CN110183172A

CN110183172A - 一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土

Info

Publication number: CN110183172A
Application number: CN201910435654.XA
Authority: CN
Inventors: 郭文瑛; 苏辰龙; 段韵娴; 曾锦开; 焦远航; 任璐; 杨医博; 王恒昌
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2019-08-30

Abstract

本发明公开了一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，所述混凝土包括粗骨料、细骨料、胶凝材料、水和减水剂，其中，粗骨料用量为1000~1200kg/m3，细骨料用量为600~900kg/m³，胶凝材料用量为300~450kg/m³，减水剂折固用量为胶凝材料的0.15~0.30wt%，水胶比为0.35~0.55，砂率为35%~45%，且所述胶凝材料包括由碱渣制备的超细碳酸钙粉。本发明技术方案制备的混凝土，其工作性能和力学性能满足大流动性能普通混凝土的技术要求。本发明通过掺加碱渣制备超细碳酸钙粉，提高了工业废物碱渣的再利用率，降低了混凝土生产成本，经济环保。

Description

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料制备领域，具体涉及一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土。

背景技术

近年来，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰等在混凝土中的广泛使用取得了巨大的经济效益和社会效益，然而随着煤电、钢铁等行业节能减排和去产能压力的进一步加大，优质矿渣、粉煤灰生产成本增加且资源逐渐匮乏。随着现代工程对混凝土材料的要求越来越高，寻找一种新的混凝土矿物掺和料来缓解粉煤灰、矿粉等混凝土掺合料短缺的问题势在必行。

碱渣，是氨碱法制纯碱排出的废渣，其堆存和排放已造成严重的环境问题。我国目前是世界上最大的纯碱生产国，每年因生产纯碱而产生的碱渣高达300多万吨，氨碱厂处理碱渣的高额成本严重影响了企业的经济效益，而这些碱渣目前的处理方式占用了大量的土地，对区域环境造成了很大的危害，不仅影响空气质量，还会危及通航，污染水体，造成严重的环境问题。

碱渣主要以碳酸钙形式存在。而超细碳酸钙掺入到水泥基材料中，能够较大幅度提高熟料早期的水化速度，增强水泥石密实度，降低孔隙率，提高水泥净浆抗压强度。将碱渣用于需求量巨大的建材行业可以提高碱渣的再生利用率，但是碱渣中的氯离子含量很高，在绝干的状态下，氯离子质量分数可高达10％，由于氯离子容易导致钢筋锈蚀，碱渣的高氯离子含量制约了其在建筑材料中的使用。

现有碱渣预处理技术，一般是用洗涤法、离子交换树脂法、电解法和磁分离水洗法去除氯离子，干燥至所需含水率要求，并未考虑氯离子含量对建筑物耐久性的影响以及碱渣的细度对水泥水化的影响。其中洗涤法采用淡水或海水作为洗涤处理剂去除碱渣中的氯离子，用水量大，脱氯时间长。离子交换树脂法成本高，容易造成孔堵塞；而电解法的电极容易腐蚀，目前两种方法仅处于研究阶段。磁分离水洗法需要在处理过程中加入磁性物质，处理后又需将磁性物质去除，工艺较复杂。本发明所采用的碱渣是通过表面活性剂分散、打磨、压滤和烘干制得的超细碳酸钙粉，去除了原碱渣中70％以上的氯离子，简单易行且氯离子去除效果明显，可更好地应用到建筑材料中。

由于碱渣制备的超细碳酸钙粉颗粒较细，需要较多的水包裹颗粒，会显著降低新拌混凝土的工作性能，大掺量情况下随着水泥用量的减少，混凝土强度会有所降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，旨在解决碱渣制备超细碳酸钙粉降低混凝土工作性能和力学强度的问题，有效利用碱渣，实现变废为宝，解决碱渣的环境污染问题，提高碱渣的再利用率，并降低混凝土的成本。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，各组分包括：粗骨料、细骨料、胶凝材料、水、减水剂，其中，

所述粗骨料用量为1000～1200kg/m³，所述细骨料用量为600～900kg/m³，所述胶凝材料用量为300～450kg/m³，所述减水剂折固用量为胶凝材料的0.15～0.30wt％，水胶比为0.35～0.55，砂率为35％～45％，且所述胶凝材料包括由碱渣制备的超细碳酸钙粉。

进一步地，所述粗骨料为5-20mm连续级配花岗岩碎石，用量为1000～1200kg/m³。

进一步地，所述细骨料为河砂中砂，细度模数为2.3～3.0，用量为600～900kg/m³，砂率为35％～45％。

进一步地，所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、超细碳酸钙粉、粉煤灰、矿渣微粉。其中水泥用量为50～70wt％，超细碳酸钙粉用量为0～10wt％，粉煤灰用量为5～15wt％，矿渣微粉的用量为10～25wt％。

进一步地，所述超细碳酸钙粉，是由碱渣与水混合，加入表面活性剂分散，制得浆体，然后通过胶体磨打磨，再通过压滤机压滤制得试饼，试饼烘干后研磨制得。所述制备方法去除原碱渣中70％以上的氯离子。所述超细碳酸钙粉的D90<10μm。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。

进一步的，超细碳酸钙粉每掺加5wt％，减水剂折固用量增加0.02～0.05wt％，且减水剂总折固用量不超过胶凝材料的0.30wt％。

本发明中通过表面活性剂将团聚颗粒分散，压滤去除绝大部分氯离子，从碱渣中制备出低氯的超细碳酸钙，制备简单易行且氯离子去除效果明显，可更好地应用到建筑材料中。

本发明的优点是：将碱渣制备的超细碳酸钙粉作矿物掺合料掺加到混凝土中，配合矿物掺合料和减水剂的使用，保持混凝土拌合物原有的工作性能和力学性能基本不变，实现了碱渣的综合利用，变废为宝，以水泥价格20％左右的超细碳酸钙粉替代水泥，降低了混凝土的成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

下面各实施例和对比例中所用超细碳酸钙均由下述步骤制备得到：

1)实验材料按碱渣固体与水的质量比为1：3称取，将碱渣和水加入到混凝土搅拌机中进行搅拌，搅拌分为3次，每次1分钟，每两次搅拌之间的间隔将大颗粒的碱渣捏碎；

2)搅拌完成后加入碱渣固体0.11倍质量的表面活性剂EDTA，使用混凝土搅拌机搅拌3分钟；

3)搅拌完成的浆体使用胶体磨磨细浆体1分钟；

4)磨细后的浆体使用压滤机将浆液压滤完全(压滤到机器滴水速度缓慢)，得到超细碳酸钙的试饼。

5)压滤得到的试饼放入105(±1)℃烘箱中烘干至恒重。

6)烘干后的碳酸钙块放入小钢磨中磨细60s制得超细碳酸钙粉。

实施例1

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水182kg，聚羧酸减水剂折固用量0.56kg，水泥215kg，粉煤灰17kg，矿渣微粉82kg，碱渣制备超细碳酸钙粉17kg，细度模数为2.7的河砂829kg，5～20mm花岗岩碎石1057kg。

混凝土中胶凝材料331kg/m³，水胶比0.55，砂率44％，减水剂掺量0.17％。

将干料加入搅拌机搅拌30s混合均匀，然后将减水剂与水混合加入上述混合物，搅拌210s，得到混凝土拌合物。

实施例2

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水182kg，聚羧酸减水剂折固用量0.63kg，水泥215kg，粉煤灰33kg，矿渣微粉50kg，碱渣制备超细碳酸钙粉33kg，细度模数为2.7的河砂829kg，5～20mm花岗岩碎石1057kg。

混凝土中胶凝材料331kg/m³，水胶比0.55，砂率44％，减水剂掺量0.19％。

实施例3

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水158kg，聚羧酸减水剂折固用量0.88kg，水泥308kg，粉煤灰22kg，矿渣微粉88kg，碱渣制备超细碳酸钙粉22kg，细度模数为2.3的河砂649kg，5～20mm花岗岩碎石1153kg。

混凝土中胶凝材料440kg/m³，水胶比0.36，砂率36％，减水剂掺量0.20％。

实施例4

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水158kg，聚羧酸减水剂折固用量1.1kg，水泥308kg，粉煤灰44kg，矿渣微粉44kg，碱渣制备超细碳酸钙粉44kg，细度模数为2.3的河砂649kg，5～20mm花岗岩碎石1153kg。

混凝土中胶凝材料440kg/m³，水胶比0.36，砂率36％，减水剂掺量0.25％。

对比例1

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水182kg，聚羧酸减水剂折固用量0.5kg，水泥215kg，粉煤灰50kg，矿渣微粉66kg，细度模数为2.7的河砂829kg，5～20mm花岗岩碎石1057kg。

混凝土中胶凝材料331kg/m³，水胶比0.55，砂率44％，减水剂掺量0.15％。

对比例2

一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土配合比每方用量为：水158kg，聚羧酸减水剂折固用量0.66kg，水泥308kg，粉煤灰53kg，矿渣微粉79kg，细度模数为2.3的河砂649kg，5～20mm花岗岩碎石1153kg。

混凝土中胶凝材料440kg/m³，水胶比0.36，砂率36％，减水剂掺量0.15％。

上述6个例子的实验数据见表1。

表1混凝土流动性能和力学性能实验结果

由于碱渣制备的超细碳酸钙粉颗粒较细，需要较多的水包裹颗粒，显著降低了新拌混凝土的工作性能，根据上述结果显示，碱渣制备超细碳酸钙粉每增加5wt％掺量，减水剂折固用量相应增加0.02～0.05wt％，可保持混凝土拌合物工作性能基本不变；碱渣制备超细碳酸钙粉掺量在10wt％以内，混凝土抗压强度有小幅度提高(其中，由于实施例1-2与对比例1的水胶比相同，实施例3-4与对比例2的水胶比相同，实施例1和2的28d抗压强度提高率是相对于对比例1而言，实施例3和4的28d抗压强度提高率是相对于对比例2而言)，满足普通混凝土性能要求。本发明解决了碱渣制备超细碳酸钙粉应用中的工作性能和力学性能问题，为碱渣的综合利用提供了一条新路径，同时降低了混凝土的成本，经济环保。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述混凝土包括粗骨料、细骨料、胶凝材料、水和减水剂，其中，粗骨料用量为1000~1200kg/m3，细骨料用量为600~900kg/m³，胶凝材料用量为300~450kg/m³，减水剂折固用量为胶凝材料的0.15~0.30wt%，水胶比为0.35~0.55，砂率为35%~45%，且所述胶凝材料包括由碱渣制备的超细碳酸钙粉。

2.根据权利要求1所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-20mm连续级配花岗岩碎石。

3.根据权利要求1所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述细骨料为河砂中砂，细度模数为2.3~3.0。

4.根据权利要求1所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、超细碳酸钙粉、粉煤灰和矿渣微粉。

5.根据权利要求4所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述胶凝材料中水泥用量为50~70wt%，超细碳酸钙粉用量为0~10wt%，粉煤灰用量为5~15wt%，矿渣微粉的用量为10~25wt%。

6.根据权利要求4所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述超细碳酸钙粉，是由碱渣与水混合，加入表面活性剂分散，制得浆体，然后通过胶体磨打磨，再通过压滤机压滤制得试饼，试饼烘干后研磨制得。

7.根据权利要求4所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述超细碳酸钙粉D90<10μm。

8.根据权利要求1所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。

9.根据权利要求4所述的用碱渣制备超细碳酸钙粉配制的混凝土，其特征在于，超细碳酸钙粉每掺加5wt%，减水剂折固用量增加0.02~0.05wt%，且减水剂总折固用量不超过胶凝材料的0.30wt%。