利用重油灰分制備自密實(shí)混凝土的制作方法
【專利摘要】重油灰分自密實(shí)混凝土可以包含骨料、重油灰分細(xì)粒料、水和水泥。所述重油灰分可包含超過90重量％的碳。在實(shí)施方案中，所述重油灰分自充填混凝土能在自身重量的作用下流動，并且同時仍維持混合物的穩(wěn)定稠度。
【專利說明】利用重油灰分制備自密實(shí)混凝土

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用重油灰分制備自密實(shí)混凝土（self-consolidated concrete)的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及使用重油灰分作為自密實(shí)混凝土的成 分。

【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)混凝土通常含有硅酸鹽水泥和水，以及各種骨料，如砂或礫石?；旌蠒r，在水 和水泥之間發(fā)生"水化反應(yīng)"，其結(jié)果是獲得了將骨料結(jié)合在一起的水泥漿。在某些類型的 混凝土中，可使用硅灰或飛灰作為部分替代物或作為硅酸鹽水泥的附加物。硅灰和飛灰能 夠與水泥中的氫氧化鈣反應(yīng)（火山灰反應(yīng)）。火山灰反應(yīng)可提高固化后的混凝土的強(qiáng)度和 密度?？上У氖?，這些火山灰相對昂貴，因此增加了混凝土的成本。
[0003] 自充填混凝土或自密實(shí)混凝土（"SCC"）不同于常規(guī)混凝土之處在于，其可以在其 自身重量下流動。20世紀(jì)80年代后期，研制出了 SCC以確保通過自密實(shí)而實(shí)現(xiàn)足夠的充 填，并且有利于在密集配筋（congested reinforcement)且面積有限的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行混凝土 澆筑。SCC是高工作性混凝土，其能流過狹窄的間隙和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)元件（如鋼筋）并充分填 充空隙，而無需使用振搗。
[0004] 伴隨著發(fā)電廠的重油或裂化燃油的燃燒會產(chǎn)生大量的重油灰分。其產(chǎn)量預(yù)計(jì)會隨 著重油或裂化油使用的增多而增加。必須以環(huán)保的方式來解決越來越多的重油灰分。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于前述情況，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了包含重油灰分的自密實(shí)混凝土、以及制 備重油灰分水泥混凝土混合物的方法。
[0006] 石油灰分（0A)是由發(fā)電廠的石油燃燒產(chǎn)生的一種黑色粉末廢料。在實(shí)施方案中， 石油灰分被用作生產(chǎn)自密實(shí)混凝土（SCC)的填料。在實(shí)施方案中，用5%的石油灰分來生 產(chǎn)具有高強(qiáng)度和良好耐久性的自密實(shí)混凝土；與使用7%的硅灰或30%的飛灰作為水泥附 加物而制得的SCC相比，以0A作為水泥添加物而制得的SCC具有更高的壓縮強(qiáng)度；與使用 7%的硅灰或30%的飛灰作為水泥附加物而制得的SCC相比，以0A作為水泥添加物而制得 的SCC具有更小的干燥收縮應(yīng)變。與利用硅灰或飛灰生產(chǎn)的類似混凝土相比，0A的使用降 低了 SCC的成本。
[0007] 發(fā)電廠中重油或裂化燃油的燃燒產(chǎn)生了大量的0A。其產(chǎn)量預(yù)計(jì)會隨著重油或裂 化油使用的進(jìn)一步增多而增加。因此，理想的是將這種副產(chǎn)品用作有用的材料。將0A用于 建筑材料中是利用這種副產(chǎn)品材料的一種途徑，這樣可以保護(hù)環(huán)境且無需建立用以處理0A 的特殊區(qū)域。
[0008] 目前，通過使用硅灰或飛灰作為填料來制備SCC。飛灰和硅灰均價格高昂。本發(fā)明 的實(shí)施方案可以消除或減少制備SCC時飛灰或硅灰的使用，從而降低SCC的成本。實(shí)施方 案無需采用針對0A的特殊處理方法和特殊傾倒區(qū)。而且，實(shí)施方案包括安全且經(jīng)濟(jì)的0A 處理方法。這種處理方法通過將0A用作SCC中的填料可以減少碳足跡。
[0009] 在實(shí)施方案中，重油灰分自充填混凝土包括：骨料；重油灰分細(xì)粒料（heavy oil ash fines)，重油灰分細(xì)粒料包含至少90%的碳，并且至少80%的重油灰分細(xì)粒料小于45 微米（325篩網(wǎng)）；水；以及水泥，在重油灰分細(xì)粒料和骨料中存在下混合水和水泥從而得到 重油灰分水泥混凝土，該重油灰分自充填混凝土在其自身重量下流動。
[0010] 在實(shí)施方案中，重油灰分自充填混凝土基本上不含高效減水劑。在實(shí)施方案中，重 油灰分的量等于水泥重量的約3重量％至10重量％。在實(shí)施方案中，重油灰分的量等于水 泥重量的約5重量％。在實(shí)施方案中，重油灰分細(xì)粒料基本上不具有膠凝性能。在實(shí)施方 案中，水泥在與水反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且氫氧化鈣和重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。在實(shí)施 方案中，重油灰分自充填混凝土為均勻混合物，并且其能夠有效地在流動時保持均勻。在 實(shí)施方案中，重油灰分自充填混凝土能夠有效地具有至少約650mm的枬落流動直徑（slump flow diameter)。在實(shí)施方案中，重油灰分水泥混凝土混合物在28天固化后的吸水率為約 4. 50%至 4. 60%。
[0011] 處理重油灰分的方法的實(shí)施方案包括如下步驟：將水泥和水混合，以形成水泥混 合物；向水泥混合物中添加重油灰分，該重油灰分是由重燃料油的燃燒產(chǎn)生的；以及向水 泥混合物中加入骨料，該水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自充填混凝土。在該 方法的實(shí)施方案中，重油灰分包含至少90%的碳。在該方法的實(shí)施方案中，水泥在與水反應(yīng) 后釋放出氫氧化鈣，并且氫氧化鈣和重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
[0012] 該方法的實(shí)施方案還包括在重油灰分自充填混凝土被混合之后的固化步驟，以形 成硬化的自充填混凝土，其中，重油灰分防止水滲入硬化的自充填混凝土中。該方法的實(shí)施 方案還包括將自充填混凝土倒入圓錐中，然后將圓錐移除，其中自充填混凝土流入直徑為 650mm至800mm的圓口。在該方法的實(shí)施方案中，重油灰分量的添加量等于水泥的約1重 量％至約10重量％。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 因此，通過參照附圖所示出的本發(fā)明實(shí)施方案，上述特征、方面和本發(fā)明的優(yōu)勢以 及其它方面將變得變得顯而易見且更詳細(xì)地理解，并且能夠?qū)ι厦嫠喴獨(dú)w納的本發(fā)明進(jìn) 行更詳細(xì)的描述，這些附圖構(gòu)成了本說明書的一部分。然而應(yīng)當(dāng)注意的是，隨附的附圖示出 了本發(fā)明的一些實(shí)施方案，因此不應(yīng)視為是對本發(fā)明的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其 它同等有效的實(shí)施方案。
[0014] 圖1為示出了本發(fā)明實(shí)施方案相比于常規(guī)實(shí)施方案的壓縮強(qiáng)度變化的圖表。
[0015] 圖2為示出了本發(fā)明實(shí)施方案相比于常規(guī)實(shí)施方案的干燥收縮的圖表。
[0016] 圖3為示出了本發(fā)明實(shí)施方案相比于常規(guī)實(shí)施方案的吸水率的圖表。
[0017] 圖4為示出了本發(fā)明實(shí)施方案相比于常規(guī)實(shí)施方案的腐蝕電位的圖表。
[0018] 圖5為示出了本發(fā)明實(shí)施方案相比于常規(guī)實(shí)施方案的腐蝕電流密度的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 重油灰分為由重油或裂化油燃燒產(chǎn)生的殘余物。重油一般被定義為具有較長的烴 鏈（例如，碳長度為約12至70個碳原子、或約20至70個碳原子）的燃料油。美國材料與 試驗(yàn)協(xié)會（ASTM)將重燃料油分為"5號燃料油"或"6號燃料油"。由于重燃料油的粘度高， 因此例如在發(fā)電廠中，在重燃料油燃燒前有時會將其預(yù)熱。
[0020] 煉油工業(yè)中的裂化一般是指通過使長鏈烴斷裂為較短的烴鏈，從而將復(fù)雜的有機(jī) 分子斷裂成簡單分子?？墒褂酶鞣N過程以將石油裂化，例如，包括催化過程。裂化過程后，可 將所得到的烴分離為不同種類的燃料，其中包括（例如）燃料氣體、液化石油氣（"LPG")、 汽油、輕循環(huán)油和重燃料油。由裂化過程產(chǎn)生的重燃料油可以稱為"裂化燃料油"。對于本 申請的目的，除非另有規(guī)定，否則裂化燃料油和重燃料油均被稱為重燃料油。發(fā)電廠可以使 用重燃料油，并且預(yù)計(jì)在未來重燃料油的用量就增加。燃燒重燃料油會產(chǎn)生包括灰分在內(nèi) 的殘留物。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，由于環(huán)境方面的限制，重油灰分可以被捕集，或 者在一定程度上必須被捕集，而不是被釋放到大氣中。
[0021] 重油灰分（"Η0Α"）是一種由重燃料油燃燒產(chǎn)生的黑色粉末類廢料。重油灰分具 有不同于其他類型的灰分的獨(dú)特特質(zhì)。通常，重油灰分包含超過約90重量％的碳。剩余的 小于約10重量％的重油灰分通常包含硫，鎂和釩。重油灰分可以包括各種粒徑。
[0022] 重油灰分中含有多種元素。例如，表1顯示了重油灰分的典型化學(xué)分析。各元素 的量可以根據(jù)重油灰分來源而不同。由于本發(fā)明實(shí)施方案中的重油灰分是通過燃燒重油而 形成的，因此其可以包含超過90重量％的碳。在表1中可以看出，本發(fā)明實(shí)施方案中所使 用的Η0Α的元素組成與此前用于混凝土中的常規(guī)飛灰存在顯著區(qū)別。
[0023] 表 1
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 骨料： 重油灰分細(xì)粒料，該重油灰分細(xì)粒料的特征在于含有至少90%的碳，并且至少80%的 所述重油灰分細(xì)粒料小于45微米（325篩網(wǎng)）； 水：和 水泥，所述重油灰分水泥混凝土是通過在所述重油灰分細(xì)粒料和所述骨料的存在下 將所述水與所述水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流 動。
2. 權(quán)利要求1所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分自充填混凝土不含 1?效減水劑。
3. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量為 所述水泥重量的3重量％至10重量％。
4. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量為 所述水泥重量的5重量％。
5. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分細(xì)粒 料不具有膠凝性能。
6. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述水泥在與所述水 反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
7. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分水泥定 義為均勻混合物，并且所述重油灰分水泥能夠有效地在流動時保持均勻。
8. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分水泥 混凝土混合物能夠有效地具有至少650毫米的坍落流動直徑。
9. 前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中，在28天固化時間之 后的吸水率為4. 50 %至4. 60%。
10. -種處理重油灰分的方法，該方法的特征在于包括如下步驟： 將水泥和水混合，以形成水泥混合物； 向所述水泥混合物中添加重油灰分，該重油灰分是由重燃料油的燃燒產(chǎn)生的；以及 向所述水泥混合物中加入骨料，所述水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自 充填混凝土。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述重油灰分的特征在于包含至少90%的碳。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述水泥在與所述水反應(yīng)后釋放氫氧 化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求10-12中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征還在于包括如下步驟：在 所述重油灰分自充填混凝土被混合之后進(jìn)行固化，以形成硬化的自充填混凝土，其中，所述 重油灰分防止水滲入所述硬化的自充填混凝土中。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求10至13中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征還在于包括如下步驟： 將所述重油灰分自充填混凝土倒入圓錐中，然后將所述圓錐移除，其中所述自充填混凝土 流入直徑為650mm至800mm的圓口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述重油灰分的添加量等于所 述水泥重量的1重量％至10重量％。
16. -種重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 水泥； 重油灰分細(xì)粒料，該重油灰分細(xì)粒料的含量等于所述水泥重量的3重量％至10重 量％，并且含有至少90%的碳，至少80%的所述重油灰分細(xì)粒料小于45微米（325篩網(wǎng)）； 不含高效減水劑；以及 水，所述重油灰分水泥混凝土是通過在所述重油灰分細(xì)粒料的存在下將所述水與所述 水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流動。
17. 權(quán)利要求16所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分的量等于所述水 泥重量的5重量％。
18. 前述權(quán)利要求16-17中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰 分細(xì)粒料不具有膠凝性能。
19. 前述權(quán)利要求16-18中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自密實(shí)混凝土，其中所述水泥在 與所述水反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不 發(fā)生反應(yīng)。
20. 前述權(quán)利要求16-19中任意一項(xiàng)所述的重油灰分自充填混凝土，所述重油灰分水 泥的特征在于為均勻混合物，并且所述重油灰分水泥能夠有效地在流動時保持均勻。
【文檔編號】C04B28/02GK104066699SQ201280055076
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】穆罕默德·阿勒-梅赫特爾, 法赫德·R·阿勒-多薩里, 穆罕默德·馬斯萊胡丁, 穆罕默德·里茲萬·阿里, 穆罕默德·薩利胡·巴里 申請人:沙特阿拉伯石油公司, 法赫德國王石油和礦業(yè)大學(xué)工程研究中心