專利名稱：一種利用煤矸石制備構(gòu)件用活性粉末混凝土的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到利用工業(yè)固體廢棄物制備混凝土的技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及到一種利用煤矸石制備活性粉末混凝土的方法。
背景技術(shù)：
活性粉末混凝土，是一種超高強(qiáng)、高韌性、耐久性強(qiáng)和體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料。它是由法國(guó)最大的營(yíng)造公司之一布伊格(B0UYGUES)公司在1993年率先研制成功的?；钚苑勰┗炷恋娘@著特點(diǎn)是它的高強(qiáng)度、高韌性、高抗彎折強(qiáng)度和高耐久性。近年來活性粉末混凝土已成為國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一，如清華大學(xué)覃維祖采用水泥、粉煤灰和硅灰三元膠凝材料體系對(duì)活性粉末混凝土開展了試驗(yàn)研究制備的活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度超過200MPa，抗折強(qiáng)度50MPa，斷裂能為2100J/m2。目前有企業(yè)開始生產(chǎn)鐵道橋上的人行道板，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到150MPa，而存在的重要問題是其活性粉末中使用了大量的硅灰、石英粉，且集料為石英砂，因而原材料成本較高，限制了其推廣應(yīng)用。有研究表明，活性粉末混凝土中的磨細(xì)石英粉在200°C以上和一定的壓力下進(jìn)行高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)才能觀測(cè)到明顯的反應(yīng)跡象，而在常壓、100°c及以下熱養(yǎng)護(hù)條件下，石英粉的反應(yīng)活性較低，這就使得其與水泥石基體存在明顯的界面過渡區(qū)。另外，雖然硅灰是目前公認(rèn)效果最佳的活性材料，但由于其數(shù)量有限，已不能滿足水泥混凝土工程的需求。煤矸石是煤炭開采過程的副產(chǎn)品，其主要成分是氧化硅和氧化鋁，約占煤炭產(chǎn)量的15% 20%，存量更是超過45億噸，而且以每年1.5億噸/年的速度增加，由于其成分穩(wěn)定性差，利用率極低，因此堆積的煤矸石占用大量土地還對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。由于煤矸石含有大量的黏土礦物，經(jīng)過活化能產(chǎn)生一定的火山灰活性，因此可作為膠凝材料取代部分水泥。煤矸石活性激發(fā)方法通常有機(jī)械活化、熱活化、化學(xué)活化等。國(guó)內(nèi)外對(duì)煤矸石的機(jī)械活化是從顆粒級(jí)配和化學(xué)結(jié)構(gòu)變化等方面來研究活性的發(fā)展，對(duì)機(jī)械力化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理還沒有系統(tǒng)的研究，如煤矸石的活性是由于機(jī)械沖擊力造成的晶體顆粒結(jié)構(gòu)的變化所造成的，還是由于研磨作用使得顆粒細(xì)化造成的；堿激發(fā)是目前最常用的化學(xué)活化方法，但是這種方法會(huì)引起水泥的泛堿現(xiàn)象，降低水泥的耐久性，用于混凝土中會(huì)發(fā)生堿集料反應(yīng)；熱活化的效果較好，帶來的副作用也較少，但是活化的工藝參數(shù)不易控制，且不利于大規(guī)模的生產(chǎn)。本發(fā)明目的就是利用工業(yè)廢棄物煤矸石制備活性粉末混凝土，用活化煤矸石粉替代部分水泥和硅灰，解決活性粉末混凝土原材料成本高和煤矸石環(huán)境污染的問題，推動(dòng)了活性粉末混凝土材料的大范圍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種利用煤矸石制備活性粉末混凝土的方法是通過對(duì)煤矸石進(jìn)行機(jī)械活化、熱活化和化學(xué)活化，利用活化后煤矸石粉作為活性粉末的組份，制備出活性粉末混凝土，本發(fā)明方法的步驟是:
一、原料選取活化煤矸石粉:將煤矸石進(jìn)行破碎、磨細(xì)，然后采用管式爐在600°C 900°C進(jìn)行充分煅燒，后加入0.1% 0.3%的醇胺類活性激發(fā)劑與之充分混合，繼續(xù)入磨磨細(xì)到比表面積大于800m2/kg,備用；水泥:強(qiáng)度不低于42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；娃灰:比表面積大于15000m2/kg, SiO2含量大于95% ；河砂:粒徑范圍為0.18 0.60謹(jǐn)；鋼纖維:直徑0.18 0.20_，長(zhǎng)徑比大于60，抗拉強(qiáng)度大于1800MPa ；高效減水劑:減水率大于30%。二、原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制:水泥22 32 ;硅灰3 8;活化煤矸石粉5 12;河砂42 56 ;鋼纖維2.6 5; 水5.2 8.4 ;高效減水劑0.26 0.5。三、原料配比選定后按下列工藝步驟進(jìn)行:第一，將河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌機(jī)內(nèi)，干拌3 6分鐘；加入溶有高效減水劑的拌合水，攪拌3 6分鐘；然后均勻加入鋼纖維，繼續(xù)攪拌3 6分鐘，出機(jī)裝模，經(jīng)混凝土振動(dòng)臺(tái)振實(shí)，成型得混凝土試件。第二，將成型好的試件帶模覆蓋塑料膜在在20±3°C，相對(duì)濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下靜養(yǎng)6小時(shí)，再移入快速養(yǎng)護(hù)裝置中，在40°C 50°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，脫模后繼續(xù)在80°C 100°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)48 72小時(shí)，冷卻自室溫后測(cè)試抗壓強(qiáng)度達(dá)到180MPa以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用大宗工業(yè)固體廢棄物煤矸石，經(jīng)活化后代替石英粉、部分水泥和硅灰，在常壓下、100°C以下熱水養(yǎng)護(hù)條件下，制備出200級(jí)活性粉末混凝土。該方法與傳統(tǒng)方法相比的顯著效果是，降低了原料成本，利用了大量的煤矸石，減少了天然資源的消耗量，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、固體廢棄物綜合利用和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1:(I)用顎式破碎機(jī)將煤砰石破碎成小于5mm的顆粒,放入SM-500型球磨機(jī)中,研磨Ih ;磨細(xì)之后采用管式爐在700°C進(jìn)行充分煅燒；后加入0.2%的醇胺類活性激發(fā)劑充分混合，再次放入SM-500型球磨機(jī)中，研磨Ih,比表面積達(dá)到840m2/kg,備用；選取水泥、娃灰、河砂、鋼纖維、高效減水劑，其中水泥為普通硅酸鹽42.5水泥；硅灰為20000m2/kg，SiO2含量大于95% ;河砂經(jīng)篩洗并烘干,粒徑范圍為0.18 0.60mm ;拌合水為飲用水；鋼纖維為表面鍍銅平直鋼纖維，直徑0.18 0.20mm，長(zhǎng)徑比大于60，抗拉強(qiáng)度大于1800MPa ;高效減水劑為早強(qiáng)型聚羧酸減水劑，減水率32%。
(2)原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制:水泥26;硅灰8 ；活化煤矸石粉5 ；河砂50 ；鋼纖維4.5 ；水6.1 ;早強(qiáng)型聚羧酸減水劑0.4。(3)將稱量好的河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌鍋內(nèi)，干拌3分鐘；加入溶有高效減水劑的拌合水，攪拌4分鐘；然后均勻加入鋼纖維，繼續(xù)攪拌3分鐘，攪拌均勻后出機(jī)測(cè)試坍落度260mm,擴(kuò)展度520mm,并燒注于40mmX40mmX 160mm的模具,在混凝土振動(dòng)臺(tái)上振實(shí),成型得混凝土試件。將成型好的試件帶模覆蓋塑料膜在20±3°C，相對(duì)濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下靜養(yǎng)6小時(shí)，再移入快速養(yǎng)護(hù)裝置中，在40°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，脫模后繼續(xù)在80°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，冷卻自室溫后測(cè)試抗壓強(qiáng)度185.80MPa。實(shí)例2:(I)用顎式破碎機(jī)將煤砰石破碎成小于5mm的顆粒,放入SM-500型球磨機(jī)中,研磨Ih ;磨細(xì)之后采用管式爐在800°C進(jìn)行充分煅燒；后加入0.4%的醇胺類活性激發(fā)劑充分混合，再次放入SM-500型球磨機(jī)中,研磨Ih,比表面積達(dá)到900m2/kg,備用；選取水泥、娃灰、河砂、鋼纖維、高效減水劑，其中水泥為普通硅酸鹽42.5水泥；硅灰為20000m2/kg，SiO2含量大于95% ;河砂經(jīng)篩洗并烘干,粒徑范圍為0.18 0.60mm ;拌合水為飲用水；鋼纖維為表面鍍銅平直鋼纖維，直徑0.18 0.20，長(zhǎng)徑比大于60，抗拉強(qiáng)度大于1800MPa ;高效減水劑為早強(qiáng)型聚羧酸減水劑，減水率32%。(2)原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制:水泥30 ；硅灰5.7 ；活化煤矸石粉7 ；河砂47 ；鋼纖維4.5 ；水5.3 ;早強(qiáng)型聚羧酸減水劑0.5。(3)將稱量好的河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌鍋內(nèi)，干拌3分鐘；加入溶有高效減水劑的拌合水 ，攪拌5分鐘；然后均勻加入鋼纖維，繼續(xù)攪拌3分鐘，攪拌均勻后出機(jī)測(cè)試坍落度270mm,擴(kuò)展度600mm,并燒注于40mmX 40mmX 160mm的模具,混凝土振動(dòng)臺(tái)上振實(shí)，成型得混凝土試件。將成型好的試件帶模覆蓋塑料膜在20±3°C，相對(duì)濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下靜養(yǎng)6小時(shí),再移入快速養(yǎng)護(hù)箱中，在50°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí),脫模后繼續(xù)在80°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)72小時(shí)，冷卻自室溫后測(cè)試抗壓強(qiáng)度197.0OMPa0
權(quán)利要求
1.一種利用煤矸石制備構(gòu)件用活性粉末混凝土的方法，其特征在于:利用活化后煤矸石粉作為活性粉末的組份，制備出活性粉末混凝土，本發(fā)明方法的步驟是: 一、原料選取 活化煤矸石粉:將煤矸石進(jìn)行破碎、磨細(xì)，然后采用管式爐在600°c 900°C進(jìn)行充分煅燒，后加入0.1% 0.3%的醇胺類活性激發(fā)劑與之充分混合，繼續(xù)入磨磨細(xì)到比表面積大于800m2/kg,備用； 水泥:強(qiáng)度不低于42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥； 娃灰:比表面積大于15000m2/kg, SiO2含量大于95% ； 河砂:粒徑范圍為0.18 0.60mm ； 鋼纖維:直徑0.18 0.20mm，長(zhǎng)徑比大于60，抗拉強(qiáng)度大于1800MPa ； 聞效減水劑:減水率大于30% ； 二、原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制: 水泥22 32 ; 娃灰3 8 ; 活化煤矸石粉5 12 ; 河砂42 56 ;鋼纖維2.6 5 ;水 5.2 8.4 ; 高效減水劑0.26 0.5 ; 三、原料配比選定后按下列工藝步驟進(jìn)行: 第一，將河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌機(jī)內(nèi)，干拌3 6分鐘；加入溶有高效減水劑的拌合水，攪拌3 6分鐘；然后均勻加入鋼纖維，繼續(xù)攪拌3 6分鐘，出機(jī)裝模，經(jīng)混凝土振動(dòng)臺(tái)振實(shí)，成型得混凝土試件； 第二，將成型好的試件帶模覆蓋塑料膜在在20±3°C，相對(duì)濕度不小于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下靜養(yǎng)6小時(shí)，再移入快速養(yǎng)護(hù)裝置中，在40°C 50°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，脫模后繼續(xù)在8(TC 100°C熱水中恒溫養(yǎng)護(hù)48 72小時(shí)，冷卻自室溫后測(cè)試抗壓強(qiáng)度達(dá)到180MPa 以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石制備構(gòu)件用活性粉末混凝土的方法，其特征在于:活化煤砰石粉是用顎式破碎機(jī)將煤砰石破碎成小于5_的顆粒,放入SM-500型球磨機(jī)中，研磨Ih ;磨細(xì)之后采用管式爐在700°C進(jìn)行充分煅燒；后加入0.2%的醇胺類活性激發(fā)劑充分混合，再次放入SM-500型球磨機(jī)中,研磨Ih,比表面積達(dá)到840m2/kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石制備構(gòu)件用活性粉末混凝土的方法，其特征在于:原料選定后活性粉末混凝土材料中各組份按下列重量)配制: 水泥26 ； 硅灰8 ; 活化煤矸石粉5 ； 河砂50 ； 鋼纖維4.5 ； 7jC 6.1 ；早強(qiáng)型聚羧酸減水 劑0.4。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用煤矸石制備構(gòu)件用活性粉末混凝土的方法，其特點(diǎn)是，利用部分工業(yè)固體廢棄物煤矸石，使用機(jī)械活化、熱活化和化學(xué)激發(fā)劑活化，活化后煤矸石粉代替石英粉、部分水泥和硅灰，配制活性粉末混凝土，在常壓下、100℃以下熱水養(yǎng)護(hù)條件下，制備出200級(jí)活性粉末混凝土。利用固體廢棄物煤矸石替代天然資源，降低了活性粉末混凝土的原料成本，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、固體廢棄物綜合利用和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。
文檔編號(hào)C04B28/04GK103086662SQ20111034191
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者耿春雷, 陳紅巖, 劉艷軍 申請(qǐng)人:北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司