CN111348859A - 一种大掺量硅质固废混凝土活化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大掺量硅质固废混凝土活化剂及其制备方法，属于建筑材料制备技术领域。一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，包括下述质量百分比的原料制成：电石渣70‑75%、偏硅酸钠0.5‑1.5%、减水剂0.2‑1%、分散剂0.1‑0.5%、水20‑30%。本发明一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，主要成分为电石渣，电石渣主要成分为氧化钙，含量达到70%以上，通过对电石渣烘干和研磨处理得到氧化钙粉末，以此来掺入并活化硅质固废前期的活性，同时电石渣的掺入，控制其掺量低于水泥质量的12%时，可以提高水泥的早期抗折强度。

Description

一种大掺量硅质固废混凝土活化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种大掺量硅质固废混凝土活化剂及其制备方法，属于建筑材料制备技术领域。

背景技术

矿产资源是人类赖以生存、社会赖以发展的重要物质基础，也是现代生活的基石，同时又是一个国家或地区发展的支柱。随着矿产资源的不断开发利用，产生了大量的尾矿。据统计，我国每年仍有超过5亿t尾矿继续排放。其中硅质固废如铁尾矿、石英砂尾矿、石墨尾矿和粉煤灰等大量固体废物排放占用宝贵的土地资源，并造成严重的环境污染，生态环境恶化。同时尾矿也是潜在的二次资源，目前我国尾矿的利用率很低，只有8.2%，如何有效地利用固废成为待解决的问题。

同时，大部分硅质固废的键能很高，所以在通常情况下，该硅质固废的活性很低，很难满足工程需要，而且大部分硅质固废在替换水泥参与水泥的水化反应时，由于活性没有被激发，所以水化反应前期只起到了填充作用，而不是胶凝作用，如何找到合适的活化剂，使固废在前期充分发挥其活性，并使混凝土达到高性能化，成为待解决的问题。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种大掺量硅质固废混凝土活化剂及其制备方法，主要为了开发一种可综合利用硅质固废、利用硅质固废代替部分水泥原料、并式该混凝土登记达到国家标准的活化剂。、

本发明采用的技术方案如下：

一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，包括下述质量百分比的原料制成：电石渣70-75%、偏硅酸钠0.5-1.5%、减水剂0.2-1%、分散剂0.1-0.5%、水20-30%。

进一步的，所述大掺量硅质固废混凝土活化剂包括下述质量百分比的原料制成：电石渣73%、偏硅酸钠1.5%、减水剂1%、分散剂0.5%、水24%。

进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

一种大掺量硅质固废混凝土活化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：采用机械分离法使占总原料量70-75%的电石渣（含水量70%以上）固液分离，即使用压滤机对其进行压滤，压滤后电石渣含水量为30-40%，接着对其进行烘干，使其含水量降至10%以下；

步骤二：将烘干后的电石渣放置在马弗炉内煅烧，控制煅烧温度为435-480℃或800℃，煅烧后即制得氧化钙；

步骤三：将0.1-0.5%的聚羧酸系高性能减水剂、0.2-1%的聚丙烯酸钠分散剂和20-30%的水置于容器一种，并在50℃环境下进行搅拌，搅拌时间不低于1小时；

步骤四：将步骤二处理后得到的高活性氧化钙和占原料总质量0.5-1.5%的偏硅酸钠置于容器二中，搅拌1分钟后，将容器一所得的混合物导入容器二中，并持续搅拌，搅拌时间不低于10分钟，最后得到活化剂。

进一步的，所述电石渣为电石水解制乙炔生产PVC树脂工艺过程中排出的电石渣浆，其含水量为60-80%。

进一步的，步骤二中对电石渣的煅烧温度为800℃，得到高活性氧化钙。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明的效果和优点如下：

1）由于硅质固废占用大量土地资源，并成严重的环境污染，本发明充分利用硅质固废，通过活化剂，实现了大掺量硅质固废混凝土的制造，解决我国硅质固废利用率很低的问题。

2）由于硅质固废的键能很高，导致其在参与水泥水化反应时活性很低，本发明中的活化剂可以减弱其键合力，降低硅质固废中二氧化硅的硅氧键或其他含氧键的键能，使其成为活性状态，且本发明中的硬脂酸钠可以在硅质固废研磨期提高其活性，使硅质固废表面能降低，减弱其键合力。

3）本发明大掺量硅质固废混凝土活化剂，在制备过程中添加了聚羧酸系高性能减水剂，以此来节约水泥用量，带来良好的企业效益。

4）本发明一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，在制备过程中添加了聚丙烯酸钠分散剂，该分散剂可以与聚羧酸系高性能减水剂复合使用，可降低该减水剂对水泥的吸附，同时也可以使混凝土具有更好的流动保持效果。

5）本发明一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，主要成分为电石渣，电石渣主要成分为氧化钙，含量达到70%以上，通过对电石渣烘干和研磨处理得到氧化钙粉末，以此来掺入并活化硅质固废前期的活性，同时电石渣的掺入，控制其掺量低于水泥质量的12%时，可以提高水泥的早期抗折强度。

具体实施方式

以下实施例所用材料、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、方法和仪器，本领域普通技术人员均可通过商业渠道获得。

此外，在本发明以下的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

下面对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。

本发明所述的一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，包括如下步骤：

步骤一：采用机械分离法使占总原料量70-75%的电石渣（含水量70%以上）固液分离，即使用压滤机对其进行压滤，压滤后电石渣含水量为30-40%，接着对其进行烘干，使其含水量降至10%以下；

步骤二：将烘干后的电石渣放置在马弗炉内煅烧，控制煅烧温度为800℃，煅烧后即制得氧化钙；

步骤三：将1%的聚羧酸系高性能减水剂、0.5%的聚丙烯酸钠分散剂和24%的水置于容器一种，并在50℃环境下进行搅拌，搅拌时间不低于1小时；

步骤四：将步骤二处理后得到的高活性氧化钙和占原料总质量0.5-1.5%的偏硅酸钠置于容器二中，搅拌1分钟后，将容器一所得的混合物导入容器二中，并持续搅拌，搅拌时间不低于10分钟，最后得到活化剂。

硅质固废水泥掺合料的制备方法如下：

将电石渣、硅质固废、质量为硅质固废0.1-0.16%的硬脂酸钠、水泥熟料放在一起进行研磨，研磨时间不低于30分钟，研磨后比表面积控制在350-400m²/kg，使硅质固废表面能降低，减弱其键合力，对硅质固废起到一定的活化作用。

本发明所述硬脂酸钠作为活化剂是指在硅质固废预处理过程中，与硅质固废放在一起进行研磨，使硅质固废表面能降低，减弱其键合力，对硅质固废也起到一定的活化作用，使其前期更好参与水泥的水化反应。

现使用6.5kg制备活化剂，使用18kg电石渣制备硅质固废水泥掺合料，按照每立方米C20配比标准分为三组对比进行成本分析：

第一组：水泥360kg，砂655kg，石子1320kg，水185kg

第二组：水泥180kg，砂655kg，石子1320kg，水165kg，掺合料180kg

第三组：水泥144kg，砂655kg，石子1320kg，水160kg，掺合料216kg

其中，每立方米C20配比标准为水泥：砂：石子：水=1：1.81：3.68：0.51。

其中，掺合料为硅质固废和活化剂组成，主要成分为粉煤灰60~70%，铁尾矿20~30%，电石渣10%和本发明中制得的活化剂5~6%。

其中，第二组和第三组分别为替换50%和60%水泥的两组。

经查阅相关资料，各成分的单价如下：

名称	单价
		水泥	225元/吨
砂	30元/吨
		石子	45元/吨
水	8元/吨
		粉煤灰	45元/吨
电石渣	10元/吨
		铁尾矿	55元/吨
偏硅酸钠	2000元/吨
		聚羧酸系高性能减水剂	21000元/吨
聚丙烯酸钠分散剂	10000元/吨

接着对三组成本进行计算，因砂和石子掺量相同，现不考虑两者，并根据上表的数据进行计算：

每立方米用量	水泥（kg）	水（kg）	掺合料（kg）	成本（元）
					第一组	360	185	0	82.48
第二组	180	165	180	49.32
					第三组	144	160	216	42.73

通过对上表分析可知，通过加入主要成分为硅质固废的掺合料，可替换至少50~60%水泥，同时每立方米用量较第一组相比，分别降低了33.16元和39.75元，大大节约了生产成本，带来良好的企业效益。

同时由于电石渣经烘干和研磨处理后，制得的氧化钙是作为活化剂的主要物质，在硅质固废（铁尾矿、粉煤灰等）作为掺合料替换水泥时，氧化钙的掺入，会使水化反应前期PH值升高呈碱性环境，同时硅质固废的活性会在碱性环境下被激发，其硅氧四面体发生解离，与钙离子反应生成钙钒石、水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙。

并且通过第二组和第三组方案制得的混凝土，且活化剂掺入量为硅质固废的5%~6%左右时，该硅质固废可替换50~60%水泥，并在30天时至少达到C20标准，并在60天时至少达到C25或C30标准。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，其特征在于：包括下述质量百分比的原料制成：电石渣70-75%、偏硅酸钠0.5-1.5%、减水剂0.2-1%、分散剂0.1-0.5%、水20-30%。

2.根据权利要求1所述的一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，其特征在于：包括下述质量百分比的原料制成：电石渣73%、偏硅酸钠1.5%、减水剂1%、分散剂0.5%、水24%。

3.根据权利要求1所述的一种大掺量硅质固废混凝土活化剂，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

4.一种大掺量硅质固废混凝土活化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采用机械分离法使占总原料量70-75%的电石渣（含水量70%以上）固液分离，即使用压滤机对其进行压滤，压滤后电石渣含水量为30-40%，接着对其进行烘干，使其含水量降至10%以下；

步骤二：将烘干后的电石渣放置在马弗炉内煅烧，控制煅烧温度为435-480℃或800℃，煅烧后即制得氧化钙；

步骤三：将0.2-1%的聚羧酸系高性能减水剂、0.1-0.5%的聚丙烯酸钠分散剂和20-30%的水置于容器一种，并在50℃环境下进行搅拌，搅拌时间不低于1小时；

步骤四：将步骤二处理后得到的高活性氧化钙和占原料总质量0.5-1.5%的偏硅酸钠置于容器二中，搅拌1分钟后，将容器一所得的混合物导入容器二中，并持续搅拌，搅拌时间不低于10分钟，最后得到活化剂。

5.根据权利要求4所述的一种大掺量硅质固废混凝土活化剂的制备方法，其特征在于：所述电石渣为电石水解制乙炔生产PVC树脂工艺过程中排出的电石渣浆，其含水量为60-80%。

6.根据权利要求4所述的一种你大掺量硅质固废混凝土活化剂的制备方法，其特征在于：步骤二中对电石渣的煅烧温度为800℃，得到高活性氧化钙。