CN114634318A - 一种固废胶凝材料、全固废轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种固废胶凝材料、全固废轻质混凝土及其制备方法，涉及建筑材料的领域，一种固废胶凝材料，由包含以下重量份的原料制成：钢渣粉100‑150份、矿渣粉250‑350份、粉煤灰原灰390‑620份和工业废渣石膏粉20‑60份；一种全固废轻质混凝土，由包含以下重量份的原料制成：轻质粗骨料、轻质细骨料、胶凝材料1000份、减水剂5‑14份和水100‑150份；一种全固废轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：先将胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料搅拌混合均匀，再加入减水剂和水搅拌均匀，得全固废轻质混凝土。本申请具有更好的利用工业废渣石膏粉、电厂电厂燃煤炉底渣固废，提高全固废轻质混凝土抗压强度和节能效果。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料的领域，尤其是涉及一种固废胶凝材料、全固废轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，大量的工业固废的产生不仅造成了资源的浪费，也导致了环境的污染，其中钢渣和矿渣是常见的工业固废。研究发现钢渣和矿渣在一定条件下具有有一定的胶凝性能，可以替代水泥成为很好的胶凝材料，因此采用钢渣和矿渣作为胶凝材料替代水泥制备混凝土，既能够使废料资源得到充分利用并降低对水泥需求，达到降碳减排的目的。
我国每年工业生产中也产生大量的工业废渣石膏粉，据不完全调查，每年排出的工业废渣石膏粉约为：磷石膏1000万吨，脱硫石膏2000万吨，柠檬酸石膏为80万吨，其他种类化学石膏约近100万吨，如此巨大的工业废渣石膏粉，如果不能很好的利用，对环境将造成严重的污染。因此，如何实现工业固废中废渣石膏的合理利用是亟需解决的技术问题。
发明内容
为了更好的利用工业废渣石膏粉，本申请提供一种固废胶凝材料、全固废轻质混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种固废胶凝材料，采用如下的技术方案：
一种固废胶凝材料，由包含以下重量份的原料制成：钢渣粉100-150份、矿渣粉250-350份、粉煤灰原灰390-620份和工业废渣石膏粉20-60份。
通过采用上述技术方案，将工业废渣石膏粉用于制作固废胶凝材料，实现了工业废渣石膏粉的再利用，改善了工业废渣石膏粉对环境的污染问题。钢渣粉具有一定的水化活性，钢渣粉的水化可以激发并促进矿渣粉的水化反应，钢渣粉水化生成C-S-H凝胶、矿渣粉水化生成钙钒石，C-S-H凝胶和钙钒石形成网络结构，有助于提高混凝土的强度；同时工业废渣石膏粉能够激发钢渣粉和矿渣粉的活性，促进钢渣粉和矿渣粉的进一步水化，使C-S-H凝胶和钙钒石产量不断增加，进一步提高混凝土的强度。粉煤灰原灰能够减小矿渣粉硬化过程中产生的自收缩，从而使混凝土不易产生裂缝，同时粉煤灰原灰水化消耗胶凝材料体系中的游离碱并生成致密硅酸钙和铝酸钙凝胶，使混凝土后期的强度得到进一步增强。固废胶凝材料均采用工业固废，实现了多种工业固废的循环再利用，完全取代水泥熟料，大大降低了混凝土的生产成本，且绿色环保。
可选的，还包括重量份为10-15份的碱性激发剂。
通过采用上述技术方案，在工业废渣石膏粉的对钢渣粉和矿渣粉活性激发的基础上，碱性激发剂能够进一步激发钢渣粉和矿渣粉活性，不仅提高胶凝体系的反应速率，也能够提高混凝土的强度。基于进一步提高钢渣粉和矿渣粉的活性考虑，碱性激发剂的质量用量为 10-15，例如10、11、12、13、14、15，以钢渣粉的质量用量为1计。若碱性激发剂添加过量，可能导致混凝土的碱含量超标，发生碱骨料反应，对耐久性不利。
可选的，所述工业废渣石膏粉为脱硫石膏和磷石膏中的一种或多种的组合物。
通过采用上述技术方案，采用脱硫石膏和磷石膏能够更好的激发钢渣粉和矿渣粉的活性，从而提高混凝土的强度。
第二方面，本申请提供一种全固废轻质混凝土，采用如下的技术方案：
一种全固废轻质混凝土，由包含以下重量份的原料制成：由包含以下重量份的原料制成：轻质粗骨料、轻质细骨料、胶凝材料1000份、减水剂5-14份和水100-150份，其中，轻质粗骨料和轻质细骨料质量总和为胶凝材料总质量的2.1-2.5倍，且轻质粗骨料与轻质细骨料的质量比为(3-5):(6-8)，所述胶凝材料采用上述权利要求中所述的固废胶凝材料。
通过采用上述技术方案，采用固废胶凝材料制取轻质混凝土，能够实现多种工业固废的充分利用，同时使固废胶凝材料在轻质混凝土中得到了良好的应用。同时合适的轻质粗骨料和轻质细骨料的用量有利于保证轻质混凝土的抗压强度和品质。
可选的，还包括重量份为0.4-0.8份的增稠剂。
通过采用上述技术方案，增稠剂能够改善混凝土浆体的保水性和粘聚性，提高混凝土的抗离析性。基于进一步提高混凝土的抗离析性考虑，增稠剂的质量用量为0.4-0.8，例如 0.4、0.5、0.6、0.7、0.8，以轻质粗骨料的质量用量为1计。若增稠剂添加过量，可能导致混凝土的的凝结时间长，强度降低明显，若增稠剂添加过少，可能导致混凝土保水性差，产生离析等不良现象，降低混凝土的工作性。
可选的，所述增稠剂为纤维素醚，且纤维素醚的粘度为40000-60000mpa﹒s。
通过采用上述技术方案，采用低粘度的纤维素醚既能够改善轻质混凝土浆体的粘度，减少轻质粗骨料、轻质细骨料的上浮，同时也能够保证混凝土的良好的泵送性。
可选的，所述轻质粗骨料采用粒径为5-20mm的电厂燃煤炉底渣。
通过采用上述技术方案，炉渣为电厂燃煤经1200℃高温燃烧和脱硫处理工艺，粉碎并水冷后在由灰渣系统排放到灰库存放。由于炉渣经过高温煅烧和水冷处理，其内部是多孔蜂窝结构，堆积密度不超过750kg/m3。且其水分保持能力好，初始含水高达40％，一个月含水仍能保持在20％左右，蓄水能力好。
电厂燃煤炉底渣质量轻、保水性好，采用电厂燃煤炉底渣作为轻质粗骨料，实现了电厂燃煤炉底渣在轻质混凝土中的循环再利用，减少环境污染；电厂燃煤炉底渣的粒径为5- 20mm能够更好的在轻质混凝土中形成支撑体系。
可选的，所述轻质细骨料采用粒径在5mm以下的电厂燃煤炉底渣。
通过采用上述技术方案，轻质细骨料也采用电厂燃煤炉底渣，能够增大电厂燃煤炉底渣的再利用率，同时5mm以下粒径的轻质细骨料的能够与5-20mm粒径的轻质粗骨料形成良好的级配，减少轻质混凝土的空隙，提高轻质混凝土的密实性，从而增强轻质混凝土的强度。
第三方面，本申请提供一种全固废轻质混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种全固废轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、按重量份称取胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料、减水剂和水；
S2、先将胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料搅拌混合均匀，再加入减水剂和水搅拌均匀，得全固废轻质混凝土。
通过采用上述技术方案，先将胶凝材料与轻质粗骨料、轻质细骨料混合均匀再加入减水剂和水，不仅能够保持轻质混凝土良好的流动性，且能够降低轻质混凝土的水胶比，提高轻质混凝土的强度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.钢渣粉具有一定的水化活性，钢渣粉的水化可以激发并促进矿渣粉的水化反应，钢渣粉水化生成C-S-H凝胶、矿渣粉水化生成钙钒石，C-S-H凝胶和钙钒石形成网络结构，有助于提高混凝土的强度；同时工业废渣石膏粉能够激发钢渣粉和矿渣粉的活性，促进钢渣粉和矿渣粉的进一步水化，使C-S-H凝胶和钙钒石产量不断增加，进一步提高混凝土的强度；
2.粉煤灰原灰能够减小矿渣粉硬化过程中产生的自收缩，从而使混凝土不易产生裂缝，同时粉煤灰原灰水化消耗胶凝材料体系中的游离碱并生成致密硅酸钙和铝酸钙凝胶，使混凝土后期的强度以及体积稳定性得到进一步增强；
3.采用固废胶凝材料、电厂燃煤炉底渣制取轻质混凝土，能够实现多种工业固废的充分利用，同时使固废胶凝材料在轻质混凝土中得到了良好的应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所有原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
原料：
| 原料 | 来源 |
| 钢渣粉 | 武汉钢铁集团 |
| 矿渣粉 | 武汉钢铁集团 |
| 电厂燃煤炉底渣 | 湖北能源集团鄂州发电有限公司 |
| 工业固废石膏粉 | 湖北能源集团鄂州发电有限公司 |
| 粉煤灰原灰 | 湖北能源集团鄂州发电有限公司 |
实施例
实施例1
本申请实施例公开一种全固废轻质混凝土，采用以下的步骤制得：
S1、称取1000g胶凝材料、700g轻质粗骨料、1400g轻质细骨料、14g减水剂和100g水；
S2、先将胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料搅拌混合均匀，再加入减水剂和水搅拌混合均匀，得全固废轻质混凝土。
其中，钢渣粉粉末的比表面积为550m2/kg，矿渣粉粉末的比表面积为480m2/kg，减水剂为聚羧酸减水剂，轻质粗骨料采用粒径为8-25mm的电厂燃煤炉底渣，轻质细骨料采用粒径为3-10mm的电厂燃煤炉底渣；
其中，胶凝材料的组分用量如表1所示：
表1实施例1-6中胶凝材料各组分用量
将钢渣粉、矿渣粉、粉煤灰原灰和工业废渣石膏粉搅拌混合均匀得胶凝材料，工业废渣石膏粉为钛石膏。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：胶凝材料各组分用量不同，具体如表1所示。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：胶凝材料各组分含量不同，具体如表1所示。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于：工业废渣石膏粉采用脱硫石膏。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于：工业废渣石膏粉采用磷石膏。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：胶凝材料中增加了碱性激发剂，具体用量如表1所示，将钢渣粉、矿渣粉、粉煤灰原灰、工业废渣石膏粉和碱性激发剂搅拌混合均匀得胶凝材料。
实施例7-10
实施例7-10与实施例6的区别在于：全固废轻质混凝土中各组分的用量不同，具体如表2 所示：
表2实施例7-10中全固废轻质混凝土中各组分的用量
实施例11
本实施例与实施例10的区别在于：轻质粗骨料采用粒径为5-20mm的电厂燃煤炉底渣。
实施例12
本实施例与实施例11的区别在于：轻质细骨料采用粒径为小于5mm的电厂燃煤炉底渣。
实施例13
本实施例与实施例12的区别在于：全固废轻质混凝土中增加了增稠剂，且增稠剂为聚丙烯酸，且聚丙烯酸的粘度为2000-2500mpa﹒s；
一种全固废轻质混凝土，采用以下的步骤制得：
S1、称取1000g胶凝材料、909g轻质粗骨料、1591g轻质细骨料、10g减水剂、0.6g增稠剂和150g水；
S2、先将胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料、增稠剂搅拌混合均匀，再加入减水剂和水搅拌混合均匀，得全固废轻质混凝土。
实施例14
本实施例与实施例12的区别在于：增稠剂为纤维素醚，且纤维素醚的粘度为2000-2500mpa ﹒s。
实施例15
本实施例与实施例12的区别在于：增稠剂为纤维素醚，且纤维素醚的粘度为40000- 60000mpa﹒s。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：胶凝材料中未采用工业废渣石膏粉。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：胶凝材料中未采用粉煤灰原灰。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：胶凝材料中未采用工业废渣石膏粉和粉煤灰原灰。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：称取胶凝材料1000g，轻质粗骨料333g，轻质细骨料 667g。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于：称取胶凝材料1000g，轻质粗骨料1000g，轻质细骨料 2000g。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于：称取轻质粗骨料420g，轻质细骨料1680g。
对比例7
本对比例与实施例1的区别在于：称取轻质粗骨料1050g，轻质细骨料1050g。
性能检测试验
1.抗压强度检测
根据GB/T50081-2002测定实施例1-15和对比例1-7中制得的全固废轻质混凝土的抗压强度，检测结果记录如表3所示。
2、测定例1-15和对比例1-7中制得的全固废轻质混凝土的和易性，检测结果记录如表3所示。
3、干表观密度检测
根据JGJ/T 12-2019附录B中轻骨料混凝土性能检测方法测定例1-15和对比例1-7中制得的全固废轻质混凝土的干表观密度，检测结果记录如表3所示。
4、收缩值
根据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的第六章“收缩试验”，测定实施例1-15和对比例1-7中制得的全固废轻质混凝土的收缩率，检测结果记录如表3所示。
表3结果记录表
结合实施例1-3和表3分析可得，胶凝材料中各组分合适的用量能够提高全固废轻质混凝土的强度，保证全固废轻质混凝土良好的工作性，降低全固废轻质混凝土的干表观密度，提高全固废轻质混凝土的品质，同时也能降低全固废轻质混凝土的收缩率，使全固废轻质混凝土不易产生裂缝；
结合实施例3-5和表3分析可得，脱硫石膏和磷石膏相较于钛石膏能够更好的激发钢渣粉、矿渣粉的活性，从而使全固废轻质混凝土的抗压强度得到提高，对于全固废轻质轻质混凝土的抗离析性能和收缩率影响较小；
结合实施例5-6和表3分析可得，激发剂能够进一步激发钢渣粉、矿渣粉的活性，不仅能够提高全固废轻质混凝土前期的抗压强度；
结合实施例6-10和表3分析可得，合适的轻质粗骨料和轻质细骨料的用量能够进一步降低全固废轻质混凝土的干表观密度，确保全固废轻质混凝土节能性能；
结合实施例10-12和表3分析可得，采用炉渣作为轻质粗骨料和轻质细骨料时，轻质粗骨料和轻质细骨料粒径和合适选择，能够实现轻质粗骨料和轻质细骨料的良好级配，减少全固废轻质混凝土的孔隙率，从而提高全固废轻质混凝土的抗压强度；但轻质粗骨料和轻质细骨料粒径的选择对于全固废轻质混凝土的抗离析性和收缩率影响不大；
结合实施例13-15和表3分析可得，使用增稠剂能够提高全固废轻质混凝土的和易性，从而更好的提高全固废轻质混凝土的抗离析性能，增强全固废轻质混凝土的工作性；而纤维素醚相较于聚丙烯酸能够更好的增强全固废轻质混凝土的和易性，保证全固废轻质混凝土的良好的工作性，且提高全固废轻质混凝土的抗压强度，降低干表观密度，提升全固废轻质混凝土的品质；采用40000-60000mpa﹒s粘度的纤维素醚，不仅能够保持全固废轻质混凝土良好的泵送性，也能够提高全固废轻质混凝土的抗压强度，保证全固废轻质混凝土节能性能；
结合实施例1、对比例1和表3分析可得，未添加工业废渣石膏全固废轻质混凝土的干表观密度较大，降低全固废轻质混凝土的品质，工业废渣石膏粉能够激发钢渣粉和矿渣粉的活性，提高全固轻质废混凝土的强度，降低收缩率，使全固废轻质混凝土不易产生裂缝，同时也能够实现工业废渣石膏粉的循环再利用，节约资源；
结合实施例1、对比例2和表3分析可得，粉煤灰原灰能够改善全固废轻质混凝土产生裂缝的情况，提高混凝土的节能性能；
结合实施例1、对比例3和表3分析可得，工业废渣石膏粉和粉煤灰原灰相配合不仅能够更好的激发钢渣粉、矿渣粉的活性，产生较多的C-S-H凝胶和钙钒石，同时钢渣粉、矿渣粉也能够促进粉煤灰原灰生成硅酸钙、铝酸钙，从而提高全固废轻质混凝土的抗压强度；工业废渣石膏粉和粉煤灰原灰还能够降低全固轻质废混凝土的收缩，并使全固废轻质混凝土不易产生裂缝；
结合实施例1、对比例4-5和表3分析可得，胶凝材料与骨料合适的配比不仅有利于降低全固废轻质混凝土的干表观密度，保证全固废轻质混凝土的节能性能，也能够保持全固废轻质混凝土的抗压强度；
结合实施例1、对比例6-7和表3分析可得，骨料中轻质粗骨料和轻质细骨料合适的配比有利于提高全固废轻质混凝土的抗压强度，当轻质细骨料添加过多时会增加生产成本，因此基于成本考虑，选择实施例1中轻质粗骨料和轻质细骨料的配比更为合适。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种固废胶凝材料，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：钢渣粉100-150份、矿渣粉250-350份、粉煤灰原灰390-620份和工业废渣石膏粉20-60份。
2.根据权利要求1所述的一种固废胶凝材料，其特征在于：还包括重量份为10-15份的碱性激发剂。
3.根据权利要求1所述的一种固废胶凝材料，其特征在于：所述工业废渣石膏粉为脱硫石膏和磷石膏中的一种或多种的组合物。
4.一种全固废轻质混凝土，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：轻质粗骨料、轻质细骨料、胶凝材料1000份、减水剂5-14份和水100-150份，其中，轻质粗骨料和轻质细骨料质量总和为胶凝材料总质量的2.1-2.5倍，且轻质粗骨料与轻质细骨料的质量比为（3-5）:（6-8），所述胶凝材料采用上述权利要求1-4中任一项所述的固废胶凝材料。
5.根据权利要求4所述的一种全固废轻质混凝土，其特征在于：还包括重量份为0.4-0.8份的增稠剂。
6.根据权利要求5所述的一种全固废轻质混凝土，其特征在于：所述增稠剂为纤维素醚，且纤维素醚的粘度为40000-60000mpa﹒s。
7.根据权利要求4所述的一种全固废轻质混凝土，其特征在于：所述轻质粗骨料采用粒径为5-20mm的电厂燃煤炉底渣。
8.根据权利要求4所述的一种全固废轻质混凝土，其特征在于：所述轻质细骨料采用粒径在5mm以下的电厂燃煤炉底渣。
9.权利要求4-8中任一项所述的一种全固废轻质混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按重量份称取胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料、减水剂和水；
S2、先将胶凝材料、轻质粗骨料、轻质细骨料搅拌混合均匀，再加入减水剂和水搅拌均匀，得全固废轻质混凝土。
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