一种基于煤渣的地聚物混凝土及其制备方法与流程

本发明属于地聚物混凝土，具体涉及一种基于煤渣的地聚物混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、目前市面上最常见的商用混凝土所用的胶凝材料主要为硅酸盐水泥，而硅酸盐水泥需要采用熟料、超细矿渣、石灰石、石膏等基本原料经过两磨一烧工艺进行制备，且在制备过程中有大量的二氧化碳释放，经统计，每生产1t硅酸盐水泥就会有0.73～0.99t二氧化碳被释放到空气中，生产硅酸盐水泥所产生的二氧化碳就达到了全球二氧化碳总排放的7％，因此采用其他的胶凝材料替代硅酸盐水泥去制备混凝土对于环境的健康发展具有重要的意义。

2、地质聚合物是近年来引入混凝土生产中的一种环保胶凝材料，相较于硅酸盐水泥，其制备方法为对铝硅酸盐矿物粉体原料进行碱激发得到地聚物胶凝材料，在激活过程中并不会产生二氧化碳的排放，相比两磨一烧工艺所产生的的能耗更低。目前已有研究将燃煤厂的副产物如粉煤灰和煤矸石作为掺合料运用在混凝土的生产中，但对煤渣的运用还略显不足，而我国作为全球最大的煤炭生产国，每年生产大约190000万吨煤炭，累计的煤炭废渣已经达到28000万吨，需要对其进行合理的利用，减少其对环境的污染。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供本发明提供一种基于煤渣的地聚物混凝土及其制备方法，该地聚物混凝土具有良好的抗压性能、耐磨性能和抗冻性能，且早期强度高，可以应用于需要快速投入使用的工程。

2、本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

3、一种基于煤渣的地聚物混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

4、煤渣400～450份；

5、碱性激发剂180～230份；

6、细骨料800～900份；

7、粗骨料800～900份；

8、水1～20份；

9、其中，所述煤渣需进行预处理；所述预处理具体为：将所述煤渣采用球磨机研磨至粒径为30～80μm，再置于电炉中进行热处理，水冷至室温。

10、上述方案中，所述煤渣主要成分的范围为：云母7～20wt％、高岭石1～4wt％和石英40～70wt％。

11、上述方案中，所述热处理的温度为800±50℃，时间控制在60±5min；所述水冷的冷却速度为20～40℃/min。

12、上述方案中，所述碱性激发剂为naoh溶液和液态na2sio3的混合物。

13、上述方案中，所述naoh溶液的浓度为8～12mol/l。

14、上述方案中，所述液态na2sio3中sio2与na2o的摩尔比为(1～3)：1。

15、上述方案中，所述naoh溶液和液态na2sio3的质量比为(0.3～1)：1。

16、上述方案中，所述细骨料为混合砂，包括中砂和细砂；其中所述中砂为机制砂，细度模数为2.6～3.0，平均粒径为0.35～0.5mm；所述细砂为天然砂，细度模数为1.8～2.2，平均粒径为0.25～0.3mm，mb值为1.0～1.5。

17、上述方案中，所述粗骨料为碎石，压碎值为6～10％。

18、上述的一种基于煤渣的地聚物混凝土的制备方法，包括如下步骤：

19、先将煤渣进行预处理，预处理具体为：将煤渣采用球磨机研磨至粒径为30～80μm，再置于电炉中在800±50℃进行热处理60±5min，在20～40℃/min的冷却速度下水冷至室温；将经过预处理的煤渣与细骨料、粗骨料在搅拌机中混合干搅2～3min，后加入碱性激发剂和水继续搅拌2～3min得到地聚物混凝土浆体。

20、本发明中煤矿废渣(煤渣)中的主要矿物结晶组分有云母和高岭石，由sio4四面体片层和alo2(oh)4八面体片层组成的1:1堆叠层的黏土矿物，在采用球磨机对其进行机械研磨时可以破坏其晶体结构，随后采用高温进行煅烧，由于失去水分，其结晶结构崩溃，导致结构混乱发生脱羟化，形成无定形相，提高煤矿废渣的火山灰反应性，此时用水冷加快废渣的冷却，以防结晶结构重新生成，再加入采用naoh溶液和液态na2sio3按一定质量比混合制备的碱性激发剂开始对处理后的煤渣进行激活，生成si-o-al键，相较于普通硅酸盐水泥中的c-h-s键有更高的强度，作为胶凝材料生产的混凝土的强度也优于普通混凝土。同时，相较于硅酸盐水泥混凝土，煤矿废渣地聚物混凝土的硬化时间更短，7天能达到28天抗压强度的90％甚至更高，而通常硅酸盐水泥混凝土的水化时间持续一个月至更久，7天抗压强度在28天抗压强度的70％左右，地聚物的形成和硬化机制是短时间内在严重碱性条件下进行的胶凝反应，因此早期强度也更优于硅酸盐水泥混凝土。

21、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

22、(1)本发明提供的一种基于煤渣的地聚物混凝土具有良好的抗压性能、耐磨性能和抗冻性能，且早期强度高，可以应用于需要快速投入使用的工程，如机场跑道、公路以及桥梁的修补等。

23、(2)本发明提供了一种基于煤渣的地聚物混凝土的制备方法，该方法采用煤渣取代硅酸盐水泥，减少了co2的产生，响应国家的双碳政策；同时，在搅拌站购置原材料进行混凝土生产时，煤渣的价格仅为水泥的十分之一，用煤渣取代水泥具有非常大的经济效益。

24、(3)本发明提供的一种基于煤渣的地聚物混凝土使用煤渣作为原料，提供了一种合理利用煤渣的方法，减少其对环境的污染。

25、(4)本发明提供的一种基于煤渣的地聚物混凝土的制备方法，制备过程简单，适合工业化推广应用

技术特征：

1.一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述煤渣主要成分的范围为：云母7～20wt％、高岭石1～4wt％和石英40～70wt％。

3.根据权利要求1所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述热处理的温度为800±50℃，时间控制在60±5min；所述水冷的冷却速度为20～40℃/min。

4.根据权利要求1所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述碱性激发剂为naoh溶液和液态na2sio3的混合物。

5.根据权利要求4所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述naoh溶液的浓度为8～12mol/l。

6.根据权利要求4所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述液态na2sio3中sio2与na2o的摩尔比为(1～3)：1。

7.根据权利要求4所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述naoh溶液和液态na2sio3的质量比为(0.3～1)：1。

8.根据权利要求1所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述细骨料为混合砂，包括中砂和细砂；其中所述中砂为机制砂，细度模数为2.6～3.0，平均粒径为0.35～0.5mm；所述细砂为天然砂，细度模数为1.8～2.2，平均粒径为0.25～0.3mm，mb值为1.0～1.5。

9.根据权利要求1所述的一种基于煤渣的地聚物混凝土，其特征在于，所述粗骨料为碎石，压碎值为6～10％。

10.权利要求1～9任意一项所述一种基于煤渣的地聚物混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于煤渣的地聚物混凝土及其制备方法，按质量份数计，包括以下组分：煤渣400～450份；碱性激发剂180～230份；细骨料800～900份；粗骨料800～900份；水1～20份；其中，所述煤渣需进行预处理，具体为：将所述煤渣采用球磨机研磨至粒径为30～80μm，再置于电炉中进行热处理，水冷至室温。本发明提供的一种基于煤渣的地聚物混凝土具有良好的抗压性能、耐磨性能和抗冻性能，且早期强度高，可以应用于需要快速投入使用的工程。技术研发人员：张帆,宋正林,赵日煦,熊龙,邢菊香,徐智东受保护的技术使用者：中建商品混凝土有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13