CN115925367A - 煤矸石型混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤矸石型混凝土及其制备方法。该制备方法包括：对煤矸石依次进行预处理，以获得预处理骨料，预处理骨料中针片状颗粒含量不大于15％，含泥量不大于1.0％，压碎值不大于18％；将预处理骨料按粒径进行分级，并按预定标准，组合出公称粒径5～20mm或5～25mm级配的煤矸石骨料；将煤矸石骨料、砂石、水泥、粉煤灰、水及减水剂进行混合，得到煤矸石型混凝土。将其用于制备混凝土时，其力学性能能够达到C40混凝土规范要求，实现了煤矸石的高附加值利用。采用上述制备方法还能够提高煤矸石骨料的利用率，降低环境污染、减少碳排放。上述生产技术工艺完善，操作简单，成本低廉，有益于生态，易于大规模推广。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种煤矸石型混凝土及其制备方法。
背景技术
煤矸石作为煤炭开采过程中产生的固体废弃物，我国现有煤矸石堆存量巨大，且每年仍在持续增加。煤矸石的堆存不仅需要占用大量耕地，而且还会对环境造成很严重的污染。由于其吸水性强，干燥风化后在风的催化下会带来较为严重的霾，导致环境污染。
随着低碳理念的不断深入，矿山固废资源生产机制砂石在“碳中和”工作中不断发挥其优势，但是未经预处理的煤矸石碎石做混凝土骨料存在吸水性高和压碎值大的技术问题，导致所生产的混凝土强度无法得到提升。
煤矸石制备混凝土是消解煤矸石变废为宝的主要方法之一，但一直以来矸石掺量都不超过40％，因而煤矸石掺量超过40wt％混凝土强度会下降很多，极大地影响了煤矸石混凝土的消纳速度和应用范围。
鉴于上述问题的存在，需要提供一种煤矸石掺杂量较大的混凝土制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种煤矸石型混凝土及其制备方法，以解决现有的混凝土制备过程中存在煤矸石利用率不高，且煤矸石掺杂量较大(超过40wt％)时存在混凝土强度不高的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种煤矸石型混凝土的制备方法，该煤矸石型混凝土的制备方法包括：对煤矸石依次进行预处理，以获得预处理骨料，预处理骨料中针片状颗粒含量不大于15％，含泥量不大于1.0％，压碎值不大于18％；将预处理骨料按粒径进行分级，并按预定标准，组合出公称粒径5～20mm或5～25mm级配的煤矸石骨料；将煤矸石骨料、砂石、水泥、粉煤灰、水及减水剂进行混合，得到煤矸石型混凝土。
进一步地，预处理过程包括：将煤矸石进行破碎和筛分，得到初级筛分料，初级筛分料的粒径≥4.75mm；对初级筛分料进行水洗和晾干，得到预处理骨料。
进一步地，煤矸石型混凝土的制备方法还包括：在进行混合步骤之前，将煤矸石骨料与增稠助剂混合。
进一步地，增稠助剂为羟丙基甲基纤维。
进一步地，砂石的细度模数为2.4～3.0。
进一步地，减水剂选自聚羧酸减水剂和/或萘系高效减水剂。
进一步地，每立方米煤矸石型混凝土中，煤矸石骨料的用量为900～1200kg，砂石的用量为600～800kg，水泥的用量为300～380kg，粉煤灰的用量为80～200kg，水的用量为110～260kg和减水剂的用量为10～70kg。
进一步地，混合过程中还加入了矿粉，矿粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，流动度比≥95％，含水量≤1.0wt％，三氧化硫含量≤4.0wt％，氯离子含量≤0.06wt％，烧失量≤1.0wt％，不溶物含量≤3.0wt％，玻璃体含量≥85wt％。
进一步地，每立方米煤矸石型混凝土中，矿粉的用量≤200kg。
本申请的另一方面还提供了一种煤矸石型混凝土，煤矸石型混凝土采用本申请提供的煤矸石型混凝土的制备方法制得。
应用本发明的技术方案，通过对煤矸石骨料进行预处理加工能够降低煤矸石骨料的吸水性和压碎值。因而将其用于制备混凝土时，其力学性能能够达到C40混凝土规范要求，实现了煤矸石的高附加值利用。采用上述制备方法还能够提高煤矸石骨料的利用率，降低环境污染、减少碳排放。同时上述混凝土制备方法的生产技术工艺完善，操作简单，成本低廉，有益于生态，易于大规模推广。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的混凝土制备过程中存在煤矸石利用率不高，且煤矸石掺杂量较大(超过40wt％)时存在混凝土强度不高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种煤矸石型混凝土的制备方法，该煤矸石型混凝土的制备方法包括：对煤矸石依次进行预处理，以获得预处理骨料，预处理骨料中针片状颗粒含量不大于15％，含泥量不大于1.0％，压碎值不大于18％；将预处理骨料按粒径进行分级，并按预定标准，组合出公称粒径5～20mm或5～25mm级配的煤矸石骨料；将煤矸石骨料、砂石、水泥、粉煤灰、水及减水剂进行混合，得到煤矸石型混凝土。
通过对煤矸石骨料进行预处理加工能够降低煤矸石骨料的吸水性和压碎值。因而将其用于制备混凝土时，其力学性能能够达到C40混凝土规范要求，实现了煤矸石的高附加值利用。采用上述制备方法还能够提高煤矸石骨料的利用率，降低环境污染、减少碳排放。同时，上述混凝土制备方法的生产技术工艺完善，操作简单，成本低廉，有益于生态，易于大规模推广。
优选地，上述制备方法中粉煤灰满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2017)中对应Ⅰ级F类粉煤灰的技术要求；细度45μm方孔筛余量≤12％，需水量比≤95％，烧失量≤5％，含水量≤1％，三氧化硫≤3％，游离氧化钙≤1％。
煤矸石骨料可以根据需要进行级配，优选地其需要符合JGJ52中的砂石颗粒级配规定。
采用预处理过程能够将较为细小、易碎的颗粒去除，从而有利于提高煤矸石骨料的抗压碎性能。在一种优选的实施例中，预处理过程包括：将煤矸石进行破碎和筛分，得到初级筛分料，初级筛分料的粒径≥4.75mm；对初级筛分料进行水洗和晾干，得到预处理骨料。采用上述预处理方法得到的煤矸石骨料有利于进一步提高煤矸石骨料的抗压碎性能，并降低其吸水性。
为了提高混凝土的应用性能，在一种优选的实施例中，煤矸石型混凝土的制备方法还包括：在进行混合步骤之前，将煤矸石骨料与增稠助剂混合。在一种优选的实施例中，增稠助剂包括但不限于羟丙基甲基纤维。相比于其他增稠剂，采用上述几种有利于更好地调节混凝土的流动性和应用性能。优选地，上述羟丙基甲基纤维以10～20wt％水溶液的形式加入。
在一种优选的实施例中，砂石的细度模数为2.4～3.0，更优选为2.7～3.0。相比于其他种类的砂石，采用上述砂石不仅有利于提高混凝土的力学强度，还有利于提高原料的混合均匀性。
减水剂的加入有利于提高水泥的分散性，并改善其工作性能，减少单位用水量，改善混凝土的流动性。在一种优选的实施例中，减水剂包括但不限于聚羧酸减水剂和/或萘系高效减水剂。
为了进一步提高混凝土的综合性能，在一种优选的实施例中，每立方米煤矸石型混凝土中，煤矸石骨料的用量为900～1200kg，砂石的用量为600～800kg，水泥的用量为300～380kg，粉煤灰的用量为80～200kg，水的用量为110～260kg和减水剂的用量为10～70kg。
在一种优选的实施例中，混合过程中还加入了矿粉，矿粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，流动度比≥95％，含水量≤1.0wt％，三氧化硫含量≤4.0wt％，氯离子含量≤0.06wt％，烧失量≤1.0wt％，不溶物含量≤3.0wt％，玻璃体含量≥85wt％。加入满足GB/T18046中S95级矿渣粉的技术要求的矿粉有利于改善混凝土的流动性，降低水泥水化热，提高混凝土的抗渗能力和抗腐蚀性能等耐久性。更优选地，每立方米煤矸石型混凝土中，矿粉的用量≤200kg。
本申请的另一方面还提供了一种煤矸石型混凝土，煤矸石型混凝土采用本申请提供的煤矸石型混凝土的制备方法制得。
采用上述制备方法制得的煤矸石型混凝土具有煤矸石占比高，力学强度好，工艺简单，成本低及易于大规模推广等优点。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
一种煤矸石全骨料混凝土材料，原料和重量组分如下：煤矸石1000kg/m3、砂562.5kg/m3、水泥385kg/m3、粉煤灰82.5kg/m3、矿粉82.5kg/m3、水192.5kg/m3、减水剂28kg/m3。煤矸石来自陕北榆林，主要矿物成分SiO2含48.60％，Al2O3含20.80％，Fe2O3含5.89％，烧矢量21.23％。矿粉来自巩义市龙泽净水材料有限公司，其中矿物成分及含量为：CaO34.00％，SiO2 34.50％，Al2O317.70％，Fe2O31.03％，MgO6.01％，SO31.64％；比表面积429m2/kg，流动比98％，活性指数7d84.20％，活性指数28d98.50％，密度3.1g/cm3，烧失量0.84％，含水量0.45％。
水泥为杨春山水牌普通硅酸盐水泥52.5#，砂子为Ⅱ区中砂，细度模数2.7左右，减水剂为水剂，含聚羧酸减水剂粉剂固体量为40％浓度溶液的母液(聚羧酸减水剂粉体为武汉华轩高新技术有限公司PC-1009粉体聚羧酸高性能减水剂)。
一种煤矸石型混凝土的制备方法包括：
煤矸石预处理的方法为：将粒径大于26.5mm的矸石进入颚式破碎机破碎，筛除小于5mm粒径的矸石；清洗出部分煤质和表面微粉，晾干后喷洒0.5％浓度的羟丙基甲基纤维素溶液2.1kg，搅拌均匀，得到预处理骨料。
按预定比例，将水、水泥、粉煤灰、矿粉依次加入搅拌机搅拌，搅拌过程中加入减水剂溶液待水泥浆形成停机，加入砂子继续搅拌60s形成水泥砂浆；将上述水泥砂浆与前述预处理好的煤矸石骨料，继续搅拌3min，得到所需的混凝土。
将上述混凝土装入150mm×150mm×150mm的抗压试模和上口内部直径为175mm、下口内部直径为185mm和高度为150mm的圆台抗渗试模、100mm×100mm×100mm抗冻试模、100mm×100mm×100mm抗腐蚀试模，振动台振动密实，表面磨平。其中抗压强度测试试模2组6个，抗渗试模1组6个、抗冻试模1组3个，抗硫酸盐腐蚀试模1组3个。待24小时后脱模，放入养护室标准养护7d和28d分别测试其抗压强度，以及抗渗、抗冻、抗硫酸盐腐蚀性。
性能测试：
(1)强度检测方法：采用混凝土物理力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2019)，加载方法采用0.4MPa/s连续均匀加载。
(2)抗压强度确定方法：
①取3个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值，应精确至0.1MPa；
②当3个测值中的最大值或最小值中有一个与中间值的差值超过中间值的15％时，则应把最大及最小值剔除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；
③当最大值和最小值与中间值的差值均超过中间值的15％时，该组试件的试验结果无效。
测得本实施例所制煤矸石混凝土的7d抗压强度为30.5MPa，28d抗压强度为54.5MPa满足C40混凝土地方强度要求。
(3)抗渗、抗冻及抗腐蚀性测试：
通过普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T50082-2009)逐级加载法测得本实施例的煤矸石混凝土抗渗等级达到P20；通过普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T50082-2009)快速法抗冻试验测得本实施例的煤矸石混凝土抗冻等级达到F150；通过普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T50082-2009)抗硫酸盐侵蚀试验测得本实施例的煤矸石混凝土抗硫酸盐等级达到KS100。
实施例2
与实施例1的区别为：加入了矿粉，但每立方米所述煤矸石型混凝土中，矿粉的用量为300kg。
实施例3
与实施例1的区别为：没有加入矿粉。
实施例4
与实施例1的区别为：每立方米煤矸石型混凝土中，煤矸石骨料的用量为900kg，砂石的用量为800kg，水泥的用量为300kg，粉煤灰的用量为80kg，水的用量为130kg和减水剂的用量为10kg。
实施例5
与实施例1的区别为：每立方米煤矸石型混凝土中，煤矸石骨料的用量为1200kg，砂石的用量为600kg，水泥的用量为380kg，粉煤灰的用量为200kg，水的用量为110kg和减水剂的用量为70kg。
实施例6
与实施例1的区别为：每立方米煤矸石型混凝土中，煤矸石骨料的用量为1500kg，砂石的用量为500kg，水泥的用量为280kg，粉煤灰的用量为150kg，水的用量为80kg和减水剂的用量为50kg。
对比例1
与实施例1的区别为：煤矸石未进行预处理直接加入。
对比例2
与实施例1的区别为：煤矸石中针片状颗粒含量为20％，含泥量为2.0％，压碎值为25％。
对比例3
与实施例1的区别为：没有进行分级处理，煤矸石骨料中含有粒径小于5mm的颗粒物(占比约18％)。
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
比较实施例1至6及对比例1至3可知，采用本申请提供的制备方法制得的混凝土具有优异的抗压、抗渗、抗冻和抗腐蚀性能。
比较实施例1至3可知，加入矿粉后有利于提高制得的煤矸石混凝土的抗渗和抗腐蚀性能。
比较实施例1、4至6可知，将制备原料中各组分的用量限定在本申请优选的范围内有利于进一步提高煤矸石混凝土的综合性能。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述煤矸石型混凝土的制备方法包括：
对煤矸石依次进行预处理，以获得预处理骨料，所述预处理骨料中针片状颗粒含量不大于15％，含泥量不大于1.0％，压碎值不大于18％；
将所述预处理骨料按粒径进行分级，并按预定标准，组合出公称粒径5～20mm或5～25mm级配的煤矸石骨料；
将所述煤矸石骨料、砂石、水泥、粉煤灰、水及减水剂进行混合，得到所述煤矸石型混凝土。
2.根据权利要求1所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述预处理过程包括：
将所述煤矸石进行破碎和筛分，得到初级筛分料，所述初级筛分料的粒径≥4.75mm；
对所述初级筛分料进行水洗和晾干，得到所述预处理骨料。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述煤矸石型混凝土的制备方法还包括：在进行所述混合步骤之前，将所述煤矸石骨料与增稠助剂混合。
4.根据权利要求3所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述增稠助剂为羟丙基甲基纤维。
5.根据权利要求1所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述砂石的细度模数为2.4～3.0。
6.根据权利要求1所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸减水剂和/或萘系高效减水剂。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，每立方米所述煤矸石型混凝土中，所述煤矸石骨料的用量为900～1200kg，所述砂石的用量为600～800kg，所述水泥的用量为300～380kg，所述粉煤灰的用量为80～200kg，所述水的用量为110～260kg和所述减水剂的用量为10～70kg。
8.根据权利要求7所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合过程中还加入了矿粉，所述矿粉的密度≥2.8g/cm3，比表面积≥400m2/kg，流动度比≥95％，含水量≤1.0wt％，三氧化硫含量≤4.0wt％，氯离子含量≤0.06wt％，烧失量≤1.0wt％，不溶物含量≤3.0wt％，玻璃体含量≥85wt％。
9.根据权利要求8所述的煤矸石型混凝土的制备方法，其特征在于，每立方米所述煤矸石型混凝土中，所述矿粉的用量≤200kg。
10.一种煤矸石型混凝土，其特征在于，所述煤矸石型混凝土采用权利要求1至9中任一项所述的煤矸石型混凝土的制备方法制得。
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| CN112851220A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-05-28 | 清华大学 | 一种由工业生产废弃物制备的混凝土及其制备方法 |
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