CN109020424B - 基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法 - Google Patents

基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及砌筑砂浆技术领域,公开了一种基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法。本发明包括以下重量份数的组分:胶凝材料80‑105份,钢渣砂250‑450份和水30‑40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40‑50份,秸秆灰15‑20份,硅灰10‑15份,粉煤灰15‑20份。本发明不添加外加剂,不含水泥熟料,制备简便、成本低,具有较好力学性能和耐久性。

Description

基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法
技术领域
本发明涉及砌筑砂浆技术领域,特别是涉及一种基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法。
背景技术
自跨入21世纪,中国经济飞速发展,伴随而来的是资源短缺和固体废弃物的大量产生,钢渣、硅灰、粉煤灰、秸秆等固体废弃物大量被弃置堆积,破坏环境的同时严重造成大量资源的浪费。目前我国对于工、农业等排放的大量固体废弃物大多采取填埋、堆积、焚烧等方式处理,合理的将这些固体废弃物综合处理并重新应用的方式、领域较少。
砌筑砂浆是目前将砖、石、砌块等块材经砌筑成为砌体的主要材料,在砌体中起粘结、衬垫和传力作用。砌筑砂浆中的主要原料是胶凝材料和细骨料,其中最常用的胶凝材料是水泥熟料,水泥熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料,按适当比例配制成生料,烧至部分或全部熔融,并经冷却而成;粉煤灰、钢渣或者矿渣等都是作为掺合料添加到砌筑砂浆中,用于增强砂浆的某种性能。但是水泥熟料的能源消耗量大,碳排放量高,产生的大量固体废弃物的再利用率低,给环境造成了极大的负担。
近些年一些替代性胶凝材料逐渐投入研发和使用,地聚合物材料作为一种新型碱激发胶凝材料,利用粘土、粉煤灰、钢渣和矿渣等工业废渣与碱性硅酸盐溶液混合,在强碱激发下于20-120℃成型固化形成一类新的无机固化物材料,理化性能优异,具有传统胶凝材料不可比拟的优势,已经广泛应用在建筑材料、密封材料以及耐高温阻燃材料等领域。
但是这种碱激发胶凝材料脆性强,抗拉强度低,而且需要加入大量的强碱激发剂和外加剂,添加剂种类繁多,配比复杂,外加剂各组分之间同时存在多方面的促进作用或抑制作用,反应复杂,不仅制备应用成本高,研发的经济成本和时间成本更高。
发明内容
本发明提供一种不添加外加剂,不含水泥熟料,制备简便、成本低,具有较好力学性能和耐久性的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法。
解决的技术问题是:
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,包括以下重量份数的组分:胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,所述砌筑砂浆的水胶比为0.33-0.38。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,所述钢渣微粉的粒径不大于40μm,比表面积大于450m2/kg。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,所述秸秆灰的粒径不大于40μm,为玉米秸秆高温煅烧形成的秸秆灰,比表面积大于360m2/kg。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,所述硅灰的烧失量小于6%,其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80%,比表面积大于20000m2/kg。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,所述钢渣砂的粒径为0.9-4.75mm,钢渣砂的用量通过配合比体积法确定。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,进一步的,还包括无水硫酸钠,无水硫酸钠的重量份数为0.5-0.8份。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、备料:按照以下重量份数的组分进行备料,胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份;
步骤二、将钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰混合均匀,加入占总用水量30%的水,搅拌均匀;
步骤三、将钢渣砂加入到步骤二的混合料中,搅拌均匀;
步骤四、加入占总用水量50%的水,搅拌1-3min;
步骤五、加入剩余的水,搅拌均匀。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,进一步的,步骤一中秸秆灰的制备方法包括以下步骤:
A、玉米秸秆采收、烘干;
B、将玉米秸秆在500-600℃下至少煅烧3h;
C、将煅烧后的灰烬过筛,去除其中的杂物及粒径较大的灰烬颗粒。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,进一步的,包括以下步骤:
(1)、备料:按照以下重量份数的组分进行备料,胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份,无水硫酸钠0.5-0.8份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份;
(2)、将钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰混合均匀,加入占总用水量30%的水,搅拌均匀;
(3)、将钢渣砂和无水硫酸钠加入到步骤二的混合料中,搅拌均匀;
(4)、加入占总用水量50%的水,搅拌1-3min;
(5)、加入剩余的水,搅拌均匀。
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆及制备方法与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆以钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰替代全部的传统水泥熟料,以钢渣砂替代全部的传统天然骨料,不添加任何的外加剂和激发剂,不使用传统的水泥熟料,减少了砌筑砂浆对水泥的需求量,同时将大量的工业废渣、固体废弃物再利用,减轻了其对环境造成的负担,降低了固体废弃物综合处理的经济成本,避免了资源浪费,同时降低了砌筑砂浆的制备成本。
本发明砌筑砂浆利用原料之间的激发性能,通过材料之间的相互配合,改善砌筑砂浆的性能,得到的砌筑砂浆具有优异的抗拉性能和耐久性,砌筑砂浆的强度等级、抗冻等级、抗渗性能以及耐腐蚀性均可达到行业标准的相关规定。
本发明砌筑砂浆加入的钢渣微粉和钢渣砂可以提高砌筑砂浆的饱满度,减小砂浆的后期收缩量,避免出现裂缝;硅灰的高活性和水化放热形成的高温环境可有效激发钢渣微粉的活性,秸秆灰的组成元素且提供的碱性环境可以有效激发钢渣砂的活性,避免了强碱激发剂和大量外加剂的使用,使得配比更加简单易操作,大大降低了制备成本和制备难度;而粉煤灰的加入,可以有效改善秸秆灰的吸水性和钢渣微粉的泌水性,避免胶凝材料中形成大量的结晶二氧化硅而造成砌筑砂浆需水量过高,限制其应用。
本发明制备方法简单易操作,在低温下进行,产品质量稳定易控制,实用性强。
具体实施方式
制备实施例
按照以下方法制备本发明基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,具体包括以下步骤:
步骤一、备料:按照表1所示重量份数的组分进行备料;
其中,秸秆灰的粒径不大于40μm,为玉米秸秆高温煅烧形成的秸秆灰,具体的制备方法包括以下步骤:
A、玉米秸秆采收、烘干;
B、将玉米秸秆在500-600℃下煅烧3h;
C、将煅烧后的灰烬过筛,去除其中的杂物及粒径较大的灰烬颗粒;
硅灰的烧失量小于6%,其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80%,比表面积大于20000m2/kg;
钢渣砂的粒径为0.9-4.75mm,钢渣砂的用量通过配合比体积法确定,具体参照JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程的体积法计算公式确定;
钢渣微粉的粒径不大于40μm,比表面积大于450m2/kg;
步骤二、将钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰混合均匀,加入占总用水量30%的水,搅拌均匀;
步骤三、将钢渣砂加入到步骤二的混合料中,搅拌均匀;若有无水硫酸钠,在此步骤三中加入;
步骤四、加入占总用水量50%的水,搅拌1-3min;
步骤五、加入剩余的水,搅拌均匀。
表1制备实施例各组分重量份数及水胶比
制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5 制备6
钢渣微粉 45 40 50 43 47 50
秸秆灰 20 15 17 15 16 19
硅灰 10 12 15 14 10 15
粉煤灰 19 15 20 18 17 20
钢渣砂 250 300 350 450 300 400
32 35 40 37 30 40
水胶比 0.33 0.35 0.38 0.37 0.34 0.36
无水硫酸钠 - - - - 0.5 0.8
将上述制备实施例制得的砌筑砂浆按照行业标准JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》,进行基本性能的检测,具体的检测结果如表2所示。
表2制备实施例制得的砌筑砂浆的性能检测结果
Figure BDA0001783430330000041
Figure BDA0001783430330000051
根据表2的性能检测结果,由制备例1至制备例4可知,不添加任何的外加剂,仅以钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰替代全部的传统水泥熟料,以钢渣砂替代全部的传统天然骨料,与水混合均匀得到的砌筑砂浆,抗压强度可以达到7.89MPa;在抗渗试验时所能承受的最大水压力可以达到0.86MPa,强度等级、抗冻等级以及耐腐蚀性均可达到行业标准JGJ/T98-2010《砌筑配合比设计规程》中的相关规定,砂浆饱满度好。
加入了微量无水硫酸钠的制备例5和制备例6,由检测数据可知,砂浆的抗压强度提高了1%左右,抗拉强度、抗冻等级、抗渗等级等性能参数与不加无水硫酸钠相差不大;无水硫酸钠作为传统激发剂的一种,添加到本发明的砌筑砂浆中,可以在一定程度上提高原料的激发性,使原料激发的更加彻底,但是对砌筑砂浆的性能影响不大,因此,可以作为优化成分添加,并不作为必备成分使用。
本发明砌筑砂浆利用原料之间的激发性能,通过材料之间的相互配合,改善砌筑砂浆的性能,避免外加剂或激发剂的使用,得到的砌筑砂浆具有优异的抗拉性能、抗渗性能和耐腐蚀性。
本发明砌筑砂浆中加入的钢渣微粉和钢渣砂具有微膨胀性,可以提高砌筑砂浆的饱满度,减小砂浆的后期收缩量,避免出现裂缝;硅灰的高活性和水化放热形成的高温环境可有效激发钢渣微粉的活性,秸秆灰的组成元素可以有效激发钢渣砂的活性;而粉煤灰的加入,可以有效改善秸秆灰的吸水性和钢渣微粉的泌水性,避免胶凝材料中形成大量的结晶二氧化硅而造成砌筑砂浆需水量过高,限制其应用。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:包括以下重量份数的组分:胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份,所述钢渣微粉和秸秆灰的粒径均不大于40μm,所述硅灰的比表面积大于20000m2/kg。
2.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:所述砌筑砂浆的水胶比为0.33-0.38。
3.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:所述钢渣微粉的比表面积大于450m2/kg。
4.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:所述秸秆灰为玉米秸秆煅烧形成的秸秆灰,比表面积大于360m2/kg。
5.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:所述硅灰的烧失量小于6%,其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80%。
6.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:所述钢渣砂的粒径为0.9-4.75mm,钢渣砂的用量通过配合比体积法确定。
7.根据权利要求1所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆,其特征在于:还包括无水硫酸钠,无水硫酸钠的重量份数为0.5-0.8份。
8.权利要求1-7任意一项所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、备料:按照以下重量份数的组分进行备料,胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份;
步骤二、将钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰混合均匀,加入占总用水量30%的水,搅拌均匀;
步骤三、将钢渣砂加入到步骤二的混合料中,搅拌均匀;
步骤四、加入占总用水量50%的水,搅拌1-3min;
步骤五、加入剩余的水,搅拌均匀。
9.根据权利要求8所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,其特征在于:步骤一中秸秆灰的制备方法包括以下步骤:
A、玉米秸秆采收、烘干;
B、将玉米秸秆在500-600℃下至少煅烧3 h;
C、将煅烧后的灰烬过筛,去除其中的杂物及粒径较大的灰烬颗粒。
10.根据权利要求8所述的基于固体废弃物的新型砌筑砂浆的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、备料:按照以下重量份数的组分进行备料,胶凝材料80-105份,钢渣砂250-450份,无水硫酸钠0.5-0.8份和水30-40份;其中胶凝材料包括以下重量份数的组分:钢渣微粉40-50份,秸秆灰15-20份,硅灰10-15份,粉煤灰15-20份;
步骤二、将钢渣微粉、秸秆灰、硅灰和粉煤灰混合均匀,加入占总用水量30%的水,搅拌均匀;
步骤三、将钢渣砂和无水硫酸钠加入到步骤二的混合料中,搅拌均匀;
步骤四、加入占总用水量50%的水,搅拌1-3min;
步骤五、加入剩余的水,搅拌均匀。
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