CN111875300A - 一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土：包括以下主要原料：粉煤灰、偏高岭土、水玻璃、氢氧化钠、疏浚砂、废弃陶瓷粉、聚丙烯纤维、高效减水剂和水。本发明还公开一种以疏浚砂为主要原料的细粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：S01，向搅拌机中加入偏高岭土、粉煤灰搅拌1分钟；加入碱激发剂溶液；S02，加入疏浚砂、废弃陶瓷粉，聚丙烯纤维；然后加入聚羧酸高效减水剂和水；S03，将拌合均匀的物料分层分次加入试模；S04，成型后在试模表面覆盖薄膜，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期。本发明提供的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法，能够利用废弃疏浚砂和粉煤灰等工业废渣，制备性能优良的新型细粒混凝土。

Description

一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法，属于涉废弃物利用新能源技术领域。
背景技术
随着社会可持续发展的推进，环保意识正逐渐深入人心，但同时能耗也不断增加，作为能源行业副产品的粉煤灰产量也与日俱增，提高固体废弃物粉煤灰资源再利用率越来越受到重视。而且普通硅酸盐水泥凝胶材料在生产中不仅消耗掉了大量不可再生的资源，排放CO2量多和造成其他粉尘污染，且强度偏低。而地聚合物凝胶材料是一种由碱激发剂硅铝质材料而形成的具有三维网状结构的新型绿色胶凝材料，具有快凝早强、耐高温及耐久性好等多方面优良性能，高硅高铝质的固体废弃物粉煤灰、矿渣等均可做为其原料，既可以提高固体废弃物粉煤灰资源再利用率，也可以代替普通硅酸盐水泥，是低成本、高性能、环保型材料。
另一方面，为了维持长江深水航道等正常通航，每年因航道疏浚产生了大量的疏浚砂，目前对这些疏浚砂大多以外抛方式处理，外抛所需成本较高，且会产生大量的碳排放，环境污染严重。而且现在国家颁布了禁止挖河砂的法律法规，同时随着国家对环保的重视，开山采石等方式受到限制，使得混凝土用石子和砂子面临严重短缺和枯竭。因此合理利用疏浚砂制备出早凝、早强、耐久性好的新型细粒混凝土，替代普通混凝土制备压载块、护面砖等就近应用于航道整治工程等工程。既可以减少环境污染，充分利用疏浚、有效缓解天然砂石材料短缺和枯竭问题，为废弃疏浚沙的资源化利用找到一条有效的途径，还可以大量利用粉煤灰等工业废渣，减少水泥用量，降低工程造价，符合国家“探索长江经济带生态优先、绿色发展的新路子”的理念，对推动生态水利建设具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法，解决传统混凝土利用普通硅酸盐水泥及河砂，不仅消耗掉了大量不可再生的资源，排放CO2量多和造成其他粉尘污染的缺陷，而且充分利用废弃疏浚砂和粉煤灰等工业废渣，制备性能优良的新型细粒混凝土替代普通混凝土。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其组成成分和质量百分比为；地聚合物18％～23％；疏浚砂64～70％；废弃陶瓷粉 6～8％；水6～10％；聚丙烯纤维0.08～0.1％；高效减水剂0.5～1.0％(胶凝材料总量百分比)，其中地聚合物以粉煤灰和偏高岭土为原料，水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂制备。
所述地聚合物为自制非煅烧碱激发绿色地聚合物胶凝材料，是以工业固体废弃物粉煤灰为主要原材料，在碱激发剂水玻璃、氢氧化钠等激发下产生的绿色环保三维网状胶凝体。所述粉煤灰为II级灰，化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3；所述偏高岭土主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO；所述水玻璃模数为2.5～3.0，氢氧化钠溶液浓度为3～4M左右。
所述疏浚砂主要化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、K2O、Na2O、TiO2和SO3；所述疏浚砂的细度模数在0.3～0.7 之间，密度为1.2～1.8g/cm3；颗粒粒径全部小于0.3mm，含泥量＜10％。
所述陶瓷粉为各类废弃陶瓷经清洗、机械破碎后研磨成成粉末，其表观密度为2200～2500kg/m3，比表面积为400～500m2/kg，颗粒粒度小于80μm。其主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和 SO3。旨在通过废弃陶瓷细颗粒的填塞作用，通过良好合理的颗粒级配使制备的混凝土组成颗粒致密堆积，改善疏浚砂细粒混凝土的工作性能和力学性能等。
所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，通过添加减水剂降低水胶比，提高流动度。
所述纤维为短切聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维长度为10～24mm，密度为2.6～2.8g/cm3，通过掺加纤维改善细粒混凝土的易裂性，同时提高混凝土基体的韧性和体积稳定性；
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土制备方法，包括以下步骤：
(1)向搅拌机中加入偏高岭土、粉煤灰搅拌1分钟；加入按比例配置好的包括水玻璃和氢氧化钠的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀，制备地聚合物浆料；
(2)再按配合比加入疏浚砂、废弃陶瓷粉，聚丙烯纤维搅拌1-2 分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂和水，湿拌 2～3min，至集料分散均匀。
(3)将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2 的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
(4)成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到基于地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、该细粒混凝土和普通混凝土主要组成和成分一样，由水泥、粗骨料、细骨料、水和外加剂组成，可以替代普通混凝土使用，其中疏浚砂替代普通混凝土中粗骨料，废弃陶瓷粉作为填料替代普通混凝土中的细骨料，绿色地聚合物替代普通硅酸盐水泥为胶凝材料，同时必须掺入高效减水剂降低用水量。该组成混凝土通过废弃陶瓷粉填料细颗粒的填塞作用，基于获得的合理良好的颗粒级配以及地聚合物胶凝材料水化的物理和化学双重作用制备以疏浚砂为主要原料的新型混凝土。由于物理的紧密级配和水泥水化的化学双重作用，该细粒混凝土具有更优越的性能。此外，与普通混凝土相比，细粒混凝土不使用石子，与普通砂浆相比，它有更低的水泥用量和更高的强度。
2、本发明以碱激发地质聚合物为凝胶材料，代替普通硅酸盐水泥，该地聚合物料是以富含铝硅酸盐类矿物的工业固体废弃物粉煤灰等为主要原料，在化学激发剂条件下制备出的性能优异、绿色环保的三维网状胶凝体。该胶凝材料由碱激发形成、不需要高温煅烧，可以大量利用粉煤灰等工业废渣，与生态理念相符，并具有凝结硬化快、早期强度高、耐酸碱腐蚀耐久性优和耐高温等特性。
3、本发明的细粒混凝土不使用石子，可以大量使用疏浚砂，既解决了疏浚废弃物污染环境的问题，又解决了现有天然砂石材料严重短缺和枯竭问题，降低工程造价，一举多得。
4、本发明优化各种原材料的配合比，制备出快凝早强、绿色环保、耐久性好等多方面优良性能的细粒混凝土，克服现有混凝土能耗高、环境污染严重且强度偏低的技术问题。
具体实施方式
下面对本发明作更进一步的说明。
各实例均按照制备1m3的混凝土材料制备，按照各原料质量比得该混凝土各材料质量取值范围分别为：地聚合物378～483kg，疏浚砂 1344～1470kg，废弃陶瓷粉126～168kg，水126～210kg，聚丙烯纤维 1.68～2.1kg，高效减水剂1.05～2.73kg。
具体实施例1：
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法：
(1)向搅拌机中加入地聚合物378kg，即偏高岭土60.48kg、粉煤灰241.92kg搅拌1分钟；加入按比例配置好的水玻璃60.48kg和氢氧化钠15.12kg的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀；
(2)再按所述配合比加入疏浚砂1470kg、废弃陶瓷粉126kg，聚丙烯纤维1.68kg搅拌1分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂2.73kg和水126kg，湿拌2～3min，至集料分散均匀，制得基于地聚合物胶凝材料和疏浚砂的细粒混凝土。
(3)将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2 的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
(4)成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到细粒混凝土①。
对该试样进行抗压强度检测，得到基于疏浚砂的绿色地聚合物混凝土①28天抗压强度为42.8MPa，大于C40混凝土抗压强度，可以就近用于航道护面块体等。
具体实施例2：
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法：
(1)向搅拌机中加入地聚合物403kg，即偏高岭土64.48kg、粉煤灰257.92kg搅拌1分钟；加入按比例配置好的水玻璃64.48kg和氢氧化钠16.12kg的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀；
(2)再按所述配合比加入疏浚砂1400kg、废弃陶瓷粉155kg，聚丙烯纤维2.1kg搅拌1分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂2.00kg和水150kg，湿拌2～3min，至集料分散均匀，制得基于地聚合物胶凝材料和疏浚砂的细粒混凝土。
(3)将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2 的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
(4)成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到基于疏浚砂和地聚合物胶凝材料的细粒混凝土②。
对该试样进行抗压强度检测，得到基于疏浚砂的绿色地聚合物混凝土②28天抗压强度为44.5MPa，大于C40混凝土抗压强度，可以就近用于航道护面块体等。
具体实施例3：
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法：
(1)向搅拌机中加入地聚合物483kg，即偏高岭土77.28kg、粉煤灰309.12kg搅拌1分钟；加入按比例配置好的水玻璃77.28kg和氢氧化钠19.32kg的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀；
(2)再按所述配合比加入疏浚砂1344kg、废弃陶瓷粉168kg、聚丙烯纤维1.68kg搅拌1分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂1.05kg和水126kg，湿拌2～3min，至集料分散均匀，制得基于地聚合物胶凝材料和疏浚砂的细粒混凝土。
(3)将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2 的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
(4)成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到基于疏浚砂和地聚合物胶凝材料的细粒混凝土③。
对该试样进行抗压强度检测，得到基于疏浚砂的绿色地聚合物混凝土③28天抗压强度为43.2MPa，大于C40混凝土抗压强度，可以就近用于航道护面块体等。
具体实施例4：
一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土及其制备方法：
(1)向搅拌机中加入地聚合物460kg，即偏高岭土73.60kg、粉煤灰294.4kg搅拌1分钟；加入按比例配置好的水玻璃73.60kg和氢氧化钠18.4kg的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀，制备地聚合物浆料；
(2)再按所述配合比加入疏浚砂1278kg、废弃陶瓷粉150kg，聚丙烯纤维2.0kg搅拌1分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂2.1kg和水210kg，湿拌2～3min，至集料分散均匀，制得基于地聚合物胶凝材料和疏浚砂的细粒混凝土。
(3)将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2 的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
(4)成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到基于疏浚砂和地聚合物胶凝材料的细粒混凝土④。
对该试样进行抗压强度检测，得到基于疏浚砂的绿色地聚合物混凝土④28天抗压强度为44.4MPa，大于C40混凝土抗压强度，可以就近用于航道护面块体等。

Claims (9)

1.一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：所述新型细粒混凝土的原料包括地聚合物胶凝材料、疏浚砂、废弃陶瓷粉、聚丙烯纤维、高效减水剂和水。
2.根据权利要求1所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：各原料质量百分比为；地聚合物胶凝材料18％～23％；疏浚砂64～70％；废弃陶瓷粉6～8％；水6～10％；聚丙烯纤维0.08～0.1％；高效减水剂0.5～1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：所述地聚合物胶凝材料以粉煤灰和偏高岭土为主要原材料，在碱激发剂水玻璃、氢氧化钠激发下制备得到。
4.根据权利要求3所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为II级灰，化学成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3；所述偏高岭土主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO；所述水玻璃模数为2.5～3.0，氢氧化钠溶液浓度在3～4M之间。
5.根据权利要求4所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，所述地聚合物水泥组成成分和质量比列为：粉煤灰:偏高岭土＝80:20，粉煤灰+高岭土：复合激发剂＝80:20，其中复合激发剂包括80％质量百分比的硅酸钠和20％质量百分比的氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，所述疏浚砂主要化学成分包括：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2和SO3；所述疏浚砂的细度模数在0.2～0.7之间，密度为1.2～1.8g/cm3；颗粒粒径全部小于0.3mm，含泥量＜10％。
7.根据权利要求1所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：所述陶瓷粉为各类废弃陶瓷经清洗、机械破碎后研磨成成粉末，其表观密度为2200～2500kg/m3，比表面积为400～500m2/kg，颗粒粒度小于80μm，其主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和SO3。
8.根据权利要求1所述的一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土，其特征在于：所述纤维为短切聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维长度为10～24mm，密度为2.6～2.8g/cm3，通过掺加纤维改善细粒混凝土的易裂性，同时提高混凝土基体的韧性和体积稳定性。
9.一种基于绿色地聚合物和疏浚砂的新型细粒混凝土制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，向搅拌机中加入偏高岭土、粉煤灰搅拌1分钟；加入按比例配置好的包括水玻璃和氢氧化钠的碱激发剂溶液，搅拌2分钟至混合均匀，制备地聚合物浆料；
S01，再按按照配合比加入疏浚砂、废弃陶瓷粉，聚丙烯纤维搅拌1～2分钟至均匀混合；然后以同掺法加入聚羧酸高效减水剂和水，湿拌2～3min，至集料分散均匀。
S03，将拌合均匀的物料分层分次加入试模，首先加入试模1/2的物料在振动台上振动30s，然后边加入物料边振动，振动成型时间控制在2分钟左右。
S04，成型后在试模表面覆盖薄膜，12～24h后脱模，脱模后试件在标准条件下养护至规定龄期，得到基于地聚合物和疏浚砂的细粒混凝土。
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