CN110627467A - 一种海水防腐赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用。该海水防腐赤泥基胶凝材料由粉料、减水剂、骨料和海水混合制得；所述粉料包括20~40重量份的赤泥、6~26重量份的矿粉、30~45重量份的硅酸盐水泥和4~8重量份的脱硫石膏；所述骨料为标准砂和/或铁尾矿；所述粉料与骨料的重量比为1:(2~4)；所述海水灰比为0.3~0.5；所述减水剂的用量为至少所述粉料的1.2wt%。本发明使用赤泥及其它固体废弃物与海水拌合，减少了成本。得到的胶凝材料符合海工混凝土的要求。

Description

一种海水防腐赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，更具体地，涉及一种海水防腐赤泥基胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

现在环境问题愈加突出，保护环境成为现代生活中不能忽视的重点，而大宗固体废弃物的排放和堆存则是环境问题的一部分。赤泥是一种大宗固体废弃物，它是一种从铝土矿中提炼出氧化铝后排出的工业固体废物。而且在每生产1吨氧化铝的同时，一般会附带产生0.6~1.8吨的赤泥。中国作为世界第四大氧化铝的生产国，每年产生的赤泥在8000多万吨。由于赤泥显碱性，对于土壤、水和生物会产生污染，所以如何利用赤泥就成为了重点。

在赤泥的回收利用方面，戴剑等人将在1310℃的环境下保温60分钟，10.05％质量分数的赤泥掺入到水泥熟料中，所制得的胶凝材料的抗压性能非常好。Wang将赤泥脱碱以后可以得到力学性能非常优良的水泥，并将其利用在田间的道路铺设上。Krivenko等人掺入80％赤泥的情况下也得到了抗压性能特别优异的碱活化水泥。

在海工混凝土的研制方面，1997年伦敦混凝土高技术公司研发出了一种名字叫做Z-12/C的化学掺加剂可以使得海水和海砂可以用于混凝土的制备。1999年李乃珍利用特定率值的熟料加上富硅材料再加上石灰石可以磨出一种抗海水水泥。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种海水防腐赤泥基胶凝材料，本发明使用赤泥及其它固体废弃物与海水拌合，减少了成本。得到的胶凝材料符合海工混凝土的要求。

该海水防腐赤泥基胶凝材料，由粉料、减水剂、骨料和海水混合制得；所述粉料包括20~40重量份的赤泥、6~26重量份的矿粉、30~45重量份的硅酸盐水泥和4~8重量份的脱硫石膏；所述骨料为标准砂和/或铁尾矿；所述粉料与骨料的重量比为1:(2~4)；所述海水灰比为0.3~0.5；所述减水剂的用量为至少所述粉料的1.2wt%。

在本发明一个优选实施方式中，所述粉料包括25~35重量份的赤泥、18~21重量份的矿粉、40~45重量份的硅酸盐水泥和5~8重量份的脱硫石膏。进一步优选的是，粉料包括30重量份的赤泥、19~20重量份的矿粉、40~42重量份的硅酸盐水泥和6重量份的脱硫石膏。

在本发明一个优选实施方式中，所述粉料还包括2~8重量份的粉煤灰，优选4~6重量份的粉煤灰。

在本发明一个优选实施方式中，所述海水防腐赤泥基胶凝材料由粉料、聚羧酸减水剂、骨料和海水混合制得；所述粉料包括20~40重量份的赤泥、6~26重量份的矿粉、30~45重量份的硅酸盐水泥、4~8重量份的脱硫石膏和2~8重量份的粉煤灰；所述骨料为标准砂和/或铁尾矿；所述粉料与骨料的重量比为1:(2~4)；所述海水灰比为0.3~0.5；所述聚羧酸减水剂的用量为至少所述粉料的1.2wt%。

在本发明一个优选实施方式中，所述海水防腐赤泥基胶凝材料由粉料、聚羧酸减水剂、骨料和海水混合制得；所述粉料包括25~35重量份的赤泥、18~21重量份的矿粉、40~45重量份的硅酸盐水泥、5~8重量份的脱硫石膏和4~6重量份的粉煤灰；所述骨料为标准砂和/或铁尾矿；所述粉料与骨料的重量比为1:(2~4)；所述海水灰比为0.3~0.4；所述聚羧酸减水剂的用量为至少所述粉料的1.2wt%。

其中，聚羧酸减水剂的用量至少为所述粉料的1.5wt%，优选为1.5wt%。

其中，粉料优选由赤泥、矿粉、硅酸盐水泥、脱硫石膏和粉煤灰组成。进一步优选地是，粉料的重量份为100重量份。

在本发明一个优选实施方式中，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。为了得到更好的力学强度，减水剂优选为聚羧酸减水剂。

在本发明一个优选实施方式中，硅酸盐水泥为42.5硅酸盐水泥。其中，赤泥为拜耳法赤泥。矿粉优选为山西矿粉。

在本发明一个优选实施方式中，骨料可以为标准砂、铁尾矿、标准砂和铁尾矿的混合物中的任一种，标准砂和铁尾矿可以以任意比例混合，在本发明中，以标准砂为优选来详述本发明。

在本发明中，重量份可以是µg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

本发明的另一目的在于提供上述海水防腐赤泥基胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

将粉料混合，按海水灰比加入海水，搅拌均匀成胶状，边搅拌边加入骨料，搅拌均匀。

优选地是，先将粉料以及减水剂按比例混合粉料，按照海水灰比加入海水，在自转速度为130~150r/min下搅拌均匀成胶状，在同样的自转速度下将骨料倒入搅拌机中，在自转速度为270~300r/min下搅拌均匀，即得。

本发明得到的海水防腐赤泥基胶凝材料在第7天即可达到海工混凝土所需抗压强度30~35Mpa的标准，即可投入生产，更加快捷。

即本发明的再一目的在于提供上述海水防腐赤泥基胶凝材料或上述的制备方法在制备海工混凝土中的应用。

本发明利用固体废弃物——赤泥以及利用海水拌合，减少了成本的同时，符合绿色发展的理念，变废为宝。而且所需配比在第七天就达到海工混凝土所需抗压强度30~35MPa的标准，可以投入生产，与现现有技术中需要28天相比，更加快捷。本发明的海水防腐赤泥基胶凝材料有很好的力学强度，符合海工混凝土的要求。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

本发明实施例中部分原料的厂家如下表所示：

名称	产地
		赤泥	龙口南山集团
矿粉	山西河津
		42.5水泥	唐山福顺水泥有限公司
脱硫石膏	山东魏桥创业集团
		粉煤灰	河南省四通化建有限公司
聚羧酸减水剂	秦奋建材有限公司
		萘系减水剂	万山化工
标准砂	厦门艾斯欧标准砂有限公司
		海水	烟台渤海

实施例1

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，制备方法包括如下步骤：

第一步：按照以下质量分数数量取原料：

拜耳法赤泥：30wt%，山西矿粉：19wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：6wt%，粉煤灰：5wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.33。控制变量粉料为450g，骨料标准砂一袋1350g，共1800g。

第二步：先将拜尔法赤泥，山西矿粉，42.5水泥，粉煤灰，脱硫石膏，聚羧酸减水剂按实验方案的比例混合作为粉料，先使搅拌机处于待工作的状态，然后将粉料倒入搅拌器中。再按照水灰比加入海水。使搅拌机先慢搅（慢搅的自转速度为140±5r/min）工作30s，将粉料与海水搅拌均匀成胶状，然后再在接下来的慢搅30s内沿搅拌机的外壁将骨料标准砂倒入搅拌机中。然后将搅拌机快搅（快搅的自转速度为285±10r/min）90s后使其均匀即可，关闭搅拌器。

第三步：将40*40*160三联模具的空试模和模套固定在振实台上，把三联模具上刷上一层油，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将浆料盛入模具中。震荡120次后，停止机器。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90°的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的浆料刮去，并用同一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。在凝固后，去掉留在模子四周的胶砂，用保鲜膜进行包裹。并在试模上作标记或加字条标明试件编号。

第四步：在室温下养护三天，然后放于海水中浸泡。在第三天，第七天后以进行抗折强度和抗压强度的测试。第三天的抗折强度为7.9MPa，抗压强度为26.1MPa；第七天的抗折强度9.48MPa，抗压强度为38.67MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是83.559mg/L。钠离子浓度已到达饮用水级别，对环境产生的污染比较小。在海水中浸泡后，抗折强度和抗压强度体现的出材料的力学性能已达到海工混凝土标准。

实施例2

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：30wt%，山西矿粉：19wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：6wt%，粉煤灰：5wt%，聚羧酸减水剂：2wt%，海水灰比0.32。

得到的材料第三天的抗折强度为6.4MPa，抗压强度为23.4MPa；第七天的抗折强度为10.5MPa，抗压强度为40.68MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是80.151mg/L。

实施例3

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：30wt%，山西矿粉：20wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：6wt%，粉煤灰：4wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.4。粉料为450g，粉料与骨料的重量比为1:4。

得到的材料第三天的抗折强度为5.9MPa，抗压强度为17.92MPa；第七天的抗折强度为8.9MPa，抗压强度为35.54MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是70.112mg/L。

实施例4

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：25wt%，山西矿粉：18wt%，42.5水泥：45wt%，脱硫石膏：8wt%，粉煤灰：4wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.3。

得到的材料第三天的抗折强度为6.0MPa，抗压强度为18.50MPa；第七天的抗折强度为8.1MPa，抗压强度为33.12MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是75.231mg/L。

实施例5

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：33wt%，山西矿粉：18wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：5wt%，粉煤灰：4wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.3。

得到的材料第三天的抗折强度为5.1MPa，抗压强度为15.67MPa；第七天的抗折强度为8.0MPa，抗压强度为32.12MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是112.45mg/L。

实施例6

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：20wt%，山西矿粉：15wt%，42.5水泥：55wt%，脱硫石膏：3wt%，粉煤灰：7wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.3。

得到的材料第三天的抗折强度为4.5MPa，抗压强度为12.56MPa；第七天的抗折强度为7.9MPa，抗压强度为30.34MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是70.56mg/L。

实施例7

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：40wt%，山西矿粉：15wt%，42.5水泥：30wt%，脱硫石膏：10wt%，粉煤灰：5wt%，聚羧酸减水剂：1.5wt%，海水灰比0.5。

得到的材料第三天的抗折强度为4.2MPa，抗压强度为12.23MPa；第七天的抗折强度为7.9MPa，抗压强度为30.23MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是120.34mg/L。

实施例8

本实施例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

减水剂为萘系减水剂。

得到的材料第三天的抗折强度为5.45MPa，抗压强度为18.50MPa；第七天的抗折强度为7.8MPa，抗压强度为30.45MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度为120.354mg/L。

对比例1

本对比例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：30wt%，山西矿粉：19wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：6wt%，粉煤灰：5wt%，聚羧酸减水剂：0.5wt%，海水灰比0.4。

得到的材料第三天的抗折强度为4.72MPa，抗压强度为11.3MPa；第七天的抗折强度为5.65MPa，抗压强度为17.12MPa。经过ICP测试赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是111.365mg/L。

对比例2

本对比例提供了一种海水防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

拜耳法赤泥：30wt%，山西矿粉：19wt%，42.5水泥：40wt%，脱硫石膏：6wt%，粉煤灰：5wt%，聚羧酸减水剂：1wt%，海水灰比0.33。

得到的材料第三天的抗折强度为6.8MPa，抗压强度为19.0MPa；第七天的抗折强度7.72MPa，抗压强度为23.11MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是91.865mg/L。

对比例3

本实施例提供了一种防腐赤泥基胶凝材料，原料和制备方法与实施例1中相同，不同之处在于：

代替海水，使用淡水来拌和。

得到的材料第三天的抗折强度为6.42MPa，抗压强度为18.86MPa；第七天的抗折强度为8.50MPa，抗压强度为26.10MPa。经过ICP测试，赤泥原料分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是585.66mg/L，样品破碎后分散在蒸馏水的Na⁺的浓度是85.465mg/L。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (9)

1.一种海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，由粉料、减水剂、骨料和海水混合制得；所述粉料包括20~40重量份的赤泥、6~26重量份的矿粉、30~45重量份的硅酸盐水泥和4~8重量份的脱硫石膏；所述骨料为标准砂和/或铁尾矿；所述粉料与骨料的重量比为1:(2~4)；所述海水灰比为0.3~0.5；所述减水剂的用量为至少所述粉料的1.2wt%。

2.根据权利要求1所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述粉料包括25~35重量份的赤泥、18~21重量份的矿粉、40~45重量份的硅酸盐水泥和5~8重量份的脱硫石膏。

3.根据权利要求1或2所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述粉料还包括2~8重量份的粉煤灰，优选4~6重量份的粉煤灰。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述粉料与骨料的重量比为1:(3~5)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述海水灰比为0.3~0.4。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂，优选为聚羧酸减水剂。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为42.5硅酸盐水泥。

8.权利要求1至7中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将粉料混合，按海水灰比加入海水，搅拌均匀成胶状，边搅拌边加入骨料，搅拌均匀。

9.权利要求1至7中任一项所述的海水防腐赤泥基胶凝材料或权利要求8所述的制备方法在制备海工混凝土中的应用。