一種以煤矸石為主要原料制備高性能混凝土的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于混凝土制備技術領域,特別涉及一種以煤矸石為主要原料制備高性能 混凝土的方法。
【背景技術】
[0002] 煤矸石作為一種工業固體廢棄物,伴隨著煤炭開采而大量堆放形成許多矸石山, 導致占用儲存空間,重金屬污染河流,自燃時產生大氣和粉塵污染。解決矸石污染經研究有 許多種途徑,其中之一是煤矸石制水泥摻合料和制備混凝土。目前的煤矸石制水泥摻合料 或制備混凝土,一般是通過高溫煅燒,或通過化學的方法加入活化劑,導致生產成本高和二 次污染。因此,許多停留在試驗階段,煤矸石大批量高效的工業化應用尚未曾報道。目前,大 批量的解決煤矸石污染,還沒有找到一個可行的工業技術路線,其重要原因是煤矸石化學 成分、物理結構復雜,且有許多細粒劣質煤粉附著于煤矸石上,因此煤矸石工業化利用較難 推廣。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的缺點,本發明的目的在于提供一種以煤矸石為主要原料 制備高性能混凝土的方法,結合煤矸石開發利用的現狀和煤矸石自身的物理化學性質,以 煤矸石為主要原材料,以普通硅酸鹽水泥和粗細骨料為輔料,制備出達到C30~C40的高性 能混凝土,實現了煤矸石資源的大批量利用。
[0004] 為了實現上述目的,本發明采用的技術方案是:
[0005] -種以煤矸石為主要原料制備高性能混凝土的方法,包括以下步驟:
[0006] 首先,將煤矸石進行初步破碎篩分,得到易碎的粉狀煤矸石和硬度大不易碎的塊 狀煤矸石;
[0007] 其次,將所述塊狀煤矸石再次破碎為10~60mm的連續粒級物料,然后水洗干燥作 為粗骨料備用;
[0008] 同時,將水洗過程中得到的沉淀物烘干,與粉狀煤矸石一起預熱后,在400°C~650 °c的溫度下煅燒,煅燒后的產物加入適量的堿激發劑共同管磨成細粉作為摻合料;
[0009] 最后,將摻合料、普通硅酸鹽水泥、水、聚羧酸系高效減水劑、粉煤灰等制成的膠凝 材料,與砂石細骨料以及所述粗骨料按配比,均勻混合攪拌即得到最終的高性能混凝土。
[0010] 所述煤矸石在自介管狀破碎機中進行破碎篩分。
[0011] 所述自介管狀破碎機包括斜置的管磨滾筒2,管磨滾筒2的上口承接加料斗1的下 料口,管磨滾筒2的下口連接與其同角度斜置的滾筒篩4,滾筒篩4外設置有分選罩3,所述滾 筒篩4的筒徑小于管磨滾筒2的筒徑,管磨滾筒2筒徑1800-3600mm,筒長4000-5500mm;滾筒 篩4的筒徑1600-3200mm,筒長1500-3000mm,所述管磨滾筒2與水平方向的夾角為3-5度,轉 速范圍:10 -18r/min,分選粒度:0.05-100mm,滾筒篩4的孔徑:0.05_30mm。
[0012] 所述堿激發劑為 NaAl〇2、Na2Si03 或 NaOH。
[0013] 所述摻合料、普通硅酸鹽水泥、水、聚羧酸系高效減水劑、粉煤灰構成膠凝材料,砂 石細骨料用量為混凝土總體積的25%~35%,粗骨料用量為混凝土總體積的35%~50%, 膠凝材料用量為混凝土總體積的25%~40%。
[0014] 所述膠凝材料用量為混凝土總體積的40%,砂石細骨料用量為混凝土總體積的 35%,粗骨料用量為混凝土總體積的25% ;所述膠凝材料用量為混凝土總體積的25%,砂石 細骨料用量為混凝土總體積的25%,粗骨料用量為混凝土總體積的50%。
[0015] 所述堿激發劑用量為普通硅酸鹽水泥用量的lwt%~12wt%,膠凝材料中,摻合料 用量為普通娃酸鹽水泥用量的80wt%~130wt%,聚羧酸系減水劑用量為普通娃酸鹽水泥 用量的O.lwt%~1.5wt%,粉煤灰用量為普通硅酸鹽水泥用量的3wt%~25wt%,水用量為 普通娃酸鹽水泥用量的45wt%~75wt%。
[0016] 所述粗骨料和砂石細骨料進行連續粒級級配,針片狀顆粒物含量不大于3%~ 9 %,含泥量不大于2 %,泥塊含量不大于0.3 %~0.5 %。
[0017]所述煤矸石為六盤水地區的煤矸石,經XRF測算以氧化物的質量百分含量標定其 礦物平均化學組成,為:46 · 82 % 的Si02,1 · 01 % 的CaO,1 · 86 % 的 MgO,19 · 36 的Al2〇3,12 · 34 % 的Fe2〇3,1.09 %的K20,0.11 %的MnO,5.71 %的Ti02,11.67 %的燒失量以及余量的雜質,燒 失量在600 °C下保溫3小時計算。
[0018] 與現有技術相比,本發明的有益效果是:
[0019] 1.本發明以煤矸石為主要原材料的高性能混凝土,具有力學性能好、耐久性好等 特點。
[0020] 2.本發明制備的高性能混凝土,具有流動性好、不離析、等優點。
[0021 ] 3.本發明制備高性能混凝土技術工藝比較完善,可操作性簡單易控,易于大規模 推廣。
[0022] 4.本發明技術工藝過程,余熱可以循環利用,有利于節能減排,提高生產效率。
[0023] 5.本發明可以大批量的消化煤矸石,可以有效降低煤矸石對環境的污染。
[0024] 6.本發明制備高性能混凝土應用廣泛,可大量節約水泥和砂石等資源產品,有利 于保護生態環境。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明工藝流程示意圖。
[0026]圖2是本發明所用自介質管狀破碎機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0028] 實施例1
[0029]采用六盤水豪龍水泥有限公司生產的P.C32.5水泥,各項質量指標均符合GB175-1999的各項規定的物理性能。采用煤矸石制取粗骨料和摻和料,煤矸石為六盤水地區的煤 矸石,其礦物化學組成,以氧化物的質量百分含量來標定如表1所示。其主要成分為Si02、 Al2〇3和Fe的氧化物,堿性氧化物含量在5 %以下。
[0030] 表1原矸石成分(%)
[0031] L〇〇32」 制備過程如圖1所不:
[0033]首先把原煤矸石在自介管狀破碎機里進行破碎篩分。自介管狀破碎機,其原理是 根據煤矸石自身的力學屬性,在圓管轉動的過程中而達到部分破碎的效果。即根據煤矸石 力學性能差異,硬度小、易開裂的組分,被硬度大、難開裂的組分砸破,進而被分選出來。 [0034]分選出來得到兩種產品,即易碎的粉狀煤矸石和塊狀的硬度大的煤矸石。硬度大 的塊狀煤矸石,經破碎機破碎為10~60_的連續粒級物料,然后水洗干燥作為粗骨料備用。 水洗沉淀物烘干后,和易碎的粉狀煤矸石,預熱后在400°C~650°C的溫度下煅燒。煅燒后的 產物與一定比例的堿激發劑,共同管磨成細粉作為摻合料。
[0035] 堿激發劑為偏鋁酸鈉。粗骨料連續粒級1~5mm,粗骨料的細度模數Mx = 5.0,針片 狀含量小于7 %,含泥量< 1 %。細骨料采用六盤水地區的細砂石,其細度模數Mx = 2.0,含泥 量< 1.5%。減水劑采用的是DC-WR2型聚羧酸高性能減水劑。粉煤灰為六盤水鑫昇煤化工電 廠的粉煤灰,其比表面積為303g/cm 2,表觀密度為2. Og/cm2,含水率0.17 %。水采用自來水, 放置24小時,其PH值為7左右。
[0036] 與使用水泥的量作為標準參照,膠凝材料中其它成分分別占水泥的比例如下:煤 矸石摻合料為水泥的l〇〇wt%,堿激發劑NaA10 2為水泥的3wt%,聚羧酸系減水劑為水泥的 0.9wt%,粉煤灰為水泥的15wt%,水55wt%,水膠比為0.521。以混凝土體積總量為標準, 煤矸石粗骨料占40 %,砂石細骨料25 %,所配膠凝材料占比例為35 %。
[0037]原料準確稱量,其中水泥、減水劑、和水的計量偏差是± 1.5%,粗細骨料計量偏差 為±3.0%,嚴格按照配合比進行下料攪拌。攪拌先把摻合料、水泥、水、粉煤灰和減水劑倒 入攪拌機中攪拌不少于l〇min,然后倒入粗細骨料再攪拌25min。然后在100 X 100 X 100標準 試模內成型,之后放入標準養護箱內養護。經測試測樣品的3天平均強度值為26.3MPa,28天 平均強度值為34.6MPa。
[0038] 本發明所用的自介質管狀破碎機,是一種基于強度差異的煤矸石分選機,其結構 示意圖如圖2所示。包括斜置的管磨滾筒2,管磨滾筒2的上口承接加料斗1的下料口,管磨滾 筒2的下口連接與