CN111116117A - 一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土 - Google Patents

一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，以质量份数计，由以下几种原料制成：固硫灰渣88～165份、水泥260～293份、粉煤灰29～55份、激发剂0.4～0.5份、发泡剂0.7～0.8份以及水180～190份。本发明首次将热电厂固体废物固硫灰渣应用于泡沫轻质土中，为解决固硫灰渣的堆存问题提供了一种可行的方法，促进循环流化床燃烧这种清洁能源技术的利用与发展。本发明采用粉煤灰与固硫灰混掺，可降低固硫灰渣轻质土的膨胀性并且使固硫灰基轻质土的膨胀稳定期提前，减小因固硫灰渣膨胀性对泡沫轻质土造成的破坏。

Description

一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种化学激发固硫灰渣基泡沫轻质土。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不 必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所 公知的现有技术。
泡沫轻质土是将由发泡剂发泡得到的泡沫群加入到胶凝材料中，经过养护得 到的具有大量密闭气孔的轻质工程材料。其具有质量轻、整体性好、强度与密度 可调节、高流动性、良好的隔热、隔音、防水性能、凝固后自立性等优点，用于 道路加宽时的路基填土可减小新老路基沉降差异，节省道路用地，并且缩短工期， 用于桥台背填土时可大幅度缓解桥头跳车的问题，同时减小对桥台结构物的水平 力。而现有的泡沫轻质土大都以水泥、粉煤灰作为胶凝材料，生产成本高，不适 合大规模推行。
随着清洁燃煤技术的发展，循环流化床燃烧技术因其高效、低污染、清洁生 产的优势，以及对燃料的广泛适应性，在火力发电领域迅速发展。然而循环流化 床燃烧技术产生的固体废物固硫灰渣的排放量远高于粉煤锅炉产生的粉煤灰，并 且未经处理的固硫灰渣由于颗粒粗糙、表面疏松多孔、化学活性低、高硫高钙等 物理化学性质，应用于水泥基材料中会引起工作性不良与后期膨胀的问题，制约 了固硫灰渣的大规模利用。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种化学激发固硫灰渣基泡沫轻质土。本 发明首次将热电厂固体废物固硫灰渣应用于泡沫轻质土中，为解决固硫灰渣的堆 存问题提供了一种可行的方法，促进循环流化床燃烧这种清洁能源技术的利用与 发展。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，由以下重量份的原料制成：固硫灰 渣88～165份、水泥260～293份、粉煤灰29～55份、激发剂0.4～0.5份、发泡剂 0.7～0.8份以及水180～190份。
本发明的原理为：本发明以水泥、固硫灰渣、粉煤灰等作为基本原料，强 度来源主要有以下几个部分：(1)水泥中C3S、C4S、C3A、C4AF水化产生C-S-H 和Ca(OH)2。(2)固硫灰中残留的石膏与(1)中C-A-H反应产生钙矾石为轻 质土提供初期强度。(3)多元醇胺类通过醇胺分子中羟基上的氧原子与水泥中 Ca2+、Fe3+等金属离子发生络合，生产胺-钙或胺-铁络合物，从而促进水泥中C3A、 C4AF以及C3S等的溶解水化，从而促进C-S-H、CH、Aft、AFm等水化产物的 形成，同时改善硬化水泥浆体的孔结构，影响水泥水化产物的微观形貌，从而影 响水泥浆体的孔结构。
在一些实施例中，由以下重量份的原料制成：固硫灰渣88～125份、水泥 260～275份、粉煤灰29～42份、激发剂0.4～0.45份、发泡剂0.7～0.8份以及水 180～185份。本申请利用粉煤灰与固硫灰渣混掺产生协同作用，提高发泡剂轻质 土后期强度。
在一些实施例中，由以下重量份的原料制成：固硫灰渣125～165份、水泥 275～293份、粉煤灰42～55份、激发剂0.45～0.5份、发泡剂0.7～0.9份以及水185～190份。多元醇胺类激发剂可以在较低掺量时提高发泡剂轻质土强度，因此 成本较低。
本申请采用过碱激发剂，一是成本较高，二是与复合蛋白发泡剂不兼容，导 致消泡，密度提高。
在一些实施例中，所述固硫灰渣中，CaO含量为20％～41％，SiO2含量为 35％～50％，SO3含量为1％～10％，Al2O3含量为15％～25％，余为其他杂质。既能 大幅降低泡沫轻质土成本，又能提高泡沫轻质土后期强度。
在一些实施例中，所述激发剂由三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺 组成，其比例为1:1:1。本申请研究发现：上述的多元醇胺类激发剂的组合与固 硫灰渣适应性好，可以更好地提高泡沫轻质土的强度和干缩性能。
在一些实施例中，所述发泡剂稀释倍数为40～50倍，发泡倍数为20～30倍， 泡沫密度为40g～50g/L，消泡率不大于7％。所述泡沫由发泡剂稀释后经高压空 气法发泡制得。
在一些实施例中，所述固硫灰渣基泡沫轻质土湿密度为550～650g/L，其28d 抗压强度不低于1.2MPa。既能大幅降低泡沫轻质土成本，又能提高泡沫轻质土 后期强度。
本发明还提供了一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，包括：
将固硫灰渣、粉煤灰、水泥干拌、混合均匀；
加水，湿拌，混合均匀后，再加入激发剂，混合均匀；
然后，加入泡沫，混合均匀，调节浆液密度至550～650g/L并测试流值，形 成浆液；
将浆液浇注到模具中，养护，脱模，即得固硫灰渣基泡沫轻质土。
本发明采用粉煤灰与固硫灰混掺，可降低固硫灰渣轻质土的膨胀性并且使固 硫灰基轻质土的膨胀稳定期提前，减小因固硫灰渣膨胀性对泡沫轻质土造成的破 坏，同时泡沫轻质土的干缩可抵消一部分固硫灰渣的膨胀，更加有利于固硫灰渣 在水泥基材料中的应用。
在一些实施例中，所述干拌的条件为：于1300～1500rpm的转速下搅拌 3～5min；湿拌的条件为：于1300～1500rpm的转速下搅拌3～5min；加入激发剂 后，于1300～1500rpm的转速下搅拌3～5min；加入泡沫后，于600～800rpm的转 速下搅拌2～3min，以通过多次搅拌混合，有效地提高物料的混合效率，使形成 的泡沫轻质土具有良好的性能。
本发明还提供了任一上述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土在建筑领域、 耐火保温领域、过滤领域、抗渗水领域、机场跑道阻力带材料领域中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明首次将热电厂固体废物固硫灰渣应用于泡沫轻质土中，为解决 固硫灰渣的堆存问题提供了一种可行的方法，促进循环流化床燃烧这种清洁能源 技术的利用与发展。
(2)本发明采用粉煤灰与固硫灰渣混掺，一方面可改善单掺固硫灰渣时强 度较低的问题，提高泡沫轻质土后期强度，另一方面可降低固硫灰渣轻质土的膨 胀性并且使固硫灰基轻质土的膨胀稳定期提前，减小因固硫灰渣膨胀性对泡沫轻 质土造成的破坏，同时泡沫轻质土的干缩可抵消一部分固硫灰渣的膨胀，更加有 利于固硫灰渣在水泥基材料中的应用。
(3)常规泡沫轻质土采用水泥、粉煤灰作为胶凝材料，其生产成本较高， 不适合大规模推行。本发明采用工业固废固硫灰渣替代部分胶凝材料，在强度满 足路堤填筑强度要求(《公路路基设计规范》(JTGD30—2015)中采用泡沫轻质 土作为路堤材料的要求为28d无侧限抗压强度≥0.6Mpa)的前提下，大大降低了 泡沫轻质土的造价，同时易于制备。
(4)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或 它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对目前固硫灰渣由于颗粒粗糙、表面疏松多孔、 化学活性低、高硫高钙等物理化学性质，应用于水泥基材料中会引起工作性不良 与后期膨胀的问题。因此，本发明提出一种固硫灰渣基泡沫轻质土，以质量份数 计，由以下几种原料制成：固硫灰渣88～165份、水泥260～293份、粉煤灰29～55 份、激发剂0.4～0.5份泡沫35～40份以及水180～190份。
在一些实施例中，所述固硫灰渣与粉煤灰比例为2:1～4:1，本发明经前期试 验表明，上述比例能使固硫灰渣与粉煤灰的活性成分充分反应。
在一些实施例中，所述固硫灰渣细度要求为过1mm方孔筛，该细度的固硫 灰渣既易于搅拌，同时能使固硫灰渣与其他原材料充分反应。所述固硫灰渣CaO 含量为20％～41％，SiO2含量为35％～50％，SO3含量为1％～10％，Al2O3含量为 15％～25％。
在一些实施例中，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
在一些实施例中，所述激发剂由三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺 组成，其比例为1:1:1。
在一些实施例中，所述发泡剂稀释倍数为40～50倍，发泡倍数为20～30倍， 泡沫密度为40g～50g/L，消泡率不大于7％。
在一些实施例中，所述固硫灰渣基泡沫轻质土湿密度为550～650g/L，其28d 抗压强度不低于1.2MPa。
在一些实施例中，所述固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量一定质量份的固硫灰渣、粉煤灰、水泥和泡沫原料；
(2)将步骤(1)中固硫灰渣、粉煤灰、水泥以1300～1500rpm的转速先搅 拌3～5min；
(3)将水加入步骤(2)预先搅拌的干料中，以1300～1500rpm的转速搅拌 3～5min；
(4)将称量好的激发剂加入步骤(3)所得混合浆液中，以1300～1500rpm 的转速搅拌3～5min。
(5)将称量好的发泡剂稀释倍数为40～50倍后经高压空气法发泡制得泡沫， 然后，将泡沫加入步骤(4)所得混合浆液中，以600～800rpm的转速搅拌2～3min。
(6)调节混合浆液密度至550～650g/L并测试流值，直至流值达到18±1cm。
(7)将所得浆液浇入准备好的试模中，常温覆盖养护，24h后脱模，密封 常温养护，即可得到所述固硫灰渣基泡沫轻质土。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具 体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，发泡剂为复合发泡剂，购自烟台驰龙建筑节能科技有限公司；
激发剂由三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺组成，其比例为1:1:1。
固硫灰渣中，CaO含量为30％，SiO2含量为42％，SO3含量为5％，Al2O3含量为20％，余为其他杂质。
粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
实施例1
一种固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量固硫灰渣116份、粉煤灰39份、水泥260份、激发剂0.5份、水 186份和发泡剂0.7份；
(2)将步骤(1)中固硫灰渣、粉煤灰、水泥以1400rpm的转速先搅拌3min；
(3)将水加入步骤(2)预先搅拌的干料中，以1400rpm的转速搅拌3min；
(4)将激发剂加入步骤(3)搅拌好的水泥浆液中，以1400rpm的转速搅 拌3min；
(5)将发泡剂稀释倍数为40倍后经高压空气法发泡制得泡沫，然后，将泡 沫加入步骤(3)所得混合浆液中，以700rpm的转速搅拌2min。
(6)调节混合浆液密度至600g/L并测试流值，直至流值达到18±1cm。
(7)将所得浆液浇入准备好的试模中，常温覆盖养护，24h后脱模，密封 常温养护，即可得到所述固硫灰渣基泡沫轻质土。
将本实施例制得固硫灰渣基泡沫轻质土试件进行抗压强度量测试，得出其 28d抗压强度为1.2MPa。
实施例2
一种固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量固硫灰渣101份、粉煤灰34份、水泥275份、水191份、激发剂 0.5份和发泡剂0.7份；
(2)将步骤(1)中固硫灰渣、粉煤灰、水泥以1400rpm的转速先搅拌3min；
(3)将水加入步骤(2)预先搅拌的干料中，以1400rpm的转速搅拌3min；
(4)将激发剂加入步骤(3)搅拌好的水泥浆液中，以1400rpm的转速搅 拌3min；
(5)将发泡剂稀释倍数为40倍后经高压空气法发泡制得泡沫，然后，将泡 沫加入步骤(3)所得混合浆液中，以700rpm的转速搅拌2min。
(6)调节混合浆液密度至600g/L并测试流值，直至流值达到18±1cm。
(7)将所得浆液浇入准备好的试模中，常温覆盖养护，24h后脱模，密封 常温养护，即可得到所述固硫灰渣基泡沫轻质土。
将本实施例制得固硫灰渣基泡沫轻质土试件进行抗压强度量测试，得出其 28d抗压强度为1.32MPa。
实施例3
一种固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量固硫灰渣84份、粉煤灰22份、水泥290份、激发剂0.5份、水 189份和发泡剂0.8份；
(2)将步骤(1)中固硫灰渣、粉煤灰、水泥以1400rpm的转速先搅拌3min；
(3)将水加入步骤(2)预先搅拌的干料中，以1400rpm的转速搅拌3min；
(4)将激发剂加入步骤(3)搅拌好的水泥浆液中，以1400rpm的转速搅 拌3min；
(5)将发泡剂稀释倍数为40倍后经高压空气法发泡制得泡沫，然后，将泡 沫加入步骤(3)所得混合浆液中，以700rpm的转速搅拌2min，进行流值与湿 密度测试。
(6)调节混合浆液密度至600g/L并测试流值，直至流值达到18±1cm。
(7)将所得浆液浇入准备好的试模中，常温覆盖养护，24h后脱模，密封 常温养护，即可得到所述固硫灰渣基泡沫轻质土。
将本实施例制得固硫灰渣基泡沫轻质土试件进行抗压强度量测试，得出其 28d抗压强度为1.4MPa。
对比例1(水泥掺量低时)
与实施例1的区别在于，原料组分及重量分为固硫灰渣149份，粉煤灰50 份，水泥220份，水181份，激发剂0.5份，发泡剂0.6份。
将本实施例得固硫灰渣基泡沫轻质土浇入试模，进行强度测试，得出28d 抗压强度为0.63MPa，并且试件表面会出现体积不安定性的现象。
对比例2(无激发剂时)
与实施例1的区别在于，原料组分及重量分为固硫灰渣116份，粉煤灰39 份，水泥260份，水186份，发泡剂0.7份。
将本实施例制得固硫灰渣基泡沫轻质土试件进行抗压强度测试，得出其28 天抗压强度为1.01MPa。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制 本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人 员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进 行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本 发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各 种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：固硫灰渣88～165份、水泥260～293份、粉煤灰29～55份、激发剂0.4～0.5份、发泡剂0.7～0.8份以及水180～190份。
2.如权利要求1所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：固硫灰渣88～125份、水泥260～275份、粉煤灰29～42份、激发剂0.4～0.45份、发泡剂0.7～0.8份以及水180～185份。
3.如权利要求1所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：固硫灰渣125～165份、水泥275～293份、粉煤灰42～55份、激发剂0.45～0.5份、发泡剂0.7～0.8份以及水185～190份。
4.如权利要求1-3任一项所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，所述固硫灰渣中，CaO含量为20％～41％，SiO2含量为35％～50％，SO3含量为1％～10％，Al2O3含量为15％～25％。
5.如权利要求1-3任一项所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，所述激发剂由三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三乙醇胺组成，其比例为1:1:1。
6.如权利要求1-3任一项所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，所述发泡剂稀释倍数为40～50倍，发泡倍数为20～30倍，泡沫密度为40g～50g/L，消泡率不大于7％。
7.如权利要求1-3任一项所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土，其特征在于，所述固硫灰渣基泡沫轻质土湿密度为550～650g/L，其28d抗压强度不低于1.2MPa。
8.一种化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，包括：
将固硫灰渣、粉煤灰、水泥干拌、混合均匀；
加水，湿拌，混合均匀后，再加入激发剂，混合均匀；
然后，加入泡沫，混合均匀，调节浆液密度至550～650g/L并测试流值，形成浆液；
将浆液浇注到模具中，养护，脱模，即得固硫灰渣基泡沫轻质土。
9.如权利要求8所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，所述干拌的条件为：于1300～1500rpm的转速下搅拌3～5min；
或湿拌的条件为：于1300～1500rpm的转速下搅拌3～5min；
或加入激发剂后，于1300～1500rpm的转速下搅拌3～5min；
或加入泡沫后，于600～800rpm的转速下搅拌2～3min。
10.权利要求1-7任一项所述的化学激发的固硫灰渣基泡沫轻质土在建筑领域、耐火保温领域、过滤领域、抗渗水领域、机场跑道阻力带材料领域中的应用。
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