CN115849940B - 一种加气混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加气混凝土及其制备方法，属于固废资源化利用和新型建材领域，所述加气混凝土具体以高盐废水为拌合水，且水灰比为0.43；还包括以下原料：低碳煤气化渣、钙质原料、碱性激发剂、发泡剂、稳泡剂以及早强剂。其制备方法包括以下步骤：将低碳煤气化渣进行湿度预处理和粒度调控，再与碱性激发剂、钙质原料、稳泡剂以及早强剂混合均匀进行一次搅拌，然后加入高盐废水进行二次搅拌，再加入发泡剂进行三次搅拌，最后将料浆注入模具中，经静置、发气、养护，得到加气混凝土。本发明综合利用煤化工废渣和高盐废水，制得了性能良好的加气混凝土，可满足蒸压加气混凝土砌块的要求，达到对煤化工废弃物全方位资源化利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用和新型建材领域，特别是涉及一种加气混凝土及其制备方法。
背景技术
随着工业经济的快速发展，我国“富煤、贫油、少气”的能源结构缺陷逐渐凸显，使得对煤炭开采利用的依赖与日俱增。现阶段主流煤化工技术，将煤气化作为支柱，进一步合成、制取各种化工产品，但煤气化工业过程产生的废渣及废水量巨大、成分复杂，且有毒有害物质多，并且，我国的煤制油项目多在煤炭资源丰富的西部建设，而西部生态环境脆弱，一旦破坏，很难恢复。因此，开展煤气化工艺中废渣及废水综合治理研究，对于煤炭清洁利用及可持续发展有着无可比拟的现实意义。
利用气化渣生产建材制品是目前煤炭清洁利用及可持续发展的主要研究方向，现有技术中，主要基于低碳煤气化渣的集料作用和火山灰效应进行制砖、砌块、掺制水泥或混凝土等，但是低碳煤气化渣活性较低，严重影响了其建材化利用技术。
因此，如何提供一种能够充分利用低碳煤气化渣的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加气混凝土及其制备方法，对煤化工废渣和废水能够同时进行彻底的全方位处理，将化工废弃物有机相结合制备加气混凝土产品作为装配式建材使用，达到对煤化工废弃物综合资源化利用的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：
低碳煤气化渣100份，钙质原料10份，碱性激发剂10份，发泡剂3-7份，稳泡剂0-2.5份，早强剂2份；
所述加气混凝土以高盐废水为拌合水，且水灰比为0.43。
优选的，所述钙质原料为氢氧化钙、石灰石粉、电石渣、生石灰、普通硅酸盐水泥中的一种或几种。
优选的，所述碱性激发剂为氢氧化钠、硫酸钠、硅酸钠、硫酸氢钠。
优选的，所述发泡剂为铝粉、双氧水、植物类发泡剂、动物类发泡剂、混合类发泡剂中的一种或几种；
其中，双氧水质量浓度为13％；
植物类发泡剂包括茶皂素发泡剂和皂角苷型发泡剂等；
动物类发泡剂包括废动物毛发泡剂和动物蛋白发泡剂；
混合类发泡剂包括松香类与动植物蛋白复合发泡剂。
优选的，所述稳泡剂为硬脂酸钙、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺中的一种或几种。
优选的，所述早强剂为甲酸钙、硫酸钠、硫酸钙、氯化钠、氯化钙、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种。
有益效果：本发明充分利用煤化工高盐废水作为主要激发剂，辅以少量碱性激发剂以及钙质原料等添加剂，激发低碳煤气化渣，制备加气混凝土，最终得到的加气混凝土性能满足蒸压加气混凝土砌块使用标准(GB/T 11969-2020)。
一种加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将低碳煤气化渣进行湿度预处理和粒度调控后，与碱性激发剂、钙质原料、稳泡剂和早强剂混合均匀进行一次搅拌，然后加入高盐废水进行二次搅拌，再加入发泡剂进行三次搅拌，最后将料浆注入模具中，经静置、发气、养护，得到加气混凝土。
有益效果：本发明中碱性激发剂和高盐废水的加入能显著提高料浆的碱度，有利于煤气化渣中Si-O键和Al-O键的分解，水化反应活性明显提高，从而生成更多的C-S-H、C-A-H；碱性激发剂为主要水化产物C-S-H凝胶提供了必需的Ca2+。
此外，本发明中的低碳煤气化渣本身含有大量铝硅酸盐玻璃体，无需煅烧就已经具备潜在水化活性。在强碱性环境下，大量活性硅铝溶出，与碱性激发剂和钙质原料反应生成水化硅酸钙凝胶，为坯体提供强度。
优选的，所述湿度预处理为：将低碳煤气化渣在干燥箱中110℃恒温条件下干燥24h；
所述粒度调控为：使用球磨机将干燥后的低碳煤气化渣研磨60分钟，得到比表面积为413m2/kg、平均粒径为21.58μm的低碳煤气化渣粉末。
有益效果：本发明中的低碳煤气化渣经过球磨机的粉磨，破坏了煤气化渣颗粒中的玻璃体结构，使黏结在一起的粗大玻璃体结构解体，释放出内部具有活性的玻璃微珠，并经过粉磨将部分机械能转化为煤气化渣颗粒的表面能或内能，降低矿物晶体的结合键能，增大颗粒与碱性激发剂的接触面积，加速了煤气化渣的水化反应进程。但粉磨时间过长易导致煤气化渣颗粒比表面积降低，因为粉磨过程中机械热作用导致细小颗粒产生团聚，比表面积增大。本发明中限定的研磨60分钟后煤气化渣的活性增长幅度最大。
优选的，所述一次搅拌速率为自转140±5r/min，公转62±5r/min，搅拌时间为2min；
所述二次搅拌速率为自转285±10r/min，公转125±10r/min，搅拌时间为3min；
所述三次搅拌速率为自转285±10r/min，公转125±10r/min，搅拌时间为10s。
有益效果：本发明先慢速搅拌2min，使粉料充分混合均匀；再加水后快搅拌3min，使混合均匀的粉料与高盐废水充分接触，制备成稠度适宜的均一浆体，最后加入双氧水再快速搅拌10s，这能够保证双氧水在料浆中分布均匀的前提下缩短搅拌时间，防止气泡因搅拌而快速溢出料浆或破裂，并在料浆明显膨胀前就注入模具。
优选的，所述静置、发气、养护过程温度为20-100℃；
所述静置发气时间为4h；
所述养护为常温养护和/或蒸汽养护，且养护时间为24h-28天。
有益效果：本发明采用不同养护方式进行养护控制，制备满足混凝土预制构件混凝土，用以煤化工废弃物的全方位资源化处理，能够有效处理不同煤化工企业所产生的废渣与废水。
本发明公开了一种加气混凝土及其制备方法，综合利用煤化工废渣和高盐废水，制得了性能良好的加气混凝土，可满足蒸压加气混凝土砌块的要求，达到对煤化工废弃物全方位资源化利用的目的。本发明中的加气混凝土经常温养护至28天，其抗压强度为2MPa～2.5MPa，密度为600～1000kg/m3；蒸汽养护24小时后转常温养护至28天后其抗压强度为2.2MPa～3.9MPa，密度为600～1000kg/m3。本发明用所制备的加气混凝土产品能高效利用煤化工废弃物，也可为建材行业所需原料提供新途径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例中使用的高盐废水中的盐主要包括硫酸盐和氯盐，主要化学组成如表1所示：
表1：高盐废水主要化学组成
| 成分 | 含量/wt.％ |
| Cl | 11.68 |
| SO3 | 3.73 |
| Na2O | 4.90 |
| SiO2 | 0.48 |
| K2O | 0.47 |
| CaO | 0.21 |
| MgO | 0.06 |
| 水 | 78.22 |
以下实施例中使用的低碳煤气化渣主要由SiO2和Al2O3组成，含有少量CaO和Fe2O3，主要化学组成如表2所示：
表2低碳煤气化渣的主要化学组成
| 成分 | 含量/wt.％ |
| SiO2 | 49.19 |
| Al2O3 | 17.17 |
| CaO | 13.25 |
| Fe2O3 | 9.85 |
| MgO | 3.14 |
| Na2O | 1.92 |
| K2O | 1.66 |
| TiO2 | 0.82 |
| SO3 | 0.64 |
| LOI | 2.36 |
实施例1
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：
低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙1.5份，甲酸钙2份，双氧水5份，且双氧水质量浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
将低碳煤气化渣置于110℃干燥箱中干燥24h，再将其置于球磨机中研磨60min，获得了比表面积为413m2/kg、平均粒径为21.58μm的低碳煤气化渣粉末。
将上述低碳煤气化渣粉末与氢氧化钠，氢氧化钙，硬脂酸钙，甲酸钙混合均匀后倒入搅拌锅，先以自转140±5r/min，公转62±5r/min的搅拌速率搅拌2min，然后以水灰比0.43的比例加入高盐废水，再自转285±10r/min，公转125±10r/min的搅拌速率下搅拌3min，再加入双氧水，继续再自转285±10r/min，公转125±10r/min的搅拌速率下搅拌10s，将搅拌好的料浆注入模具中，在80℃下静置发气4h后，切除坯体上部多余部分，最后在80℃蒸汽养护24h后拆模，然后标准养护至规定龄期，得到加气混凝土。
实施例2
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙0份，甲酸钙2份，双氧水5份，且双氧水浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1相同。
实施例3
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙2.5份，甲酸钙2份，双氧水5份，且双氧水浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1相同。
实施例4
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙1份，甲酸钙2份，双氧水3份，且双氧水浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1相同。
实施例5
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙1份，甲酸钙2份，双氧水7份，且双氧水浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1相同。
实施例6
一种加气混凝土，包括以下重量份数的原料：低碳煤气化渣100份，氢氧化钠10份，氢氧化钙10份，硬脂酸钙1.5份，甲酸钙2份，双氧水5份，且双氧水浓度为13％，拌合水采用高盐废水，水灰比为0.43。
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1不同之处在于：蒸汽养护的温度为60℃。
实施例7
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1不同的是：
养护方式为常温养护28天，得到的加气混凝土干密度为732.8kg/m3，抗压强度为2.1MPa；
实施例8
一种加气混凝土的制备方法，与实施例1不同的是：
在80℃蒸汽养护24小时后转常温养护至28天，得到的加气混凝土最小干密度为492.2kg/m3，对应的抗压强度为1.1MPa；最大干密度为875kg/m3，其抗压强度为3.9MPa。
单因素实验：
本发明中煤气化渣加气混凝土的绝干密度、强度等性能测定参照标准《蒸压加气混凝土性能试验方法(GB/T 11969-2020)》。
1、双氧水用量
与实施例1不同的是，硬脂酸钙添加量为1份，且分别添加双氧水3份(实施例4)、4份、5份、6份、7份(实施例5)，结果如表3所示。由最终结果可以得知，加气混凝土的抗压强度和干密度均随双氧水掺量的增大而下降。当双氧水掺量为3份时，加气混凝土抗压强度最高，28d抗压强度为3.9MPa，且干密度为875kg/m3；当双氧水掺量为5份时，试块28d抗压强度为2.4MPa，干密度为628.1kg/m3，此时比强度最高。
表3性能测试结果
2、硬脂酸钙用量
与实施例1不同的是，分别添加硬脂酸钙0份、0.5份、1份、1.5份(实施例1)、2份、2.5份，结果如表4所示。结果发现随硬脂酸钙含量增加，加气混凝土抗压强度呈先降低再上升最后下降的趋势，干密度不断降低。掺量为1.5份时，试块28d抗压强度为2.9MPa，干密度为617.2kg/m3。此时比强度最高。
表4性能测试结果
3养护温度
与实施例1不同的是，分别在养护温度为20℃、40℃，60℃、80℃(实施例1)、100℃下养护24h，结果如表5所示。结果发现随养护温度升高，加气混凝土抗压强度先增加后下降，干密度不断下降。养护温度在80℃时，试块28d抗压强度达到最大值为2.9MPa，且干密度为617.2kg/m3。
表5性能测试结果
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种加气混凝土，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：
低碳煤气化渣100份，钙质原料10份，碱性激发剂10份，发泡剂3-7份，稳泡剂0-2.5份，早强剂2份；
所述加气混凝土以高盐废水为拌合水，且水灰比为0.43；
所述钙质原料为氢氧化钙；
所述碱性激发剂为氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述的一种加气混凝土，其特征在于，所述发泡剂为铝粉、双氧水、植物类发泡剂、动物类发泡剂、混合类发泡剂中的一种或几种；
其中，双氧水的质量浓度为13％。
3.根据权利要求1所述的一种加气混凝土，其特征在于，所述稳泡剂为硬脂酸钙、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种加气混凝土，其特征在于，所述早强剂为甲酸钙、硫酸钠、硫酸钙、氯化钠、氯化钙、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种加气混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将低碳煤气化渣进行湿度预处理和粒度调控后，与碱性激发剂、钙质原料、稳泡剂和早强剂混合均匀进行一次搅拌，然后加入高盐废水进行二次搅拌，再加入发泡剂进行三次搅拌，最后将料浆注入模具中，经静置发气、养护，得到加气混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种加气混凝土的制备方法，其特征在于，所述湿度预处理为：将低碳煤气化渣在干燥箱中110℃恒温条件下干燥24h；
所述粒度调控为：使用球磨机将干燥后的低碳煤气化渣研磨60分钟，得到比表面积为413m2/kg、平均粒径为21.58μm的低碳煤气化渣粉末。
7.根据权利要求5所述的一种加气混凝土的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌速率为自转140±5r/min，公转62±5r/min，搅拌时间为2min；
所述二次搅拌速率为自转285±10r/min，公转125±10r/min，搅拌时间为3min；
所述三次搅拌速率为自转285±10r/min，公转125±10r/min，搅拌时间为10s。
8.根据权利要求5所述的一种加气混凝土的制备方法，其特征在于，所述静置、发气、养护过程温度为20-100℃；
所述静置发气时间为4h；
所述养护为常温养护和/或蒸汽养护，且养护时间为24h-28天。
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