CN116675509A - 一种全固废免蒸养混凝土及其应用 - Google Patents

一种全固废免蒸养混凝土及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全固废免蒸养混凝土及其应用，属于固废利用技术领域。由包括如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700～860份、细骨料500～590份、粗骨料900～1100份和水220～370份；所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉；所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到；所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料；所述熟料由粉体材料和水制备得到；所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。本发明提供的混凝土原料均为固体废弃物，来源广泛、成本低，绿色环保，控制各原料的组成和用量，各组分配合作用，无需蒸汽养护，即可提高混凝土的力学性能，降低能耗。

Description

一种全固废免蒸养混凝土及其应用
技术领域
本发明涉及固废利用技术领域，尤其涉及一种全固废免蒸养混凝土及其应用。
背景技术
随着我国工业和基础建设工程的快速发展，大量的固体废弃物也随之产生，如煤矿生产过程中的煤矸石、乙炔生产过程中的电石渣、FGD过程的副产品脱硫石膏、燃煤火力发电过程中的粉煤灰等。固体废弃物的大量堆积，既占用大量土地，污染土壤，也给我国环境保护、经济发展、社会进步带来了前所未有的严峻挑战。因此，固体废弃物的资源化利用已经成为我国经济、社会、环境相互协调、可持续发展的重点关注问题。
在近几年发展较快的装配式建筑行业中，预制构件所用混凝土一般包括粗骨料(主要采用天然石头)、细骨料(主要为天然砂)和水泥(主要采用硅酸盐水泥)。虽然已有研究在混凝土中掺杂固体废弃物，但是为保证预制构件的力学性能，固体废弃物的掺杂量较低。而且随着我国基础建设工程的快速发展，天然石头、天然砂、河砂等资源已经无法实现就地取材，需要从异地购买，运输到建筑工地，增加了原料成本；硅酸盐水泥的制备既需要大量矿产资源，又由于其较高煅烧温度，增加了制备能耗及碳排放量；同时，预制构件多采用蒸汽养护，该方法虽然提高构件脱模时强度和模具的使用效率，但是蒸汽养护会产生热损伤，造成混凝土孔结构粗化、延迟钙矾石膨胀等问题。综上所述，由于以上原因造成预制构件的生产成本较高，限制了其使用范围。长期发展，面临较大的资源缺乏、环境保护方面压力，与我国减能减排政策相冲突。
因此，亟需一种力学性能优异的全固废免蒸养混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全固废免蒸养混凝土及其应用。本发明提供的混凝土原料均为固体废弃物，且无需蒸汽养护，力学性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种全固废免蒸养混凝土，由包括如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700～860份、细骨料500～590份、粗骨料900～1100份和水220～370份；
所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉；
所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到；
所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料；所述熟料由粉体材料和水制备得到；所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。
优选地，所述胶凝材料包括如下重量份数的组分：硅灰8～11份、矿渣9～13份和熟料950～955份。
优选地，所述粉体材料包括如下重量份数的组分：萤石粉9～11份、煤矸石粉135～160份、硅灰30～62份、煤气化渣110～155份、脱硫石膏110～260份、高铝粉煤灰28～48份、电石渣380～422份和碳化白泥31～60份。
优选地，所述熟料的制备方法包括以下步骤：
(1)将萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、部分脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和水混合后依次进行压片、干燥和煅烧，得到混合粉体；
(2)将所述步骤(1)得到的混合粉体与剩余部分脱硫石膏和碳化白泥混合，得到熟料。
优选地，所述碳化白泥的制备方法包括以下步骤：
a、将煤矸石粉、铝灰、造纸白泥和水混合，得到浆体；
b、在所述步骤a得到的浆体中通入二氧化碳进行碳化反应，得到碳化白泥。
优选地，所述细骨料中煤气化渣和废旧陶瓷粉的质量比为1：(2～4)。
优选地，所述细骨料的目数为5～200目。
优选地，所述粗骨料的制备方法包括以下步骤：
A、将水和胶凝材料混合，得到净浆浆料；
B、将所述步骤A得到的净浆浆料与再生混凝土骨料混合后静置，得到粗骨料。
优选地，所述步骤B中再生混凝土骨料的粒径为5～20mm。
本发明还提供了上述技术方案所述全固废免蒸养混凝土在建筑领域中的应用。
本发明提供了一种全固废免蒸养混凝土，由包括如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700～860份、细骨料500～590份、粗骨料900～1100份和水220～370份；所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉；所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到；所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料；所述熟料由粉体材料和水制备得到；所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。本发明提供的混凝土原料均为固体废弃物，来源广泛、成本低，绿色环保，控制各原料的组成和用量，各组分配合作用，无需蒸汽养护，即可提高混凝土的力学性能，降低能耗。实施例的结果显示，本发明提供的全固废免蒸养混凝土的28d抗压强度达到50MPa以上。
附图说明
图1为本发明制备碳化白泥时的装置示意图；
图2为本发明制备粗骨料时的装置示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种全固废免蒸养混凝土，由包括如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700～860份、细骨料500～590份、粗骨料900～1100份和水220～370份；
所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉；
所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到；
所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料；所述熟料由粉体材料和水制备得到；所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。
如无特殊说明，本发明对所述各原料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
以重量份数计，制备本发明所述全固废免蒸养混凝土的原料包括胶凝材料700～860份，优选为750～800份。
在本发明中，所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料。
在本发明中，所述胶凝材料优选包括硅灰8～11份，更优选为9～10份。在本发明中，所述硅灰主要成分为二氧化硅，可以与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，使得水泥石更加密实，提高混凝土强度。
在本发明中，所述硅灰中二氧化硅的质量含量优选≥96％。
在本发明中，所述硅灰的目数优选≥325目。
本发明将硅灰的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以硅灰的质量为8～11份计，所述胶凝材料优选包括矿渣9～13份，更优选为10～12份，最优选为11份。在本发明中，所述矿渣在保持混凝土早期强度的同时提高后期强度增长率。
本发明将矿渣的用量限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以硅灰的质量为8～11份计，所述胶凝材料优选包括熟料950～955份，更优选为951～954份，最优选为952～953份。在本发明中，所述熟料作为主要的胶凝材料，在后续反应形成混凝土结构。
本发明将熟料的用量限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，所述熟料由粉体材料和水制备得到。
在本发明中，所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。
在本发明中，所述粉体材料优选包括萤石粉9～11份，更优选为10份。在本发明中，所述萤石粉与脱硫石膏作为复合矿化剂，降低硅酸三钙的形成温度，使得硅酸三钙和无水硫酸铝钙共存。
在本发明中，所述萤石粉中氟化钙的质量含量优选≥96％。
在本发明中，所述萤石粉的目数优选≥200目。
本发明将萤石粉的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步降低硅酸三钙的形成温度，使得硅酸三钙和无水硫酸铝钙共存，提高混凝土强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括煤矸石粉135～160份，更优选为140～155份，最优选为145～150份。在本发明中，所述煤矸石粉作为主要的硅源和铝源，其主要成分为二氧化硅，颗粒较小，活性较高，发生火山灰反应可以促进水化反应速率，改善胶凝材料浆体的微观结构。
在本发明中，所述煤矸石粉的目数优选≥200目。
在本发明中，所述煤矸石粉中二氧化硅的质量含量优选为45～50％，更优选为47％；所述煤矸石粉中三氧化二铝的质量含量优选为25～35％，更优选为30％；所述煤矸石粉的烧失量优选≤20％。
本发明将煤矸石粉的用量和目数等参数限定在上述范围内，能够进一步促进水化反应速率，提高混凝土强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括硅灰30～62份，更优选为35～55份，最优选为40～50份。在本发明中，所述硅灰作为补充硅源，主要成分为二氧化硅，可以调节熟料中硅酸二钙和硅酸三钙的比例，而且可以作为掺合料促进水化速率，二氧化硅可以与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，使得水泥石更加密实，提高混凝土强度。
在本发明中，所述硅灰中二氧化硅的质量含量优选≥96％。
在本发明中，所述硅灰的目数优选≥325目。
本发明将硅灰的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括煤气化渣110～155份，更优选为120～150份，最优选为130～140份。在本发明中，所述煤气化渣作为主要的硅源和铝源，能够与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，提高混凝土的强度。
在本发明中，所述煤气化渣中二氧化硅的质量含量优选为50～55％，更优选为52％；所述煤气化渣中三氧化二铝的质量含量优选为15～25％，更优选为20％；所述煤气化渣中三氧化二铁的质量含量优选≤10％；所述煤气化渣的烧失量优选≤20％。
在本发明中，所述煤气化渣的目数优选≥200目。
本发明将煤气化渣的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括脱硫石膏110～260份，更优选为130～220份，最优选为150～180份。在本发明中，所述脱硫石膏与萤石粉作为复合矿化剂，降低硅酸三钙的形成温度，同时作为硫源，脱硫石膏的SO4 2-可以保证三硫型水化硫铝酸钙稳定的存在，防止其向单硫型水化硫铝酸钙转化，延长凝结时间。
在本发明中，所述脱硫石膏中三氧化硫SO3的质量含量优选≥50％。
在本发明中，所述脱硫石膏的目数优选≥200目。
本发明将脱硫石膏的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步降低反应温度，延长凝结时间。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括高铝粉煤灰28～48份，更优选为30～45份，最优选为35～40份。在本发明中，所述高铝粉煤灰作为补充铝源，调节熟料中无水硫铝酸钙的含量以及胶凝材料的早期强度；并且高铝粉煤灰和硅灰协同作用能够改善混凝土内部结构，提高其强度，其效果优于单一使用高铝粉煤灰或硅灰；同时高铝粉煤灰、煤矸石粉和硅灰三者共同作用，能够降低收缩，起到缓凝作用；此外高铝粉煤灰、硅灰和煤气化渣三者共同作用，具有大量的活性二氧化硅和三氧化二铝，火山灰活性较高，能够与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶，改善混凝土内部结构，提高其强度。
在本发明中，所述高铝粉煤灰中三氧化二铝的质量含量优选≥48％。
在本发明中，所述高铝粉煤灰的目数优选≥325目。
本发明将高铝粉煤灰的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括电石渣380～422份，更优选为390～420份，最优选为400～410份。在本发明中，所述电石渣作为主要钙源，电石渣的主要成分为Ca(OH)2，可以调节熟料中硅酸二钙、硅酸三钙、无水硫铝酸钙的含量，通过减缓无水硫铝酸钙的溶解和改变钙矾石的晶体形态，来延缓早期水化进程，调节胶凝材料前期至后期的强度发展，有利于提高胶凝材料的后期强度，电石渣中OH-离子可以调节胶凝材料中的流动度和粘结性能。
在本发明中，所述电石渣中氧化钙的质量含量优选≥80％。
在本发明中，所述电石渣的目数优选≥200目。
本发明将电石渣的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，以萤石粉的质量为9～11份计，所述粉体材料优选包括碳化白泥31～60份，更优选为35～50份，最优选为40～45份。在本发明中，所述碳化白泥中的碳酸根离子替代硫酸根离子生成单碳型碳铝酸钙，包裹熟料表面，减缓放热速率，有利于水泥结构密实，有益于三硫型水化硫铝酸钙的稳定存在，防止其向单硫型水化硫铝酸钙的转化，抑制了胶凝材料强度的倒缩现象；同时电石渣和碳化白泥协同作用，进一步提高后期强度。
在本发明中，所述碳化白泥的目数优选≥325目。
本发明将碳化白泥的用量等参数限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，所述碳化白泥的制备方法优选包括以下步骤：
a、将煤矸石粉、铝灰、造纸白泥和水混合，得到浆体；
b、在所述步骤a得到的浆体中通入二氧化碳进行碳化反应，得到碳化白泥。
本发明优选将煤矸石粉、铝灰、造纸白泥和水混合，得到浆体。
在本发明中，所述煤矸石粉、铝灰和造纸白泥的质量比优选为(1～3)：1：(8～12)，更优选为2:1:10。在本发明中，所述煤矸石粉和铝灰能够提高白泥碳化效率。在本发明中，所述煤矸石粉、铝灰和造纸白泥的总质量与水的体积比优选为13kg:(8～12)L，更优选为13kg:10L。
在本发明中，所述煤矸石粉、铝灰、造纸白泥和水的混合优选为：首先将煤矸石粉和铝灰混合得到混合料A，然后与造纸白泥混合得到混合料B，最后再与水混合。
在本发明中，所述煤矸石粉和铝灰的混合优选为球磨，所述球磨的时间优选为8～15h，更优选为12h；所述球磨后优选过325目筛。
在本发明中，所述混合料A与造纸白泥的混合优选为球磨，所述球磨的时间优选为15～20h，更优选为18h；所述球磨后优选过325目筛。
在本发明中，所述水的温度优选为80～100℃，更优选为90℃。
得到浆体后，本发明优选在所述浆体中通入二氧化碳进行碳化反应，得到碳化白泥。
在本发明中，所述二氧化碳的初始通入量优选为使装置内的压强为1～2MPa。
在本发明中，所述碳化反应优选为：首先在80～100℃、100～150rpm转速下反应20～30h，然后在25～35℃静置20～30h，再在80～100℃、2000～4000rpm转速下反应至体系pH值不变后保持4～6h，最后在40～50℃下至水分烘干，得到碳化白泥。
在本发明中，所述制备碳化白泥时的装置示意图优选如图1所示：所述装置底部设有电动搅拌棒，所述电动搅拌棒的数量优选为2个；所述装置顶部设有水位计、温度计、压力表和pH计；所述装置外部一侧从下到上依次设有进气阀、进水阀和进料阀；所述装置外部另一侧从下到上依次设有出水阀和出气阀；所述外部设有进气阀、进水阀和进料阀的装置内部一侧设置有二氧化碳气孔筛，所述气孔筛为水平设置，所述气孔筛的数量优选为2～4个，更优选为3个；所述气孔筛的孔径优选为毫米级；所述气孔筛优选设置于进气阀与进水阀之间；所述外部设有出水阀和出气阀的装置内部一侧设置有电动加热片，所述电动加热片为水平设置，所述电动加热片的数量优选为2～4个，更优选为3个，所述电动加热片优选设置在二氧化碳气孔筛的上部。
本发明在装置内设有毫米级二氧化碳气孔筛，可以释放更多微小的二氧化碳气泡在体系中，增加了二氧化碳与体系的接触面积，提高二氧化碳的溶解速率；设有电动加热片及温度计，能够更加准确的调控温度，提高碳化效果及速率。
在本发明中，所述熟料的制备方法优选包括以下步骤：
(1)将萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、部分脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和水混合后依次进行压片、干燥和煅烧，得到混合粉体；
(2)将所述步骤(1)得到的混合粉体与剩余部分脱硫石膏和碳化白泥混合，得到熟料。
在本发明中，所述煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥在使用前优选进行研磨和干燥。
本发明对所述研磨和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨和干燥的技术方案即可。
本发明优选将萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、部分脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和水混合后依次进行压片、干燥和煅烧，得到混合粉体。
在本发明中，所述部分脱硫石膏优选为脱硫石膏总质量的50～90％，更优选为60～80％。在本发明中，所述部分脱硫石膏进行煅烧，为无水硫铝酸钙提供硫源。
在本发明中，所述水的质量优选为萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、部分脱硫石膏、高铝粉煤灰和电石渣总质量的8～12％，更优选为10％。
本发明对所述压片的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的压片的技术方案即可。在本发明中，所述压片的直径优选为5～10cm，所述压片的厚度优选为0.1～0.5cm。在本发明中，所述压片能够使得各原料充分接触，使反应更加充分，保证后续煅烧效果。
在本发明中，所述干燥的温度优选为100～110℃，所述干燥的时间优选为3h。在本发明中，所述干燥能够防止煅烧时水分蒸发过快，导致压片开裂，提高煅烧效果。
在本发明中，所述煅烧优选包括：首先以8～12℃/min升温至800～1000℃保温20～40min，然后以4～6℃/min升温至1200～1400℃保温50～70min。在本发明中，在800～1000℃时初步形成发生如1.1所示反应，随着反应温度的升高，在1100-1250℃时，和C2S大量形成，发生公式1.1和1.2所示反应，在1300℃时，硅酸三钙开始形成，发生如公式1.3所示反应。
在本发明中，所述煅烧过程中发生的反应优选如下表示：
3(CaO·Al2O3)+CaSO4→3CaO·3Al2O3·CaSO4 (1.1)
2CaO+SiO2→2CaO·SiO2 (1.2)
2CaO·SiO2+CaO→3CaO·SiO2 (1.3)
煅烧完成后，本发明优选将所述煅烧的产物依次进行冷却和研磨，得到混合粉体。
在本发明中，所述冷却优选为风冷；所述冷却速率优选为50～70℃/min。在本发明中，所述冷却速率较快，有利于增加熟料中β-C2S的含量，减少γ-C2S的含量，提高混凝土后期续航能力。
在本发明中，所述研磨后混合粉体的目数优选≥200目。
得到混合粉体后，本发明优选将所述混合粉体与剩余部分脱硫石膏和碳化白泥混合，得到熟料。
在本发明中，所述剩余部分脱硫石膏未经煅烧，一是作为缓凝剂，二是提高后期水化产物多硫型水化硫铝钙的稳定性。
在本发明中，所述混合优选为研磨；所述研磨的时间优选为20～40min。
在本发明中，所述胶凝材料的制备方法优选包括：将硅灰、矿渣和熟料混合即可。
在本发明中，所述混合的时间优选为6～10h，更优选为8h。
本发明控制胶凝材料的组成、各组分的用量和制备方法，与水和骨料反应后，无需进行蒸汽养护，混凝土具有优异的力学性能。
以胶凝材料的质量为700～860份计，制备本发明所述全固废免蒸养混凝土的原料包括细骨料500～590份，优选为520～580份，更优选为540～560份。
在本发明中，所述细骨料在混凝土中起骨架或填充作用，提高混凝土强度。本发明将细骨料的用量限定在上述范围内，能够较为充分的填充在混凝土内部，进一步提高混凝土强度。
在本发明中，所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉。
在本发明中，所述煤气化渣和废旧陶瓷粉的质量比优选为1：(2～4)，更优选为1:3。
在本发明中，所述煤气化渣的目数优选为5～180目，更优选为50～100目。
在本发明中，所述煤气化渣在使用前优选依次进行清洗、烘干、煅烧和研磨。
本发明对所述清洗和烘干的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗和烘干的技术方案即可。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为400～600℃，更优选为500℃；所述煅烧的时间优选为5～8h，更优选为6～7h。在本发明中，所述煅烧用于除碳，以提高骨料强度。
本发明对所述研磨的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨的操作、保证研磨后煤气化渣的目数在上述范围内即可。
在本发明中，所述废旧陶瓷粉的目数优选为5～200目，更优选为50～100目。
在本发明中，所述废旧陶瓷粉在使用前优选依次进行清洗、干燥和研磨。
本发明对所述清洗、干燥和研磨的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗、干燥和研磨的技术方案即可。
以胶凝材料的质量为700～860份计，制备本发明全固废免蒸养混凝土的原料包括粗骨料900～1100份，优选为950～1000份。
在本发明中，所述粗骨料在混凝土中起到骨架作用，提高混凝土的强度。本发明将粗骨料的用量限定在上述范围内，能够进一步提高混凝土的强度。
在本发明中，所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到，所述胶凝材料与上述技术方案所述胶凝材料相同。
在本发明中，所述粗骨料的制备方法优选包括以下步骤：
A、将水和胶凝材料混合，得到净浆浆料；
B、将所述步骤A得到的净浆浆料与再生混凝土骨料混合后静置，得到粗骨料。
本发明优选将水和胶凝材料混合，得到净浆浆料。
在本发明中，所述水和胶凝材料的质量比优选为(10～15)：1，更优选为12:1。
得到净浆浆料后，本发明优选将所述净浆浆料与再生混凝土骨料混合后静置，得到粗骨料。
在本发明中，所述再生混凝土骨料的粒径优选为5～20mm。
在本发明中，所述再生混凝土骨料在使用前优选依次进行清洗和干燥。本发明对所述清洗和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗和干燥的技术方案即可。
在本发明中，所述净浆浆料与再生混凝土骨料的体积比优选为(1.5～4)：1，更优选为(2～3)：1。在本发明中，所述净浆浆料能够填充混凝土再生骨料的微空隙，同时将骨料界面镀一层净浆浆料，有利于提高胶凝材料与骨料界面的结合力。
在本发明中，所述混合的温度优选为40～60℃，更优选为50℃；所述混合优选在真空条件下进行；所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的速率优选为40～60rpm，更优选为50rpm；所述搅拌的时间优选为20～40min，更优选为30min。
在本发明中，所述静置优选在真空条件下进行；所述静置的时间优选为10～14h，更优选为12h。
在本发明中，所述粗骨料的制备装置的示意图优选如图2所示。在本发明中，所述装置包括主体结构和磁力底盘；所述主体结构的底部装有磁力搅拌棒。在本发明中，所述磁力搅拌棒优选为带耐腐蚀软橡胶外壳的磁力搅拌棒。在本发明中，所述磁力搅拌棒在搅拌过程中可以减少与骨料之间的碰撞，防止人造孔隙的发生，同时在长期反应过程中不会与浆体发生反应。在本发明中，所述主体结构的顶部设置有温度计、压力表和pH计；所述主体装置的一侧设置有出气阀。
以胶凝材料的质量为700～860份计，制备本发明所述全固废免蒸养混凝土的原料包括水220～370份，优选为250～300份。
本发明将水的用量限定在上述范围内，能够使得体系具有合适的水胶比，胶凝材料充分水化，提高混凝土的强度。
在本发明中，所述全固废免蒸养混凝土的制备方法优选包括：将胶凝材料、细骨料、粗骨料和水混合后进行养护。
在本发明中，所述养护优选为自然养护。
本发明胶凝材料由脱硫石膏、煤矸石、高铝粉煤灰、电石渣、硅灰等多种固废材料制备而成，可以完全代替水泥，减少了水泥原材料资源的依赖，而且来源广泛，成本低，同时使得固废再利用，变废为宝，节能减排；骨料由建筑混凝土垃圾、废旧陶瓷等制备得到，减少了对传统砂石资源的依赖；控制各组分的组成和用量，各组分协同作用，无需进行蒸汽养护，自然养护降低了养护条件及养护期间的能量消耗，也避免了蒸汽养护对混凝土的不良影响，得到较高强度的混凝土。
本发明还提供了上述技术方案所述全固废免蒸养混凝土在建筑领域中的应用。
本发明对所述全固废免蒸养混凝土在建筑领域中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混凝土在建筑领域中的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
在各实施例中，脱硫石膏中SO3的质量含量为50％以上；煤矸石粉中SiO2的质量含量为47％，Al2O3的质量含量为30％，烧失量为20％以下；硅灰中SiO2的质量含量为96％以上；煤气化渣中SiO2的质量含量为52％，Al2O3的质量含量为20％，Fe2O3的质量含量在10％以下，烧失量为20％以下；高铝粉煤灰中Al2O3的质量含量为48％以上；电石渣中CaO的质量含量为80％以上；萤石粉中CaF2的质量的含量为96％以上，碳化白泥中CaO的质量含量为60％以上。
各实施例中，碳化白泥的制备方法为：采用如图1所示装置，(1)称取煤矸石粉2kg、铝灰1kg放入棒磨机研磨12h，过325目筛，得到混合料A；
(2)将混合料A与10kg造纸白泥放入棒磨机研磨18h，过325目筛，得到混合料B，其中煤矸石粉、铝灰和造纸白泥的质量比为2:1:10；
(3)打开进水阀，使水位面达到进气阀下边缘即可(10L水，煤矸石粉、铝灰和造纸白泥的总质量与水的体积比为13kg:10L)，然后关闭进水阀，打开电动加热板，设置电动加热板温度为90℃，打开电动搅拌棒，待温度计稳定到90℃后，加入混合料B，关闭进料阀；通入二氧化碳气体，使得反应装置内部气压达到1.2MPa，然后开启电动搅拌棒，转速为120rpm反应24h，将电动加热板温度调节为30℃，停止搅拌，冷却24h，再次将电动加热板温度调节为95℃，打开电动搅拌棒在3000rpm、搅拌12h至pH计稳定不变，保持5h，然后打开出气阀，电动加热板温度调节为45℃，在0.1MPa下直至水分烘干，经球磨机研磨12h，过500目筛，得到碳化白泥。
在各实施例中，各组分的预处理为:(1)先将煤矸石晒干，挑选色泽均匀的煤矸石通过人工破碎，然后放入颚式破碎机进行破碎，得到1cm左右的煤矸石碎粒，再将该碎粒放入球形研磨机研磨60分钟后，将所得煤矸石粉过200目细孔筛后，再将煤矸石粉放入鼓风干燥箱以105℃烘干3h后，取出降至室温后装袋备用；
(2)先将煤气化渣置于阳光充足的地方晒干，然后将煤气化渣放入密封式研磨机进行研磨，研磨后过200目标准筛，将未过筛的煤气化渣继续放入密封式研磨机进行研磨，直至所有煤气化渣均过200目标准筛。然后将煤气化渣粉放入鼓风干燥箱以105℃烘干4h后，再装袋备用；
(3)硅灰预处理：将硅灰过325目筛，将未过筛的硅灰放入密封式研磨机研磨，直至所有硅灰均过325目筛，然后将硅灰放入鼓风干燥箱以105℃烘干1h后，再装袋备用；
(4)高铝粉煤灰预处理：过325目孔筛，将未过筛的原料放入行星球磨机研磨，直至均过筛，然后将原料放入鼓风干燥箱以105℃烘干3h后，再装袋备用；
(5)将电石渣和造纸白泥分别置于烘箱中以80℃烘干至恒重。然后，分别单独放入球磨机中单独研磨3h。分别将单独球磨后的电石渣和造纸白泥过200目筛，装袋备用；
(6)脱硫石膏、萤石粉：直接过200目标准筛后装袋备用。
各实施例中，细骨料的制备方法为：(1)将废旧陶瓷采用破碎机进行破碎，然后，将破碎后的废旧陶瓷放入洗砂机上清洗干净，放入烘箱中105℃烘干24h；将烘干后的废旧陶瓷放入棒磨机进行研磨，研磨3h后取出，取出材料，过5目和200目筛，然后，选用小于5目和大于200目的陶瓷材料装袋备用；
(2)将煤气化渣粗渣经过使用洗砂机清洗2h，然后放入烘箱中以105℃烘干24h，将煤气化渣放入马弗炉中以500℃煅烧6h进行除碳处理，将其放入棒磨机中研磨3h，过5目和180目筛，选用5～180目的煤气化渣粗渣装袋备用；
(3)然后将煤气化渣粗渣和废旧陶瓷按质量比1:3，放入混料机中搅拌12h，制得细骨料。
各实施例中粗骨料的制备方法为：采用如图2所示的装置，(1)将混凝土再生骨料放入洗砂机清洗1h，将再生混凝土骨料放入烘箱中105℃烘干24h，将混凝土再生骨料通过颚式破碎机进行破碎，通过筛分，选用5～20mm粒径范围的再生骨料装袋备用；
(2)将混凝土再生骨料倒入混凝土再生骨料处理装置，再将水：各实施例相应制备的胶凝材料质量比为12的净浆浆液倒入淹没骨料(净浆浆液与混凝土再生骨料的体积比为2:1)，升温50℃持续加热，抽取真空0.1个标准大气压，磁力搅拌器设置为50r/min，保持30min后停止，在真空0.1个标准大气压下，静置12h，得到粗骨料。
实施例1
本实施例全固废免蒸养混凝土由如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700份、细骨料590份、粗骨料1100份和水350份；
所述胶凝材料由如下重量份数的组分组成：硅灰8份、矿渣9份和熟料950份；
所述熟料由粉体材料和水制备得到；
所述粉体材料由如下重量份数的组分组成：萤石粉10份、煤矸石粉150份、硅灰61份、煤气化渣150份、脱硫石膏155份、高铝粉煤灰31份、电石渣422份和碳化白泥55份；
所述熟料的制备方法为：将预处理好的萤石粉10份、煤矸石粉150份、硅灰61份、煤气化渣150份、脱硫石膏120份(为脱硫石膏总质量的77％)、高铝粉煤灰31份和电石渣422份放入小型滚筒混料机中进行混料10h，得到混合粉体，加入水搅拌(水的质量为混合粉体质量的10％)，然后将拌和均匀的样品放入压片机中压片，大小为直径为5cm，厚度为0.3cm的圆形试饼，将试饼先置于鼓风干燥箱中以105℃烘干3h，然后将试饼放在坩埚上，放入高温炉进行煅烧，升温速率为10℃/min，升到900℃，保温30min，然后以5℃/min的温升速率900℃升至1300℃，煅烧保温时间为1h，煅烧结束后，将试饼快速取出，使用电风扇吹风，使其快速冷却到室温，将冷却到室温的试饼，先用研钵进行初步破碎，然后将其放入密封式研磨机进行研磨，过200目筛，将其与剩余脱硫石膏35份和碳化白泥55份放入行星球磨机研磨30min，得到熟料；
将熟料950份、硅灰8份、矿渣9份放入小型混料机中混匀8h，得到胶凝材料；
所述全固废免蒸养混凝土的制备方法为：将胶凝材料和细骨料放入水泥搅拌机搅拌3min，倒入粗骨料继续搅拌1min，然后加入水，待搅拌均匀后，将混凝土倒入模具，放在实验室环境下自然养护。
实施例2
本实施例全固废免蒸养混凝土由如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料860份、细骨料530份、粗骨料1000份和水370份；
所述胶凝材料由如下重量份数的组分组成：硅灰11份、矿渣10份和熟料950份；
所述熟料由粉体材料和水制备得到；
所述粉体材料由如下重量份数的组分组成：萤石粉9份、煤矸石粉135份、硅灰56份、煤气化渣135份、脱硫石膏156份、高铝粉煤灰28份、电石渣380份和碳化白泥50份；
所述熟料的制备方法为：将预处理好的萤石粉9份、煤矸石粉135份、硅灰56份、煤气化渣135份、脱硫石膏111份(为脱硫石膏总质量的71％)、高铝粉煤灰28份和电石渣380份放入小型滚筒混料机中进行混料10h，得到混合粉体，加入水搅拌(水的质量为混合粉体质量的10％)，然后将拌和均匀的样品放入压片机中压片，大小为直径为5cm，厚度为0.3cm的圆形试饼，将试饼先置于鼓风干燥箱中以105℃烘干3h，然后将试饼放在坩埚上，放入高温炉进行煅烧，升温速率为10℃/min，升到900℃，保温30min，然后以5℃/min的温升速率900℃升至1300℃，煅烧保温时间为1h，煅烧结束后，将试饼快速取出，使用电风扇吹风，使其快速冷却到室温，将冷却到室温的试饼，先用研钵进行初步破碎，然后将其放入密封式研磨机进行研磨，过200目筛，将其与剩余脱硫石膏45份和碳化白泥50份放入行星球磨机研磨30min，得到熟料；
将熟料950份、硅灰11份、矿渣10份放入小型混料机中混匀8h，得到胶凝材料；
所述全固废免蒸养混凝土的制备方法为：将胶凝材料和细骨料放入水泥搅拌机搅拌3min，倒入粗骨料继续搅拌1min，然后加入水，待搅拌均匀后，将混凝土倒入模具，放在实验室环境下自然养护。
实施例3
本实施例全固废免蒸养混凝土由如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料860份、细骨料500份、粗骨料900份和水258份；
所述胶凝材料由如下重量份数的组分组成：硅灰11份、矿渣10份和熟料950份；
所述熟料由粉体材料和水制备得到；
所述粉体材料由如下重量份数的组分组成：萤石粉11份、煤矸石粉160份、硅灰30份、煤气化渣110份、脱硫石膏171份、高铝粉煤灰48份、电石渣400份和碳化白泥42份；
所述熟料的制备方法为：将预处理好的萤石粉11份、煤矸石粉160份、硅灰30份、煤气化渣110份、脱硫石膏121份(为脱硫石膏总质量的71％)、高铝粉煤灰48份和电石渣400份放入小型滚筒混料机中进行混料10h，得到混合粉体，加入水搅拌(水的质量为混合粉体质量的10％)，然后将拌和均匀的样品放入压片机中压片，大小为直径为5cm，厚度为0.3cm的圆形试饼，将试饼先置于鼓风干燥箱中以105℃烘干3h，然后将试饼放在坩埚上，放入高温炉进行煅烧，升温速率为10℃/min，升到900℃，保温30min，然后以5℃/min的温升速率900℃升至1300℃，煅烧保温时间为1h，煅烧结束后，将试饼快速取出，使用电风扇吹风，使其快速冷却到室温，将冷却到室温的试饼，先用研钵进行初步破碎，然后将其放入密封式研磨机进行研磨，过200目筛，将其与剩余脱硫石膏50份和碳化白泥42份放入行星球磨机研磨30min，得到熟料；
将熟料950份、硅灰11份、矿渣10份放入小型混料机中混匀8h，得到胶凝材料；
所述全固废免蒸养混凝土的制备方法为：将胶凝材料和细骨料放入水泥搅拌机搅拌3min，倒入粗骨料继续搅拌1min，然后加入水，待搅拌均匀后，将混凝土倒入模具，放在实验室环境下自然养护。
测试实施例1～3全固废免蒸养混凝土的抗压强度，结果如表1所示。
表1实施例1～3全固废免蒸养混凝土的抗压强度
从表1中可以看出，本发明提供的全固废免蒸养混凝土具有较高的抗压强度。
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)

1.一种全固废免蒸养混凝土，由包括如下重量份数的原料制备得到：胶凝材料700～860份、细骨料500～590份、粗骨料900～1100份和水220～370份；
所述细骨料包括煤气化渣和废旧陶瓷粉；
所述粗骨料由再生混凝土骨料、水和胶凝材料制备得到；
所述胶凝材料包括硅灰、矿渣和熟料；所述熟料由粉体材料和水制备得到；所述粉体材料包括萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和碳化白泥。
2.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括如下重量份数的组分：硅灰8～11份、矿渣9～13份和熟料950～955份。
3.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述粉体材料包括如下重量份数的组分：萤石粉9～11份、煤矸石粉135～160份、硅灰30～62份、煤气化渣110～155份、脱硫石膏110～260份、高铝粉煤灰28～48份、电石渣380～422份和碳化白泥31～60份。
4.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述熟料的制备方法包括以下步骤：
(1)将萤石粉、煤矸石粉、硅灰、煤气化渣、部分脱硫石膏、高铝粉煤灰、电石渣和水混合后依次进行压片、干燥和煅烧，得到混合粉体；
(2)将所述步骤(1)得到的混合粉体与剩余部分脱硫石膏和碳化白泥混合，得到熟料。
5.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述碳化白泥的制备方法包括以下步骤：
a、将煤矸石粉、铝灰、造纸白泥和水混合，得到浆体；
b、在所述步骤a得到的浆体中通入二氧化碳进行碳化反应，得到碳化白泥。
6.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述细骨料中煤气化渣和废旧陶瓷粉的质量比为1：(2～4)。
7.根据权利要求1或6所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述细骨料的目数为5～200目。
8.根据权利要求1所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述粗骨料的制备方法包括以下步骤：
A、将水和胶凝材料混合，得到净浆浆料；
B、将所述步骤A得到的净浆浆料与再生混凝土骨料混合后静置，得到粗骨料。
9.根据权利要求8所述的全固废免蒸养混凝土，其特征在于，所述步骤B中再生混凝土骨料的粒径为5～20mm。
10.权利要求1～9任意一项所述全固废免蒸养混凝土在建筑领域中的应用。
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