一种生态型高强混凝土及其制备方法

本发明属于混凝土材料，具体涉及一种生态型高强混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济的不断发展，世界各国对各种基础设施的建设需求也在不断增长，混凝土结构则是使用最为广泛的结构形式之一。与此同时，现代混凝土结构的建设越来越表现出“结构形式复杂、服役环境恶劣”的特点，因而其混凝土本身的力学性能也表现出高强度的发展趋势。普通波特兰水泥作为混凝土中使用最广泛的组成部分之一，其产量也在不断增加，预计到2050年其年需求量将达到3.68-4.38gt。然而，由于其独特的制造工艺，普通波特兰水泥的生产过程不可避免的会带来许多环境问题，例如普通波特兰水泥的生产会消耗大量的能源并且排放出大量的二氧化碳，其能源消耗约占自然资源的5％，二氧化碳排放量约占全球人为二氧化碳排放总量的5-7％。二氧化碳等温室气体的大量排放是造成全球气候变化的主要原因之一。因此，为落实碳达峰碳中和目标，有必要进一步丰富建材领域的原料组成。

2、为了解决普通波特兰水泥对自然资源和环境所造成的负面影响，越来越多的研究人员致力于研发环境友好型胶凝材料来替代普通波特兰水泥基胶凝材料，进而制备生态型混凝土。发明专利cn110407507a公布了一种全固废干混砂浆的制备方法，利用石膏、炉渣、废石屑与建筑垃圾取代水泥，有效利用了固体废弃物，但其最佳实施例28天抗压强度仅有15.6mpa；发明专利cn116606094a公布了一种地聚物砂浆加固材料的制备方法，利用粉煤灰、矿渣粉等固体废弃物取代水泥，有效缓解了建材领域在减能减排方面的压力，但其最佳实施例的28天抗压强度仅有45.26mpa，此外，其内部添加的聚乙烯醇纤维成本较高，极大的限制了其在工程实际中的推广应用。

3、因而有必要针对现有技术中的不足，研发一种具备低碳环保特性的高强混凝土材料。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种生态型高强混凝土及其制备方法，以进一步提高固体废弃物的利用率，促进混凝土材料领域的低碳、绿色发展。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提供了一种生态型高强混凝土，原料包括质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4):(0.1～0.2)的前驱体粉料、活化剂、砂石骨料和水；

4、所述前驱体粉料包括质量比为1:(0.5～1.5):(2.5～3.5)的工业副产物前驱体粉料、农业副产物前驱体粉料和厨余副产物前驱体粉料。

5、作为本发明的优选方案，所述活化剂由硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液按照体积比为(1.3～1.7):1混合得到；所述硅酸钠为na2o·nsio2，n取值为3～3.3，硅酸钠溶液中h2o和na2o·nsio2的质量比为7～10；所述氢氧化钠溶液的浓度为12～16mol/l。

6、作为本发明的优选方案，所述砂石骨料的最大粒径为1mm，平均粒径为0.6～0.7mm。

7、作为本发明的优选方案，所述工业副产物前驱体粉料为粉煤灰，sio2含量为52～55wt％、al2o3含量为34～38wt％、cao含量为1.9～2.2wt％，平均粒径(d50)为9～10μm；所述农业副产物前驱体粉料为稻壳原料经加工制成的前驱体粉料，sio2含量为92～98wt％、al2o3含量为0.12～0.45wt％、cao含量为0.17～0.57wt％，平均粒径为2～4μm；所述厨余副产物前驱体粉料为鸡蛋壳原料经加工制成的前驱体粉料，sio2含量为31～33wt％、al2o3含量为16～18.5wt％、cao含量为33～35wt％，平均粒径为9～10μm。

8、作为本发明的优选方案，所述农业副产物前驱体粉料的制备方法包括以下步骤：首先依次采用壳聚糖季铵盐溶液与磷酸钠溶液对稻壳燃烧得到的稻壳灰进行化学活化处理，之后压滤、干燥、粉磨、过筛，再进行碳化处理，即得所述农业副产物前驱体粉料。

9、作为本发明的优选方案，所述壳聚糖季铵盐溶液的浓度为4.5～5.5wt％；所述磷酸钠溶液的质量分数为0.8～1.2wt％；所述稻壳灰与壳聚糖季铵盐溶液的质量比为1:(2.5～3.5)，所述稻壳灰与磷酸钠溶液的质量比为1:(2.5～3.5)；所述碳化处理的温度为600～800℃，时间为2～4小时。

10、作为本发明的优选方案，所述厨余副产物前驱体粉料的制备方法包括以下步骤：首先对鸡蛋壳破碎、粉磨、筛分，得到蛋壳灰；之后依次采用乙二胺四乙酸溶液和乙醇溶液对获得的蛋壳灰进行化学活化处理，压滤、干燥、粉磨、过筛后再进行碳化处理，即得所述厨余副产物前驱体粉料。

11、作为本发明的优选方案，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为0.08～0.12mol/l，所述乙醇溶液的浓度为90～95wt％，所述蛋壳灰与乙二胺四乙酸溶液的质量比为1:(2～5)，所述蛋壳灰与乙醇溶液的质量比为1:(2～5)；所述碳化处理的温度为600～800℃，时间为2～4h。

12、本发明还提供了一种根据上述所述的生态型高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：按照原料用量比例称取各原料，首先将工业副产物前驱体粉料、农业副产物前驱体粉料和厨余副产物前驱体粉料进行干拌，得到分散均匀的前驱体粉料；随后加入砂石骨料进行干拌，得到干拌料；最后将活化剂和水加入到干拌料中继续进行拌合即可。

13、作为本发明的优选方案，将活化剂和水加入到干拌料中继续进行拌合后，继续将所得拌合料装入试模，养护、脱模，然后移动至标准养护室养护，即得所述生态型高强混凝土。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、(1)本发明丰富了制备混凝土材料的原材料类型，以工业副产物前驱体粉料，农业副产物前驱体粉料，厨余副产物前驱体粉料，活化剂，砂石骨料和水为原料，通过对原料进行选择、对用量进行调整，得到生态型高强混凝土。

16、(2)在本发明的优选技术方案中，通过优化农业副产物前驱体粉料和厨余副产物前驱体粉料的处理方法，采用物理和化学活化的方法，充分发挥了其反应活性，能够有效提高生态型混凝土的力学性能。

17、(3)本发明提供的生态型高强混凝土原材料主要来源于固体废弃物，无需进行高温养护，其3天抗压强度即可达到75.02mpa，28天抗压强度可达94.88mpa，表现出低碳环保、施工简单、早期强度高以及力学性能优异的特点。

技术特征：

1.一种生态型高强混凝土，其特征在于，原料包括质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4):(0.1～0.2)的前驱体粉料、活化剂、砂石骨料和水；

2.根据权利要求1所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述活化剂由硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液按照体积比为(1.3～1.7):1混合得到；硅酸钠为na2o·nsio2，n取值为3～3.3，硅酸钠溶液中h2o和na2o·nsio2的质量比为7～10；所述氢氧化钠溶液的浓度为12～16mol/l。

3.根据权利要求1所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述砂石骨料的最大粒径为1mm，平均粒径为0.6～0.7mm。

4.根据权利要求1所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述工业副产物前驱体粉料为粉煤灰；所述农业副产物前驱体粉料为稻壳原料经加工制成的前驱体粉料；所述厨余副产物前驱体粉料为鸡蛋壳原料经加工制成的前驱体粉料。

5.根据权利要求4所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述农业副产物前驱体粉料的制备方法包括以下步骤：首先依次采用壳聚糖季铵盐溶液与磷酸钠溶液对稻壳燃烧得到的稻壳灰进行化学活化处理，之后压滤、干燥、粉磨、过筛，再进行碳化处理，即得所述农业副产物前驱体粉料。

6.根据权利要求5所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述壳聚糖季铵盐溶液的浓度为4.5～5.5wt％；所述磷酸钠溶液的浓度为0.8～1.2wt％；所述稻壳灰与壳聚糖季铵盐溶液的质量比为1:(2.5～3.5)，所述稻壳灰与磷酸钠溶液的质量比为1:(2.5～3.5)；所述碳化处理的温度为600～800℃，时间为2～4小时。

7.根据权利要求4所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述厨余副产物前驱体粉料的制备方法包括以下步骤：首先对鸡蛋壳破碎、粉磨、筛分，得到蛋壳灰；之后依次采用乙二胺四乙酸溶液和乙醇溶液对获得的蛋壳灰进行化学活化处理，压滤、干燥、粉磨、过筛后再进行碳化处理，即得所述厨余副产物前驱体粉料。

8.根据权利要求7所述的生态型高强混凝土，其特征在于，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为0.08～0.12mol/l，所述乙醇溶液的浓度为90～95wt％，所述蛋壳灰与乙二胺四乙酸溶液的质量比为1:(2～5)，所述蛋壳灰与乙醇溶液的质量比为1:(2～5)；所述碳化处理的温度为600～800℃，时间为2～4h。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的生态型高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照原料用量比例称取各原料，首先将工业副产物前驱体粉料、农业副产物前驱体粉料和厨余副产物前驱体粉料进行干拌，得到分散均匀的前驱体粉料；随后加入砂石骨料进行干拌，得到干拌料；最后将活化剂和水加入到干拌料中继续进行拌合即可。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将活化剂和水加入到干拌料中继续进行拌合后，继续将所得拌合料装入试模，养护、脱模，然后移动至标准养护室养护，即得所述生态型高强混凝土。

技术总结本发明公开了一种生态型高强混凝土及其制备方法，属于混凝土材料技术领域。所述混凝土的原料包括质量比为1:(0.2～0.4):(0.2～0.4):(0.1～0.2)的前驱体粉料、活化剂、砂石骨料和水；所述前驱体粉料包括质量比为1:(0.5～1.5):(2.5～3.5)的工业副产物前驱体粉料、农业副产物前驱体粉料和厨余副产物前驱体粉料。本发明提供的生态型高强混凝土原材料主要来源于固体废弃物，丰富了制备混凝土材料的原材料类型，无需进行高温养护，其3天抗压强度即可达到75.02MPa，28天抗压强度可达94.88MPa，表现出低碳环保、施工简单、早期强度高以及力学性能优异的特点。技术研发人员：范向前,王涛,胡少伟,刘决丁,屈池玉受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29