CN115611571A - 一种煤矸石透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石透水混凝土及其制备方法，其特征在于，其是由如下材料制成：煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；其制备方法包括以下步骤：S1：准备材料；S2：对煤矸石晒洗与搅拌，得到处理后的煤矸石一；S3：加入水泥、硅灰以及水，得到处理后的煤矸石二；S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，得到煤矸石透水混凝土；S5：出料装模，人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣，脱模后进行标准养护。本发明通过科学的配比与制备工艺结合，提高了煤矸石透水混凝土的强度、实现煤矸石建筑材料资源化利用，同时减少了二次能耗。

Description

一种煤矸石透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料资源化利用技术领域，具体涉及一种煤矸石透水混凝土及其制备方法。
背景技术
煤矸石是煤炭开采和洗选过程中排放的固体废弃物，相比于普通煤炭，其具有含碳量低、热值低、质地坚硬的特点，是矿山固体废弃物的一种。一般以堆存的方式存放，而煤矸石的堆存处理不仅会占用了宝贵的土地资源，而且常会造成自燃、酸雨、地下渗透、淤塞河道、光化学烟雾泥石流等现象，对水源和土地造成严重污染，使土壤毒化、农作物受损等一系列环境问题，严重威胁着居民的健康安全。
煤矸石是多种矿岩组成的混合物，主要有黏土岩类、砂岩类、碳酸盐类和铝质岩类等，黏土岩类在煤矸石中占有相当大的比例，尤以碳质页岩、泥质页岩和粉砂页岩最为常见。煤矸石丰富的矿物组成和化学成分以及特殊的物理性质，使其具有资源特性。众所周知混凝土是目前土木工程中用量最大的建筑材料，每年需要消耗巨量骨料。将煤矸石作为骨料制备成煤矸石混凝土，实现油页岩渣的建筑资源化利用，其研发与应用对节约资源、保护环境、治理污染和降低建筑成本具有重大意义。
长期以来，环境化工领域、建筑材料的专家学者对煤矸石的回收利用进行了研究，一般采用破碎、筛分和热处理等方式处理煤矸石，直接将煤矸石作为混凝土骨料，其混凝土的抗压强度满足C30强度等级混凝土的设计要求，在煤矸石的利用取得了一定成果，但煤矸石的库存量依旧庞大、危害仍然存在。因此，对煤矸石低能耗的预处理方式和提高其混凝土产品性能是未来煤矸石骨料大宗利用的研究重点。基于此，本发明将煤矸石以粗骨料的形式制备透水混凝土，并提出一种配合比设计方法，以提高煤矸石透水混凝土的强度、实现煤矸石建筑材料资源化利用，同时减少了二次能耗。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种煤矸石透水混凝土及其制备方法，通过将煤矸石以粗骨料的形式制备透水混凝土，并提出一种新的配比与制备工艺，以解决上述的问题。
(二)技术方案
为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矸石透水混凝土，其是由如下材料制成：煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂,各材料的重量百分比为：79.8-82.6％的煤矸石骨料、10-14％的水泥、2.7-2.9％的硅灰、3-4.2％的水、0.06-0.07％的纳米二氧化硅、0.2-0.3％的液体型高效减水剂、0.03-0.04％的粉末型高效减水剂。
优选的，所述各材料的重量百分比为：80％的煤矸石骨料、14％的水泥、2.7％的硅灰、3％的水、0.06％的纳米二氧化硅、0.2％的液体型高效减水剂、0.04％的粉末型高效减水剂。
一种前述煤矸石透水混凝土及其制备方法，包括以下步骤：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
优选的，所述步骤S1中煤矸石骨料由煤矸石经破碎筛分制得，煤矸石骨料粒径为5-10mm。
优选的，所述步骤S1中水泥为P·O42.5级别硅酸盐水泥。
优选的，所述步骤S1中硅灰的比表面积为27000m2/kg，松散密度为203kg/m3,含水量为0.51％，SiO2含量＞92％。
优选的，所述步骤S1中纳米二氧化硅的粒径为10nm，比表面积为200m2/g，PH值为6.5，纯度≥99％。
优选的，所述步骤S1中粉末型高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为25％，堆积密度为700kg/m3，pH值为6.5，氯离子含量为0.01％，固含量为22％。
优选的，所述步骤S2中对煤矸石骨料进行晒洗，去除石粉与其他杂物。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，具备以下有益效果：
1、本发明制备的透水混凝土采用了工业固体废弃物煤矸石，煤矸石的利用提高了废弃资源的利用率，可以缓解严峻的环境压力以及建材资源日益紧张的局势，更加节能环保。
2、本发明制备的透水混凝土满足透水系数的同时，具有30MPa以上的强度，能够保证透水混凝土轻载路面的使用要求。
3、透水混凝土由于多孔的特性，骨料之间通过包裹在其表面的胶凝材料进行相互粘结，骨料之间存在大量孔洞，孔洞相互贯通形成了试样内部互相连通的孔隙，使得混凝土路面能够起到透水、透气、抗滑降噪的效果。具有良好的生态效益和社会效益，应用前景广阔。
附图说明
图1为发明实施例煤矸石透水混凝土制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明如下各实施例中的材料配比，未特别注明的，均为质量百分比。
实施例
本发明提供的煤矸石透水混凝土，其是由如下材料制成：煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂,各材料的重量百分比为：79.8-82.6％的煤矸石骨料、10-14％的水泥、2.7-2.9％的硅灰、3-4.2％的水、0.06-0.07％的纳米二氧化硅、0.2-0.3％的液体型高效减水剂、0.03-0.04％的粉末型高效减水剂。
一种前述煤矸石透水混凝土及其制备方法，包括以下步骤：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
实施例一：
请参阅图1，本发明实施例提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，包括以下步骤：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
各材料的重量百分比为：79.8％的煤矸石骨料、10％的水泥、2.7％的硅灰、3％的水、0.06％的纳米二氧化硅、0.2％的液体型高效减水剂、0.03％的粉末型高效减水剂；
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
实施例二：
本实施例提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，包括以下步骤：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
各材料的重量百分比为：80.6％的煤矸石骨料、12％的水泥、2.8％的硅灰、3.5％的水、0.065％的纳米二氧化硅、0.25％的液体型高效减水剂、0.035％的粉末型高效减水剂。
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
实施例三：
本实施例提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，包括以下步骤：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
各材料的重量百分比为：82.6％的煤矸石骨料、14％的水泥、2.9％的硅灰、4.2％的水、0.07％的纳米二氧化硅、0.3％的液体型高效减水剂、0.04％的粉末型高效减水剂；
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
其他实施例中，本发明制备工艺的参数的区间，见下表1：
表1
Figure BDA0003851317740000061
Figure BDA0003851317740000071
对上述实施例1～3透水混凝土试块进行28天抗压强度、有效孔隙率、透水系数的测定，测试结果如表2所示
表2
Figure BDA0003851317740000072
由表3可以看出，实施例的抗压强度全部达到30MPa，有效孔隙率基本均在20％左右，透水系数可以达到3mm/s，完全可以满足轻载透水混凝土路面的应用。
本发明提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，本发明通过将煤矸石以粗骨料的形式制备透水混凝土，并提出一种新的配合比与制备工艺方法，通过对煤矸石低能耗的预处理，提高了煤矸石透水混凝土强度，节约了自然资源，降低了生产成本。
本发明上述实施例提供的煤矸石透水混凝土及其制备方法，通过科学的配比与制备工艺结合，提高了煤矸石透水混凝土的强度、实现煤矸石建筑材料资源化利用，同时减少了二次能耗。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种煤矸石透水混凝土，其特征在于，其是由如下材料制成：煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂,各材料的重量百分比为：79.8-82.6％的煤矸石骨料、10-14％的水泥、2.7-2.9％的硅灰、3-4.2％的水、0.06-0.07％的纳米二氧化硅、0.2-0.3％的液体型高效减水剂、0.03-0.04％的粉末型高效减水剂。
2.根据权利要求书1所述的煤矸石透水混凝土，其特征在于：所述各材料的重量百分比为：80％的煤矸石骨料、14％的水泥、2.7％的硅灰、3％的水、0.06％的纳米二氧化硅、0.2％的液体型高效减水剂、0.04％的粉末型高效减水剂。
3.一种权利要求1或2所述煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤,各材料均采用质量百分比：
S1：准备材料,材料包括有:煤矸石骨料、水泥、硅灰、水、纳米二氧化硅、液体型高效减水剂、粉末型高效减水剂；
S2：对煤矸石晒洗与搅拌，煤矸石骨料进行晒洗后放入搅拌机，加入总水量10％的水进行搅拌，搅拌时间20s，得到处理后的煤矸石一；
S3：加入水泥、硅灰以及水，加入所有的水泥、硅灰以及总水量30％的水进行搅拌，搅拌时间60s，得到处理后的煤矸石二；
S4：加入纳米二氧化硅和高效减水剂以及水，加入全部纳米二氧化硅和50％的高效减水剂及总水量40％的水进行混合，搅拌时间60s，接着加入剩下的高效减水剂和水进行混合，搅拌时间40s，得到煤矸石透水混凝土；
S5：出料装模，将得到的煤矸石透水混凝土进行人工插捣处理，分三层进行浇筑，每层浇筑完成之后，从边缘到中心用棍棒均匀插捣25次，浇筑完成后用塑料布进行遮盖，1天后脱模进行标准养护。
4.根据权利要求3所述的煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中煤矸石骨料由煤矸石经破碎筛分制得，煤矸石骨料粒径为5-10mm。
5.根据权利要求3所述的煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中水泥为P·O42.5级别硅酸盐水泥。
6.根据权利要求3所述的煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中纳米二氧化硅的粒径为10nm。
7.根据权利要求3所述的煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中粉末型高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量为22wt％。
8.根据权利要求3所述的煤矸石透水混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中对煤矸石骨料进行晒洗，去除石粉与其他杂物。
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