一种高钙粉煤灰混凝土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高钙粉煤灰混凝土及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。一种高钙粉煤灰混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥200‑250份，水60‑120份，减水剂3‑8份，月桂醇聚氧乙烯醚0.3‑0.6份；混凝土原料还包括混凝土粉料和改性膨润土，混凝土粉料包括以下重量份原料：碎石300‑400份，砂子200‑280份，高钙粉煤灰50‑100份；改性膨润土主要由包括以下重量份的原料制成：膨润土15‑25份，氯化铵5‑12份，氧氯化锆1‑2份。其制备方法包括以下步骤：混料、混凝土制备等。高钙粉煤灰混凝土具有抗裂性能好的优点。高钙粉煤灰混凝土的制备方法具有可改善产品抗裂性能的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高钙粉煤灰混凝土及其制备方法。

背景技术

高钙粉煤灰通常是指火力发电厂采用褐煤或次烟煤作为燃料而排放出的一种氧化钙含量较高的粉煤灰，是一种既含有一定数量水硬性晶体矿物又含有潜在活性物质的材料。电厂产生大量的高钙粉煤灰废弃物，给环境带来一定的负担。

为了减轻环境负担，人们在混凝土中添加高钙粉煤灰制备高钙粉煤灰混凝土，高钙粉煤灰用作混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度高等优点，有利于实现废弃物回收利用，减轻环境负担。

针对上述相关技术，发明人认为，用高钙粉煤灰用作混凝土掺合料使用过程中，高钙粉煤灰中游离态氧化钙含量较高，游离态氧化钙吸水后体积膨胀，引起不均匀的体积变化，给混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。

发明内容

为了改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能，本申请提供一种高钙粉煤灰混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高钙粉煤灰混凝土，采用如下的技术方案：一种高钙粉煤灰混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥200-250份，水60-120份，减水剂3-8份，月桂醇聚氧乙烯醚0.3-0.6份；所述混凝土原料还包括混凝土粉料，所述混凝土粉料包括以下重量份原料：碎石300-400份，砂子200-280份，高钙粉煤灰50-100份；所述混凝土原料还包括改性膨润土，所述改性膨润土主要由包括以下重量份的原料制成：膨润土15-25份，氯化铵5-12份，氧氯化锆1-2份。

通过采用上述技术方案，在高钙粉煤灰混凝土中加入用氯化铵和氧氯化锆改性的改性膨润土和月桂醇聚氧乙烯醚，用氯化铵对膨润土进行改性，铵离子进入膨润土层状结构中，将层状结构中的钠离子等阳离子置换出来，通过过滤，钠离子等阳离子被脱除，再用氧氯化锆改性，锆离子进入膨润土层状结构中，锆离子将膨润土层状结构撑开，使膨润土层状结构的孔径更大，再通过焙烧，膨润土层状结构中的铵离子分解成氨气和氢离子，氨气被脱除，氢离子在膨润土层状结构中形成酸性活性中心，在高钙粉煤灰混凝土制备过程中，由于锆离子将膨润土层状结构的孔径撑大，有利于钙离子进入膨润土层状结构中，而改性膨润土中的氢离子酸性活性中心对氢氧化钙具有一定的吸附与中和作用，有助于减少游离态氧化钙和氢氧化钙的含量，减轻体积不均匀变化现象，改善高钙粉煤灰混凝土的安定性，有助于改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能。在高钙粉煤灰混凝土中加入具有优异渗透功能的月桂醇聚氧乙烯醚，有助于游离态氧化钙游离至改性膨润土层状结构中，更好地改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能和抗压性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

优选的，主要由包括以下重量份的混凝土粉料制成：水泥200-250份，水80-100份，减水剂4.5-6.5份，月桂醇聚氧乙烯醚0.3-0.6份，碎石340-360份，砂子220-260份，高钙粉煤灰70-80份，膨润土15-25份，氯化铵7-10份，氧氯化锆1-2份。更优的，水泥225份，水90份，减水剂5.5份，月桂醇聚氧乙烯醚0.45份，碎石350份，砂子240份，高钙粉煤灰75份，膨润土20份，氯化铵8.5份，氧氯化锆1.5份。

通过采用上述技术方案，使用更优的原料配比，有助于改善高钙粉煤灰混凝土抗压性能和抗裂性能，延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

优选的，所述混凝土粉料还包括2-5重量份的白炭黑。

通过采用上述技术方案，在高钙粉煤灰混凝土中加入白炭黑，提供一定量的无定形二氧化硅，与游离态氧化钙反应生成硅酸钙，有助于减轻体积膨胀，有助于改善高钙粉煤灰混凝土的机械性能。

优选的，所述混凝土粉料还包括0.5-0.8重量份的聚丙烯酰胺。

通过采用上述技术方案，在高钙粉煤灰混凝土中加入聚丙烯酰胺，有助于提高混凝土柔韧性，改善混凝土抗裂性能。

优选的，所述改性膨润土的制备方法为：将氯化铵配制成质量浓度为8-12％的氯化铵水溶液，加入膨润土，加热至60-80℃反应120-180min，过滤，制得酸性膨润土；将氧氯化锆配制成质量浓度为1-3％的氧氯化锆水溶液，加入酸性膨润土，加热至70-80℃反应100-180min，过滤，将滤饼于500-600℃焙烧150-250min，制得改性膨润土。

通过采用上述技术方案，用氯化铵对膨润土进行酸改性，铵离子进入膨润土层状结构中，层状结构中的钠离子等阳离子被置换出来，再用氧氯化锆进行锆改性，锆离子进入膨润土层状结构中，将层状结构撑开，增大了膨润土层状结构的孔径，增大了膨润土比表面积，再通过焙烧，铵离子分解在膨润土层状结构中形成活性酸中心。在高钙粉煤灰混凝土中加入经氯化铵酸改性和经氧氯化锆锆改性的改性膨润土，游离氧化钙或氢氧化钙在活性酸中心的吸附作用下进入膨润土层状结构中，有利于减少高钙粉煤灰混凝土中游离态氧化钙的含量，有助于减弱体积不均匀变化现象，改善高钙粉煤灰混凝土抗裂性能和抗压性能。

优选的，所述高钙粉煤灰中氧化钙含量不低于10％。

通过采用上述技术方案，使用氧化钙含量较高的高钙混凝土，有利于实现废弃物回收利用，有利于减轻环境负担。

第二方面，本申请提供一种高钙粉煤灰混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高钙粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1混料：按设定的比例称取混凝土粉料，加入改性膨润土，混合均匀，制得粉料；

S2混凝土制备：按设定的比例称取水，以200-500转/分钟的转速搅拌，加入减水剂和月桂醇聚氧乙烯醚，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌5-8min，再加入水泥，继续搅拌3-6min，制得高钙粉煤灰混凝土。

通过采用上述技术方案，先将改性膨润土与含高钙粉煤灰的混凝土粉料混合均匀，加入水中搅拌后再加入水泥，有利于改性膨润土和高钙粉煤灰均匀分散在混凝土中，有助于减弱体积不均匀现象，有助于更好地改善产品机械性能。

优选的，所述碎石的粒径为5-15mm，所述砂子的粒径不大于5mm，所述高钙粉煤灰的粒径不大于80μm，所述改性膨润土的粒径不大于120μm。

通过采用上述技术方案，使用粒径大小合适的混凝土原料，有助于改善高钙粉煤灰混凝土各组分之间的粘附强度，更好地改善产品机械性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请以高钙粉煤灰为掺和料，有利于废弃物回收利用，减轻环境负担；本申请在高钙粉煤灰混凝土中加入用氯化铵和氧氯化锆改性的改性膨润土和月桂醇聚氧乙烯醚，用氯化铵对膨润土进行改性，铵离子进入膨润土层状结构中，将层状结构中的钠离子等阳离子置换出来，通过过滤，钠离子等阳离子被脱除，再用氧氯化锆改性，锆离子进入膨润土层状结构中，锆离子将膨润土层状结构撑开，使膨润土层状结构的孔径更大，再通过焙烧，膨润土层状结构中的铵离子分解成氨气和氢离子，氨气被脱除，氢离子在膨润土层状结构中形成酸性活性中心，在高钙粉煤灰混凝土制备过程中，由于锆离子将膨润土层状结构的孔径撑大，有利于钙离子进入膨润土层状结构中，而改性膨润土中的氢离子酸性活性中心对氢氧化钙具有一定的吸附作用，有助于降低游离态氧化钙和氢氧化钙的含量，减轻体积不均匀变化现象，改善高钙粉煤灰混凝土的安定性，有助于改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能；在高钙粉煤灰混凝土中加入具有优异渗透功能的月桂醇聚氧乙烯醚，有助于游离态氧化钙游离至改性膨润土层状结构中，更好地改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能和抗压性能；

2.本申请通过采用控制原料粒径、加入聚丙烯酰胺和加入白炭黑等方式，有利于改善高钙粉煤灰混凝土的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

具体实施方式

实施例

高钙粉煤灰是指火力发电厂采用褐煤或次烟煤作为燃料而排放出的一种氧化钙含量较高的粉煤灰，本申请在混凝土中掺和高钙粉煤灰，有利于实现废弃物回收利用，有利于减轻环境负担。由于高钙粉煤灰中游离态氧化钙含量较高，用高钙粉煤灰作混凝土掺合料制备高钙粉煤灰混凝土时，游离态氧化钙吸水后体积膨胀，引起混凝土不均匀的体积变化，给混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。本申请在高钙粉煤灰混凝土中加入用氯化铵和氧氯化锆改性的改性膨润土和月桂醇聚氧乙烯醚，用氯化铵对膨润土进行改性，铵离子进入膨润土层状结构中，将层状结构中的钠离子等阳离子置换出来，通过过滤，钠离子等阳离子被脱除，再用氧氯化锆改性，锆离子进入膨润土层状结构中，锆离子将膨润土层状结构撑开，使膨润土层状结构的孔径更大，再通过焙烧，膨润土层状结构中的铵离子分解成氨气和氢离子，氨气被脱除，氢离子在膨润土层状结构中形成酸性活性中心，在高钙粉煤灰混凝土制备过程中，由于锆离子将膨润土层状结构的孔径撑大，有利于钙离子进入膨润土层状结构中，而改性膨润土中的氢离子酸性活性中心对氢氧化钙具有一定的吸附中和作用，有助于减少游离态氧化钙和氢氧化钙的含量，减轻体积不均匀变化现象，改善高钙粉煤灰混凝土的安定性，有助于改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能。在高钙粉煤灰混凝土中加入具有优异渗透功能的月桂醇聚氧乙烯醚，有助于游离态氧化钙游离至改性膨润土层状结构中，更好地改善高钙粉煤灰混凝土的抗裂性能和抗压性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

本发明所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。

表1原料的规格型号及来源

以下实施例中使用的碎石和砂子均产自四川，碎石粒径为5-15mm，砂子为粒径不大于5mm的河沙。

实施例1：一种高钙粉煤灰混凝土的制备方法，包括如下步骤：

取8.5kg氯化铵，加水配制成质量浓度为10％的氯化铵水溶液，加入20kg膨润土，以200转/分钟的转速搅拌，加热至70℃反应150min，过滤，取滤饼，制得酸性膨润土；取1.5kg氧氯化锆，加水配制成质量浓度为2％的氧氯化锆水溶液，加入酸性膨润土，以200转/分钟的转速搅拌，加热至75℃反应140min，过滤，将滤饼于80℃干燥150min，然后将物料于550℃焙烧200min，将物料用孔径为120μm的筛网筛分，粒径大于120μm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于120μm为止，制得改性膨润土。

S1混料：将碎石用孔径分别为5mm和15mm的筛网筛分，粒径大于15mm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于15mm为止，选用粒径为5-15mm的碎石颗粒；将砂子用孔径为5mm的筛网筛分，选用粒径不大于5mm的砂子；将高钙粉煤灰用孔径为80μm的筛网筛分，选用粒径不大于80μm的高钙粉煤灰。称取350kg碎石，加入240kg砂子、75kg高钙粉煤灰、4kg白炭黑和0.6kg聚丙烯酰胺，再加入改性膨润土，混合均匀，制得粉料。

S2混凝土制备：称取90kg水，以400转/分钟的转速搅拌，加入5.5kg减水剂和0.45kg月桂醇聚氧乙烯醚，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌6min，再加入225kg水泥，继续搅拌5min，制得高钙粉煤灰混凝土。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入白炭黑，其它均与实施例1保持一致。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入聚丙烯酰胺，其它均与实施例1保持一致。

实施例4-11

实施例4-11与实施例1的区别在于，实施例4-11各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例4-11各原料的添加量见表2。

表2实施例4-11的各原料的添加量

实施例12-15

实施例12-15与实施例1的区别在于，实施例12-15各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例12-15各步骤工艺参数见表3。

表3实施例12-15各步骤中的参数

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入月桂醇聚氧乙烯醚和改性膨润土，对比例1不经膨润土酸改性和锆改性处理工序，其它均与实施例1保持一致。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不加入改性膨润土，对比例2不经膨润土酸改性和锆改性处理工序，其它均与实施例1保持一致。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，对比例3不加入月桂醇聚氧乙烯醚，其它均与实施例1保持一致。

对比例4

对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不使用氯化铵对膨润土进行酸改性，其它均与实施例1保持一致。

对比例5

对比例5与实施例1的区别在于，对比例5不使用氧氯化锆对膨润土进行锆改性，其它均与实施例1保持一致。

对比例6

对比例6与实施例1的区别在于，对比例6不对膨润土进行酸改性和锆改性处理，对比例6将膨润土、氯化铵和氧氯化锆直接加入混凝土粉料中，混合均匀，制得粉料，其它均与实施例1保持一致。

性能检测

参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将实施例1-15和对比例1-6制得的混凝土产品制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护28天，进行抗压强度和劈裂抗拉强度测试。

1、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。

2、劈裂抗拉强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。

表4不同高钙粉煤灰混凝土性能测试结果对比表

对比例1未加入月桂醇聚氧乙烯醚和改性膨润土，不经膨润土酸改性和锆改性处理工序，制备出的高钙粉煤灰混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不高，抗裂性能不佳，不利于产品市场推广。对比例2未加入改性膨润土，不经膨润土酸改性和锆改性处理工序，制备出的高钙粉煤灰混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不高。对比例3未加入月桂醇聚氧乙烯醚，制备出的高钙粉煤灰混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不高。对比例4不使用氯化铵对膨润土进行酸改性，制备出的高钙粉煤灰混凝土机械性能不佳，不利于产品市场推广。对比例5不使用氧氯化锆对膨润土进行锆改性，制备出的高钙粉煤灰混凝土机械性能不佳，不利于产品市场推广。对比例6不对膨润土进行酸改性和锆改性处理，将膨润土、氯化铵和氧氯化锆直接加入混凝土粉料中，制备出的高钙粉煤灰混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均不高，抗裂性能不佳，不利于产品市场推广。

对比实施例1和对比例1-6的实验结果，可以看出，在制备高钙粉煤灰混凝土的过程中，同时加入月桂醇聚氧乙烯醚和改性膨润土，用氯化铵对膨润土进行酸改性和用氧氯化锆对膨润土进行锆改性处理，制备出的高钙粉煤灰混凝土具有优异的抗压性能和抗裂性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入白炭黑，制备出的高钙粉煤灰混凝土的机械性能稍有降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入聚丙烯酰胺，制备出的高钙粉煤灰混凝土的机械性能稍有降低，不利于产品市场推广。

相比于实施例1，实施例4-11中各原料的添加量不同，实施例12-15中各步骤工艺参数有所不同，制备出的高钙粉煤灰混凝土均具有优异的抗压性能和抗裂性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。