CN118084415A - 一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料及其方法，包括以下步骤：第一步：将全固废胶凝材料和秸秆灰按比例倒入搅拌锅中进行低速度搅拌；第二步：待全固废胶凝材料和秸秆灰拌合均匀后，将高炉矿渣细骨料和高炉矿渣粗骨料倒入搅拌锅中继续低速搅拌；第三步：将高炉矿渣细骨料、高炉矿渣粗骨料、全固废胶凝材料和秸秆灰搅拌均匀后，缓慢将水的混合溶液缓慢倒入搅拌锅里进行低速搅拌，然后在将其进行高速搅拌；第四步：待搅拌结束后，将搅拌好的混凝土少量多次浇筑在模具中，将混凝土浇筑完成后放入标准养护室中进行养护，养护到规定的龄期进行试验测试。本发明解决了农业副产物对环境的污染和生物质资源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料及农业固废利用技术领域，具体涉及一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料及其方法。
背景技术
由于我国是以农业为基础的经济体，农产品种类和产量居多，导致了一些农业固体废弃物处理问题突出，容易造成环境污染和生物质资源的浪费，农业固体废弃物的随便丢弃和任意焚烧，对农村生产生活和空气产生了严重的污染，所以农业固体废弃物处理成为了农村生产生活中的难题，例如小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆和稻壳等农业固体废弃物，利用上述秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土有利于实现农业固体废弃物的资源化和高值化利用，解决农业固体废弃物对环境的污染，将农业副产物变废为宝，具有良好的市场前景和生态效益，对解决可持续发展问题至关重要。
综合以上情况，用秸秆灰制备一种高阻抗全固废混凝土材料极为重要，为了实现混凝土的高阻抗，必须使混凝土的孔隙少、孔隙率低，混凝土密实，秸秆灰来自小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆、高梁秸秆和稻壳等农业固体废弃物，制备高阻抗全固废混凝土，原材料基本取决于农业固体废弃物，解决我国农业固体废弃物堆积焚烧污染问题，实现了低能耗，低碳环保的混凝土，实现了农业固体废弃物的资源化、高值化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料及其方法，该混凝土原材料全部来自固体废弃物，具有抗杂散电流和抗氯离子等性质，能够帮助解决我国面临的农业固体废弃物带来的污染问题。本发明提到的方法成本低，能耗低，碳排放少、绿色环保，制备的混凝土性能较高。
本发明采用的技术方案： 一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，包括以下成分：
全固废胶凝材料、秸秆灰、高炉矿渣粗骨料、高炉矿渣细骨料、水；按质量分数计数，全固废胶凝材料21.6份、秸秆灰15.7份、高炉矿渣粗骨料31.4份、高炉矿渣细骨料24.5份、水6.8份。
本发明中的高阻抗全固废混凝土提高阻抗和抗氯离子渗透的关键在于让混凝土孔隙率变小，让混凝土变得更加密实。
作为优选，所述秸秆灰有小麦秸秆灰、水稻秸秆灰和稻壳灰，但又不限于这几种。
作为优选，所述秸秆灰的SiO2的含量75.46%，Al2O3的含量4.98%，烧矢量为6.42%，且活性SiO2的含量30.48%，活性Al2O3的含量2.13%，总活性物质含量为32.61%。
作为优选，所述高炉矿渣粗骨料和高炉矿渣细骨料的SiO2的含量74.36%，Al2O3的含量16.76%，Fe2O3的含量3.23%，CaO的含量2.12%。
各个材料的作用：全固废胶凝材料中的具有良好的性能，其中的矿物硫铝酸钙、硅酸二钙、硫酸钙水化生成大量的钙钒石和少量的C-S-H凝胶和铝胶，水化产物使其他各种固废原料紧密的胶结在一起，使其全固废混凝土更加坚固。秸秆灰中SiO2在养护时与全固废胶凝材料中Ca(OH)2的发生二次水化反应生成C-S-H凝胶，填充了之间孔隙，减少孔隙率，提高混凝土的密实度。高炉矿渣还具有膨胀性，一定程度上提高了混凝土的密实性。高炉矿渣粗、细骨料与全固废胶凝材料的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，进一步填充了孔隙，进一步提高了混凝土的密实度。过剩的秸秆灰颗粒填充高炉矿渣粗、细骨料与胶凝材料胶体之间的微小孔，大大提高混凝土的密实度。
作为优选，所述全固废胶凝材料和秸秆灰均需过200目方孔筛，其中全固废胶凝材料的平均粒径为45µm，秸秆灰平均粒径介于几微米到几十微米之间，高炉矿渣粗骨料的直径为6-10mm，高炉矿渣细骨料的直径为0.5-3mm。
上述一种秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土材料的方法，包括以下步骤：
第一步：将全固废胶凝材料和秸秆灰按比例倒入搅拌锅中进行低速度搅拌，搅拌时间为4min，搅拌速度为140r/min；
第二步：待全固废胶凝材料和秸秆灰拌合均匀后，将高炉矿渣细骨料和高炉矿渣粗骨料倒入搅拌锅中继续低速搅拌，搅拌时间4min，搅拌速度为140r/min；
第三步：将高炉矿渣细骨料、高炉矿渣粗骨料、全固废胶凝材料和秸秆灰搅拌均匀后，缓慢将水的混合溶液缓慢倒入搅拌锅里进行低速搅拌，搅拌时间为3min，搅拌速度为140r/min，然后在将其进行高速搅拌，搅拌时间2min，搅拌速度为280r/min；
第四步：待搅拌结束后，将搅拌好的混凝土少量多次浇筑在模具中，每一次浇筑的混凝土都必须放在振捣台上进行充分振捣，将混凝土中的气泡排出，混凝土的振捣总时长控制在4-5min，将混凝土浇筑完成后放入标准养护室中进行养护，养护温度设置为25℃，湿度大于95%，养护到规定的龄期进行试验测试。
养护温度的升高加速了混凝土的水化反应速度，使得混凝土大孔径数量不断减少，孔隙率降低，使得混凝土更加密实，提高了力学性能。
作为优选，所述的全固废胶凝材料的制备方法为：制备全固废胶凝材料熟料的原料包括煤矸石、电石渣和脱硫石膏，按质量份数计算，煤矸石30份，电石渣50份，脱硫石膏20份。将煤矸石、电石渣和脱硫石膏按比例混合并添加10%的水，然后将混合好的料再次进行混合直至混合均匀，然后再利用压饼机将混合均匀的料压制成试饼，然后在将压制好的试饼放入高温炉中进行煅烧，煅烧温度为1280℃，煅烧时间为45min，制得全固废胶凝材料熟料试饼，然后将烧制成的熟料的试饼进行研磨，研磨完成后并过200目方孔筛，最后制得全固废胶凝材料。
作为优选，所述煤矸石的主要矿物成分为高岭石，主要的化学成分为Al2O3和SiO2，Al2O3和SiO2的含量高达80%，可为全固废胶凝材料提供Al质原料。电石渣的主要矿物成分为Ca(OH)2，其中CaO的含量可达到75%，可为全固废胶凝材料提供Ca质原料。脱硫石膏中的SO4 2-的含量达到了46%，可为全固废胶凝材料提供S质原料。
各个材料的作用为：煤矸石作为硅铝质材料为全固废胶凝材料提供了Al2O3和SiO2,电石渣为钙质材料为全固废胶凝材料提供了CaO，脱硫石膏为硫质材料为全固废胶凝材料提供了SO4 2-。
全固废胶凝材料的主要矿物成分为硫铝酸钙、硅酸二钙、硫酸钙。
煤矸石中的Al质原料（Al2O3）、电石渣中的Ca质原料（CaO）和脱硫石膏中的S质原料（SO4 2-）在1200℃开始反应生成无水硫铝酸钙：
作为优选，全固废胶凝材料中：煤矸石中SiO2的含量为45.8%，Al2O3的含量为48.5%，烧矢量为24.9%；电石渣中CaO的含量为75%，烧矢量13.2%；脱硫石膏中SO4 2-含量46%，烧矢量11.8%。
作为优选，上述的全固废胶凝材料中：煤矸石需要破碎，在进行研磨，然后在过200目方孔筛，筛余量小于3%；电石渣和脱硫石膏也需要过200目方孔筛，筛余量小于3%。
有益效果：本发明秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土材料的方法可以实现原材料全部来自固体废弃物，用秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土材料解决了农业副产物对环境的污染和生物质资源的浪费，有利于改善农村的生活环境，为新农村建设添砖加瓦。
本发明中秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土可以用来做地铁工程中的底板，能够抵抗混凝土在工作中遇到的杂散的电流和侵蚀介质。
综合上述，本发明中用秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土降低了制备混凝土的成本，减少了能耗，减少了碳排放，绿色环保，经济实惠。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对该发明做进一步说明。
实施例：本发明一种秸秆灰制备高阻抗全固废混凝土材料的方法为：
第一步：制备全固废胶凝材料的原料包括煤矸石、电石渣、脱硫石膏。先使用鄂式破碎机将煤矸石进行破碎，破碎到直径小于20mm的小块，然后再放到实验水泥磨中粉磨60min，研磨结束后取出再过200目方孔筛；电石渣和脱硫石膏也需过200目方孔筛。将煤矸石、电石渣和脱硫石膏按照一定的比例进行混合并添加10%的水，然后在将加完水的料再次混合均匀，然后再利用压饼机将混合好的材料压制成试饼，然后将试饼放到鼓风干燥箱中以105℃烘干2.5h，然后将烘干好的试饼放到高温炉中的坩埚上进行煅烧，刚开始升温速率为10℃/min，从50℃升到900℃，然后在以5℃/min的升温速率从900℃升至1280℃，然后保温30min，煅烧时间一共为196min，然后将试饼快速从高温炉中取出，然后让风扇向烧好的试饼进行吹风，使其降至室温，然后在利用棒磨机进行研磨，研磨时间60min，研磨结束过200目方孔筛，得到全固废胶凝材料熟料，将其放入材料自封袋中备用；
第二步：将所有秸秆放入清水中清洗三遍，然后放在室内自然晾干，然后在剪成3-5厘米的小段，然后放在马弗炉中煅烧，煅烧温度600℃，煅烧时间4h，然后将煅烧好的秸秆灰静置放在无风流动处冷却，然后放入球磨机进行研磨，研磨时间45min，然后将研磨好的秸秆灰过200目的方孔筛，然后放入材料自封袋中备用；
第三步：将高炉矿渣放到洗砂机上进行清洗，清洗1h，将其清洗干净，然后放入烘箱进行烘干，烘箱温度105℃，烘干时间为24h，然后再将高炉矿渣放入鄂式破碎机进行破碎，然后在进行筛分，筛分出试验需要的骨料粒径，然后放入材料自封袋中备用；
第四步：将全固废胶凝材料21.6份和秸秆灰15.7份倒入搅拌锅进行低速搅拌，搅拌时间为4min，搅拌速度为140r/min；
第五步：待全固废胶凝材料和秸秆灰搅拌均匀后，在将高炉矿渣粗骨料31.4份和高炉矿渣细骨料24.5份倒入搅拌锅中继续进行低速搅拌，搅拌时间为4min，搅拌速度为140r/min；
第六步：待骨料、全固废胶凝材料和秸秆灰搅拌均匀后，在将6.8份水进行混合，然后将混合好的溶液缓慢倒入搅拌锅中进行低速搅拌，搅拌时间为3min，搅拌速度为140r/min，然后在将其进行高速搅拌，搅拌时间2min，搅拌速度为280r/min；
第七步：待搅拌结束后，将搅拌好的混凝土少量多次浇筑在模具中，每一次浇筑的混凝土都必须放在振捣台上进行充分振捣，将混凝土中的气泡排出，减少混凝土的孔隙，让混凝土变得密实，混凝土的振捣总时长控制在5-6min，将混凝土浇筑完成后放入标准养护室中进行养护，养护温度设置为25℃，湿度大于95%，养护到规定的龄期进行试验测试。经过测试，高阻抗全固废混凝土阻抗值如表1所示
表1高阻抗全固废混凝土阻抗值
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，对原料配比做出适当调整以改进和优化全固废超高性能混凝土的性能，在没有做出创造性劳动前提下的这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，其特征在于：包括以下成分：
全固废胶凝材料、秸秆灰、高炉矿渣粗骨料、高炉矿渣细骨料、水；按质量分数计数，全固废胶凝材料21.6份、秸秆灰15.7份、高炉矿渣粗骨料31.4份、高炉矿渣细骨料24.5份、水6.8份。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，其特征在于：所述秸秆灰包括小麦秸秆灰、水稻秸秆灰和稻壳灰。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，其特征在于：所述秸秆灰的SiO2的含量75.46%，Al2O3的含量4.98%，烧矢量为6.42%，且活性SiO2的含量30.48%，活性Al2O3的含量2.13%，总活性物质含量为32.61%。
4.根据权利要求1所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，其特征在于：所述高炉矿渣粗骨料和高炉矿渣细骨料的SiO2的含量74.36%，Al2O3的含量16.76%，Fe2O3的含量3.23%，CaO的含量2.12%。
5.根据权利要求1所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料，其特征在于：所述全固废胶凝材料和秸秆灰均需过200目方孔筛，其中全固废胶凝材料的平均粒径为45µm，秸秆灰平均粒径介于几微米到几十微米之间，高炉矿渣粗骨料的直径为6-10mm，高炉矿渣细骨料的直径为0.5-3mm。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：将全固废胶凝材料和秸秆灰按比例倒入搅拌锅中进行低速度搅拌，搅拌时间为4min，搅拌速度为140r/min；
第二步：待全固废胶凝材料和秸秆灰拌合均匀后，将高炉矿渣细骨料和高炉矿渣粗骨料倒入搅拌锅中继续低速搅拌，搅拌时间4min，搅拌速度为140r/min；
第三步：将高炉矿渣细骨料、高炉矿渣粗骨料、全固废胶凝材料和秸秆灰搅拌均匀后，缓慢将水的混合溶液缓慢倒入搅拌锅里进行低速搅拌，搅拌时间为3min，搅拌速度为140r/min，然后在将其进行高速搅拌，搅拌时间2min，搅拌速度为280r/min；
第四步：待搅拌结束后，将搅拌好的混凝土少量多次浇筑在模具中，每一次浇筑的混凝土都必须放在振捣台上进行充分振捣，将混凝土中的气泡排出，混凝土的振捣总时长控制在4-5min，将混凝土浇筑完成后放入标准养护室中进行养护，养护温度设置为25℃，湿度大于95%，养护到规定的龄期进行试验测试。
7.根据权利要求6所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料的方法，其特征在于：所述的全固废胶凝材料的制备方法为：制备全固废胶凝材料熟料的原料包括煤矸石、电石渣和脱硫石膏，按质量份数计算，煤矸石30份，电石渣50份，脱硫石膏20份；将煤矸石、电石渣和脱硫石膏按比例混合并添加10%的水，然后将混合好的料再次进行混合直至混合均匀，然后再利用压饼机将混合均匀的料压制成试饼，然后在将压制好的试饼放入高温炉中进行煅烧，煅烧温度为1280℃，煅烧时间为45min，制得全固废胶凝材料熟料试饼，然后将烧制成的熟料的试饼进行研磨，研磨完成后并过200目方孔筛，最后制得全固废胶凝材料。
8.根据权利要求7所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料的方法，其特征在于：所述煤矸石的主要矿物成分为高岭石，主要的化学成分为Al2O3和SiO2，Al2O3和SiO2的含量达80%；电石渣的主要矿物成分为Ca(OH) 2，其中CaO的含量达到75%；脱硫石膏中的SO4 2-的含量达到46%。
9.根据权利要求8所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料的方法，其特征在于：所述全固废胶凝材料中：煤矸石中SiO2的含量为45.8%，Al2O3的含量为48.5%，烧矢量为24.9%；电石渣中CaO的含量为75%，烧矢量13.2%；脱硫石膏中SO4 2-含量46%，烧矢量11.8%。
10.根据权利要求9所述的一种秸秆灰制备的高阻抗全固废混凝土材料的方法，其特征在于：所述全固废胶凝材料中：煤矸石需要破碎，在进行研磨，然后在过200目方孔筛，筛余量小于3%；电石渣和脱硫石膏也需要过200目方孔筛，筛余量小于3%。
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