CN111116110A - 一种大宗固废基地聚物保温混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大宗固废基地聚物保温混凝土,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰10~45份,矿渣粉10~45份,氢氧化钠2~10份,硅酸钠10~20份,砂子0~130份,漂珠0~30份,玻化微珠10~15份,硅灰0~6份,减水剂0.5~0.8份,水15~25份;其中,按质量份计,所述砂子由天然砂0~50份、再生砂0~35份和铁尾矿砂0~45份组成。本发明还提供了上述大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法。本发明提供的制备方法提高了保温混凝土的性价比,有效提高了资源的循环利用率,具有较大的经济效益。

Description

一种大宗固废基地聚物保温混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程和环境工程领域,具体涉及一种大宗固废基地聚物保温混凝土及其制备方法。
背景技术
近几年来,我国大力倡导建筑行业绿色发展理念,而普通混凝土作为建筑结构中使用量较大的材料,其原材料在生产过程中造成较严重的环境污染,尤其是水泥。我国是世界上最大的水泥生产和消费国,水泥产量自1985年以来一直稳居世界第一,水泥工业颗粒物排放量占全国排放量的20%~30%,其中,氮氧化物NOx是水泥在生产过程中排放的主要大气污染物,其排放量占全国排放量的8%~10%,水泥工业是重点污染行业之一。地聚合物其本质是以硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网格凝胶体,其本身具有硬化快、强度高、渗透率低、耐久性好、耐酸腐蚀等特点,且其能耗只有水泥生产能耗的30%,被认为是水泥的一种良好的补充和替代材料。
粉煤灰为热电厂生产的副产品,目前我国粉煤灰年排放量已接近3亿吨,但其利用率却不足一半,大量的粉煤灰堆放不仅占用土地资源,而且还造成环境的严重污染,造成能源和资源的巨大浪费。矿渣也是一种工业废料,是通过高炉炼铁得到的熔融物,其对水源、空气和土壤产生巨大的危害和影响。如何大量高效安全的处理和利用这两种工业固体废物亟待解决。
废混凝土是混凝土生产、建筑施工以及建筑物拆除过程中产生的。随着我国经济的发展,乡镇的城市化建设也处于发展的高潮中,城市的集中规划导致大量既有建筑物的拆除,由此产生的废旧混凝土也越来越多。将废混凝土破碎后作为再生粗细集料不但能解决天然集料资源紧张问题,而且可以减少城市废混凝土的堆放、占地以及由此带来的环境污染问题,实现建筑业长久可持续发展,利用再生骨料作为建筑主体材料的骨料已成为必然的发展趋势。
天然砂的形成需要大自然几千年的自然风化,并且绝大多数天然砂都用于土木工程材料的使用,随着社会的不断发展,所需土木工程材料越来越多,进一步导致天然资源的枯竭。采用再生砂或铁尾矿砂部分代替天然砂制备混凝土不仅可以降低生产成本,减少天然砂的使用,还能“化废为宝”减轻城市固体废弃物的污染。
轻骨料玻化微珠是由火山岩粉碎成矿砂,经过特殊膨化烧法加工而成,产品呈不规则球状体颗粒,内部为空腔结构,表面玻化封闭,理化性能稳定,具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优良特性。可替代粉煤灰漂珠、玻璃漂珠、普通膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等诸多传统轻质骨料在不同制品中的应用,是一种环保型高性能无机轻质绝热材料。玻化微珠作为一种无机玻璃质矿物材料,不含有机及对人体有害的成分,符合现代人们对家居环保的要求,也符合绿色消费和循环经济发展的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明利用各种固废物制备得到一种地聚物保温混凝土,该混凝土具有较高的强度和优异的耐久性。
本发明提供一种大宗固废基地聚物保温混凝土,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰10~45份,矿渣粉10~45份,氢氧化钠2~10份,硅酸钠10~20份,砂子0~130份,漂珠0~30份,玻化微珠10~15份,硅灰0~6份,减水剂0.5~0.8份,水15~25份;其中,按质量份计,所述砂子由天然砂0~50份、再生砂0~35份和铁尾矿砂0~45份组成。
进一步地,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰35份,矿渣粉35份,氢氧化钠7.8份,硅酸钠19.4份,砂子43份,玻化微珠12份,硅灰3份,减水剂0.6份,水22份。
进一步地,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰20份,矿渣粉20份,氢氧化钠6.8份,硅酸钠16.8份,砂子60份,玻化微珠13份,硅灰2.5份,减水剂0.7份,水18份。
进一步地,所述再生粗集料由废混凝土破碎筛分得到,粒径为5~20mm。
进一步地,粉煤灰采用低钙或高钙粉煤灰,等级为I级或II级。
进一步地,矿渣粉采用高炉矿渣磨细而成。
进一步地,氢氧化钠采用工业生产的99%纯度白色针片状固体。
进一步地,硅酸钠的模数为2.5~3.5。
进一步地,天然砂采用细度模数为2~3、表观密度为2500~2900kg/m3的中粗河砂;再生砂来源于中等强度(C35)等级的道路混凝土,细度模数为2~3,表观密度2600~2900kg/m3;铁尾矿砂的表观密度为2700~3000kg/m3,吸水率为1~3%。
进一步地,玻化微珠的粒径为0.001~1.5mm,容重为60~130kg/m3
进一步地,硅灰的耐火度>1600℃,容重为1600~1700kg/m3
进一步地,所述减水剂采用蔗糖化钙,传统聚羧酸减水剂会与碱溶液反应,生成气泡减小混凝土强度,因此本发明采用缓凝减水剂蔗糖化钙。
本发明还提供了上述大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1,将硅酸钠、减水剂和氢氧化钠分别溶于水中,得到硅酸钠溶液、减水剂溶液和氢氧化钠溶液;
S2,将粉煤灰、矿渣粉、漂珠和玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;
S3,向混合料中加入再生粗集料、砂子、硅灰和水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
进一步地,制得的保温混凝土的导热系数为0.37W/m·k~0.54W/m·k。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:本发明采用工业废渣粉煤灰和矿渣作为地聚物保温混凝土的主要原料,显著提高了粉煤灰和矿渣的利用率;本发明将建筑垃圾制成再生砂或使用铁尾矿砂部分代替天然砂制备混凝土不仅能实现工业固废的资源化利用,而且起到变废为宝的作用;本发明采用废混凝土加工成的再生粗集料作为原料,实现了废混凝土的回收利用;本发明中粉煤灰和矿渣粉在氢氧化钠和硅酸钠碱性激发剂的激发作用下,活性硅铝原料中的Si-O、Al-O键发生断裂,形成[SiO4]4-、[AlO4]5-四面体,再经过缩聚形成O-Si-O-Al-O网络状结构的无机聚合物,形成稳定的凝胶结构。漂珠与玻化微珠加入后作为固体引气剂,在水化作用前期,其保水作用可减少该混凝土内部有害孔的产生,在后期使用过程中起内养护作用,又可解决目前地聚物混凝土存在的泛碱现象;漂珠和玻化微珠与碱激发固废材料形成的网络状凝胶结构互相嵌合,形成更为稳定的水泥基材料,实现材料功能互补。
本发明通过加入玻化微珠保温材料,使得制得的混凝土不仅耐久性好,而且具有良好的保温性能,本发明制得的保温混凝土适用于各类土木工程建设。
本发明提供的制备方法提高了保温混凝土的性价比,有效提高了资源的循环利用率,具有较大的经济效益。
附图说明
图1是本发明一种大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种大宗固废基地聚物保温混凝土,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰10~45份,矿渣粉10~45份,氢氧化钠2~10份,硅酸钠10~20份,砂子0~130份,漂珠0~30份,玻化微珠10~15份,硅灰0~6份,减水剂0.5~0.8份,水15~25份;其中,按质量份计,砂子由天然砂0~50份、再生砂0~35份和铁尾矿砂0~45份组成。
参考图1,本发明的实施例还提供了上述大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1,按质量份计,称取10~20份硅酸钠、0.5~0.8份减水剂和2~10份氢氧化钠分别溶于水中,得到硅酸钠溶液、减水剂溶液和氢氧化钠溶液;
步骤S2,按质量份计,称取10~45份粉煤灰、10~45份矿渣粉、0~30份漂珠和10~15份玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;
步骤S3,按质量份计,向混合料中加入100份再生粗集料、0~130份砂子、0~6份硅灰和15~25份水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
下面结合实施例对本发明提供的大宗固废基地聚物保温混凝土及其制备方法进行详细说明。
实施例1:
称取9.7kg硅酸钠、0.3kg蔗糖化钙分别溶于水中,得到硅酸钠溶液和蔗糖化钙溶液;称取3.9kg氢氧化钠,采用滴定法加入蒸馏水至12.2L,得到浓度约为8mol/L的氢氧化钠溶液;称取17.5kg粉煤灰、17.5kg矿渣粉、6kg玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;向混合料中加入50kg再生粗集料(为了避免影响氢氧化钠和硅酸钠溶液浓度,提前用水将再生粗集料润湿)、11.5kg天然砂、10kg再生砂、1.5kg硅灰和11kg水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
实施例1中,每0.5kg为一份。
经试验测得,实施例1制得的保温混凝土的坍落度为18.5cm,初凝时间为34min,终凝时间为48min,硬化后7d抗压强度为54.8MPa,28d抗压强度为63.1MPa,导热系数为0.54W/m·k。
实施例2:
称取8.4kg硅酸钠、0.35kg蔗糖化钙分别溶于水中,得到硅酸钠溶液和蔗糖化钙溶液;称取3.4kg氢氧化钠,采用滴定法加入蒸馏水至10.6L,得到浓度约为8mol/L的氢氧化钠溶液;称取10kg粉煤灰、10kg矿渣粉、6.5kg玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;向混合料中加入50kg再生粗集料(为了避免影响氢氧化钠和硅酸钠溶液浓度,提前用水将再生粗集料润湿)、10kg天然砂、20kg再生砂、1.25kg硅灰和9kg水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
实施例2中,每0.5kg为一份。
经试验测得,实施例2制得的保温混凝土的坍落度为22cm,初凝时间为44min,终凝时间为58min,硬化后7d抗压强度为38.6MPa,28d抗压强度为44.8MPa,导热系数为0.42W/m·k。
实施例3:
称取6kg硅酸钠、0.25kg蔗糖化钙分别溶于水中,得到硅酸钠溶液和蔗糖化钙溶液;称取2kg氢氧化钠,采用滴定法加入蒸馏水至6.25L,得到浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液;称取7.5kg粉煤灰、12.5kg矿渣粉、1kg漂珠、6kg玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;向混合料中加入50kg再生粗集料(为了避免影响氢氧化钠和硅酸钠溶液浓度,提前用水将再生粗集料润湿)、1kg天然砂、10kg再生砂、9kg铁尾矿砂、0.5kg硅灰和9kg水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
实施例3中,每0.5kg为一份。
经试验测得,实施例3制得的保温混凝土的坍落度为27.5cm,初凝时间为53min,终凝时间为69min,硬化后7d抗压强度为37.8MPa,28d抗压强度为43.6MPa,导热系数为0.37W/m·k。
实施例4:
称取7.5kg硅酸钠、0.3kg蔗糖化钙分别溶于水中,得到硅酸钠溶液和蔗糖化钙溶液;称取3kg氢氧化钠,采用滴定法加入蒸馏水至9.4L,得到浓度约为8mol/L的氢氧化钠溶液;称取12.5kg粉煤灰、15kg矿渣粉、3kg漂珠、7kg玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;向混合料中加入50kg再生粗集料(为了避免影响氢氧化钠和硅酸钠溶液浓度,提前用水将再生粗集料润湿)、3kg天然砂、12.5kg再生砂、10kg铁尾矿砂、1kg硅灰和10kg水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
实施例4中,每0.5kg为一份。
经试验测得,实施例4制得的保温混凝土的坍落度为26cm,初凝时间为46min,终凝时间为67min,硬化后7d抗压强度为42.5MPa,28d抗压强度为52MPa,导热系数为0.5W/m·k。
实施例5:
称取9kg硅酸钠、0.4kg蔗糖化钙分别溶于水中,得到硅酸钠溶液和蔗糖化钙溶液;称取4kg氢氧化钠,采用滴定法加入蒸馏水至12.5L,得到浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液;称取21kg粉煤灰、20kg矿渣粉、3kg漂珠、7.5kg玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;向混合料中加入50kg再生粗集料(为了避免影响氢氧化钠和硅酸钠溶液浓度,提前用水将再生粗集料润湿)、5kg天然砂、15kg再生砂、17.5kg铁尾矿砂、2.5kg硅灰和8kg水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
实施例5中,每0.5kg为一份。
经试验测得,实施例5制得的保温混凝土的坍落度为24.5cm,初凝时间为37min,终凝时间为54min,硬化后7d抗压强度为46MPa,28d抗压强度为54MPa,导热系数为0.48W/m·k。
在不冲突的情况下,本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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 (7)

1.一种大宗固废基地聚物保温混凝土,其特征在于,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰10~45份,矿渣粉10~45份,氢氧化钠2~10份,硅酸钠10~20份,砂子0~130份,漂珠0~30份,玻化微珠10~15份,硅灰0~6份,减水剂0.5~0.8份,水15~25份;其中,按质量份计,所述砂子由天然砂0~50份、再生砂0~35份和铁尾矿砂0~45份组成。
2.根据权利要求1所述的大宗固废基地聚物保温混凝土,其特征在于,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰35份,矿渣粉35份,氢氧化钠7.8份,硅酸钠19.4份,砂子43份,玻化微珠12份,硅灰3份,减水剂0.6份,水22份。
3.根据权利要求1所述的大宗固废基地聚物保温混凝土,其特征在于,由以下质量份的原料组成:再生粗集料100份,粉煤灰20份,矿渣粉20份,氢氧化钠6.8份,硅酸钠16.8份,砂子60份,玻化微珠13份,硅灰2.5份,减水剂0.7份,水18份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的大宗固废基地聚物保温混凝土,其特征在于,所述再生粗集料由废混凝土破碎筛分得到,粒径为5~20mm。
5.根据权利要求1~3任一项所述的大宗固废基地聚物保温混凝土,其特征在于,所述减水剂采用蔗糖化钙。
6.权利要求1所述大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将硅酸钠、减水剂和氢氧化钠分别溶于水中,得到硅酸钠溶液、减水剂溶液和氢氧化钠溶液;
S2,将粉煤灰、矿渣粉、漂珠和玻化微珠放入搅拌机中充分搅拌,然后依次加入氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液和减水剂溶液,搅拌均匀,获得混合料;
S3,向混合料中加入再生粗集料、砂子、硅灰和水,充分搅拌,即得到保温混凝土。
7.根据权利要求6所述的大宗固废基地聚物保温混凝土的制备方法,其特征在于,制得的保温混凝土的导热系数为0.37W/m·k~0.54W/m·k。
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