CN115417654A - 一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法 - Google Patents

一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件。本发明制备的预制件掺加了大量的煤气化渣，最大可达胶凝材料总量的50％。并且，预制件中水泥含量低于30％，加工过程简单，能源消耗小，在保证产品性能的基础上，极大降低了胶凝材料生产过程中消耗的化石能源及产生的二氧化碳，并显著减少了原料的生产成本。另外，本发明制备的预制件利用水泥、煤气化渣和脱硫石膏三者分段协同水化作用，并通过“4+N养护制度”，在初凝前后高温养护，在不影响预制件耐久性能的基础上，加快反应速度，激发煤气化渣水化活性，实现早期强度快速增长，24小时内脱模，解决模具周转问题，同时还保证了制备的预制件有足够的实用价值的抗压强度。

Description

一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法。
背景技术
为保证国家能源安全，大力推动发展煤基合成油技术，而煤气化过程会产生煤气化渣这种废弃物，煤气化渣一般为黑色，表面呈玻璃光泽，产量占煤气化炉渣总产量的80％以上。目前，煤气化渣主要以堆存的方式处置，缺少成本低、用量高、无害化的回收利用方式，随着国内对环境保护事业关注力度不断提高，这将成为未来煤气化工业可持续发展的巨大隐患，而现有的处理方法多为填埋处理，目前煤气化渣处理成为当地重要的环境处理问题。
中国也在大力发展装配式建筑，预制构件混凝土会被广泛使用。如果将煤气化渣作为原料制备预制构件混凝土，实现废物利用，将解决煤气化渣难处理的问题，减少二氧化碳的排放，减轻了环境污染，同时也契合了国家的“碳减排”政策。然而，如何将煤气化渣作为原料应用于预制构件混凝土是要解决的难点。
CN 114195465 A公开了一种C40预制构件用免蒸养混凝土及其制备方法。这种混凝土早期强度较高，施工性能良好，可提高模具周转率，加快生产进度缩短工期。但是此专利使用了大量水泥材料，还添加了化学试剂硫酸钠，整体成本较高，碳排放较大，混凝土绿色度不足。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法，本发明提供的预制件中煤气化渣占比大，并且显著减少了二氧化碳的排放，降低混凝土成本，环境友好。
本发明提供了一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件，由包括以下质量份的原料制备而成：
水泥110～140份，煤气化渣200～260份，脱硫石膏70～100份，细骨料 700～850份，粗骨料1000～1200份，减水剂4～6份，水100～150份。
优选的，所述水泥选自硅酸盐42.5水泥。
优选的，所述煤气化渣为煤制油工业间接液化工艺气化过程产生的煤气化粗渣，所述煤气化粗渣主要由以下成分组成：CaO 13～18份，SiO2 45～55 份，Al2O3 20～30份，K2O 0～2份，MgO 0～1份，Na2O 0～1份，Fe2O3 4～10份。
优选的，所述脱硫石膏为符合GB/T 37785-2019《烟气脱硫石膏》标准的脱硫石膏。
优选的，所述细骨料为符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准的细骨料。
优选的，所述粗骨料为符合GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准的粗骨料。
优选的，所述减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂和聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。
本发明还提供了一种上述预制件的制备方法，包括以下步骤：
A)将水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合粉磨，得到凝胶材料；
B)将凝胶材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水混合搅拌，浇筑成型，得到浇筑成型的混凝土；
C)将所述浇筑成型的混凝土依次进行第一次标准养护、加热条件下养护、拆模以及第二次标准养护，得到低碳早强蒸养预制件。
优选的，步骤A)中，粉磨至原料比表面积550m2/kg以上。
优选的，所述第一次标准养护的时间为4小时；
所述加热条件下养护的温度为40～60℃，时间为8～20小时；
所述第二次标准养护至1天、3天、7天以及28天龄期。
与现有技术相比，本发明提供了一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件，由包括以下质量份的原料制备而成：水泥110～140份，煤气化渣200～260份，脱硫石膏70～100份，细骨料700～850份，粗骨料1000～1200份，减水剂4～6 份，水100～150份。本发明制备的预制件掺加了大量的煤气化渣，最大可达胶凝材料总量的50％，远远超过其他煤气化渣制品中的煤气化渣掺量。并且，预制件中水泥含量低于30％，加工过程简单，能源消耗小，在保证产品性能的基础上，极大降低了胶凝材料生产过程中消耗的化石能源及产生的二氧化碳，没有二次污染发生，并显著减少了原料的生产成本，提高了预制件的市场竞争力。另外，本发明制备的预制件利用水泥、煤气化渣和脱硫石膏三者分段协同水化作用，并通过“4+N养护制度”即4小时标准养护+8到20小时高温养护+后续标准养护的养护制度，在初凝前后高温养护，在不影响预制件耐久性能的基础上，加快反应速度，激发煤气化渣水化活性，实现早期强度快速增长，24小时内脱模，解决模具周转问题，同时还保证了制备的预制件有足够的实用价值的抗压强度(≥50MPa)。
具体实施方式
本发明提供了一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件，由包括以下质量份的原料制备而成：
水泥110～140份，煤气化渣200～260份，脱硫石膏70～100份，细骨料 700～850份，粗骨料1000～1200份，减水剂4～6份，水100～150份。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括水泥110～140份，优选为110、120、130、140，或110～140份之间的任意值。在本发明中，所述水泥为符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》的普通硅酸盐42.5水泥。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括煤气化渣 200～260份，优选为200、210、220、230、240、250、260，或200～260份之间的任意值。在本发明中，所述煤气化渣为煤制油工业间接液化工艺气化过程产生的煤气化粗渣，所述煤气化粗渣主要由以下成分组成：CaO 13～18份， SiO2 45～55份，Al2O3 20～30份，K2O 0～2份，MgO 0～1份，Na2O 0～1份，Fe2O3 4～10份。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括脱硫石膏 70～100份，优选为70、80、90、100，或70～100份之间的任意值。在本发明中，所述脱硫石膏为符合GB/T37785-2019《烟气脱硫石膏》的脱硫石膏，是指电厂生产中由化学反应生成的以无水和二水硫酸钙为主要成分的工业副产品。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括细骨料 700～850份，优选为700、720、750、780、800、820、850，或700～850份之间的任意值。在本发明中，所述细骨料为符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准的细骨料。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括粗骨料 1000～1200份，优选为1000、1050、1100、1150、1200，或1000～1200份之间的任意值。在本发明中，所述粗骨料为符合GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准的粗骨料。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括减水剂4～6份，优选为4、4.5、5、5.5、6，或4～6份之间的任意值。在本发明中，所述减水剂为符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》标准的减水剂，所述减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂和聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。本发明还在以上配方基础上优化了配比及每个成分的化学组成，以更大程度改善预拌泵送混凝土，或降低工业成本。
本发明提供的低碳早强蒸养预制件的制备原料包括还包括水100～150份，优选为100、110、120、130、140、150，或100～150份之间的任意值。
本发明还提供了一种上述预制件的制备方法，包括以下步骤：
A)将水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合粉磨，得到凝胶材料；
B)将凝胶材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水混合搅拌，浇筑成型，得到浇筑成型的混凝土；
C)将所述浇筑成型的混凝土依次进行第一次标准养护、加热条件下养护、拆模以及第二次标准养护，得到低碳早强蒸养预制件。
本发明首先将水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合粉磨，得到凝胶材料。其中，粉磨至原料比表面积550m2/kg以上。
然后，将凝胶材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水混合搅拌，浇筑成型，得到浇筑成型的混凝土。本发明对所述混合搅拌以及浇筑成型的具体方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
接着，将所述浇筑成型的混凝土依次进行第一次标准养护、加热条件下养护、拆模以及第二次标准养护，得到低碳早强蒸养预制件。
在本发明中，所述标准养护的温度20℃±2℃、湿度高于90％。
所述第一次标准养护的温度20℃±1℃、湿度高于90％，时间为4小时；
所述加热条件下养护的温度为40～60℃，湿度高于90％，时间为8～20小时；
所述第二次标准养护的温度20℃±2℃、湿度高于90％，养护至1天、3 天、7天以及28天龄期。
采用上述养护方式，可实现8～20小时之内拆模。
本发明通过水泥、煤气化渣和脱硫石膏三种原料协同作用，充分发挥煤气化渣水化特性，并结合特殊的养护制度，能够有效加快胶凝材料的水化速率，在保证耐久性能的基础上，实现早期强度快速增长，并顺利脱模。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)解决了煤气化渣资源化利用问题，掺入大量的煤气化渣固体废弃物，实现了废物回收利用；
(2)使用煤气化渣，从而大量减少P.O42.5水泥的用量，因此减少二氧化碳的排放，更加低碳环保；
(3)本发明中制备的预制构件28天抗压强度可以达到50MPa；
(4)解决了目前普通胶凝材料钙硅比较高，碳排放量高的问题。从源头降低碳排放，并有效改变强度物质晶型与构造，提高混凝土强度与耐久性能。
(5)本发明相较其他煤气化渣制品其煤气化渣掺量有明显提高；
(6)本发明解决了煤气化渣预拌泵送混凝土早期水化速率慢、初凝及终凝时间过长、早期强度较低的问题，增加了其商品价值。
综上，本发明利用煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件，使得煤气化渣得到了较大程度的资源化利用，为预制构件混凝土的胶凝材料提供了一个较为合适的固废原材料，推进了固废的利用与环境保护，为大规模使用煤气化渣制备预制构件混凝土奠定了工程应用基础。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中，使用的水泥选自硅酸盐42.5水泥；
煤气化渣为煤制油工业间接液化工艺气化过程产生的煤气化粗渣，所述煤气化粗渣主要由以下成分组成：CaO 16份，SiO2 48份，Al2O3 25份，K2O 2 份，MgO 2份，Na2O 1份，Fe2O3 6份。
脱硫石膏为符合GB/T 37785-2019《烟气脱硫石膏》标准的脱硫石膏。
细骨料为符合GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准的细骨料。
粗骨料为符合GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准的粗骨料。
实施例1
本发明提供的是一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥140份，煤气化渣260份，脱硫石膏100份，细骨料800份，粗骨料1000份，聚羧酸减水剂剂6份，水125份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表560m2/kg 后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护4 小时后，再置于养护温度55℃±2℃、湿度高于90％的高温养护箱内养护20小时，之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到43、50、58和67MPa。
本实施例采用最大的胶材用量，其中水泥、煤制油渣及脱硫石膏用量均为最大，通过特殊的养护制度1天强度即可达到43MPa，且高温养护不影响后期强度增长，28d抗压强度达到67MPa，强度增长曲线良好，对于大掺量固废基预制件来说，在不添加昂贵的外加剂情况下，具有极为优秀强度性能。
实施例2
本发明提供的是一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥110份，煤气化渣260份，脱硫石膏100份，细骨料800份，粗骨料1000份，聚羧酸减水剂 5份，水120份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表554m2/kg 后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护4 小时后，再置于养护温度50℃±2℃、湿度高于90％的高温养护箱内养护12小时，之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到20、29、41和52MPa。
本实施例虽然早期强度降低了50％以上，但仍然达到脱模要求，且28d 抗压强度仍达到52MPa，本配比虽然强度有所降低，但更加符合节能减排，低碳绿色的行业要求，而且降低水泥用量、减少高温养护时间能有效降低产品成本，更具有推广价值。
实施例3
本发明提供的是一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥120份，煤气化渣230份，脱硫石膏85份，细骨料775份，粗骨料1100份，聚羧酸减水剂5 份，水125份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表554m2/kg后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护4 小时后，再置于养护温度50℃±2℃、湿度高于90％的高温养护箱内养护14小时，之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到38、43、49和58MPa。
实施例4
本发明提供的是一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥110份，煤气化渣200份，脱硫石膏70份，细骨料700份，粗骨料1000份，聚羧酸减水剂6 份，水100份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表557m2/kg后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护4 小时后，再置于养护温度60℃±2℃、湿度高于90％的高温养护箱内养护20小时，之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到33、42、47和53MPa。
本实施例所有用量均选取可选范围最低标准，本配比各胶材用量大幅下降，但通过特殊养护制度，较实施例1早期强度下降不明显仍达到33MPa且 28d强度达到53MPa，足以制备高强度预制件。
对比例1
对比例提供的是一种煤气化渣制备蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥140份，煤气化渣260份，脱硫石膏100份，细骨料800份，粗骨料1100份，木质素磺酸盐类减水剂5份，水125份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表 554m2/kg后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护 1d之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到3、20、39和54MPa。
对比例1与实施例1原料质量份数一致，标准养护下，1天抗压强度仅为 3MPa，可以认为工程中不具有早期拆模的可能性，且28d强度也远低于实施例1的28天强度。
对比例2
对比例提供的是一种煤气化渣制备蒸养预制件及制备方法，具体步骤如下：
(1)将原料按照质量份数混合粉磨制备而成，其中水泥160份，煤气化渣300份，脱硫石膏10份，细骨料800份，粗骨料1100份，萘系高效减水剂5份，水125份，其中水泥、煤气化渣和脱硫石膏混合粉磨至比表554m2/kg 后再与其他原料混合。
(2)按照上述的试验配合比准确称量所有原料，减水剂按照固含量30％的标准，提前稀释使之完全溶解于水中。所有原料使用混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌结束后马上浇入模具中，充分振捣成型。
(3)将成型的混凝土试块置于20±1℃、湿度高于90％的养护室中养护4 小时后，再置于养护温度55℃±2℃、湿度高于90％的高温养护箱内养护20小时，之后拆模然后继续置于养护温度20℃±2℃、湿度高于90％的养护室中养护至1天、3天、7天以及28天龄期。
按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)测定抗压强度分别可以达到43、48、54和49MPa。
对比例2与实施例1相比将脱硫石膏用量降至10份，增加了水泥用量20 份，煤气化渣用量40份，经过特殊养护制度后1天抗压强度达到43MPa，可是后期因为内部晶体调整，28d强度出现强度倒缩，其工程应用安全性具有重大隐患。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤气化渣制备低碳早强蒸养预制件，其特征在于，由包括以下质量份的原料制备而成：
水泥110～140份，煤气化渣200～260份，脱硫石膏70～100份，细骨料700～850份，粗骨料1000～1200份，减水剂4～6份，水100～150份。
2.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐42.5水泥。
3.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述煤气化渣为煤制油工业间接液化工艺气化过程产生的煤气化粗渣，所述煤气化粗渣主要由以下成分组成：CaO 13～18份，SiO245～55份，Al2O3 20～30份，K2O 0～2份，MgO0～1份，Na2O 0～1份，Fe2O3 4～10份。
4.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述脱硫石膏为符合GB/T 37785-2019《烟气脱硫石膏》标准的脱硫石膏。
5.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述细骨料为符合GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准的细骨料。
6.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述粗骨料为符合GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》标准的粗骨料。
7.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂和聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。
8.一种如权利要求1～7任意一项所述的预制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合粉磨，得到凝胶材料；
B)将凝胶材料、细骨料、粗骨料、减水剂和水混合搅拌，浇筑成型，得到浇筑成型的混凝土；
C)将所述浇筑成型的混凝土依次进行第一次标准养护、加热条件下养护、拆模以及第二次标准养护，得到低碳早强蒸养预制件。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，粉磨至原料比表面积550m2/kg以上。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一次标准养护的时间为4小时；
所述加热条件下养护的温度为40～60℃，时间为8～20小时；
所述第二次标准养护至1天、3天、7天以及28天龄期。
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