本發(fā)明屬于膠凝材料學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料、砂漿、混凝土及制備方法。

背景技術(shù)：

目前在工程建設(shè)中所使用的主要膠凝材料為水泥，水泥在生產(chǎn)過程中不僅會消耗大量的能源，同時也會排放出大量的二氧化碳，這對環(huán)境會造成極大的影響，因此尋求一種能夠代替水泥制備高性能混凝土的新型膠凝材料，對環(huán)境保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。粉煤灰是火電廠的副產(chǎn)品，含大量重金屬元素，如果不加以處理而隨意堆放，其會對環(huán)境造成極大的危害，目前粉煤灰已成為我國最大的固體污染源頭。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，燃燒后冷卻的粉煤灰能夠與堿反應(yīng)并生成水硬性的凝膠物質(zhì)，是一種典型的“火山灰活性”材料，然而由于其本身物質(zhì)組成的影響，我國目前僅將粉煤灰用作水泥混凝土的摻料，其使用率較低(尤其是二級粉煤灰?guī)缀醪荒苁褂?，并且當(dāng)摻量過大時，其會明顯降低混凝土早期強(qiáng)度，無法滿足實際工程的需求。

此外，鋁礦赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1.0～2.0噸赤泥。中國作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國，每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬噸。大量的鋁礦赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面積的堆場堆放，占用了大量土地，也對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。全世界每年產(chǎn)生的赤泥約7000萬噸，我國每年產(chǎn)生的赤泥為3000萬噸以上。大量的鋁礦赤泥的產(chǎn)生已經(jīng)對人類的生產(chǎn)、生活造成多方面的直接和間接的影響，所以最大限度的減少赤泥的產(chǎn)量和危害，實現(xiàn)多渠道、大數(shù)量的資源化已迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料、砂漿、混凝土及制備方法，旨在至少一定程度上克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的通常以水泥為膠凝材料及二級粉煤灰和鋁礦赤泥基本不能作為膠凝材料的有效成份等不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料，其由以下重量份數(shù)的各原料組成：

優(yōu)選的，該環(huán)境友好型建筑用膠凝材料以下重量份數(shù)的各原料組成：

由于鋁礦赤泥中含有大量的強(qiáng)堿性化學(xué)物質(zhì)，在本發(fā)明中鋁礦赤泥對粉煤灰有激活作用。

具體的，aos即α-烯烴磺酸鈉，其為一種表面活性劑，對粉煤灰中的碳有一定的包裹作用，有效抑制碳對粉煤灰活性的影響。

具體的，所述粉煤灰為二級粉煤灰或一級粉煤灰且其燒失量在5％以下。普通的二級粉煤灰燒失量的國家標(biāo)準(zhǔn)為8％以下，本發(fā)明為了保證得到的膠凝材料的各項性能滿足使用要求，若使用二級粉煤灰則必須要求其燒失量在5％以下，二級粉煤灰其余參數(shù)(如細(xì)度、需水量及三氧化硫含量等)可與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一致。

優(yōu)選的，所述減水劑為聚羧酸高性能減水劑。聚羧酸高性能減水劑是以聚羧酸鹽為主體的多種高分子有機(jī)化合物，經(jīng)接枝共聚生成的，具有極強(qiáng)的減水性能，屬當(dāng)今世界上技術(shù)領(lǐng)先的環(huán)保型混凝土外加劑，已廣泛應(yīng)用于水利、電力、港口、鐵路、橋梁、公路、機(jī)場、軍事工程以及各種工民建主體結(jié)構(gòu)的混凝土施工。

本發(fā)明還提供了上述的環(huán)境友好型建筑用膠凝材料的制備方法，其包括如下步驟：準(zhǔn)備好相應(yīng)重量份數(shù)的各原料，將氧化石墨烯加入2/3拌合水中超聲分散至氧化石墨烯充分溶解，形成a溶液，將aos、三異丙醇胺和減水劑加入到剩下的1/3拌合水中充分溶解形成b溶液，把粉煤灰、硅酸鈉和鋁礦赤泥在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中干拌混合5-10分鐘，逐漸兌入a溶液連續(xù)攪拌10-15分鐘后兌入b溶液快速攪拌5-8分鐘，即得到所述環(huán)境友好型建筑膠凝材料。

具體的，兌入a溶液時攪拌速度為140±5轉(zhuǎn)/分，兌入b溶液時攪拌速度為285±5轉(zhuǎn)/分。

本發(fā)明還提供一種環(huán)境友好型建筑用砂漿，其特征由如下重量份數(shù)的各原料制成：

上述的環(huán)境友好型建筑膠凝材料1000份；

砂子1000-3000份。

本發(fā)明還提供一種環(huán)境友好型建筑用混凝土，其特征由如下重量份數(shù)的各原料制成：

上述的環(huán)境友好型建筑膠凝材料1000份；

砂子1000-3000份；

石子2000-3000份。

具體的，所述的砂子的粒徑為：0.1-6.0mm

具體的，所述的石子的粒徑為：4-45mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本環(huán)境友好型建筑用膠凝材料采用粉煤灰、硅酸鈉、鋁礦赤泥、aos、氧化石墨烯、三異丙醇胺和減水劑，能夠使二級或一級的純粉煤灰材料達(dá)到普通混凝土的強(qiáng)度，滿足施工需要，同時其耐久性更好，更能滿足其使用要求，該環(huán)境友好型膠凝材料不僅將粉煤灰變廢為寶，而且能夠保證其工作性能和服役性能，充分做到了環(huán)保節(jié)能。

2、本環(huán)境友好型建筑用膠凝材料主要原材料為二級粉煤灰或一級粉煤灰，其成本較傳統(tǒng)水泥大大降低，不僅提高其經(jīng)濟(jì)效益，并且添加該膠凝材料的砂漿和混凝土的強(qiáng)度性能及耐久性能均滿足施工要求和使用要求，同時其可減少水泥的使用則生產(chǎn)水泥帶來的污染也隨之減少。

3、本環(huán)境友好型建筑用膠凝材料中鋁礦赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，大量的鋁礦赤泥的產(chǎn)生已經(jīng)對人類的生產(chǎn)、生活造成多方面的直接和間接的影響，所以實現(xiàn)多渠道、大數(shù)量的資源化已迫在眉睫，該環(huán)境友好型膠凝材料可以將鋁礦赤泥變廢為寶。

4、本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法具有簡單和操作性強(qiáng)特點(diǎn)，施工方便，易于推廣使用，其能夠有效解決粉煤灰的污染問題，同時能夠達(dá)到固廢利用和經(jīng)濟(jì)節(jié)能的雙重效果。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料，其膠凝材料的組分及其重量分別為：二級粉煤灰2000千克；拌合水540千克；硅酸鈉100千克；鋁礦赤泥150千克；aos10千克；三異丙醇胺10千克；聚羧酸高性能減水劑20千克；氧化石墨烯0.6千克。

上述的環(huán)境友好型建筑用膠凝材料的制備方法，其包括如下步驟：稱重好上述各原料后，將氧化石墨烯加入2/3拌合水中超聲分散至充分溶解，形成a溶液，將aos、三異丙醇胺、減水劑加入到剩下的1/3拌合水中充分溶解形成b溶液，把粉煤灰、硅酸鈉和鋁礦赤泥在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中干拌混合5-10分鐘，逐漸兌入a溶液連續(xù)攪拌10分鐘后加入b溶液快速攪拌5分鐘，即得到環(huán)境友好型建筑膠凝材料。

實施例2

一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料，其膠凝材料的組分及其重量分別為：二級粉煤灰4000千克；拌合水1200千克；硅酸鈉120千克；鋁礦赤泥240千克；aos20千克；三異丙醇胺40千克；聚羧酸高性能減水劑40千克；氧化石墨烯1.2千克。

本實施例的制備方法同實施例1的制備方法。

實施例3

一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料，其膠凝材料的組分及其重量分別為：一級粉煤灰2000千克；拌合水720千克；硅酸鈉160千克；鋁礦赤泥210千克；aos12千克；三異丙醇胺30千克；聚羧酸高性能減水劑20千克；氧化石墨烯0.5千克。

本實施例的制備方法同實施例1的制備方法。

實施例4

一種環(huán)境友好型建筑用膠凝材料，其膠凝材料的組分及其重量分別為：一級粉煤灰4500千克；拌合水1260千克；硅酸鈉160千克；鋁礦赤泥300千克；aos20千克；三異丙醇胺50千克；聚羧酸高性能減水劑40千克；化石墨烯1.3千克。

本實施例的制備方法同實施例1的制備方法。

以上實施例1-4所使用的粉煤灰，其燒失量均低于5％。實施例1中二級粉煤灰中氧化鈣含量為18％，實施例2中二級粉煤灰中氧化鈣含量為9％，實施例3中一級粉煤灰氧化鈣含量為25％，實施例4中一級粉煤灰氧化鈣含量為15％，所用減水劑均為tj-1系列聚羧酸高性能減水劑。

實施例5

一種環(huán)境友好型建筑砂漿，其砂漿的組分及其重量分別為：實施例1制備的環(huán)境友好型膠凝材料1000千克；砂子3000千克。

加入環(huán)境友好型建筑用膠凝材料的砂漿的制備方法是將環(huán)境友好型建筑用膠凝材料1000千克，砂子3000千克先后加入攪拌站中攪拌均勻即可使用。

實施例6

一種環(huán)境友好型建筑砂漿，其砂漿的組分及其重量分別為：實施例1制備的環(huán)境友好型膠凝材料1000千克；砂子2500千克。

本實施例的制備方法同實施例5的制備方法。

實施例7

一種環(huán)境友好型建筑混凝土，其混凝土的組分及其重量分別為：實施例1制備的環(huán)境友好型膠凝材料1000千克；砂子1000千克，石子3000千克。

實施例8

一種環(huán)境友好型建筑混凝土，其混凝土的組分及其重量分別為：實施例1制備的環(huán)境友好型膠凝材料1000千克；砂子2000千克，石子3000千克。

實施例9

一種環(huán)境友好型建筑混凝土，其混凝土的組分及其重量分別為：實施例1制備的環(huán)境友好型膠凝材料1000千克；砂子2500千克，石子2500千克。

以上實施例5-9采用的砂子粒徑為0.2-5.0mm，其中實施例5采用砂子的粒徑為0.2-2.5mm，實施例6采用砂子的粒徑為1-2.5mm，實施例7采用砂子的粒徑為0.2-3.0mm，實施例8采用砂子的粒徑為0.5-4.5mm，實施例9采用砂子的粒徑為1.0-5.0mm；以上實施例7-9采用的石子粒徑為5-40mm，其中實施例7采用石子的粒徑為5-20mm，實施例8采用石子的粒徑為5-40mm，實施例9采用石子的粒徑為20-40mm。

本發(fā)明充分利用粉煤灰的火山灰效應(yīng)，通過添加硅酸鈉、鋁礦赤泥、aos、氧化石墨烯、三異丙醇胺和減水劑等外加劑以提高硬化體強(qiáng)度，耐久性，密實性以及施工性能。

對比例1

一種建筑用膠凝材料，其組成及制備方法與實施例1的基本一樣，不同點(diǎn)為組成中不含有氧化石墨烯，相應(yīng)的制備方法中a溶液為相應(yīng)重量的拌合水而不含有氧化石墨烯。

對比例2

一種建筑用砂漿，其組成及制備方法與實施例5的基本一樣，不同點(diǎn)為其選用對比例1制備的建筑用膠凝材料。

對比例3

一種建筑用混凝土，其組成及制備方法與實施例7的基本一樣，不同點(diǎn)為其選用對比例1制備的建筑用膠凝材料。

進(jìn)行相關(guān)性能測試，得出如下結(jié)論：實施例5至9制備的砂漿和混凝土28天平均抗壓強(qiáng)度均分別超過40mpa和50mpa，28天干燥收縮率分別低于萬分之二和萬分之三，且其抗硫酸鹽，抗氯離子，抗碳化，抗凍融等性能明顯提高，可以滿足不同需要的建筑物以及構(gòu)筑物的要求；而對比例2至3得到的砂漿和混凝土28天抗壓強(qiáng)度均分別為30mpa和42mpa，28天干燥收縮率有分別為萬分之三和萬分之五。測試時以國標(biāo)規(guī)定的方法進(jìn)行測試以使測試數(shù)據(jù)有可對比性。由上述測試數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明提供的環(huán)境友好型材料性能較好，完全可以滿足使用要求，而對比例中因未按本發(fā)明要求添加必要的氧化石墨烯成份，而導(dǎo)致28天抗壓強(qiáng)度和干燥收縮率性能均有大幅度下降，不能較好的滿足使用要求。需要說明的是，氧化石墨烯為本發(fā)明提供的環(huán)境友好型建筑用膠凝材料的重要添加成份，粉煤灰經(jīng)過堿激活(鋁礦赤泥作用)后開始水化，氧化石墨烯能夠有效的聚合水化產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)，提高密實性，防止外加劑浸漬，以保證最終獲取的膠凝材料的性能。

此外，按每立方米c15素混凝土配比為水泥:沙:石:水＝1:2.77:4.75:0.67,需水泥量約為280kg，武漢市425^#水泥價格為500元/噸左右，而高鈣粉煤灰50元/噸左右，二級粉煤灰?guī)缀鯚o法使用，一般通過填埋處理。粗略估算，本發(fā)明制成1立方c15混凝土，如果用高鈣粉煤灰可以節(jié)約180左右，如果用二級粉煤灰經(jīng)濟(jì)效益更佳。本發(fā)明大量消耗粉煤灰，尤其是二級粉煤灰，經(jīng)濟(jì)效益可觀，環(huán)保效益顯著。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。