一种掺煤气化灰渣混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种掺煤气化灰渣混凝土及其制备方法。

背景技术

煤气化灰渣包括粗渣(气化炉底渣)和细渣(飞灰及黑水滤饼等)两部分，煤气化灰渣成分与气化原料煤灰分含量、组成及气化工艺等相关，主要为SiO

煤气化灰渣的综合利用是一项跨学科和技术领域的技术难题，多年来经过国内外众多学者的努力，取得了一定的成果，特别是在作为路基材料和磨细煤渣用于生产水泥的掺合料方面，取得了较为成功的应用，消耗了部分煤渣粉。但是对于大多数的研究成果，由于受制于经济效益等因素未能成功实现工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺煤气化灰渣混凝土及其制备方法，本发明以固体废弃物煤气化灰渣替代混凝土中的水泥胶凝材料和细骨料，能满足混凝土工作性能要求以及混凝土的龄期强度要求，且具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能，且可实现煤气化灰渣的资源化应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种掺煤气化灰渣混凝土，包括以下质量份数的原料：

水泥319～329份，煤气化灰渣粉105～115份，砂661～671份，石1105～1115份，减水剂3.52～3.68份，固体添加剂28.2～29.4份，水176～185份。

优选的，所述掺煤气化灰渣混凝土，包括以下质量份数的原料：

水泥324份，煤气化灰渣粉110份，砂666份，石1110份，减水剂3.6份，固体添加剂28.8份，水180份。

优选的，所述水泥为42.5强度等级P.I硅酸盐水泥。

优选的，所述煤气化灰渣粉的颗粒粒径属性为特细砂，烧失量≤5％。

优选的，所述煤气化灰渣粉的粒径≤2.36mm，其中粒径小于0.075mm颗粒的质量占比为20％，细度模数为1.18。

优选的，所述砂的细度模数为2.8。

优选的，所述石为粒径5～25mm连续级配碎石。

优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

优选的，所述固体添加剂为固体减水型外加剂。

本发明提供了上述技术方案所述掺煤气化灰渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、煤气化灰渣粉、砂、石和固体添加剂混合，得到混合料；

将减水剂和水混合，将所得混合物加入至所述混合料中，搅拌后成型，得到掺煤气化灰渣混凝土。

本发明提供了一种掺煤气化灰渣混凝土，包括以下质量份数的原料：水泥319～329份，煤气化灰渣粉105～115份，砂661～671份，石1105～1115份，减水剂3.52～3.68份，固体添加剂28.2～29.4份，水176～185份。

本发明将煤气化灰渣粉作为混凝土的配比原料，用于替代部分胶凝材料(水泥)和部分细骨料(砂)，并通过精确控制煤气化灰渣粉的掺量，满足混凝土强度标准要求，既可以达到固废利用的目的又可以降低环境污染，且可实现煤气化灰渣的资源化应用。实施例的结果表明，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土的工作性能为：坍落度180mm，龄期强度：7天26.0MPa，28天37.4MPa，经100次循环后具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能。

附图说明

图1为实施例1的掺煤气化灰渣混凝土实物图。

具体实施方式

本发明提供了一种掺煤气化灰渣混凝土，包括以下质量份数的原料：

水泥319～329份，煤气化灰渣粉105～115份，砂661～671份，石1105～1115份，减水剂3.52～3.68份，固体添加剂28.2～29.4份，水176～185份。

在本发明中，若无特殊说明，所需原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

以质量份数计，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括水泥319～329份，优选为320～328份，更优选为321～326份，进一步优选为324份。在本发明中，所述水泥优选为42.5强度等级P.I硅酸盐水泥。本发明利用水泥提供胶结能力，保证混凝土的强度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括煤气化灰渣粉105～115份，优选为106～112份，更优选为108～111份，进一步优选为110份。在本发明中，所述煤气化灰渣粉的颗粒粒径属性优选为特细砂，烧失量优选≤5％；所述煤气化灰渣粉的粒径≤2.36mm，其中粒径小于0.075mm颗粒的质量占比为20％，细度模数优选为1.18。本发明利用煤气化灰渣粉中颗粒粒径较细的部分充当粉料，填补整个体系的空隙部分，同时发生部分的火山灰反应，增加混凝土的强度，较粗部分充当细骨料，作为混凝土的骨料部分。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括砂661～671份，优选为662～670份，更优选为665～668份，进一步优选为666份。在本发明中，所述砂的细度模数优选为2.8；所述砂优选为中砂。本发明利用砂作为细骨料，发挥骨架和填充作用。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括石1105～1115份，优选为1107～1113份，更优选为1109～1112份，进一步优选为1110份。在本发明中，所述石优选为粒径5～25mm连续级配碎石。本发明利用石作为粗骨料，保证混凝土的强度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括减水剂3.52～3.68份，优选为3.54～3.64份，更优选为3.58～3.62份，进一步优选为3.60份。在本发明中，所述减水剂优选为市售HK-109聚羧酸高效减水剂。本发明利用减水剂起到降低用水量的作用，保证整个混凝土的流动性和强度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括固体添加剂28.2～29.4份，优选为28.5～29.1份，更优选为28.7～28.9份，进一步优选为28.8份。在本发明中，所述固体添加剂优选为减水型粉体外加剂；所述固体添加剂优选包括减水组分0.15份和II级粉煤灰99.85份，所述减水组分优选为市售聚羧酸高效减水剂。本发明利用固体添加剂改良混凝土的和易性，保证混凝土的稳定状态，同时发挥部分减水的作用。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的掺煤气化灰渣混凝土包括水176～185份，优选为178～182份，更优选为179～181份，进一步优选为180份。在本发明中，所述水优选为自来水。

本发明提供了上述技术方案所述掺煤气化灰渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、煤气化灰渣粉、砂、石和固体添加剂混合，得到混合料；

将减水剂和水混合，将所得混合物加入至所述混合料中，搅拌后成型，得到掺煤气化灰渣混凝土。

本发明将水泥、煤气化灰渣粉、砂、石和固体添加剂混合，得到混合料。本发明优选在搅拌机中将水泥、煤气化灰渣粉、砂、石和固体添加剂混合，本发明对所述搅拌机的转速没有特殊的限定，能够将物料混合均匀即可。

得到混合料后，本发明将减水剂和水混合，将所得混合物加入至所述混合料中，搅拌后成型，得到掺煤气化灰渣混凝土。本发明对所述减水剂和水混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。

在本发明中，将减水剂和水的混合物加入至混合料中后，搅拌的时间优选为120～150s，更优选为130～140s。本发明对所述搅拌的速率没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。

在本发明中，所述成型优选采用振动台振动成型。本发明对所述振动的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程能够将物料振实得到混凝土即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。

以下实施例以配制C35混凝土为例，水泥为42.5强度等级P.I硅酸盐水泥；砂为中砂，细度模数2.8；石(粗骨料)为5～25mm连续级配碎石；煤气化灰渣粉的粒径粒径≤2.36mm，其中粒径小于0.075mm颗粒的质量占比为20％，细度模数为1.18，烧失量≤5％；减水剂为HK-109聚羧酸高效减水剂；固体添加剂为包括山东博克聚羧酸减水剂干粉0.15份和II级粉煤灰99.85份；水为自来水。

实施例1

混凝土配合比：水泥324kg；砂666kg；石1110kg；水180kg；减水剂3.6kg；固体添加剂28.8kg；煤气化灰渣粉110kg。

制备方法：将水泥、煤气化灰渣粉、砂、石和固体添加剂置于搅拌机，混合均匀，得到混合料；

将减水剂和水混合，将所得混合物加入至所述混合料中，搅拌150s，采用振动台振动实成型，得到掺煤气化灰渣混凝土。

实施例2

混凝土配合比：水泥329kg；砂662kg；石1115kg；水185kg；减水剂3.52kg；固体添加剂29.4kg；煤气化灰渣粉109kg。

制备方法同实施例1。

对比例1

普通混凝土配合比：水泥360kg；砂740kg；石1110kg；水180kg；减水剂3.6kg。

制备方法同实施例1。

对比例2

与实施例1的区别仅在于：不添加固体添加剂。

制备方法同实施例1。

对比例3

混凝土配合比：水泥324kg；砂592kg；石1110kg；水180kg；减水剂3.6kg；固体添加剂28.8kg；煤气化灰渣粉184kg。

制备方法同实施例1。

性能测试

1)对实施例1～2和对比例1～3的混凝土进行性能测试，坍落度按GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，试块成型和强度试验按GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。

表1实施例1～2和对比例1～3的混凝土流动性能和强度数据

由表1可知，实施例1和实施例2的掺煤气化灰渣混凝土具有较好的流动性能，且标准养护28天强度37.4MPa，达到C35强度等级实际要求。

2)对实施例1～2和对比例1～3的混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行验证：用质量浓度为5％的硫酸钠溶液浸泡，连续进行100次浸泡干湿循环处理，每次循环时间为24h，对受硫酸钠溶液浸泡干湿循环100次后的试块和标准养护试块分别进行抗压强度测试，并计算耐蚀系数，结果如表2所示。

表2实施例1～2和对比例1～3的混凝土的强度和耐蚀数据

由表2可知，受硫酸钠浸泡干湿循环100次后，实施例1～2试块的耐蚀系数可达90％，高于普通混凝土长期性和耐久性能结束试验要求的75％，且抗压强度耐蚀系数数值相对对比例1的普通混凝土的数值较高。

3)图1为本发明实施例1混凝土的实物图，由图1可知，煤渣替代部分水泥和砂子，添加了固体添加剂后，混凝土粘聚性增加，颜色发黑。

以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。