CN111960705B - 一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用 - Google Patents

一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用。预湿液中的改性剂由粉煤灰，复合外加剂，铝酸钙、碳酸锂、三乙醇胺组成；所述复合外加剂为复合聚羧酸高效减水剂，包括保坍型母液，减水型母液，葡萄糖酸钠，消泡剂和水；所述保坍母液为甲基烯丙基聚氧乙烯醚和烯丙基溴形成的卤代聚醚大单体和甲基丙烯酸乙酯共聚物；所述减水型母液为异丁烯醇聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯的共聚物。将煤渣浸没在预湿液中预湿12‑24h，自然风干至饱和面干状态即可。通过预湿处理，抑制了煤渣的碱集料反应，减少需水量，改性后的煤渣代替细骨料用于自密实混凝土中工作性能良好，强度高，耐久性好，同时有一定保温隔热性能。

Description

一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用。
背景技术
煤渣是从工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣(主要以燃煤火力发电厂、化肥厂造气炉及北方地区民用锅炉等)。煤渣的化学成分为SiO2:40％～50％、Al2O3:30％～35％、Fe2O3:4％～20％，CaO：1％～5％，其矿物组成主要有：钙长石、石英、莫来石、磁铁矿和黄铁矿、大量含硅玻璃体(Al2O3·2SiO2)、和活性SiO2、活性Al2O3以及少量的未燃煤等。它包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物，在高温气流的作用下，一部分燃烧不完全的煤灰随着热气流排出，通过收尘器变成粉煤灰，一部分被烧成熔融状态快速冷却后变成煤渣。每焚烧一吨煤约产生0.2吨煤渣(也称为底灰)，目前该类废渣在我国分布很广利用量远没有排出量大，弃置堆积时还可能放出含硫气体污染大气及危害环境。
目前，国内外已有对煤渣进行循环利用的报道。煤渣多用于制作建筑基材掺合料。这些技术在一定程度上促进了煤渣的资源化利用，但是还存在下列缺陷：(1)煤渣一般采用湿排工艺，含水率高，烘干粉磨能耗高；(2)煤渣相比粉煤灰火山灰活性低，只能作为惰性混合材，掺入较多量时易造成产品性能下降。(3)煤渣中含有活性物质等，作为集料可能发生碱集料反应，降低做集料的实用性。(4)煤渣中小于0.075mm的颗粒占比超过30％左右，作为骨料强度低，密度小，常规方法配制出混凝土用水量大，工作性能差，强度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于煤渣改性处理的预湿液及其预湿处理方法和应用，煤渣通过预湿处理，抑制了煤渣的碱集料反应，减少了煤渣需水量，经过改性后的煤渣制备自密实混凝土中工作性能良好，强度高，耐久性好，同时有一定保温隔热性能，
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由0.5-2份改性剂和10-15份水组成，其中：
所述改性剂，按质量份数计，由粉煤灰90-100份，复合外加剂1-2份，铝酸钙1-3份、碳酸锂1-3份、三乙醇胺2-5份组成；
所述复合外加剂为复合聚羧酸高效减水剂，按质量份数计，包括保坍型母液0.5-4份，减水型母液6-9份，葡萄糖酸钠3-5份，消泡剂0.02-0.03份，水50-60份；所述保坍母液为甲基烯丙基聚氧乙烯醚和烯丙基溴形成的卤代聚醚大单体和甲基丙烯酸乙酯共聚物；所述减水型母液为异丁烯醇聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯的共聚物。
按上述方案，所述保坍母液的分子量为1.8-2.5万；所述减水型母液的分子量为2.5-3万。
按上述方案，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，分子量为3000-5000。
按上述方案，煤渣的细度模数为1.0～2.3，煤渣化学组成SiO2≤50％、Al2O3≤40％，烧失量≤5％，密度≥1700kg/m3，空隙率≤60％，吸水率≤30％。
按上述方案，所述粉煤灰为I类粉煤灰。
一种利用上述预湿液对煤渣进行预湿处理的方法，具体为将煤渣浸没于预湿液中提前预湿12-24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。其中所述饱和面干状态是指骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。
一种基于改性煤渣的自密实混凝土，每方混凝土中包含以下的组分：水泥200-420kg，粉煤灰100-200kg，矿粉50-100kg，石750-900kg，机制砂270-630kg，改性煤渣270-819kg，普通聚羧减水剂4-10kg和水180kg-200kg，其中改性煤渣为通过上述方法利用预湿液进行预湿处理后得到的饱和面干状态下煤渣。
按上述方案，机制砂细度要求为2.9-3.7，密度≥2650kg/m3，MB值≤1.4，空隙率≤44％。按上述方案，所述水泥为P·O42.5水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰；所述矿粉为S95矿粉；所述石为青石，级配5～25mm，压碎值≤14％，表观密度≥2650kg/m3。
按上述方案，改性煤渣制备自密实混凝土的制备方法，具体步骤为：
将砂、石、改性煤渣混合搅拌10～20s后，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和减水剂混合搅拌40～60s，再加入拌合用水量，拌合100～150s成型。
本发明提供一种用于煤渣改性处理的预湿液，预湿液中的改性剂由粉煤灰，复合外加剂，铝酸钙、碳酸锂和三乙醇胺组成；其中，一方面粉煤灰、铝酸钙和碳酸锂利用锂离子、钙离子取代钾、钠离子优先形成了非膨胀性的硅酸锂反应产物(L-S-H)的难溶性盐，覆盖并包裹在煤渣集料活性元素表面，用于抑制煤渣的碱集料反应。另一方面预湿液中复合外加剂采用以丙烯酸类单体聚合而成的主链分子结构中引入大量卤化烯醇类聚氧乙烯醚支链，富含羧基吸附基团的主链提供吸附作用，亲水性较好的微交联侧链提供空间位阻作用，提高了对水泥的分散作用，释放出含羧基的水解产物，从而达到分散缓凝，增强水泥混凝土的保坍及降粘性能。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的用于煤渣改性处理的预湿液，可降低煤渣需水量，并利用粉煤灰、铝酸钙和碳酸锂抑制煤渣的碱集料反应，同时利用煤渣疏松多孔的特性，可以吸收预湿液中的复合外加剂，在混凝土中缓慢释放，减少混凝土坍损。
2.本发明在煤渣预湿处理时，采用最终煤渣的饱和面干状态为设计基准，可以有效控制混凝土坍落度损失，后期可补充混凝土内部水化用水，起内养护作用，有利于长期强度发展。
3.本发明将预湿液预湿处理后的改性煤渣代替细骨料配制自密实混凝土，能提升煤渣基混凝土后期强度，改善和易性。利用改性煤渣，减少石子用量，配制低容重的混凝土，降低导热系数，提升保温隔热性能，同时可以有效节约不可再生天然砂、石资源。
附图说明
图1为实施例1和对比例1-2不同混凝土试样的膨胀率图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面实施例对本发明作进一步的描述。但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中所用原料如下：
(1)水泥：P·O42.5水泥，3d抗压强度29.9MPa，28d强度49.5MPa，密度3100kg/m3。
(2)粉煤灰：I级粉煤灰，细度10.3％，需水量比95％，密度2870kg/m3。
(3)矿粉：S95矿粉，比表面积为420kg/m3,7d活性79％，28d活性101％，密度2860kg/m3。
(4)石：青石，级配5～25mm，压碎值8.6％，表观密度2680kg/m3。
(5)普通聚羧酸减水剂，固含量为20％，密度1050kg kg/m3。
(6)机制砂，细度为3.0，密度2650kg/m3，MB值1.3，空隙率43％。
(7)江砂，细度为1.8，密度为2680kg/m3。
(8)煤渣的细度模数为1.9，煤渣化学组成SiO246％、Al2O331％，烧失4.9％，密度1720kg/m3，空隙率53％。
(9)复合外加剂中，保坍型聚羧酸母液4份，减水型聚羧酸母液7份，葡萄糖酸钠3份，消泡剂0.02份，水60份。保坍母液为甲基烯丙基聚氧乙烯醚和烯丙基溴形成的卤代聚醚大单体和甲基丙烯酸乙酯共聚生产物，分子量为2万。减水母液为异丁烯醇聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯的合成物，分子量为2.8万，消泡剂为聚醚型消泡剂，分子量为4500。
自密实混凝土采用以下制备方法，具体步骤为：
将砂、石、改性煤渣混合搅拌15s后，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和减水剂混合搅拌45s，再加入拌合用水量，拌合120s成型。
实施例1：
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由改性剂1份和水10组成，其中改性剂由粉煤灰95份，复合外加剂1份，铝酸钙1份、碳酸锂1份、三乙醇胺2份组成。
将煤渣在使用前浸没于预湿液中提前预湿24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
采用改性煤渣替代江砂配制C30自密实混凝土，混凝土配合比参照表1，性能测试参见表2。
对比例1
配制普通C30自密实混凝土，混凝土配合比参照表1，性能测试参见表2。
对比例2
采用煤渣配制自密实混凝土，其中煤渣也以饱和面干状态为基准，但不进行改性处理，混凝土配合比参照表1，性能测试参见表2。
表1实施例1和对比例1-2的混凝土配合比(kg/m3)
编号 标号 水 水泥 粉煤灰 矿粉 石子 机制砂 煤渣 江砂 减水剂 容重
对比例1 C30 192 216 192 72 900 368 0 370 4.8 2314.8
对比例2 C30 192 216 192 72 797 368 370 \ 4.8 2211.8
实施例1 C30 192 216 192 72 797 368 370 \ 4.8 2211.8
表2实施例1和对比例1-2的混凝土性能测试
Figure BDA0002648522600000041
表2中显示，与对比例1相比，对比例2通过常规方法利用煤渣替代江砂进行自密实混凝土试配，混凝土基本没有工作性能，且严重影响混凝土的各个龄期的强度。实施例1利用改性煤渣替代江砂进行自密实混凝土试配，工作性能和早期强度会有略微下降，但后期强度明显高于对比例1，同时导热系数也比对比例1低，具有一定保温隔热功能。
参考《集料的碱潜在反应性的标准试验方法》标准，将混凝土试模中成型后置于温度为20℃、相对湿度大于90％RH的条件下养护。将制作好的试件放在标准条件下的养护室中带模养护24h后拆模,测定试件的初始长度后，立即放入到(80±1)℃恒温水浴养护箱中养护，养护液为1mol/L的NaOH溶液,养护温度设置为80℃，分别测试试件3d，7d，14d，28d，42d，56d的膨胀率。
试件的膨胀率用下式计算：
Figure BDA0002648522600000051
式中：εt-试件在t天龄期的膨胀率(％)；
lt-试件在t天龄期的长度(mm)；
l0-试件的基准长度(mm)；
ld-测头(即埋钉)的长度(mm)；
图1为实施例1和对比例1-2混凝土试样的膨胀曲线，图中显示，实施例1基本与对比例1膨胀曲线相同，说明了煤渣经过预湿和防碱集料反应处理后，有利于混凝土的体积稳定性，可以预防后期碱集料反应造成的混凝土破坏。
实施例2
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由改性剂2份和水13份组成，其中改性剂由粉煤灰96份，复合外加剂1份，铝酸钙1份、碳酸锂2份、三乙醇胺2份组成。
将煤渣在使用前浸没于预湿液中提前预湿24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
采用改性煤渣替代砂配制C30自密实混凝土，混凝土配合比参照表3，性能测试见表4。
实施例3
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由改性剂2份和水15份组成，其中改性剂由粉煤灰100份，复合外加剂1份，铝酸钙1份、碳酸锂2份、三乙醇胺3份组成。
将煤渣在使用前浸没于预湿液中提前预湿24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
采用改性煤渣替代砂配制C40自密实混凝土，混凝土配合比参照表3，性能测试见表4。
实施例4
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由改性剂2份和水15份组成，其中改性剂由粉煤灰100份，复合外加剂1份，铝酸钙2份、碳酸锂2份、三乙醇胺2份组成。
将煤渣在使用前浸没于预湿液中提前预湿24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
采用改性煤渣替代砂配制C50自密实混凝土，混凝土配合比参照表3，性能测试见表4。
实施例5
一种用于煤渣改性处理的预湿液，按质量份数计，由改性剂2份和水13份组成，其中改性剂由粉煤灰95份，复合外加剂1份，铝酸钙1份、碳酸锂2份、三乙醇胺2份组成。
将煤渣在使用前浸没于预湿液中提前预湿24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
采用改性煤渣替代砂配制C60自密实混凝土，混凝土配合比参照表3，性能测试见表4。
表3实施例2-5混凝土配合比(kg/m3)
Figure BDA0002648522600000061
表4实施例2-5混凝土性能测试
Figure BDA0002648522600000062
表4显示：利用改性煤渣所配制的C30、C40自密实混凝土的坍落扩展度值介于600～700mm之间，且扩展时间T500大于2s，同时后期强度持续增长，可用于无配筋或配筋较少的结构物，如混凝土桩，深基础及内部无加筋板的钢管等。C50、C60自密实混凝土的扩展度值介于660～755mm之间，T500大于2s，同时后期强度持续增长，导热系数低，可用于一般的普通钢筋混凝土结构。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于煤渣改性处理的预湿液，其特征在于，按质量份数计，由0.5-2份改性剂和10-15份水组成，其中：
所述改性剂，按质量份数计，由粉煤灰90-100份，复合外加剂1-2份，铝酸钙1-3份、碳酸锂1-3份、三乙醇胺2-5份组成；
所述复合外加剂为复合聚羧酸高效减水剂，按质量份数计，包括保坍型母液0.5-4份，减水型母液6-9份，葡萄糖酸钠3-5份，消泡剂0.02-0.03份，水50-60份；所述保坍母液为甲基烯丙基聚氧乙烯醚和烯丙基溴形成的卤代聚醚大单体和甲基丙烯酸乙酯共聚物；所述减水型母液为异丁烯醇聚氧乙烯醚和丙烯酸羟乙酯的共聚物。
2.根据权利要求1所述的用于煤渣改性处理的预湿液，其特征在于，所述保坍母液的分子量为1.8-2.5万；所述减水型母液的分子量为2.5-3万。
3.根据权利要求1所述的用于煤渣改性处理的预湿液，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，分子量为3000-5000。
4.根据权利要求1所述的用于煤渣改性处理的预湿液，其特征在于，所述煤渣的细度模数为1.0-2.3，煤渣化学组成SiO2≤50％、Al2O3≤40％，烧失量≤5％，密度≥1700kg/m3，空隙率≤60％，吸水率≤30％。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的预湿液对煤渣进行预湿处理的方法，其特征在于，将煤渣浸没于预湿液中提前预湿12-24h，然后将煤渣自然风干至饱和面干状态，即得改性煤渣。
6.一种基于改性煤渣的自密实混凝土，其特征在于，每方混凝土中包含以下的组分：水泥200-420kg，粉煤灰100-200kg，矿粉50-100kg，石750-900kg，机制砂270-630kg，改性煤渣270-819kg，普通聚羧酸减水剂4-10kg和水180kg-200kg，其中改性煤渣为通过权利要求5制备得到的。
7.根据权利要求6所述的自密实混凝土，其特征在于，所述机制砂细度要求为2.9-3.7，密度≥2650kg/m3，MB值≤1.4，空隙率≤44％。
8.根据权利要求6所述的自密实混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O42.5水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰；所述矿粉为S95矿粉；所述石为青石，级配5～25mm，压碎值≤14％，表观密度≥2650kg/m3。
9.根据权利要求6所述的自密实混凝土，其特征在于，所述改性煤渣制备自密实混凝土通过以下方法制备得到，具体步骤为：
将砂、石、改性煤渣混合搅拌10～20s后，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和减水剂混合搅拌40～60s，再加入拌合用水量，拌合100～150s成型。
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