CN111548034B - 一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料及其制备方法，此辅助胶凝材料的组成包括，60～80％的超细循环流化床粉煤灰，超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50＝5±1μm；5～20％的需水量优化组分，需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50＝4±1μm；10～25％的体积稳定性优化组分，体积稳定性优化组分的中值粒径D50＝15～20μm；以及0～0.5％的化学调控组分，化学调控组分为30～50％固含量的液体添加剂；具体的，本发明可促进循环流化床粉煤灰的建材资源化利用率，提升其作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土中的应用效果，切实解决了现技术难以有效利用循环流化床粉煤灰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及辅助胶凝材料领域，特别涉及一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料及其制备方法。
背景技术
循环流化床燃烧技术是近二十年来迅速发展起来的一种高效、低污染、清洁燃煤新技术，目前已在我国得到了迅速推广和应用。随着CFB燃煤技术在中国的推广及大型化发展，其燃烧产物排放量也日益增多。由于循环流化床锅炉的燃烧温度(850℃-950℃)明显低于普通煤粉炉锅炉的燃烧温度(最高达1500℃)，使得循环流化床粉煤灰与普通煤粉炉粉煤灰在形成机制存在根本差异，导致了循环流化床粉煤灰与普通粉煤灰的物理化学性质(包括化学成分、矿物组成、颗粒级配和形貌、活性等)存在较大的差异性。从已有的大量研究文献来看，循环流化床粉煤灰不仅具有与普通粉煤灰类似的火山灰活性，而且还具有自硬性，其火山灰活性和自硬性均比粉煤灰强，这说明循环流化床粉煤灰作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土中的潜力很大。
然而，与普通煤粉炉粉煤灰相比，循环流化床粉煤灰的颗粒表面物理性质较差(颗粒较粗，不均匀、多孔结构)，且有含量较高的CaSO4、f-CaO等成分，使得循环流化床粉煤灰用于水泥基材料时，人们普遍担心其水泥混凝土的工作性、体积稳定性、强度发展等可能受到较大影响，导致循环流化床粉煤灰在水泥混凝土材料中的应用受限，资源化利用率低，造成逐年堆积，占用大量土地，污染环境。
因此，噬需对循环流化床粉煤灰的物理化学性质进行优化改性，以促进其资源化利用水平，尤其提高作为辅助胶凝材料的建材资源化应用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料及其制备方法，以解决现技术难以有效利用循环流化床粉煤灰的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料，组成包括，60～80％的超细循环流化床粉煤灰，所述超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50＝5±1μm；5～20％的需水量优化组分，所述需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50＝4±1μm；10～25％的体积稳定性优化组分，所述体积稳定性优化组分的中值粒径D50＝15～20μm；以及0～0.5％的化学调控组分，所述化学调控组分为30～50％固含量的液体添加剂。
在其中一个实施例中，所述需水量优化组分由超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种组成。
在其中一个实施例中，所述体积稳定性优化组分由高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种组成。
在其中一个实施例中，所述化学调控组分由5～15％三乙醇胺乙酸酯、5～10％三乙二醇、0～5％二乙醇单异丙醇胺、5～15％硝酸钙、0～5％糖蜜和50～70％水组成。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种辅助胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，采用粉磨工艺磨细或分选出相应的超细循环流化床粉煤灰、需水量优化组分和体积稳定性优化组分；且所述超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50＝5±1μm；所述需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50＝4±1μm；所述体积稳定性优化组分的中值粒径D50＝15～20μm；
步骤S2，制备化学调控组分，所述化学调控组分为30～50％固含量的液体添加剂；
步骤S3，按组成比例，将所述超细循环流化床粉煤灰、所述需水量优化组分、所述体积稳定性优化组分与所述化学调控组分混合均匀，以此制成所述辅助胶凝材料；其中，所述超细循环流化床粉煤灰为60～80％，所述需水量优化组分为5～20％，所述体积稳定性优化组分为10～25％，所述化学调控组分为0～0.5％。
在其中一个实施例中，在步骤S1中，将超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出所述需水量优化组分。
在其中一个实施例中，在步骤S1中，将高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出所述体积稳定性优化组分。
在其中一个实施例中，在步骤S2中，按照组成比例先将硝酸钙溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺和糖蜜，混合均匀后制备成所述化学调控组分；其中，所述水为50～70％，所述硝酸钙为5～15％，所述三乙醇胺乙酸酯为5～15％，所述三乙二醇为5～10％，所述二乙醇单异丙醇胺为0～5％，所述糖蜜为0～5％。
在其中一个实施例中，在步骤S3中，所述化学调控组分以喷雾方式喷洒在超细粉颗粒表面，所述超细粉颗粒由所述超细循环流化床粉煤灰、所述需水量优化组分和所述体积稳定性优化组分混合而成。
本发明的有益效果如下：
1、本发明不仅大量利用了循环流化床粉煤灰等难处理固废，而且制备的辅助胶凝材料具有需水量低、活性高及体积稳定性好的优异特点。
2、本发明为了消除循环流化床粉煤灰颗粒多孔结构等引起的需水量增加、流动性下降等问题，一方面优选了＜17μm的超细循环流化床粉煤灰，其颗粒形貌与孔隙结构相对已被大为改善；另一方面引入需水量优化组分，利用＜10μm的超细微粉的形态效应、微集料效应等，进一步消除循环流化床粉煤灰对辅助胶凝材料需水量及工作性的不利影响。
3、本发明的体积稳定性优化组分为高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种，其中矿渣粉在水化硬化中的收缩性可部分抵消循环流化床粉煤灰中高硫高钙相的水化膨胀性；石灰石粉和尾矿粉中含有大量的CaCO3矿物，其通过与循环流化床粉煤灰中高硫相的水化产物结合形成碳酸盐钙矾石相CO3-AFt，起到钙矾石体积稳定性的作用。
4、本发明的化学调控组分，是由三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺、硝酸钙、糖蜜和水制备而成，其掺入量低、但效果明显。表现在：第一，三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺可以对本发明中的超细粉起到分散和防止团聚的作用；第二，其三乙醇胺乙酸酯、二乙醇单异丙醇胺分子中的胺基官能团对钙离子有络合增溶作用，不仅提高水化活性，另一方面可以提高循环流化床粉煤灰中游离钙和硬石膏等高钙相的溶出，消除其后期体积膨胀的发生；第三，硝酸钙、糖蜜组分可以适当调节本发明辅助胶凝材料的水化速率，避免本发明辅助胶凝材料对水泥混凝土的凝结硬化时间产生较大影响，此外，还可分别提高本发明辅助胶凝材料的早后期活性；第四，本发明的化学调控组分总体上可提高辅助胶凝材料在水泥混凝土材料中应用效果和适应性，有利于其在不同类型水泥混凝土中的推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明辅助胶凝材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明公开了一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料，组成包括，60～80％的超细循环流化床粉煤灰，超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50＝5±1μm；5～20％的需水量优化组分，需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50＝4±1μm；10～25％的体积稳定性优化组分，体积稳定性优化组分的中值粒径D50＝15～20μm；以及0～0.5％的化学调控组分，化学调控组分为30～50％固含量的液体添加剂。
其中，所述的需水量优化组分由超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种组成；所述的体积稳定性优化组分由高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种组成；所述的化学调控组分由5～15％三乙醇胺乙酸酯、5～10％三乙二醇、0～5％二乙醇单异丙醇胺、5～15％硝酸钙、0～5％糖蜜和50～70％水组成。
而为了制成上述的辅助胶凝材料，本发明还提供了一种辅助胶凝材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1，采用粉磨工艺磨细或分选出相应的超细循环流化床粉煤灰、需水量优化组分和体积稳定性优化组分；且超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50＝5±1μm；需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50＝4±1μm；体积稳定性优化组分的中值粒径D50＝15～20μm；
步骤S2，制备化学调控组分，化学调控组分为30～50％固含量的液体添加剂；
步骤S3，按组成比例，将超细循环流化床粉煤灰、需水量优化组分、体积稳定性优化组分与化学调控组分混合均匀，以此制成辅助胶凝材料；其中，超细循环流化床粉煤灰为60～80％，需水量优化组分为5～20％，体积稳定性优化组分为10～25％，化学调控组分为0～0.5％。
具体的，在步骤S1中，将超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出需水量优化组分；并将高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出体积稳定性优化组分。
在步骤S2中，按照组成比例先将硝酸钙溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺和糖蜜，混合均匀后制备成化学调控组分；其中，水为50～70％，硝酸钙为5～15％，三乙醇胺乙酸酯为5～15％，三乙二醇为5～10％，二乙醇单异丙醇胺为0～5％，糖蜜为0～5％。
在步骤S3中，化学调控组分以喷雾方式喷洒在超细粉颗粒表面，超细粉颗粒由超细循环流化床粉煤灰、需水量优化组分和体积稳定性优化组分混合而成。
需要指出，上述的步骤S1和步骤S2并非限定为顺序执行，即可以是先执行步骤S2，再执行步骤S2，也可以是先执行步骤S2，然后再执行步骤S1，具体根据需求进行选择便可。
综上可知，利用此方法便可制成上述的辅助胶凝材料，此辅助胶凝材料至少具备以下有益效果：
1、本发明不仅大量利用了循环流化床粉煤灰等难处理固废，而且制备的辅助胶凝材料具有需水量低、活性高及体积稳定性好的优异特点。
2、本发明为了消除循环流化床粉煤灰颗粒多孔结构等引起的需水量增加、流动性下降等问题，一方面优选了＜17μm的超细循环流化床粉煤灰，其颗粒形貌与孔隙结构相对已被大为改善；另一方面引入需水量优化组分，利用＜10μm的超细微粉的形态效应、微集料效应等，进一步消除循环流化床粉煤灰对辅助胶凝材料需水量及工作性的不利影响。
3、本发明的体积稳定性优化组分为高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种，其中矿渣粉在水化硬化中的收缩性可部分抵消循环流化床粉煤灰中高硫高钙相的水化膨胀性；石灰石粉和尾矿粉中含有大量的CaCO3矿物，其通过与循环流化床粉煤灰中高硫相的水化产物结合形成碳酸盐钙矾石相CO3-AFt，起到钙矾石体积稳定性的作用。
4、本发明的化学调控组分，是由三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺、硝酸钙、糖蜜和水制备而成，其掺入量低、但效果明显。表现在：第一，三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺可以对本发明中的超细粉起到分散和防止团聚的作用；第二，其三乙醇胺乙酸酯、二乙醇单异丙醇胺分子中的胺基官能团对钙离子有络合增溶作用，不仅提高水化活性，另一方面可以提高循环流化床粉煤灰中游离钙和硬石膏等高钙相的溶出，消除其后期体积膨胀的发生；第三，硝酸钙、糖蜜组分可以适当调节本发明辅助胶凝材料的水化速率，避免本发明辅助胶凝材料对水泥混凝土的凝结硬化时间产生较大影响，此外，还可分别提高本发明辅助胶凝材料的早后期活性；第四，本发明的化学调控组分总体上可提高辅助胶凝材料在水泥混凝土材料中应用效果和适应性，有利于其在不同类型水泥混凝土中的推广应用。
为便于进行具体说明，下文提供了多个具体的实施例。
实施例1
首先，采用粉磨工艺磨细或分选出粒径＜17μm、中值粒径D50＝5±1μm的超细循环流化床粉煤灰，粒径＜10μm、中值粒径D50＝4±1μm的超细矿渣粉，中值粒径D50＝15-20μm的石灰石粉、尾矿渣粉；其次，依次将65％水、10％三乙醇胺乙酸酯、5％三乙二醇、15％硝酸钙、5％糖蜜混合均匀制成化学调控组分；最后，将70％超细循环流化床粉煤灰、15％超细矿渣粉、5％石灰石粉和10％尾矿粉均匀混合的同时，将0.15％的化学调节外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料。
实施例2
首先，采用粉磨工艺磨细或分选出粒径＜17μm、中值粒径D50＝5±1μm的超细循环流化床粉煤灰，粒径＜10μm、中值粒径D50＝4±1μm的超细煤粉炉粉煤灰，中值粒径D50＝15-20μm的尾矿渣粉；其次，依次将70％水、10％硝酸钙、5％三乙醇胺乙酸酯、10％三乙二醇、5％二乙醇单异丙醇胺混合均匀制成化学调控组分；最后，将75％超细循环流化床粉煤灰、15％超细煤粉炉粉煤灰和10％尾矿粉均匀混合的同时，将0.15％的化学调节外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料。
实施例3
首先，采用粉磨工艺磨细或分选出粒径＜17μm、中值粒径D50＝5±1μm的超细循环流化床粉煤灰，粒径＜10μm、中值粒径D50＝4±1μm的超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠，中值粒径D50＝15-20μm的矿渣粉；其次，依次将60％水、15％硝酸钙、5％三乙醇胺乙酸酯、10％三乙二醇、5％二乙醇单异丙醇胺、5％糖蜜混合均匀制成化学调控组分；最后，将65％超细循环流化床粉煤灰、10％超细煤粉炉粉煤灰、5％粉煤灰微珠和20％矿渣粉均匀混合的同时，将0.1％的化学调节外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料。
相关实验及结果
将实施例1至实施例3得到的不同辅助胶凝材料进行水泥性能对比试验，并选取95级矿粉与Ⅰ级粉煤灰分别作为对照组，其所用的试验配比如表1所示，试验结果如表2所示。
表1水泥性能对比试验所用的配比/kg
表2水泥性能试验结果
由表2可以看出，本发明实施例的辅助胶凝材料用于水泥中其砂浆流动性与对照组相差不大，其强度和体积稳定性均优于对照组，表现出良好的应用效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用循环流化床粉煤灰的辅助胶凝材料，其特征在于，组成包括，
60~80%的超细循环流化床粉煤灰，所述超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50=5±1μm；
5~20%的需水量优化组分，所述需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50=4±1μm；
10~25%的体积稳定性优化组分，所述体积稳定性优化组分的中值粒径D50=15~20μm；
以及0~0.5%的化学调控组分，所述化学调控组分为30~50%固含量的液体添加剂；所述化学调控组分由5~15%三乙醇胺乙酸酯、5~10%三乙二醇、0~5%二乙醇单异丙醇胺、5~15%硝酸钙、0~5%糖蜜和50~70%水组成；
所述需水量优化组分由超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种组成；
所述体积稳定性优化组分由高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种组成。
2.一种辅助胶凝材料的制备方法，用于制备权利要求1所述的辅助胶凝材料，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采用粉磨工艺磨细或分选出相应的超细循环流化床粉煤灰、需水量优化组分和体积稳定性优化组分；且所述超细循环流化床粉煤灰的颗粒粒径＜17μm，中值粒径D50=5±1μm；所述需水量优化组分的颗粒粒径＜10μm，中值粒径D50=4±1μm；所述体积稳定性优化组分的中值粒径D50=15~20μm；
步骤S2，制备化学调控组分，所述化学调控组分为30~50%固含量的液体添加剂；按照组成比例先将硝酸钙溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺乙酸酯、三乙二醇、二乙醇单异丙醇胺和糖蜜，混合均匀后制备成所述化学调控组分；其中，所述水为50~70%，所述硝酸钙为5~15%，所述三乙醇胺乙酸酯为5~15%，所述三乙二醇为5~10%，所述二乙醇单异丙醇胺为0~5%，所述糖蜜为0~5%；
步骤S3，按组成比例，将所述超细循环流化床粉煤灰、所述需水量优化组分、所述体积稳定性优化组分与所述化学调控组分混合均匀，以此制成所述辅助胶凝材料；其中，所述超细循环流化床粉煤灰为60~80%，所述需水量优化组分为5~20%，所述体积稳定性优化组分为10~25%，所述化学调控组分为0~0.5%。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将超细矿渣粉、超细煤粉炉粉煤灰、粉煤灰微珠中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出所述需水量优化组分。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将高炉矿渣粉、石灰石粉、尾矿粉中的一种或多种利用粉磨工艺磨细或分选，以此得出所述体积稳定性优化组分。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述化学调控组分以喷雾方式喷洒在超细粉颗粒表面，所述超细粉颗粒由所述超细循环流化床粉煤灰、所述需水量优化组分和所述体积稳定性优化组分混合而成。
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