钠（氢氧化钾）、碳酸钠（碳酸钾、碳酸钙）5-10份、助磨剂1-1.5份、水玻璃20-30份、水10-25份、纤维素0.1-0.2份；所述氢氧化钠和氢氧化钾为固体粒状，碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙为固体粉状，均为工业级一级品，纯度> 96%；水玻璃为工业级一等品，模数为1.5-2.0，密度1.35 g/mL；纤维素为羧甲基纤维素，工业级一级品，助磨剂为粉状FDN；所述的石子为5-12.5 cm 单粒级级配。

3.根据权利要求1所述的一种利用高铁含量低品质粉煤灰制备高强透水混凝土的方法，其特征在于，制备的混凝土不需另加颜料，发挥粉煤灰中高的铁含量的作用，得到红色透水混凝土制品。