湿排粉煤灰胶凝材料及其制备方法

文档序号:1987391阅读:500来源:国知局

专利名称::湿排粉煤灰胶凝材料及其制备方法
技术领域
:本发明涉及建筑材料领域,具体涉及一种湿排粉煤灰胶凝材料及其制备方法。
背景技术
:随着城市化及工业的发展,工业固体废物产生量也不断增加。粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后产生的固体废物,经高温急冷而成,主要由玻璃体、晶体矿物和未燃烧碳粒组成,煤中的矿物成分(包括有毒有害元素)在燃烧后富集于粉煤灰中。粉煤灰按排放方式不同分为干排灰和湿排灰,湿排粉煤灰是烟道气排入空气前,通过水膜除尘器将其中的粉煤灰收集起来,与水一道通过输送泵及输送管道将粉煤灰直接排入贮灰池中。由于考虑到粉尘污染及堆放的因素,一般储灰场的粉煤灰是湿排粉煤灰,湿排粉煤灰与水、炉底灰等一起混排,杂质较多,匀质性差,烧失量大,活性低于干排灰,综合治理难度大,因而其累计排放量大。贮灰场占地面积大,在旱季,由于表层干涸,刮风时便尘土飞扬,雨季涨水后,则黑色的灰浆四溢,贮存在灰场的湿排粉煤灰不仅引起空气污染及占用土地,还通过渗滤影响水源,造成的严重环境污染引起社会广泛关注。加强粉煤灰综合治理具有重要的意义,但湿排灰的综合治理形势却不容乐观,目前少部分湿排灰被用作道路路基及回填工程,这种治理途径不仅数量有限,没有充分利用粉煤灰的潜在活性,而且在一段时间以后,还可能具有渗滤的危害性。更少量的被用作建筑砌块填充料,但由于未作任何处理,相反可能会引起砌块的性能不稳定,而且也只是当惰性填充料使用。如果用湿排粉煤灰与其它原料在含水状态下磨细做混合材使用的话,也存在不利于存放,不方便运输,产品只能是多组分不利于产业化生产,湿排粉煤灰的活性利用不充分等问题。正是由于以上多种原因,湿排粉煤灰一直以来未得到真正的资源化利用,并且未形成产业化的湿排粉煤灰产品。
发明内容有鉴于此,为了解决上述问题,本发明的目的在于提供了一种强度高、成本低廉的湿排粉煤灰胶凝材料,采用湿排粉煤灰为主要原料,解决了工业固体废物湿排粉煤灰的回收利用问题。湿排粉煤灰胶凝材料,由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰45-66%;活性矿物材料28%49%;化学固化剂1.5%8%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣10-60%;水泥熟料10-50%;偏高岭土10-40%;石膏5-10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3-30%;碳酸钾5-30%;硅酸钠5-30%;碳酸钠5-40%;硫酸钠5-30%;减水剂10-60%。进一步,所述经烘干的湿排粉煤灰和活性矿物材料被粉磨至比表面积370-550m2/kg;进一步,所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂和萘磺酸盐减水剂,所述木质素磺酸盐减水剂占化学固化剂的质量百分比为5-30%,所述萘磺酸盐减水剂占化学固化剂的质量百分比为3-30%;进一步,所述湿排粉煤灰胶凝材料由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰66%;活性矿物材料28%;化学固化剂6%;进一步,所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣30%;水泥熟料30%;偏高岭土25%;石膏15%。进一步,所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝10%;碳酸钾20%;硅酸钠10%;碳酸钠15%;硫酸钠15%;木质素磺酸盐减水剂7%;萘磺酸盐减水剂23%。本发明还提供一种上述湿排粉煤灰胶凝材料的制备方法,包括如下步骤1)将湿排粉煤灰烘干;将活性矿物材料和化学固化剂按各自配比配料待用;2)将烘干后的湿排粉煤灰与活性矿物材料混合粉磨至比表面积370-550m2/kg;3)将步骤2)所得的混合物与化学固化剂混合均匀,得到湿排粉煤灰胶凝材料。本发明相对于现有技术,具有如下优点(1)采用湿排粉煤灰作为主要原料的胶凝材料替代水泥等胶凝材料用于建设工程中,材料来源广泛,价格低廉,实现了湿排粉煤灰的高附加值利用,并能提高湿排粉煤灰的治理效率,避免湿排粉煤灰对环境的危害;(2)本发明的湿排粉煤灰胶凝材料强度达到或超过P.C32.5标号水泥;(3)与现有的水泥类胶凝材料的生产工艺相比较,本发明的湿排粉煤灰胶凝材料的制备方法不需要开挖矿山、不需要煅烧工艺,能节约资源和能耗、减少碳排放,没有污染性粉尘产生,同时又处理了废弃物,属于环境友好型技术;(4)由于湿排粉煤灰的活性是潜在的,不能自发水化、硬化形成强度,要发挥这种潜在活性,必须采取一定的激发措施。本发明采取了机械和化学激发两种方式,并加入辅助活性矿物材料以充分激发湿排粉煤灰的火山灰活性。首先是通过粉磨这种机械激发方式,湿排粉煤灰是多种颗粒机械混合的粒群,颗粒形貌、组成的变化会严重影响其活性,而粉磨则是改变湿排粉煤灰颗粒形貌,提高活性的一种有效途径。经过粉磨后,湿排粉煤灰中的一些空心微珠、粘连体、煤胞以及多孔碳粒等将会被碾碎,形成变异性较小的微细粒屑,使更多的活性玻璃体暴露出来,增加了活性物质与激发剂之间的反应机率,使粉煤灰的反应能力增大,即活性提高。然后是化学固化剂的激发作用,化学固化剂不仅参与水化硬化反应,促进水化产物的生成,还可以溶蚀湿排粉煤灰颗粒的表面,产生的新界面处于高反应活性状态。湿排粉煤灰、活性矿物材料的混合料在化学固化剂的作用下,活性矿物材首先发生水化反应,水化产生大量的Ca(0H)2及C-S-H凝胶。湿排粉煤灰的水化速度比活性矿物材慢,因此,湿排粉煤灰胶凝材料的早期强度主要来自于活性矿物材。在Ca(0H)2及化学固化剂的作用下,湿排粉煤灰颗粒逐渐开始水化,生成C-S-H凝胶。后期,由于活性矿物材料与湿排粉煤灰颗粒的不断水化,强度不断提高。具体实施例方式以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。湿排粉煤灰胶凝材料由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰45-66%;活性矿物材料28%49%;化学固化剂1.5%8%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣10-60%;水泥熟料10-50%;偏高岭土10-40%;石膏5-10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3-30%;碳酸钾5-30%;硅酸钠5_30%;碳酸钠5_40%;硫酸钠5_30%;木质素磺酸盐减水剂5-30%,萘磺酸盐减水剂3-30%。以下给出本发明湿排粉煤灰胶凝材料的几个实施例实施例1本实施例中,各原料质量百分比如下经烘干的湿排粉煤灰45%;活性矿物材料47%;化学固化剂8%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣60%;水泥熟料10%;偏高岭土20%;石膏10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3%;碳酸钾5%;硅酸钠14%;碳酸钠40%;硫酸钠5%;木质素磺酸盐减水剂30%,萘磺酸盐减水剂3%。实施例2本实施例中,各原料质量百分比如下经烘干的湿排粉煤灰49.5%;活性矿物材料49%;化学固化剂1.5%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣10%;水泥熟料50%;偏高岭土30%;石膏10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝10%;碳酸钾20%;硅酸钠10%;碳酸钠15%;硫酸钠15%;木质素磺酸盐减水剂7%;萘磺酸盐减水剂23%。实施例3本实施例中,各原料质量百分比如下经烘干的湿排粉煤灰66%;活性矿物材料28%;化学固化剂6%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣30%;水泥熟料30%;偏高岭土35%;石膏5%。所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3%;碳酸钾30%;硅酸钠5%;碳酸钠5%;硫酸钠30%;木质素磺酸盐减水剂5%,萘磺酸盐减水剂22%。。实施例4本实施例中,各原料质量百分比如下经烘干的湿排粉煤灰60%;活性矿物材料37%;化学固化剂3%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣33%;水泥熟料50%;偏高岭土10%;石膏7%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝30%;碳酸钾5%;硅酸钠30%;碳酸钠10%;硫酸钠17%;木质素磺酸盐减水剂5%,萘磺酸盐减水剂3%。实施例5本实施例中,各原料质量百分比如下经烘干的湿排粉煤灰55%;活性矿物材料40%;化学固化剂5%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣40%;水泥熟料15%;偏高岭土40%;石膏5%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝15%;碳酸钾10%;硅酸钠10%;碳酸钠20%;硫酸钠5%;木质素磺酸盐减水剂10%,萘磺酸盐减水剂30%。上述湿排粉煤灰胶凝材料的制备方法,包括如下步骤1)将湿排粉煤灰烘干;将活性矿物材料和化学固化剂分别按实施例中的配比配料待用;2)将烘干后的湿排粉煤灰与活性矿物材料分别按实施例中的配比混合粉磨至比表面积370-550m2/kg;3)将步骤2)所得的混合物与化学固化剂分别按实施例中的配比混合均匀,得到湿排粉煤灰胶凝材料。将配制出的湿排粉煤灰胶凝材料为固体粉末形态,参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行水泥胶砂强度试验,结果如下,其中实施例0为P.C32.5标号水泥<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从上表可以看出,本发明湿排粉煤灰胶凝材料的28天强度均达到或超过P.C32.5标号水泥,且终凝时间能够有所縮短。以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。权利要求湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰45-66%;活性矿物材料28%~49%;化学固化剂1.5%~8%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣10-60%;水泥熟料10-50%;偏高岭土10-40%;石膏5-10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3-30%;碳酸钾5-30%;硅酸钠5-30%;碳酸钠5-40%;硫酸钠5-30%;减水剂10-60%。2.根据权利要求1所述的湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于所述经烘干的湿排粉煤灰和活性矿物材料被粉磨至比表面积370-550m2/kg。3.根据权利要求1所述的湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂和萘磺酸盐减水剂,所述木质素磺酸盐减水剂占化学固化剂的质量百分比为5-30%,所述萘磺酸盐减水剂占化学固化剂的质量百分比为3-30%。4.根据权利要求1至3中任一项所述的湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于所述湿排粉煤灰胶凝材料由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰66%;活性矿物材料28%;化学固化剂6%。5.根据权利要求4所述的湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣30%;水泥熟料30%;偏高岭土25%;石膏15%。6.根据权利要求4所述的湿排粉煤灰胶凝材料,其特征在于所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝10%;碳酸钾20%;硅酸钠10%;碳酸钠15%;硫酸钠15%;木质素磺酸盐减水剂7%;萘磺酸盐减水剂23%。7.如权利要求1至6中任一项所述的湿排粉煤灰胶凝材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤1)将湿排粉煤灰烘干;将活性矿物材料和化学固化剂按各自配比配料待用;2)将烘干后的湿排粉煤灰与活性矿物材料混合粉磨至比表面积370-550m2/kg;3)将步骤2)所得的混合物与化学固化剂混合均匀,得到湿排粉煤灰胶凝材料。全文摘要本发明的目的在于提供了一种强度高、成本低廉的湿排粉煤灰胶凝材料,及其制备方法,采用湿排粉煤灰为主要原料,解决了工业固体废物湿排粉煤灰的回收利用问题;所述湿排粉煤灰胶凝材料,由如下质量百分比的原料制成经烘干的湿排粉煤灰45-66%;活性矿物材料28%~49%;化学固化剂1.5%~8%;所述活性矿物材料由如下质量百分比的原料制成高炉矿渣10-60%;水泥熟料10-50%;偏高岭土10-40%;石膏5-10%;所述化学固化剂由如下质量百分比的原料制成硫酸铝3-30%;碳酸钾5-30%;硅酸钠5-30%;碳酸钠5-40%;硫酸钠5-30%;减水剂10-60%。文档编号C04B7/153GK101786821SQ20091025089公开日2010年7月28日申请日期2009年12月31日优先权日2009年12月31日发明者姜涵,敬相海,杨娟,王自强,罗晖,肖保怀申请人:重庆市建筑科学研究院
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