CN111704429B - 一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆、砂浆制备方法以及制备的预制构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆、砂浆制备方法以及制备的预制构件，砂浆包括以下原料：α脱硫石膏5～15份、β脱硫石膏35～45份、粉煤灰15～25份、炉底渣二次混合料10～20份、改性组分15～25份、外加剂0.5～1份；其中，改性组分包括：矿渣65～75份、生石灰5～10份、微硅粉3～10份、硬脂酸钙2～5份；外加剂包括：羟丙基甲基纤维素醚0.5～3份、钙质膨润土4.5～6.5份、聚丙烯纤维0.5～5份、硼砂1～5份、聚羧酸0.1～1份。将原料搅拌混合得到砂浆，将湿基砂浆浇注成型，制得预制构件。本发明将火电厂产生的固废全部综合利用，达到循环经济、节约土地的社会环保效益。

Description

一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆、砂浆制备方法以 及制备的预制构件
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用火电厂固废轻集料制备砂浆的技术。
背景技术
火电厂产生的废渣主要有三种：粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏。目前这三种废渣的利用主要存在如下问题：
1、粉煤灰。粉煤灰的综合利用率比较高，但必须经粉磨筛选后才能够在建材领域大量使用，这就增加了粉煤灰的成本，在一定程度上影响了粉煤灰的综合利用。
2、脱硫石膏。脱硫石膏是电厂脱硫工艺的产品，脱硫石膏的综合利用刚刚起步，人们对其应用价值和市场竞争力普遍认识不够。目前水泥行业是脱硫石膏的最大应用领域。部分水泥厂煅烧脱硫石膏，煅烧后的脱硫石膏为半水石膏(称为β脱硫石膏)，具备了胶凝材料的性能，β脱硫石膏一般晶体为菱形、片状、针状，在β脱硫石膏转换为二水石膏后，留有大量的孔隙，同时因为工艺用水量是化合水量1.5-2倍，导致晶体孔隙率更高。因此一般的β型石膏水化后存在着强度低、耐水性差等重要缺陷，严重影响了制品性能，影响了在建筑领域的工程应用。
3、炉底渣。炉底渣是燃煤经锅炉燃烧后从下部排出的灰渣，是火力电厂的又一大固体废弃物。因其温度高，通常是粉碎、水冷后排放，含水量一般在30％左右。炉底渣因为含水率高、活性低、成份中的粉煤灰与灰渣颗粒比例不稳定、含氯离子高等因素，应用很少，基本还是填埋、堆放状态。
综上所述，火电厂产生的固废，在建材领域目前均没有得到有效利用，尤其是没有得到一次性综合利用。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，将火电厂产生的固废(粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣)全部一次性综合利用，达到循环经济、节约土地的社会环保效益。
本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种利用火电厂固废轻集料为原料制备砂浆的方法，将火电厂产生的固废(粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣)全部一次性综合利用，达到循环经济、节约土地的社会环保效益。
本发明所要解决的第三个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆制备的砂浆预制件，将火电厂产生的固废(粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣)全部一次性综合利用，达到循环经济、节约土地的社会环保效益。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，所述砂浆包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏5～15份、β脱硫石膏35～45份、粉煤灰15～25份、炉底渣二次混合料10～20份、改性组分15～25份、外加剂0.5～1份；
其中，改性组份包括以下干基重量份的原料：矿渣65～75份、生石灰5～10份、微硅粉3～10份、硬脂酸钙2～5份；
外加剂包括以下干基重量份的原料：羟丙基甲基纤维素醚0.5～3份、钙质膨润土4.5～6.5份、聚丙烯纤维0.5～5份、硼砂1～5份、聚羧酸0.1～1份。
作为改进的一种技术方案，所述粉煤灰中的游离氧化钙≤3％。
作为改进的一种技术方案，所述矿渣的比表面积≥550㎡/㎏；所述矿渣的密度≥2.8g/cm3；所述矿渣的活性指数≥115％。
作为改进的一种技术方案，所述α脱硫石膏的凝结时间为5～30min；所述β脱硫石膏的凝结时间为3～30min。
作为改进的一种技术方案，所述炉底渣二次混合料的氯离子含量≤200mg/kg；所述炉底渣二次混合料的粒径为3～5mm。
作为改进的一种技术方案，所述微硅粉的二氧化硅含量≥95％；所述微硅粉中细度为≤0.8μm的占所述微硅粉重量比的80％以上。
作为改进的一种技术方案，所述炉底渣二次混合料的制备方法为：将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在2～6:1，然后泵送进入压滤机，压滤机在不低于12Mpa压力下保压20min,经压滤后过循环振动筛(筛孔3×3mm)，筛余料进入对辊破碎机继续破碎(最大出料粒径85％不大于5mm)，后与筛下料按照干基重量份1:4～6混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
利用火电厂固废轻集料制备砂浆的方法，包括以下步骤：
a、首先制备炉底渣二次混合料：将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在2～6:1，然后经压滤后过筛孔为3×3mm的筛，筛余料与筛下料按照干基重量份1:4～6混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料；
b、按照权利要求1所述的重量份计：称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4～0.5：1加水，搅拌混合1.5～5min后，再与步骤a的炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5～8min后得到所述砂浆。
作为改进的一种技术方案，步骤a中压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt％时采用碱中和过滤后再循环使用。
为解决上述第三个技术问题，本发明的技术方案是：
利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆制备的预制构件，按照上述的重量份计，称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4～0.5：1加水，搅拌混合1.5～5min后，再与步骤a的炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5～8min后得到湿基砂浆；将所述湿基砂浆浇注入成型模具中，30～120min后脱模，制得砖、块、板、其他预制构件。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明火电厂固废轻集料为原料制备的砂浆，包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏5～15份、β脱硫石膏35～45份、粉煤灰15～25份、炉底渣二次混合料10～20份、改性组分15～25份、外加剂0.5～1份；其中，改性组份包：矿渣65～75份、生石灰5～10份、微硅粉3～10份、硬脂酸钙2～5份；外加剂包括：羟丙基甲基纤维素醚0.5～3份、钙质膨润土4.5～6.5份、聚丙烯纤维0.5～5份、硼砂1～5份、聚羧酸0.1～1份。本发明将火电厂产生的废渣一次性全部利用，使火电厂的固废能够同时得到妥善解决，粉煤灰无须分选加工，可直接用于制备砂浆，炉底渣可全部使用，无需堆场，降低了工艺处理费用，做到废物回用，减少污染排放，还达到循环经济、节约土地的社会环保效益。
本发明砂浆的工艺配方中，α型石膏结晶体是短柱状(长径比小于2.8)，强度达到40Mpa以上,α石膏比表面积比β石膏小很多，需要的工艺水量更少，在水化后孔隙少，同时α石膏在β石膏初凝后才开始初凝，可以在β石膏初凝后挤压出的通道内凝结，因此α石膏可以为制品提供更高的强度、致密性、防水性能。超细矿渣与生石灰形成碱性环境可以有效促进粉煤灰的碱性激发反应，生成C-S-H凝胶，进一步生成水泥性质的硬化产物，这些产物在砂浆后期的强度增长中占据重要作用，并且有效填充了石膏水化后留下的孔隙；超细微硅粉几乎可以均布于本体系中的任何位置，尤其可以分布到体系中的孔隙，微硅粉与体系中的碱性材料、C-S-H凝胶等可以进一步反应成水硬性矿物，可显著提高体系的高抗压、抗折、抗渗性能，尤其提高了制品表面的强度及抗渗性。硬脂酸钙在体系中首先是憎水作用，再者硬脂酸钙还可以与体系中的游离钙与氧化硅等反应生成的水硬性产物，来进一步提高制品强度。聚羧酸对体系具有减水功能，与微硅粉、膨润土的润滑作用叠加后显著提高和易性，减水率达到35％，对体系强度、抗渗性提供了基础保障，也对聚丙烯纤维的增强抗裂性能起到支撑作用；硼砂与缓凝型聚羧酸共同完成石膏的缓凝，使砂浆具备合适的初终凝时间，并且不会降低石膏的硬化强度；羟丙基甲基纤维素醚与钙质膨润土为体系提供必要的保水性，且能够保证体系原始物料的均质性、触变性、流动性、抗流挂性，保障砂浆的工艺性能。
综上所述，本发明配方中的改性组分在发挥单体特性的同时又相互反应作用，生成了强度更高的矿物，这些矿物充当了体系中的硬核，又有效填充了体系的孔隙、通道，提高了制品强度、致密性、抗渗、防水等性能。经实验验证，本发明的砂浆配方制备的砂浆预制件成品抗压强度可达15～25Mpa，吸水率小于10％，软化系数大于0.75，最高可达0.90，完全解决了石膏类制品的固有缺陷，为其工程应用提供了质量保证。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中使用的原料的技术指标分别为：
α脱硫石膏：
初凝时间 终凝时间 2h抗折强度 烘干抗压强度
≥5min ≤30min ≥4.0MPa ≥30.0MPa
β脱硫石膏：
Figure GDA0003468145600000051
粉煤灰：游离氧化钙≤3％，体积安定性合格
矿渣：
Figure GDA0003468145600000052
生石灰：
Figure GDA0003468145600000053
微硅粉：
二氧化硅含量 细度 比表面积
≥95％ 80％质量份≤0.8μm ≥20㎡/g
硬脂酸钙：
游离硬脂酸 含水量 细度
≤1.0％ ≤3.5％ 0.080mm方孔筛筛余≤1.0％
钙质膨润土：
表观粘度 剪切稀释指数 保水率 挥发份
≥3.0Pa.s ≥6.0 ≥80.0％ ≤10％
羟丙基甲基纤维素醚：
粘度 干燥失重率 硫酸盐灰分
10000～20000Pa.s ≤6.0％ ≤2.5％
聚丙烯纤维：
密度 断裂伸长率 长度范围
≤0.95g/cm2 ≤40％ 6-12mm
硼砂：
有效含量 硫酸盐 氯离子 铁含量
≥95％ ≤0.2％ ≤0.05％ ≤0.005％
聚羧酸：
类型 有效固含量 用于砂浆泌水率比 形态
缓凝型 ≥48 ≤80％ 粉体
实施例1
一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，所述砂浆包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏(初凝时间为5min)10份、β脱硫石膏(初凝时间为3min)40份、粉煤灰(游离氧化钙≤3％)20份、炉底渣二次混合料(氯离子含量180mg/kg；所述炉底渣二次混合料的粒径为3～5mm)15份、改性组分20份、外加剂0.8份；
其中，改性组份包括以下干基重量份的原料：矿渣(比表面积600㎡/㎏；所述矿渣的密度2.85g/cm3；所述矿渣的活性指数118％)70份、生石灰8份、微硅粉(二氧化硅含量96％；所述微硅粉中细度为≤0.8μm的占所述微硅粉重量比的85％)6份、硬脂酸钙4份；
外加剂包括以下干基重量份的原料：羟丙基甲基纤维素醚1.5份、钙质膨润土5份、聚丙烯纤维3.5份、硼砂3份、聚羧酸0.5份。
实施例2
一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，所述砂浆包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏(初凝时间为5min)12份、β脱硫石膏(初凝时间为3min)42份、粉煤灰(游离氧化钙2.8％)22份、炉底渣二次混合料(氯离子含量200mg/kg；所述炉底渣二次混合料的粒径为3～5mm)18份、改性组分22份、外加剂0.8份；
其中，改性组份包括以下干基重量份的原料：矿渣(比表面积560㎡/㎏；所述矿渣的密度2.8g/cm3；所述矿渣的活性指数116％)72份、生石灰9份、微硅粉(二氧化硅含量95％；所述微硅粉中细度为≤0.8μm的占所述微硅粉重量比的82％)3～10份、硬脂酸钙4份；
外加剂包括以下干基重量份的原料：羟丙基甲基纤维素醚2份、钙质膨润土6份、聚丙烯纤维4份、硼砂4份、聚羧酸0.8份。
实施例3
一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，所述砂浆包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏(初凝时间为5min)8份、β脱硫石膏(初凝时间为3min)38份、粉煤灰(游离氧化钙2.9％)18份、炉底渣二次混合料(氯离子含量200mg/kg；所述炉底渣二次混合料的粒径为3～5mm)12份、改性组分18份、外加剂0.6份；
其中，改性组份包括以下干基重量份的原料：矿渣(比表面积555㎡/㎏；所述矿渣的密度2.85g/cm3；所述矿渣的活性指数117％)68份、生石灰6份、微硅粉(二氧化硅含量95.5％；所述微硅粉中细度为≤0.8μm的占所述微硅粉重量比的80％以上)4份、硬脂酸钙3份；
外加剂包括以下干基重量份的原料：羟丙基甲基纤维素醚1份、钙质膨润土4.5份、聚丙烯纤维1.5份、硼砂2份、聚羧酸0.3份。
实施例4
将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在3:1，然后泵送进入压滤机，压滤机在不低于12Mpa压力下保压20min,经压滤后过循环振动筛(筛孔3×3mm)，筛余料进入对辊破碎机继续破碎，后与筛下料按照干基重量份1:5混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料。压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt％时采用碱中和过滤后再循环使用。
按照实施例1的重量份计，称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4：1加水，搅拌混合3min后，再与炉底渣二次混合料混合，继续搅拌6min后得到所述砂浆。
实施例5
将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在4:1，然后泵送进入压滤机，压滤机在不低于12Mpa压力下保压20min,经压滤后过循环振动筛(筛孔3×3mm)，筛余料进入对辊破碎机继续破碎(最大出料粒径85％不大于5mm)，后与筛下料按照干基重量份1:5.5混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料。压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt％时采用碱中和过滤后再循环使用。
按照实施例2的重量份计，称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.5：1加水，搅拌混合5min后，再与炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5min后得到所述砂浆。
实施例6
将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在3:1，然后泵送进入压滤机，压滤机在不低于12Mpa压力下保压20min,经压滤后过循环振动筛(筛孔3×3mm)，筛余料进入对辊破碎机继续破碎(最大出料粒径85％不大于5mm)，后与筛下料按照干基重量份1:5混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料。压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt％时采用加碱中和过滤后再循环使用。
按照实施例1的重量份计，称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.5：1加水，搅拌混合3min后，再与炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5min后得到湿基砂浆；将所述湿基砂浆浇注入成型模具中，30min后脱模，制得砖预制构件。经检测得到的砖预制构件的抗压强度为23.5MPa，吸水率9.5％，软化系数0.86。
实施例7
将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在2:1，然后泵送进入压滤机，压滤机在13Mpa压力下保压20min,经压滤后过循环振动筛(筛孔3×3mm)，筛余料进入对辊破碎机继续破碎(最大出料粒径85％不大于5mm)，后与筛下料按照干基重量份1:5混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料。压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt％时加入碱中和过滤后再循环使用。
按照实施例2的重量份计，称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4：1加水，搅拌混合4min后，再与炉底渣二次混合料混合，继续搅拌6min后得到湿基砂浆；将所述湿基砂浆浇注入成型模具中，30min后脱模，制得板预制构件。经检测得到的板预制构件的抗压强度为25.0MPa，吸水率9.0％，软化系数0.88。
对比例1
对比例1与实施例7的区别在于，配方中不含有硬脂酸钙，其余相同。经检测得到的板预制构件的抗压强度为21.6MPa，吸水率9.2％，软化系数0.87。
对比例2
对比例2与实施例7的区别在于，配方中不含有聚羧酸，其余相同。经检测得到的板预制构件的抗压强度为22.3MPa，吸水率9.1％，软化系数0.86。

Claims (9)

1. 一种利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于所述砂浆包括以下干基重量份的原料：α脱硫石膏5～15份、β脱硫石膏35～45份、粉煤灰15～25份、炉底渣二次混合料10～20份、改性组分15～25份、外加剂 0.5～1份；所述炉底渣二次混合料的制备方法为：将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在2～6:1，然后经压滤后过筛，筛余料继续破碎后与筛下料按照干基重量份1:4～6混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料；
其中，改性组份包括以下干基重量份的原料：矿渣65～75份、生石灰 5～10份、微硅粉3～10份、硬脂酸钙2～5份；
外加剂包括以下干基重量份的原料：羟丙基甲基纤维素醚0.5～3份、钙质膨润土4.5～6.5份、聚丙烯纤维0.5～5份、硼砂1～5份、聚羧酸 0.1～1份。
2.如权利要求1所述的利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于：所述粉煤灰中的游离氧化钙≤3%。
3.如权利要求1所述的利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于：所述矿渣的比表面积≥550㎡/㎏；所述矿渣的密度≥2.8g/cm3；所述矿渣的活性指数≥115%。
4.如权利要求1所述的利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于：所述α脱硫石膏的凝结时间为5～30min；所述β脱硫石膏的凝结时间为3～30min。
5.如权利要求1所述的利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于：所述炉底渣二次混合料的氯离子含量≤200mg/kg；所述炉底渣二次混合料的粒径为3～5mm。
6.如权利要求1所述的利用火电厂固废轻集料为原料的砂浆，其特征在于：所述微硅粉的二氧化硅含量≥95%；所述微硅粉中细度为≤0.8μm的占所述微硅粉重量比的80%以上。
7.利用火电厂固废轻集料制备砂浆的方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先制备炉底渣二次混合料：将火电厂直排炉底渣加水稀释至水料比在2～6:1，然后经压滤后过筛孔为3×3mm的筛，筛余料与筛下料按照干基重量份1:4～6混合并搅拌均匀，得到所述炉底渣二次混合料；
b、按照权利要求1所述的重量份计：称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4～0.5：1加水，搅拌混合1.5～5min后，再与步骤a的炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5～8min后得到所述砂浆。
8.如权利要求7所述的利用火电厂固废轻集料制备砂浆的方法，其特征在于：步骤a中压滤后的洗涤水循环利用，当洗涤水中氯离子含量大于3wt%时加入碱中和过滤后再循环使用。
9.如权利要求7所述的利用火电厂固废轻集料制备砂浆的方法制备的砂浆为原料制备的预制构件，其特征在于按照权利要求1所述的重量份计：称取除炉底渣二次混合料之外的原料组分，按照水料比为0.4～0.5：1加水，搅拌混合1.5～5min后，再与步骤a的炉底渣二次混合料混合，继续搅拌5～8min后得到湿基砂浆；将所述湿基砂浆浇注入成型模具中，30～120min后脱模，制得预制构件。
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