CN109251004A - 一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域；所述的以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土包括主要原料碳铬渣建筑原料粉，所述碳铬渣建筑原料粉以质量百分比计含量为：碳铬渣骨料60～80％，镍铁渣8～15％，轻烧氧化镁8.5～40％，氯化镁1.7～12.9％，粉煤灰2～5％，消泡剂0.05～0.5％，复合改性剂溶液0.15～2.6％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣的添加量比以质量计为：5:1～7:1。本发明使用碳铬渣制备高强度混凝土，附加值高，利用量大，代替砂石骨料的同时能够解决碳铬渣堆积的问题，具有积极的经济意义和环保意义。

Description

一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料制备领域，尤其涉及一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土及其制备方法。
背景技术
高碳铬铁合金渣(以下简称为碳铬渣)是在1700℃高温下以碳为还原剂通过埋弧炉冶炼铬铁矿过程中产生的一种矿物熔体。由于碳铬渣黏度大，熔点高，渣铁无法完全分离，每生产1t铬铁合金，需要消耗2.5～2.6t的铬铁矿，0.5～0.6t的焦炭，0.3t的造渣剂，产生1～1.2t左右的废渣，大量以废渣的形式堆放，不仅占用土地，浪费资源，而且污染环境。
碳铬渣中主要化合物为二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁以及少量以铬铁矿形式存在的铬和铁的氧化物。外观呈灰黑色且多孔，质地坚硬，具有一定的强度和硬度，其中所含的主要矿物相为镁橄榄石、镁铝尖晶石、顽辉石以及少量未完全反应的铬铁矿。目前国内外对于高碳铬铁渣的利用主要有以下几个方面：1)生产耐火材料；利用高碳铬铁合金渣中的有效成分可以将废渣用于耐火材料的生产。2)生产精炼电炉堵眼；利用高碳铬铁渣熔点高，抗碱性能力强，且堆放量大的特点，将高碳铬铁合金渣破碎加工至0～10mm，同时配以10％～35％的镁砂混匀后，研制出的堵眼粉完全可以替代镁砂用于精炼炉堵眼。3)生产微晶玻璃；高碳铬铁渣的主要化学组成为SiO2、Al2O3、MgO、FeO、Cr2O3等，其中Al2O3和MgO含量较高，SiO2含量较低，高温时具有较高的黏度，若在高碳铬铁渣中加入可降低黏度的原料，并适量补充SiO2含量就可以用来生产微晶玻璃。4)作铺路材料；高碳铬铁合金渣具有质地较硬，比重较大的特点，将其作为铺路材料具有坚硬、不易碎的优点，是一种良好的公路路基材料。
以上提及的方法在我国高碳铬铁渣产地有一定的应用，但是存在利用量小，附加值低的问题，导致目前大多数废渣基本上都是经过简单处理后拉到堆场堆放，不仅占用土地资源，而且容易引起铬造成的二次污染，因此废渣的处理问题迫在眉睫，有必要对其进行减量化、资源化和高价值综合利用。
发明内容
本发明目的是解决现有碳铬渣利用中利用量小，附加值低的问题。使用碳铬渣制备高强度混凝土，附加值高，利用量大，代替砂石骨料的同时能够解决碳铬渣堆积的问题，具有积极的经济意义和环保意义。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，包括以重量份计100份碳铬渣建筑原料粉，所述碳铬渣建筑原料粉包括：碳铬渣骨料、镍铁渣、轻烧氧化镁、氯化镁、消泡剂、减水剂和复合改性剂，上述原料粉以质量百分比计含量为：碳铬渣骨料60～80％，镍铁渣8～15％，轻烧氧化镁8.5～40％，氯化镁1.7～12.9％，粉煤灰2-5％，消泡剂0.05～0.5％，，复合改性剂溶液0.15～2.6％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣的添加量比以质量计为：5:1～7:1。
还包括以重量份计：30～50份水。
优选的，所述消泡剂为以下材料中的一种或几种：乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷及磷酸三苯酯消泡剂。
优选的，所述复合改性剂溶液包括以下重量份计的溶质：磷酸和/或磷酸盐10～15份，硫酸盐40～60份，柠檬酸和/柠檬酸钠25-40份。
优选的，所述复合改性剂中溶剂为水，所述水的添加量为能够使所述磷酸和/或磷酸盐、硫酸盐、柠檬酸和/柠檬酸钠刚好全部溶解。
优选的，所述磷酸及磷酸盐为含量大于95％的工业磷酸及磷酸盐，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或几种。
一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)骨料制备：碳铬渣破碎过10mm筛，得碳铬渣原材料，将镍铁渣破碎过20目筛，得镍铁渣骨料，将上述碳铬渣骨料与镍铁渣混合均匀，得到高强混凝土预混料，所述碳铬渣骨料的添加量以重量计为60～80％，所述镍铁渣的添加量以重量计为8～15％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣添加量的质量比为5:1～7:1；在骨料制备过程中，利用镍铁渣易破碎的特点，将镍铁渣破碎为细颗粒，用来代替细砂，碳铬渣难以破碎，且强度高，耐磨性好，制备成大颗粒代替碎石。
(2)氯化镁卤水调制：将所述氯化镁配置成浓度为20～30％的水溶液，加入消泡剂，充分搅拌，直至氯化镁溶液泡沫消除，成为澄清溶液；
(3)复合改性剂溶液的调制：将以下复合改性剂溶质以重量份计：磷酸和/或磷酸盐10～15份，硫酸盐40～60份，柠檬酸和/柠檬酸钠25-40份溶于水，所述水的添加量为刚好将所述磷酸和/或磷酸盐、硫酸盐、柠檬酸和/柠檬酸钠溶解；
(4)碳铬渣高强混凝土原料粉制备：将轻烧氧化镁、粉煤灰与所述骨料混合均匀加入到步骤(2)中制备的氯化镁水溶液中，搅拌2～5min后加入到步骤(3)中制备的复合改性剂溶液中，继续搅拌5min，得碳铬渣高强混凝土复合浆料；
(5)成型：将所述碳铬渣高强混凝土复合浆料倒入模具中，充分震荡成型，养护6～24小时脱模，脱模后自然养护；
优选的，所述步骤(2)中配制所述氯化镁水溶液中使用的氯化镁为无水氯化镁或纯度大于95％的工业六水氯化镁。
优选的，所述步骤(3)中添加的轻烧氧化镁为纯度大于70％的轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁中活性氧化镁含量为45～80％。
优选的，所述轻烧氧化镁中活性氧化镁与所述氯化镁的摩尔比为5:1～8:1。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，在骨料制备过程中，利用镍铁渣易破碎的特点，将镍铁渣破碎为细颗粒，用来代替细砂，碳铬渣难以破碎，且强度高，耐磨性好，制备成大颗粒代替碎石。使用碳铬渣制备高强度混凝土，附加值高，利用量大，代替砂石骨料的同时能够解决碳铬渣堆积的问题。所述方法制备的以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，全部使用固体废物作为骨料，所需的资源化生产成本低及难度低，产品无返卤泛霜等问题，可以应用在道路、桥梁、房屋等诸多方面，无需专用设配，易于生产调配，可以适用于各种不同工程的需求，解决了碳铬渣处理问题的同时，具有积极的经济意义和环保意义。
具体实施方式
专业术语
本发明中所述“轻烧氧化镁”是指将氢氧化镁经700～1000℃左右煅烧后排出CO2或H2O后得到的产物,所述氢氧化镁是从菱镁矿、水镁石和由海水或卤水中提取的。
本发明中所述“活性氧化镁”是指平均粒径小于2000nm；微观形态为不规则颗粒或近球形颗粒或片状晶体；用柠檬酸(CAA值)表示的活性为12～25s(数值越小活性越高)；用吸碘值表示的活性为80～120(mgI/100gMgO)；比表面在5～20m3/g之间，视比容6～8.5mL/g之间；
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
制备以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，包括以下步骤：
(1)骨料制备：将50kg碳铬渣破碎过10mm筛，得碳铬渣原材料，将10kg镍铁渣破碎过20目筛，得镍铁渣骨料，将上述碳铬渣骨料与镍铁渣混合均匀，得到高强混凝土预混骨料。
(2)氯化镁卤水调制：将所述氯化镁配置成浓度为26％的水溶液，加入乳化硅油消泡剂0.3g，充分搅拌，直至氯化镁溶液泡沫消除，成为澄清溶液；
(3)复合改性剂溶液的调制：将1g磷酸二氢钠、4.3g硫酸亚铁和2.7g柠檬酸钠溶于20g水中，搅拌均匀，配置成28g复合改性剂溶液；
(4)碳铬渣高强混凝土原料粉制备：将385g轻烧氧化镁、120g粉煤灰与步骤(1)所述骨料3200g混合均匀，加入步骤(2)中制备的氯化镁水溶液305g，搅拌3min后加入步骤(3)中制备的复合改性剂溶液，继续搅拌5min，得碳铬渣高强混凝土复合浆料；
(5)成型：将步骤(4)中得到碳铬渣镁质凝胶复合材料浆料，将所述碳铬渣高强混凝土复合浆料倒入40*40*160mm和150*150*150mm模具中，充分震荡成型，自然养护24小时后脱模，脱模后自然养护至28天。
上述40*40*160mm试块经测试，28天抗折强度为抗压强度为18.8MPa，28天抗压强度为111.0MPa，软化系数0.82。上述150*150*150试块经测试，28天抗压强度为79.6MPa。
实施例2
制备以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，包括以下步骤：
(1)骨料制备：将50kg碳铬渣破碎过10mm筛，得碳铬渣原材料，将8kg镍铁渣破碎过20目筛，得镍铁渣骨料，将上述碳铬渣骨料与镍铁渣混合均匀，得到高强混凝土预混骨料。
(2)氯化镁卤水调制：将所述氯化镁配置成浓度为22％的水溶液，加入磷酸三苯酯消泡剂0.3g，充分搅拌，直至氯化镁溶液泡沫消除，成为澄清溶液；
(3)复合改性剂溶液的调制：将2.1g磷酸、6.4g硫酸铁和5.2g柠檬酸钠溶于20g水中，搅拌均匀，配置成33.7g复合改性剂溶液；
(4)碳铬渣高强混凝土原料粉制备：将450g轻烧氧化镁、120g粉煤灰与步骤(1)所述骨料3200g混合均匀，加入步骤(2)中制备的氯化镁水溶液420g，搅拌3min后加入步骤(3)中制备的复合改性剂溶液，继续搅拌5min，得碳铬渣高强混凝土复合浆料；
(5)成型：将步骤(4)中得到碳铬渣镁质凝胶复合材料浆料，将所述碳铬渣高强混凝土复合浆料倒入40*40*160mm和150*150*150mm模具中，充分震荡成型，自然养护24小时后脱模，脱模后自然养护至28天。
上述40*40*160mm试块经测试，28天抗折强度为抗压强度为19.31MPa，28天抗压强度为92.68MPa，软化系数0.85。上述150*150*150试块经测试，28天抗压强度为68.65MPa。
实施例3
制备以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，包括以下步骤：
(1)骨料制备：将50kg碳铬渣破碎过10mm筛，得碳铬渣原材料，将7.5kg镍铁渣破碎过20目筛，得镍铁渣骨料，将上述碳铬渣骨料与镍铁渣混合均匀，得到高强混凝土预混骨料。
(2)氯化镁卤水调制：将所述氯化镁配置成浓度为26％的水溶液，加入磷酸三苯酯消泡剂0.3g，充分搅拌，直至氯化镁溶液泡沫消除，成为澄清溶液；
(3)复合改性剂溶液的调制：将3.1g磷酸二氢钠、6.2g硫酸亚铁和3.2g柠檬酸钠溶于20g水中，搅拌均匀，配置成32.5g复合改性剂溶液；
(4)碳铬渣高强混凝土原料粉制备：将500g轻烧氧化镁、220g粉煤灰与步骤(1)所述骨料3200g混合均匀，加入步骤(2)中制备的氯化镁水溶液355g，搅拌3min后加入步骤(3)中制备的复合改性剂溶液，继续搅拌5min，得碳铬渣高强混凝土复合浆料；
(5)成型：将步骤(4)中得到碳铬渣镁质凝胶复合材料浆料，将所述碳铬渣高强混凝土复合浆料倒入40*40*160mm和150*150*150mm模具中，充分震荡成型，自然养护24小时后脱模，脱模后自然养护至28天。
上述40*40*160mm试块经测试，28天抗折强度为抗压强度为24.31MPa，28天抗压强度为97.68MPa，软化系数0.90。
实施例4
本实施例提供了一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，具体操作方式除将实施例1中添加的消泡剂改为聚二甲基硅氧烷消泡剂，柠檬酸钠改为柠檬酸，氯化镁溶液改为28％，其余步骤与所述实施例1完全一致；经测试，40*40*160mm试块，28天抗折强度为抗压强度为21.4MPa，28天抗压强度为112.2MPa，软化系数0.84。
实施例5
本实施例提供了一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，具体操作方式除将实施例1中添加的消泡剂改为聚二甲基硅氧烷消泡剂，磷酸二氢钠改为磷酸，柠檬酸钠改为柠檬酸，其余步骤与所述实施例1完全一致；经测试，40*40*160mm试块，28天抗折强度为抗压强度为19.4MPa，28天抗压强度为98.2MPa，软化系数0.85。
实施例6
本实施例提供了一种含碳铬渣的建筑材料组合物的制备方法，具体操作方式除将实施例4中步骤(4)添加的减水剂改为木质素磺酸盐类减水剂，其余步骤与所述实施例4完全一致；经测试，40*40*160mm试块，28天抗折强度为抗压强度为17.4MPa，28天抗压强度为97.2MPa，软化系数0.87。
对比例1
本对比例提供一种利用碳铬渣和常规水泥制备混凝土的对比例
将880g型号为4.25R的波特兰水泥、3520g实施例1中所得碳铬渣和镍铁渣混合骨料、300g水充分混合，将上述所得料浆倒入40*40*160mm标准测试模具中，充分震荡成型，养护24小时后脱模，脱模后自然养护至28天。
上述配方，经测试，28天抗折强度为3.91MPa，抗压强度为27.63MPa。
根据上述数据对比可以看出，利用改性的镁基胶凝材料的性能优于普通的硅酸盐水泥(波特兰水泥)的性能。本发明所提供的一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，对碳铬渣进行破碎预处理，利用其强度高的特点作为粗骨料；利用镍铁渣易于破碎的特点，将其粉碎作为细骨料；用固体废弃物全面代替砂石骨料。此外，利用镁质胶凝材料代替波特兰水泥，制备了高强度的混凝土。
添加了复合改性剂的高强混凝土强度高，并且生产成本低廉，混料过程简单，易于生产和调配、不需要专用设备，因此可以应用于不同的建筑领域，如房屋、桥梁、道路等多方面工程施工领域，建材形式多样，高效的解决了碳铬渣的处理问题。
本发明中所述“高强混凝土”是指一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。一般把强度等级为C60(及抗压强度大于60MPa)及其以上的混凝土称为高强混凝土。利用碳铬渣和其他的废弃物替代沙石骨料具有重要的经济意义和环境意义。因此，开发应用范围广、使用量大、经济价值高的碳铬渣资源化方法对于解决碳铬渣污染具有重要的意义。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土，其特征在于，包括以重量份计100份碳铬渣建筑原料粉50～85份，所述碳铬渣建筑原料粉包括：碳铬渣骨料、镍铁渣、轻烧氧化镁、氯化镁、消泡剂、减水剂、复合改性剂；
所述碳铬渣建筑原料粉以质量百分比计含量为：碳铬渣骨料60～80％，镍铁渣8～15％，轻烧氧化镁8.5～40％，氯化镁1.7～12.9％，粉煤灰2～5％，消泡剂0.05～0.5％，复合改性剂溶液0.15～2.6％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣的添加量比以质量计为：5:1～7:1；
还包括以重量份计：30～50份水。
2.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，所述碳铬渣建筑原料粉以质量百分比计含量为：碳铬渣骨料65～70％，镍铁渣10～15％，轻烧氧化镁15～20％，氯化镁2～8％，粉煤灰2～3％，消泡剂0.1～0.5％，复合改性剂溶液0.15～2.0％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣的添加量比以质量计为：6:1。
3.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，所述消泡剂包括乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷及磷酸三苯酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于，所述复合改性剂溶液以重量份计包括：磷酸和/或磷酸盐10～15份，硫酸盐40～60份，柠檬酸和/柠檬酸钠25～40份。
5.根据权利要求4所述的高强混凝土，其特征在于，所述复合改性剂还包括溶剂，所述溶剂为水，所述水的添加量使所述磷酸和/或磷酸盐、硫酸盐、柠檬酸和/柠檬酸钠全部溶解。
6.根据权利要求4所述的高强混凝土，其特征在于，所述磷酸及磷酸盐为含量大于95％的工业磷酸及磷酸盐，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或几种。
7.一种以碳铬渣为主要骨料的高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)骨料制备：碳铬渣破碎过10mm筛，得碳铬渣原材料，将镍铁渣破碎过20目筛，得镍铁渣骨料，将所述碳铬渣骨料与镍铁渣混合均匀，得到高强混凝土预混料，所述碳铬渣骨料的添加量以重量计为60～80％，所述镍铁渣的添加量以重量计为8～15％，所述碳铬渣骨料与所述镍铁渣添加量的质量比为5:1～7:1；
(2)氯化镁卤水调制：将所述氯化镁配置成浓度为20～30％的水溶液，加入消泡剂，充分搅拌，直至氯化镁溶液泡沫消除，成为澄清溶液；
(3)复合改性剂溶液的调制：将以下复合改性剂溶质以重量份计：磷酸和/或磷酸盐10～15份，硫酸盐40～60份，柠檬酸和/柠檬酸钠25-40份溶于水，所述水的添加量将所述磷酸和/或磷酸盐、硫酸盐、柠檬酸和/柠檬酸钠溶解；
(4)碳铬渣高强混凝土原料粉制备：将轻烧氧化镁、粉煤灰与所述骨料混合均匀加入到步骤(2)中制备的氯化镁水溶液中，搅拌2～5min后加入到步骤(3)中制备的复合改性剂溶液中，继续搅拌5min，得碳铬渣高强混凝土复合浆料；
(5)成型：将所述碳铬渣高强混凝土复合浆料倒入模具中，充分震荡成型，养护6～24小时脱模，脱模后自然养护。
8.根据权利要求7所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中配制所述氯化镁水溶液中使用的氯化镁为无水氯化镁或纯度大于95％的工业六水氯化镁。
9.根据权利要求7所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中添加的轻烧氧化镁为纯度大于70％的轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁中活性氧化镁含量为45～80％。
10.根据权利要求7所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述轻烧氧化镁中活性氧化镁与所述氯化镁的摩尔比为5:1～8:1。
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