CN1884175A - 高活性湿排粉煤灰掺合料料浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高活性掺合料料浆及其制备方法。一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于它主要由湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂经湿磨磨制而成，其中各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量55－65、增钙溶液30－44、改性剂1－5，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量，各组成所占质量百分比之和为100；所述的增钙溶液为质量浓度1－5％的氢氧化钙溶液；所述的改性剂由增强剂、表面改性剂及活化剂组成，增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂10－30、表面改性剂20－40、活化剂30－50。本发明克服了湿排粉煤灰难以利用的问题，并且具有生产工艺简单，低成本，高利废率，高活性，所配制混凝土制品质量高等特点。

Description

高活性湿排粉煤灰掺合料料浆及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料类，具体涉及一种高活性掺合料料浆及其制备方法。
背景技术
目前，我国电力生产的主要形式来自煤炭的燃烧—火力发电，其发电量占总量的80％左右。据国家统计局统计：2004年全国发电量达到21870亿千瓦时，其中火力发电量达到18073亿千瓦时。火力发电每生产10千瓦时电，将产生1kg左右的粉煤灰废弃物料。至今我国粉煤灰堆存累积量已达13多亿吨，占地50多万亩，给我国的生态环境造成了很大的危害与负担。同时，全世界目前用于发电的煤炭占其总量的60％左右，粉煤灰年排放量达8亿多吨，且正以每年5000万吨的速度递增。
粉煤灰的收尘工艺主要有干排与湿排2种，大多数火力发电厂为了便于贮运，一般采取干收湿排或湿收湿排的方法。特别是在冬季施工中，粉煤灰用量随混凝土生产的用量减少而减少，大部分粉煤灰以湿排方式处理。即用水将粉煤灰冲至储灰场，导致粉煤灰的水含量偏大，难以直接利用。与干排粉煤灰相比，湿排灰利用率较低，主要因为湿排粉煤灰质量不稳定，其含碳量、细度及化学组成等波动较大，且难以控制。目前利用湿排粉煤灰的研究已有大量报道：主要用于制备水泥混合材、混凝土掺合料、部分耐水要求不高的基础填充工程等，但是存在湿排粉煤灰利用率低、耗能费用高、制品质量差等问题。
例如CN88101137A公布的湿排粉煤灰成球、烘干作水泥混合材的方法：其主要机理是在湿排粉煤灰中加入少量膨润土作粘结剂成球，而后在中立烘干机中烘干。料球比原始粉煤灰活性、可塑性和热爆破性能均提高。料球以10一70％的重量比例作为混合材加入到水泥中。而此种方法一个主要缺陷就在于烘干过程中耗能极大，无法推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高利废率、高活性的湿排粉煤灰掺合料料浆及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于它主要由湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂经湿磨磨制而成，其中各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量55-65、增钙溶液30-44、改性剂1-5，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量，各组成所占质量百分比之和为100；
所述的增钙溶液为质量浓度1-5％的氢氧化钙溶液；
所述的改性剂由增强剂、表面改性剂及活化剂组成，增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂10-30、表面改性剂20-40、活化剂30-50。
所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙(f-CaO)含量≤2.5％，三氧化硫(SO3)含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg。
所述的增强剂为Na2CO3或三乙醇胺(TEA)等；所述的表面改性剂为聚羧酸系或高效萘系减水剂；所述的活化剂为Na2SiO4、硫酸盐或强碱等。所述的硫酸盐为Na2SO4。所述的强碱为氢氧化钠。
上述一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料选取：选取湿排粉煤灰，测定湿排粉煤灰实际含水率及其含碳量，陈化备用；所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙(f-CaO)含量≤2.5％，三氧化硫(SO3)含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)改性剂配制：按增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂10-30、表面改性剂20-40、活化剂30-50选取增强剂、表面改性剂及活化剂混合而成，备用；
3)按湿排粉煤灰固含量、增钙溶液和改性剂各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量55-65、增钙溶液30-44、改性剂1-5选取湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量，各组成所占质量百分比之和为100；所述的增钙溶液为质量浓度1-5％的氢氧化钙溶液；混合经湿磨磨制10-30min，得产品。
本发明高活性湿排粉煤灰掺合料料浆各组分的主要作用为：
湿排粉煤灰：由于其本身含有较高含量的SiO2和Al2O3，在采用物理和化学激发共同作用下，有水化产物水化硅酸钙和钙矾石等晶体生成，可以替代部分胶凝材料。
增钙溶液：用于湿排粉煤灰预处理，克服湿排粉煤灰含钙量不高的缺陷，激发湿排粉煤灰早期活性及调节料浆流动性。
增强剂：选用Na2CO3、三乙醇胺(TEA)等。一方面可激发粉煤灰活性，用于提高体系早期强度及早期水化程度；另一方面有助磨作用，可提高湿磨效率及效果。
表面改性剂：选用聚羧酸系或高效萘系减水剂等。用于改善料浆物理性能，包括助磨性、料浆流动性、稳定性及分散性等。
活化剂：选用Na2SiO4、强碱、硫酸盐等用于粉煤灰活性激发，提高料浆的水化程度。
湿排粉煤灰活性激发机理分析：
物理激发机理：
在湿磨过程中，粉碎作用使硅桥氧键被打断，玻璃体在水中发生如下反应：
                                       (1)
同时，由于水介质得存在及搅拌棒的剪切、搅拌作用，粉煤灰玻璃体中的金属离子扩散进入水中，玻璃体颗粒表面与水发生反应：
                                    (2)
由上述反应得到的OH-又进一步与Si-O键作用：
                                   (3)
在湿磨及放置过程中，由于金属离子的溶出和Si-O键断裂，粉煤灰粒子表面可形成一层多孔的高硅膜，使得其粒子表面的聚合度降低，有利于加快粉煤灰的二次水化反应。
化学激发机理：
湿排粉煤灰中的SiO2、Al2O3等具有一定的化学活性，但这种活性是潜在的，要靠熟料水化产生的Ca(OH)2等碱性物质来激发其活性，使它们进行水化反应，生成二次水化产物。但是由于熟料水化早期，Ca(OH)2量有限，早期粉煤灰水化缓慢，水化程度低，粉煤灰水泥制品早期强度低，冬季尤其明显。增强剂和改性剂可使粉煤灰中玻璃体的Si-O、Al-O键在水化反应中快速断裂，从而大大提高了粉煤灰的活性。
本发明具有如下有益效果：1、湿排粉煤灰经物理化学双重激发后，有利于促进二次水化反应，激发其早期活性，具有高活性，可以较大掺量应用于混凝土拌制生产中；2、明显改善新拌混凝土的工作性能，有效控制新拌混凝土坍落度的经时损失；3、可大量利用湿排粉煤灰，利废率高，便于运输，生产工艺简单，成本低廉。总之，本高活性湿排粉煤灰掺合料料浆可以很好地解决目前大量湿排粉煤灰无法充分应用的现实，大大减少工业废料对环境的污染，有显著的社会经济效益。
本产品在湿排粉煤灰应用方面打破了烘干-粉磨-激发的模式，建立湿磨+激发的新型模式，制备高活性湿排粉煤灰掺合料料浆。不仅具有良好的社会经济效益，也给工业废渣在水泥混凝土生产中的应用带来了新的思维模式。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图
图2为本发明实施例1净浆实验合配比及力学性能测试结果图
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明的限定。
实施例1：如图1所示，一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：选取湿排粉煤灰，测定湿排粉煤灰实际含水率及其含碳量，陈化备用；所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙(f-CaO)含量≤2.5％，三氧化硫(SO3)含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)按表1选取增强剂、表面改性剂及活化剂混合而成改性剂，备用；
3)按表1选取湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量；混合经湿磨磨制10-30min，得产品。
一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆配合比见表1。
                    表1  (一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的质量百分比)
编号   湿排粉煤灰固含量掺量   氢氧化钙溶液浓度/掺量 增强剂种类及掺量   表面改性剂种类/掺量   活化剂种类/掺量   湿磨时间(min)
  a   55   1/44   Na2CO3/0.1   FDN-   Na2SO4/0.5   10
  1/0.4
b 60 3/35 TEA/1.0   聚羧酸/1.5   Na2SiO4/2.5 15
c 65 5/32 Na2CO3/0.9   FDN-1/0.9   Na2SO4/1.2 20
d 65 1/30 TEA/1.5   聚羧酸/2.0   Na2SiO4/1.5 30
高活性湿排粉煤灰掺合料料浆性能见表2。
                              表2  高活性湿排粉煤灰料浆性能指标
  编号                                                          性能测试项目
  不同时间沉降量(初始为300ml)   静止30s(τ3s)   最终析水率   最终体积(ml) 比表面积(m2Kg)
0.5 1 2 3 5 7 10 24
  a   295   290   280   272   270   264   262   260   21.1   11.2％   300   460.6
  b   296   292   281   273   270   265   262   261   20.5   11％   300   518.10
  c   294   288   278   270   268   262   260   260   19.3   10％   300   630.2
  d   292   286   277   267   265   261   260   260   18.6   10％   300   691.70
净浆实验合配比及力学性能测试结果见表3、图2。
表3净浆实验合配比及力学性能测试
编号 水泥   料浆固含量          力学性能测试(MPa)
  3d   7d   28d
  0   1   -   38.75   54.69   91.72
  A1   0.8   0.2/a   27.56   47.66   78.56
  A2   0.7   0.3/a   28.45   48.43   79.16
  A3   0.6   0.4/a   26.87   47.08   78.95
  A4   0.7   0.3/b   34.48   52.56   86.47
  A5   0.7   0.3/c   32.85   52.08   85.65
  A6   0.7   0.3/d   31.89   51.86   83.56
从上述表中我们可以看出：试件A1、A2、A3的早期3d强度可达到28.43MPa，后期28d强度可达到79.16MPa，效果并不理想；而随着湿磨时间的延长及化学外加剂的掺入，试件A4、A5、A6的早期强度及后期强度均有了极大提高，部分试件的强度接近于纯水泥净浆试件0。说明经过机械和化学双重激发的湿排粉煤灰料浆活性高，可达到实际工程应用要求。
实施例2：
一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：选取湿排粉煤灰，测定湿排粉煤灰实际含水率及其含碳量，陈化备用；所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙(f-CaO)含量≤2.5％，三氧化硫(SO3)含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)改性剂配制：按增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂20、表面改性剂35、活化剂45选取增强剂、表面改性剂及活化剂混合而成，备用；所述的增强剂为Na2CO3，所述的表面改性剂为高效萘系减水剂；所述的活化剂为Na2SO4；
3)按湿排粉煤灰固含量、增钙溶液和改性剂各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量61、增钙溶液35、改性剂4选取湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量；所述的增钙溶液为质量浓度4％的氢氧化钙溶液；混合经湿磨磨制10-30min，得产品。
实施例3：
一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料选取：选取湿排粉煤灰，测定湿排粉煤灰实际含水率及其含碳量，陈化备用；所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙(f-CaO)含量≤2.5％，三氧化硫(SO3)含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)改性剂配制：按增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂20、表面改性剂35、活化剂45选取增强剂、表面改性剂及活化剂混合而成，备用；所述的增强剂为Na2CO3，所述的表面改性剂为高效萘系减水剂；所述的活化剂为氢氧化钠；
3)按湿排粉煤灰固含量、增钙溶液和改性剂各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量61、增钙溶液35、改性剂4选取湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量；所述的增钙溶液为质量浓度4％的氢氧化钙溶液；混合经湿磨磨制10-30min，得产品。

Claims (7)

1.一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于它主要由湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂经湿磨磨制而成，其中各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量55-65、增钙溶液30-44、改性剂1-5，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量，各组成所占质量百分比之和为100；
所述的增钙溶液为质量浓度1-5％的氢氧化钙溶液；
所述的改性剂由增强剂、表面改性剂及活化剂组成，增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂10-30、表面改性剂20-40、活化剂30-50。
2.根据权利要求1所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于：所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙含量≤2.5％，三氧化硫含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg。
3.根据权利要求1所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于：所述的增强剂为Na2CO3或三乙醇胺。
4.根据权利要求1所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于：所述的表面改性剂为聚羧酸系或高效萘系减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆，其特征在于：所述的活化剂为Na2SiO4、硫酸盐或强碱。
6.如权利要求1所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料选取：选取湿排粉煤灰，测定湿排粉煤灰实际含水率及其含碳量，陈化备用；所述湿排粉煤灰含水率25-35％，游离氧化钙含量≤2.5％，三氧化硫含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)改性剂配制：按增强剂、表面改性剂及活化剂各占改性剂质量百分比为：增强剂10-30、表面改性剂20-40、活化剂30-50选取增强剂、表面改性剂及活化剂混合而成，备用；
3)按湿排粉煤灰固含量、增钙溶液和改性剂各组成所占质量百分比为：湿排粉煤灰固含量55-65、增钙溶液30-44、改性剂1-5选取湿排粉煤灰、增钙溶液和改性剂，增钙溶液包含湿排粉煤灰中水的质量，各组成所占质量百分比之和为100；所述的增钙溶液为质量浓度1-5％的氢氧化钙溶液；混合经湿磨磨制10-30min，得产品。
7.根据权利要求6所述的一种高活性湿排粉煤灰掺合料料浆的制备方法，其特征在于：所述的增强剂为Na2CO3或三乙醇胺，所述的表面改性剂为聚羧酸系或高效萘系减水剂，所述的活化剂为Na2SiO4、硫酸盐或强碱。
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