CN117700166A - 一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域,公开了一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:调整赤泥含水率;加入锯末,搅拌;接着加入石灰粉,搅拌后通入工业废气;再将陶砂颗粒浸入其中;将水和水泥混合均匀后加入发泡剂进行发泡,得发泡液;向浸入陶砂颗粒的混合液中加入水泥熟料、石灰石粉、石膏晶须、辅助胶凝材料,搅拌均匀;然后向其中加入发泡液,继续搅拌,得赤泥基泡沫混凝土。本发明通过在湿状态下利用赤泥,充分利用了赤泥中的水,避免了对赤泥的烘干;通过在赤泥中加入石灰粉,以及通入含有大量CO2、SO2、NOX等工业废气,在赤泥颗粒表面形成了碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙等纳米颗粒,提高了赤泥的活性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,特别涉及一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法。
背景技术
赤泥,是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物,因其为赤红色泥浆状而得名。每生产一吨的氧化铝大约要产生0.5-2.5吨的赤泥,每吨赤泥还附带有3-4立方米的含碱废液,随着铝土业的不断发展,我国的赤泥排放量每年为1500万吨以上。赤泥依氧化铝生产方法的不同,可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种,由于铝土矿的含量丰度不同,国内外氧化铝生产所采取的方法也不同。拜耳法产量约占世界总产量的90%以上。
拜耳法赤泥中富含Fe(OH)3凝胶和Al(OH)3凝胶,使得赤泥的保水性较强,不易干燥,脱水能耗大。另外,赤泥碱性较高,赤泥滤液通常pH值为12~14远超过国家排放标准,给环境带来重大危害。赤泥中较高含量的碱性渗滤液以及赤泥作为矿物掺合料使用时,较低的活性,给其建材资源化利用带来了较大的困难。
目前赤泥在混凝土的应用主要是作为矿物掺合料,其活性提高主要通过酸化、热活化、物理活化、碱激发等手段,但能耗较高,而赤泥中较高的碱性渗滤液主要用来激发其他矿物掺合料的活性。采用赤泥制备泡沫混凝土是目前利用赤泥的方法之一。
专利201710279623.0公开了一种地聚物泡沫混凝土及其制备方法,所述混凝土由钢渣粉、改性赤泥、改性偏高岭土、粉煤灰、磨细矿渣粉、赤泥附液、发泡剂组成,所述赤泥为压滤后赤泥并利用赤泥附液作为激发剂。
专利201810642800.1公开了一种赤泥泡沫混凝土砌块及其制备方法,包括水泥、赤泥、二氧化锰、双氧水、聚羧酸系高性能减水剂、稳泡剂、水,其中稳泡剂包括硬脂酸钙和花生油,所述赤泥经过了100℃烘干和100目筛过筛处理。
专利202110477218.6公开了一种赤泥改性泡沫轻质土及其制备方法和应用,各原料的重量份比为:赤泥25-50份、掺合料15-50份、纤维0.3-2.5份、激发剂1-30份、表面活性剂0.3-1.0份、发泡剂0.5-20份、减水剂0.5-1.8份;所述赤泥经过了500-900℃高温活化。
202210825851.4公开了冷弯薄壁型钢填充用地聚合物泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:S1制备浆料:按重量份计称取干料,取矿渣微粉18-22份、磷酸基硅铝酸盐粉体32-36份、烧结赤泥8-12份、熟石灰6-9份和水玻璃13-15份,水与干料的水灰重量比为0.4-0.45,S2制备泡沫;S3制备地聚合物浆液;S4浇注成型;S5养护。
专利202310328789.2公开了一种碱-赤泥激发泡沫混凝土、其制备方法及应用,利用赤泥中的碱性渗滤液和水泥、化学激发剂等激发矿渣粉、赤泥、粉煤灰、水泥,然后利用发泡剂进行发泡制备发泡混凝土。
然而上述专利均对赤泥进行了脱水处理,对赤泥进行了烘干、高温活化等环节,能耗较高。本发明提供了一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,同时利用了赤泥中的渗滤液与赤泥,避免了赤泥使用时的脱水环节,降低了赤泥在脱水时的能耗,提高了赤泥的活性,提高了赤泥的利用率。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法。本发明解决了赤泥在利用时脱水能耗高以及活性低的问题。
技术方案:本发明提供了一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:称取赤泥与水混合,制备一定水固比的赤泥溶液;
S2. 锯末处理:向所述赤泥溶液中加入锯末,搅拌;
S3. 通入工业废气:向S2所得物中加入石灰粉,并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm的陶砂颗粒,将其浸入到S3所得物中;
S5. 发泡:在水中加入水泥,搅拌均匀,接着向其中加入发泡剂进行发泡;
S6. 制备泡沫混凝土:向S4所得物中加入水泥熟料、石灰石粉、石膏晶须、辅助胶凝材料,搅拌均匀;然后向其中加入S5所得物,继续搅拌均匀,得赤泥基泡沫混凝土。
进一步地,S1中,所述水固比为5:1~10:1。
进一步地,S2中,所述锯末的质量为赤泥质量的5~15%;所述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材。
进一步地,S3中,所述石灰粉的质量为赤泥质量的1~10%;所述石灰粉为熟石灰粉或生石灰粉中的一种。
进一步地,S3中,所述工业废气为煤电、钢铁、水泥工业废气的一种。
进一步地,S4中,所述陶砂的质量为赤泥质量的0.5~0.8倍。
进一步地,S4中,所述浸入的时间为10~30min。
进一步地,S5中,所述水泥与水的质量比为1~10:100;所述发泡剂与水的比例为1:30~50。
有益效果:与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)按照本发明公开的制备方法,利用赤泥来制备胶凝材料时,一方面通过在湿状态下利用赤泥,充分利用了赤泥中的水,也避免了对赤泥的烘干,以及烘干后赤泥中Fe(OH)3凝胶和Al(OH)3凝胶对水的吸附,避免了因赤泥粘度较大,难以分散均匀的问题;另一方面,通过在赤泥中加入石灰粉,以及通入含有大量CO2、SO2、NOX等气体的煤电、钢铁、水泥工业废气,上述废气中可以在碱性溶液中与石灰粉反应生成碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙,一方面解决了工业废气的排放问题,二来降低了赤泥浆体中的碱度,并在赤泥颗粒表面形成了碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙等纳米颗粒、晶须,提高了赤泥的活性。
2)赤泥中含有的Fe(OH)3凝胶和Al(OH)3凝胶可以提高泡沫混凝土中泡沫的稳定性。
3)采用木材加工时粉末状木屑、锯末在赤泥渗滤液中进行搅拌,一方面锯末可以吸附赤泥渗滤液中的碱液,在混凝土硬化缺水后,锯末可以释放出部分碱液来为混凝土补水,并激发未反应的水泥颗粒、矿物掺合料,抑制赤泥在混凝土中使用时引起的返碱;另外,锯末在碱性滤液中搅拌,会释放木材中的纤维素,可以提高浆体稠度,提高泡沫混凝土的稳定性。
4)将水泥在大水灰比的水中分散、水化,在搅拌作用下,可以使水泥迅速水化,并形成水化硅酸钙C-S-H、氢氧化钙、钙矾石等纳米颗粒,在此条件下进行发泡,泡沫可以以上述纳米颗粒为成核、发泡位点,有助于泡沫的分散和稳定性,降低泡沫的破损率。
5)将陶砂置于赤泥渗滤液中,陶砂可以吸附部分渗滤液,在混凝土硬化缺水后,陶砂可以释放出部分碱液来为混凝土补水,并激发未反应的水泥颗粒、矿物掺合料,抑制赤泥在混凝土中使用时引起的返碱。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明进行详细的介绍。
实施方式1:
一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:测取赤泥含水率为10%,称取赤泥(干料)100份,并调整赤泥溶液中水固比到10:1;
S2. 锯末处理:向S1所得溶液中加入5份锯末,并搅拌10min;上述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材;
S3. 通入工业废气:向S2所得溶液中加入赤泥质量1%的石灰粉(1份),并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;上述工业废气为煤电;上述石灰粉为熟石灰粉;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm陶砂颗粒,并将其浸入到S3所得混合溶液中10min,陶砂质量为赤泥质量的0.5倍,为50份;
S5. 发泡:在水中加入水泥,使水泥与水的质量比为1:100,并搅拌均匀,然后加入10份发泡剂进行30倍发泡,其中水泥与水分别是3份和300份;
S6. 制备泡沫混凝土:向S4所得混合溶液中加入1000份普通水泥熟料、160份石灰石粉、54份石膏晶须、345份矿粉搅拌均匀,然后加入S5所得泡沫,搅拌均匀。
实施方式2:
一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:测取赤泥含水率为20%,称取200份赤泥(干料)并调整赤泥溶液中水固比到5:1;
S2. 锯末处理:向S1所得溶液中加入30份锯末,并搅拌60min;上述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材;
S3. 通入工业废气:向S2所得溶液中加入赤泥质量10%的石灰粉(20份),并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;上述工业废气为钢铁;上述石灰粉为生石灰粉;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm陶砂颗粒,并将其浸入到S3所得混合溶液中30min,陶砂质量为赤泥质量的0.8倍,为160份;
S5. 发泡:在水中加入水泥,使水泥与水的质量比为10:100,并搅拌均匀,然后加入10份发泡剂进行50倍发泡,其中水泥与水分别为50份与500份;
S6. 制备泡沫混凝土:向S4所得混合溶液中加入1000份普通水泥熟料、200份石灰石粉、50石膏晶须、500份粉煤灰搅拌均匀,然后加入S5所得泡沫,搅拌均匀。
实施方式3:
一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:测取赤泥含水率15%,称取赤泥(干料)100份并调整赤泥溶液中水固比到5:1;
S2. 锯末处理:向S1所得溶液中加入10份锯末,并搅拌30min;上述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材;
S3. 通入工业废气:向S2所得溶液中加入赤泥质量5%的石灰粉(5份),并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;上述工业废气为水泥工业废气;上述石灰粉为熟石灰粉;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm陶砂颗粒,并将其浸入到S3所得混合溶液中10min,陶砂质量为赤泥质量的0.6倍,为60份;
S5. 发泡:在水中加入水泥,使水泥与水的质量比为1:100,并搅拌均匀,然后加入5份发泡剂进行发泡40倍发泡,其中水泥和水为2份和200份;
6)制备泡沫混凝土:向S4所得混合溶液中加入600份普通水泥熟料、100份石灰石粉、45份石膏晶须、400份粉煤灰搅拌均匀,然后加入S5所得泡沫;搅拌均匀。
实施方式4:
一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:测取赤泥含水率为18%,称取赤泥(干料)120份并调整赤泥溶液中水固比到6:1;
S2. 锯末处理:向S1所得溶液中加入12份锯末,并搅拌20min;上述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材;
S3. 通入工业废气:向S2所得溶液中加入赤泥质量5%的石灰粉(6份),并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;上述工业废气为水泥工业废气;上述石灰粉为生石灰粉;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm陶砂颗粒,并将其浸入到S3所得混合溶液中20min,陶砂质量为赤泥质量的0.6倍,为72份;
S5. 发泡:在水中加入水泥,使水泥与水的质量比为3:100,并搅拌均匀,然后加入10份发泡剂进行40倍发泡,其中水泥与水分别为12份和400份;
S6. 制备泡沫混凝土:向S4所得混合溶液中加入700份普通水泥熟料、200份石灰石粉、54份石膏晶须、360份矿粉搅拌均匀,然后加入S5所得泡沫,搅拌均匀。
实施方式1~实施方式4中赤泥基泡沫混凝土各组分的具体配合比,见表1。
性能检测
表2为经过本发明处理方法处理后(按照实施方式1~4中S1、S3依次处理)的赤泥烘干后,根据标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017测得的28d强度活性指数,对比例赤泥为未经任何处理的赤泥。
可见经过本发明技术处理后的赤泥活性明显提升。
表3为本发明性能考核指标,泡沫混凝土性能考核指标按照《泡沫混凝土》(JGJ266-2011)、《泡沫混凝土应用技术规程》(JGJ/T 341-2014)等执行,其中对比例的配合比为52.5水泥600份,赤泥200份,粉煤灰200份,水400份,动物蛋白发泡剂10份(进行40倍发泡)。
由表3可见,本发明制备的泡沫混凝土各龄期强度、28d沉降率(与泡沫的破损率有关)、90d干燥收缩等性能均优于对比例。
由表3可见,相同密度等级以及密度等级比对比例低的情况下,本发明实施方式的力学性能、沉降率以及收缩变形值均优于对比例。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1. 调整赤泥含水率:称取赤泥与水混合,制备一定水固比的赤泥溶液;
S2. 锯末处理:向所述赤泥溶液中加入锯末,搅拌;
S3. 通入工业废气:向S2所得物中加入石灰粉,并搅拌均匀;接着向其中通入工业废气;
S4. 浸润陶砂颗粒:选取粒径小于2mm的陶砂颗粒,将其浸入到S3所得物中;
S5. 发泡:在水中加入水泥,搅拌均匀,接着向其中加入发泡剂进行发泡;
S6. 制备泡沫混凝土:向S4所得物中加入水泥熟料、石灰石粉、石膏晶须、辅助胶凝材料,搅拌均匀;然后向其中加入S5所得物,继续搅拌均匀,得赤泥基泡沫混凝土。
2.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S1中,所述水固比为5:1~10:1。
3.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S2中,所述锯末的质量为赤泥质量的5~15%;所述锯末为木材加工时掉落下来的粉末状木材。
4.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S3中,所述石灰粉的质量为赤泥质量的1~10%;所述石灰粉为熟石灰粉或生石灰粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S3中,所述工业废气为煤电、钢铁、水泥工业废气的一种。
6.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S4中,所述陶砂的质量为赤泥质量的0.5~0.8倍。
7.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S4中,所述浸入的时间为10~30min。
8.根据权利要求1所述的赤泥基泡沫混凝土的制备方法,其特征在于:S5中,所述水泥与水的质量比为1~10:100;所述发泡剂与水的比例为1:30~50。
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