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、高韌性、耐久性強和體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料。它是由法國最大的營造公司之一布伊格(B0UYGUES)公司在1993年率先研制成功的。活性粉末混凝土的顯著特點是它的高強度、高韌性、高抗彎折強度和高耐久性。近年來活性粉末混凝土已成為國內(nèi)的研究熱點之一，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活性粉末混凝土開展了試驗研究制備的活性粉末混凝土抗壓強度超過200MPa，抗折強度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，其抗壓強度達到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石英粉在200°C以上和一定的壓力下進行高溫蒸壓養(yǎng)護時才能觀測到明顯的反應(yīng)跡象，而在常壓、100°c及以下熱養(yǎng)護條件下，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周圍環(huán)境造成嚴重污染。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)方法通常有機械活化、熱活化、化學(xué)活化等。國內(nèi)外對煤矸石的機械活化是從顆粒級配和化學(xué)結(jié)構(gòu)變化等方面來研究活性的發(fā)展，對機械力化學(xué)的反應(yīng)機理還沒有系統(tǒng)的研究，如煤矸石的活性是由于機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煤矸石進行機械活化、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:將煤矸石進行破碎、磨細，然后采用管式爐在600°C 900°C進行充分煅燒，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)入磨磨細到比表面積大于800m2/kg,備用；水泥:強度不低于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；鋼纖維:直徑0.18 0.20_，長徑比大于60，抗拉強度大于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行:第一，將河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌機內(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，出機裝模，經(jīng)混凝土振動臺振實，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，相對濕度不小于90%的標準養(yǎng)護條件下靜養(yǎng)6小時，再移入快速養(yǎng)護裝置中，在40°C 50°C熱水中恒溫養(yǎng)護24小時，脫模后繼續(xù)在80°C 100°C熱水中恒溫養(yǎng)護48 72小時，冷卻自室溫后測試抗壓強度達到180MPa以上。本發(fā)明的優(yōu)點是，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)護條件下，制備出200級活性粉末混凝土。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，對保護生態(tài)環(huán)境、固體廢棄物綜合利用和促進可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。
具體實施例方式實例1:(I)用顎式破碎機將煤砰石破碎成小于5mm的顆粒,放入SM-500型球磨機中,研磨Ih ;磨細之后采用管式爐在700°C進行充分煅燒；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型球磨機中，研磨Ih,比表面積達到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，長徑比大于60，抗拉強度大于1800MPa ;高效減水劑為早強型聚羧酸減水劑，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，攪拌均勻后出機測試坍落度260mm,擴展度520mm,并燒注于40mmX40mmX 160mm的模具,在混凝土振動臺上振實,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，相對濕度不小于90%的標準養(yǎng)護條件下靜養(yǎng)6小時，再移入快速養(yǎng)護裝置中，在40°C熱水中恒溫養(yǎng)護24小時，脫模后繼續(xù)在80°C熱水中恒溫養(yǎng)護48小時，冷卻自室溫后測試抗壓強度185.80MPa。實例2:(I)用顎式破碎機將煤砰石破碎成小于5mm的顆粒,放入SM-500型球磨機中,研磨Ih ;磨細之后采用管式爐在800°C進行充分煅燒；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型球磨機中,研磨Ih,比表面積達到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，長徑比大于60，抗拉強度大于1800MPa ;高效減水劑為早強型聚羧酸減水劑，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，攪拌均勻后出機測試坍落度270mm,擴展度600mm,并燒注于40mmX 40mmX 160mm的模具,混凝土振動臺上振實，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，相對濕度不小于90%的標準養(yǎng)護條件下靜養(yǎng)6小時,再移入快速養(yǎng)護箱中，在50°C熱水中恒溫養(yǎng)護24小時,脫模后繼續(xù)在80°C熱水中恒溫養(yǎng)護72小時，冷卻自室溫后測試抗壓強度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:將煤矸石進行破碎、磨細，然后采用管式爐在600°c 900°C進行充分煅燒，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)入磨磨細到比表面積大于800m2/kg,備用； 水泥:強度不低于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，長徑比大于60，抗拉強度大于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行: 第一，將河砂、水泥、硅灰、活化煤矸石粉依次倒入攪拌機內(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，出機裝模，經(jīng)混凝土振動臺振實，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，相對濕度不小于90%的標準養(yǎng)護條件下靜養(yǎng)6小時，再移入快速養(yǎng)護裝置中，在40°C 50°C熱水中恒溫養(yǎng)護24小時，脫模后繼續(xù)在8(TC 100°C熱水中恒溫養(yǎng)護48 72小時，冷卻自室溫后測試抗壓強度達到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將煤砰石破碎成小于5_的顆粒,放入SM-500型球磨機中，研磨Ih ;磨細之后采用管式爐在700°C進行充分煅燒；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型球磨機中,研磨Ih,比表面積達到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，其特點是，利用部分工業(yè)固體廢棄物煤矸石，使用機械活化、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)護條件下，制備出200級活性粉末混凝土。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，對保護生態(tài)環(huán)境、固體廢棄物綜合利用和促進可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。
文檔編號C04B28/04GK103086662SQ20111034191
公開日2013年5月8日 申請日期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 申請人:北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司