CN110282888A - 一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用，本发明的目的是为了解决现有的辅助胶凝材料制备的水泥混凝土早期强度低、收缩大、坍落度损失、成本高等技术问题；本发明采用的技术方案是：一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰40～90％，炉渣5～50％和水渣2～10％；所述的粉煤灰中Al2O3≥30％，f‑CaO≤2％，SO3≤3％；本发明制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料比表面积大、活性指数高，可用于制作水泥，或替代部分水泥制备高强度混凝土，有利于改善混凝土的和易性和耐久性，提高混凝土的强度和抗渗等级，具有良好的施工性能，同时减少水泥熟料的使用，进而降低碳排放。

Description

一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于胶凝材料技术领域，具体涉及一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着水泥、混凝土技术的发展，辅助胶凝材料发挥的作用日益重要，其不仅可以代替部分熟料制备水泥，还可以代替部分水泥用于混凝土的生产。
目前，常用的辅助胶凝材料主要有硅灰、石灰石、矿渣、粉煤灰等。单一的辅助胶凝材料在应用时存在一定的问题，如因粉煤灰火山灰活性效应差，导致掺加粉煤灰的水泥混凝土材料早期强度低，抗氯离子渗透、抗碳化和抗早期收缩的性能均下降；掺加矿渣的水泥混凝土材料收缩较大；硅灰的表面积较大，需水量高，应用于水泥混凝土中时需与减水剂配合使用，增加成本，并且会在一定程度上造成混凝土坍落度的损失。
在我国电力、冶金等领域迅速发展的同时，产生了大量的粉煤灰、炉渣、水渣等一般工业固体废弃物。近年来，循环流化床锅炉发电技术因其可以使用诸如煤矸石、风氧化煤等废弃物或劣质燃料得以应用广泛，但其发电产生的粉煤灰和炉渣这2种固废量远远高于同等规模煤粉炉发电技术产生的固废量。此外，由于循环流化床锅炉炉膛内部温度较低，采用炉内喷入石灰石脱硫，导致粉煤灰和炉渣中存在一定量的游离氧化钙，制约着其在建材领域中的直接利用，导致其利用水平较低，亟待开辟规模化、资源化利用途径。
循环流化床粉煤灰和炉渣以及水渣等工业固体废弃物的堆存带来了严重的环境污染问题，制约着经济的可持续发展。因此，固体废弃物的资源化利用成为需要紧迫解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的辅助胶凝材料制备的水泥混凝土早期强度低、收缩大、坍落度损失、成本高等问题，同时解决循环流化床粉煤灰在建筑材料中直接应用受限的问题，提供一种节约能源、环境污染小和生产成本低的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰40～90％、炉渣5～50％和水渣2～10％；
所述的粉煤灰和炉渣为循环流化床锅炉发电产生的固体废弃物，所述水渣为高炉冶炼生铁时所产生的熔融物，经水淬冷形成的固体废弃物；所述的粉煤灰中Al2O3≥30％，f-CaO≤2％，SO3≤3％。
进一步地，所述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的比表面积为650～710m2/kg，45μm筛余≤8％。
进一步地，所述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的活性指数不小于65％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将重量百分比为40～90％的粉煤灰、5～50％的炉渣和2～10％的水渣经球磨机协同粉磨25～45min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的应用，所述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备42.5水泥。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的应用，所述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备C40混凝土。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用循环流化床粉煤灰和炉渣、水渣等工业固体废弃物为原料，生产工艺简单、生产成本低廉、能耗小、经济环保，可实现规模化利用，同时解决了循环流化床粉煤灰、炉渣和水渣难处理的现状，实现了固废资源的有效利用，变废为宝，同时解决其堆存以及占用土地等问题。
2、本发明制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，比表面积大，活性指数高，可用于制作水泥，或替代部分水泥制备高强度混凝土，有利于改善混凝土的和易性和耐久性，提高混凝土的强度和抗渗等级，具有良好的施工性能，同时减少水泥熟料的使用，进而降低碳排放。
3、本发明制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料应用于水泥混凝土中时不需要与减水剂配合使用，可降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例中的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰40～90％、炉渣5～50％和水渣2～10％；
所述的粉煤灰和炉渣为循环流化床锅炉发电产生的固体废弃物，所述水渣为高炉冶炼生铁时所产生的熔融物，经水淬冷形成的固体废弃物；所述的粉煤灰中Al2O3≥30％，f-CaO≤2％，SO3≤3％。
所述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的比表面积为650～710m2/kg，45μm筛余≤8％，活性指数不小于65％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将重量百分比为40～90％的粉煤灰、5～50％的炉渣和2～10％的水渣经球磨机协同粉磨25～45min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
实施例2
本实施例中的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰40％、炉渣50％和水渣10％；所述的粉煤灰中Al2O3的含量为35％，f-CaO含量为1.5％，SO3含量为2.8％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，其包括下列步骤：将所述重量百分比的粉煤灰、炉渣和水渣经球磨机协同粉磨45min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的性能为：含水率为1.0％，需水量比为104％，3天、7天、28天的活性指数分别为65％、87％、94％，比表面积为650m2/kg，45μm筛余为8％。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备42.5水泥，掺入量为40％时，所制得的水泥标准稠度用水量为135ml，初凝时间160min，终凝时间270min；3d强度达26.9MPa，28d强度达48.8MPa。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料替代35％的水泥制备C40混凝土，混凝土和易性能良好，7天和28天强度分别为42.5MPa、60.4MPa，抗渗等级达P12。
实施例3
本实施例中的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰90％、炉渣5％和水渣5％；其中，粉煤灰中Al2O3的含量为34％，f-CaO含量为1.6％，SO3含量为2.6％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将所述重量百分比的粉煤灰、炉渣和水渣经球磨机协同粉磨25min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的性能为：含水率为1.0％，需水量比为98.5％，3天、7天、28天的活性指数分别为63％、85％、103％，比表面积为700m2/kg，45μm筛余为4.6％。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备42.5水泥，掺入量为40％时，标准稠度用水量为136ml，初凝用时120min，终凝用时278min；3d强度达27.3MPa，28d强度达50.3MPa。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料替代35％的水泥制备C40混凝土，混凝土和易性能良好，7天和28天强度分别为42.7MPa、61.2MPa，抗渗等级达P12。
实施例4
本实施例中的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰75％、炉渣23％和水渣2％；其中，粉煤灰中Al2O3的含量为35％，f-CaO含量为1.5％，SO3含量为2.8％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，其包括下列步骤：将所述重量百分比的粉煤灰、炉渣和水渣按比例经球磨机协同粉磨30min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的性能为：含水率为1.0％，需水量比为100％，3天、7天、28天的活性指数分别为68％、88％、101％，比表面积为686m2/kg，45μm筛余为6％。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备42.5水泥，掺入量为40％时，标准稠度用水量为138ml，初凝用时129min，终凝用时293min；3d强度达26.7MPa，28d强度达49.8MPa；
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料替代35％的水泥制备C40混凝土，混凝土和易性能良好，7天和28天强度分别为42.6MPa、60.3MPa，抗渗等级达P12。
实施例5
本实施例中的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰55％、炉渣38％和水渣7％；其中，粉煤灰中Al2O3含量为34％，f-CaO含量为1.4％，SO3含量为2.6％。
上述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，其包括下列步骤：将所述重量百分比的粉煤灰、炉渣和水渣按比例经球磨机协同粉磨35min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的性能为：含水率为1.0％，需水量比为99.5％，3天、7天、28天的活性指数分别为66％、85％、104％，比表面积为710m2/kg，45μm筛余为3.5％。
本实施例制得的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料替代40％熟料制备42.5水泥，标准稠度用水量为135ml，初凝用时120min，终凝用时285min；3d强度达27.5MPa，28d强度达50.1MPa；替代35％的水泥制备C40混凝土，混凝土和易性能良好，7天和28天强度分别为42.8MPa、60.8MPa，抗渗等级达P12。
上述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料还可用于制备轻型建筑材料。
本发明的粉煤灰、炉渣和水渣的重量百分比还可以在：粉煤灰40～90wt％，炉渣5～50wt％和水渣2～10wt％中任意组合选择，其保护范围的不受上述实施例的限制。

Claims (6)

1.一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：粉煤灰40～90％、炉渣5～50％和水渣2～10％；
所述的粉煤灰和炉渣为循环流化床锅炉发电产生的固体废弃物，所述水渣为高炉冶炼生铁时所产生的熔融物，经水淬冷形成的固体废弃物；所述的粉煤灰中Al2O3≥30％，f-CaO≤2％，SO3≤3％。
2.根据权利要求1所述的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，其特征在于：所述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的比表面积为650～710m2/kg，45μm筛余≤8％。
3.根据权利要求1所述的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料，其特征在于：所述的循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的活性指数不小于65％。
4.权利要求1-3所述的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将重量百分比为40～90％的粉煤灰、5～50％的炉渣和2～10％的水渣经球磨机协同粉磨25～45min，从而制成循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料。
5.权利要求1-3所述的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的应用，其特征在于：所述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备42.5水泥。
6.权利要求1-3所述的一种循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料的应用，其特征在于：所述循环流化床粉煤灰基辅助胶凝材料用于制备C40混凝土。
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