一种固废高抗折混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种一种固废高抗折混凝土及其制备方法，所述的固废高抗折混凝土是由以下重量份数的原材料配制而成：硅酸盐水泥200～300份,硅铝酸盐改性剂70～120份，矿渣粉50～90份，垃圾焚烧飞灰25～50份，河砂600～900份，碎石800～1200份，水140～200份，减水剂2～5份；所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺混合均匀后粉磨制成。本发明专利技术所提出的固废高抗折混凝土制备技术，在实现城市垃圾焚烧飞灰资源化利用的同时，显著提高了混凝土的抗折强度，在路面、桥面、码头面层、机场跑道等面层结构中具有广阔应用前景。

A kind of solid waste high flexural concrete and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种固废高抗折混凝土及其制备方法
本专利技术属于无机非金属材料工程领域，具体涉及混凝土的制备

技术介绍
固体垃圾生产量急剧上升导致城市处于被垃圾包围的风险中，焚烧发电是处理城市固体垃圾的主要方式之一。城市固体垃圾经焚烧后会产生飞灰，该垃圾焚烧飞灰中富集有害重金属，具有浸出毒性，对土壤、水等有污染危险。因此，作为一种危险固体废弃物，城市垃圾焚烧飞灰需要进行无害化和建材化处理。采用水泥、混凝土等无机非金属材料进行固化是处理垃圾焚烧飞灰的一种技术途径，但目前效果多难以达到要求，因此实际应用较少。对于路面、桥面、码头面层、机场跑道等混凝土面层结构，开裂是一种导致结构服役性能下降的常见病害，其维修或重建不仅会影响工程正常运营，且会造成较大经济损失。针对此类面层结构，需要提升混凝土的抗折强度，从而提高其抗裂和抗冲击能力，改善结构的服役性能，提高工程全寿命经济成本。本专利技术开发一种既能实现城市垃圾焚烧飞灰的有效固化，又具备高抗折强度的混凝土制备技术，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对城市垃圾焚烧飞灰难以有效处理和面层混凝土结构容易开裂的问题，开发一种既能固化垃圾焚烧飞灰中重金属，又具备高抗折强度的混凝土制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种固废高抗折混凝土的制备方法，所述的固废高抗折混凝土是由以下重量份数的原材料配制而成：硅酸盐水泥200～300份,水泥中铁铝酸四钙的质量含量在12％～20％，及硅铝酸盐改性剂70～120份，所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺混合均匀后粉磨制成，其中偏高岭土比表面积在10000～20000m2/kg，粉煤灰微珠比表面积在3000～10000m2/kg，及矿渣粉50～90份，及比表面积在300～600m2/kg的垃圾焚烧飞灰25～50份，及河砂600～900份，及碎石800～1200份，及水140～200份，及减水剂2～5份；所述的固废高抗折混凝土的制备方法依次包括以下步骤：(1)称量原材料；(2)将称量好的硅酸盐水泥、硅铝酸盐改性剂、矿渣粉、垃圾焚烧飞灰、河砂加入混凝土搅拌机，搅拌25～35s；(3)将称量得到的水分成两半，将减水剂加入其中一半水，并将该含减水剂的水倒入步骤(2)中的混合物中搅拌25～35s；(4)将余下的一半水加入步骤(3)得到的混合物中搅拌55～65s，加入碎石后再搅拌55～65s，制得固废高抗折混凝土拌合物。。所述水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥。所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺按质量比1：1：0.001混合均匀后粉磨制成。偏高岭土中SiO2和Al2O3含量和在90％～100％。所述矿渣粉28d活性指数不低于100％，利用矿渣粉的高火山灰活性可提高混凝土水化凝胶的含量，促进混凝土抗折强度发展，提升混凝土水化凝胶对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的吸附能力。所述垃圾焚烧飞灰包括以下按质量百分比计的组分：CaO、SiO2和Al2O3的含量和不低于50％，重金属氧化物含量<1％、Cl离子含量<5％。所述垃圾焚烧飞灰重金属氧化物含量小于1％。所述碎石为连续级配碎石，碎石颗粒粒径范围为5～20mm，利用小尺寸骨料提升混凝土的抗折强度。一种由以上所述的固废高抗折混凝土的制备方法所制得的固废高抗折混凝土。本专利技术固废高抗折混凝土的制备采用含有偏高岭土颗粒、粉煤灰和三乙醇胺的硅铝酸盐改性剂，利用粉煤灰微珠的高比表面积吸附作用和三乙醇胺的表面活性作用，并经过机械粉磨剥离，使层叠团聚的偏高岭土颗粒分离成单片，大量单片且具有硅铝酸盐层状结构的偏高岭土颗粒将垃圾焚烧飞灰中的重金属离子捕捉在结构层间，大大提升了混凝土的重金属固化能力。硅铝酸盐改性剂在水泥水化过程中发生火山灰反应，所生成的水化凝胶中硅和铝可与垃圾焚烧飞灰中的重金属离子发生置换作用，提高混凝土的重金属固化能力。硅铝酸盐改性剂中的小颗粒粉煤灰微珠、单片偏高岭土能增加水化凝胶的比表面积，提升混凝土对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的吸附能力，而均匀分布在混凝土中的偏高岭土片状颗粒形态作用可以提高混凝土的抗折能力。同时，粉煤灰微珠、单片偏高岭土的高火山灰反应能力和颗粒填充作用，提升了混凝土的密实性，尤其是改善了混凝土中骨料与浆体之间界面过渡区的性能，提高混凝土的抗折强度。铁铝酸四钙含量不低于12％的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥所生成的高铁相含量的水化凝胶能提高混凝土的抗折和抗冲击能力。本专利技术所制备的固废高抗折混凝土，每方混凝土可资源化利用城市垃圾焚烧飞灰25～50kg，混凝土28天抗折强度在8.5MPa以上，混凝土的重金属离子浸出量满足国家地表水环境质量的一级标准。本专利技术所提出的固废高抗折混凝土制备技术，在实现城市垃圾焚烧飞灰资源化利用的同时，显著提高了混凝土的抗折强度，在路面、桥面、码头面层、机场跑道等面层结构中具有广阔应用前景。具体实施方式为了使本专利技术的目的和优点更加清楚，以下结合实施例对本专利技术进行详细说明。此处描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本例高抗折混凝土按以下重量份数的原材料配制而成：铁铝酸四钙含量为12.6％的P·II42.5硅酸盐水泥250份、硅铝酸盐改性剂120份、矿渣粉90份、垃圾焚烧飞灰25份、河沙700份、180份水、4.5份减水剂、碎石1200份。所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺按质量比1：1：0.001混合均匀后粉磨20min制成，其中偏高岭土中SiO2和Al2O3含量和为93％，偏高岭土比表面积为15800m2/kg，粉煤灰微珠比表面积为3800m2/kg，三乙醇胺为化学纯。所述垃圾焚烧飞灰比表面积为400m2/kg，包括以下按质量百分比计的组分：CaO46.9％、SiO28.2％、Al2O31.6％、SO312.6％、MgO3.0％、Fe2O31.2％、重金属氧化物含量0.98％，Cl离子含量1.3％，烧失量17.9％。所述碎石为连续级配碎石，碎石颗粒最大粒径为20mm。所述河砂为细度模数2.6的天然河砂。所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，具体为HSP-40J型聚羧酸高效减水剂，减水率为25％。制备方法依次包括以下步骤：(1)称量原材料；(2)将称量好的硅酸盐水泥、硅铝酸盐改性剂、矿渣粉、垃圾焚烧飞灰、河砂加入混凝土搅拌机，搅拌30s；(3)将减水剂加入其中一半水(即90份)水中，并将该含减水剂的水倒入步骤(2)中的混合物中搅拌30s；(4)将余下的90份水加入步骤(3)得到的混合物中搅拌60s，加入碎石后再搅拌60s，出机，制得固废高抗折混凝土拌合物。所制备的固废高抗折混凝土28d抗折强度为8.7MPa，混凝土的重金属浸出量满足国家地表水环境质量的一级标准。实施例2本例高抗折混凝土按以下重量份数的原材料配制而成：铁铝酸四钙含量为16.6％的P·O42.5普通硅酸盐水泥300份、硅铝酸盐改性剂100份、矿渣粉50份、垃圾焚烧飞灰50份、河沙820份、200份水、3.5份减水剂、碎石820份。所使用的硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺按质量比1：1：0.001混合均匀后粉磨30min制成，其中偏高岭土中SiO2和Al2O3含量和为91％，偏高岭土比表面积为18000m2/k本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固废高抗折混凝土的制备方法，其特征在于，所述的固废高抗折混凝土是由以下重量份数的原材料配制而成：硅酸盐水泥200～300份,水泥中铁铝酸四钙的质量含量在12％～20％，及硅铝酸盐改性剂70～120份，所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺混合均匀后粉磨制成，其中偏高岭土比表面积在10000～20000m

【技术特征摘要】
1.一种固废高抗折混凝土的制备方法，其特征在于，所述的固废高抗折混凝土是由以下重量份数的原材料配制而成：硅酸盐水泥200～300份,水泥中铁铝酸四钙的质量含量在12％～20％，及硅铝酸盐改性剂70～120份，所述硅铝酸盐改性剂由偏高岭土、粉煤灰微珠和三乙醇胺混合均匀后粉磨制成，其中偏高岭土比表面积在10000～20000m2/kg，粉煤灰微珠比表面积在3000～10000m2/kg，及矿渣粉50～90份，及比表面积在300～600m2/kg的垃圾焚烧飞灰25～50份，及河砂600～900份，及碎石800～1200份，及水140～200份，及减水剂2～5份；所述的固废高抗折混凝土的制备方法依次包括以下步骤：(1)称量原材料；(2)将称量好的硅酸盐水泥、硅铝酸盐改性剂、矿渣粉、垃圾焚烧飞灰、河砂加入混凝土搅拌机，搅拌25～35s；(3)将称量得到的水分成两半，将减水剂加入其中一半水，并将该含减水剂的水倒入步骤(2)中的混合物中搅拌25～35s；(4)将余下的一半水加入步骤(3)得到的混合物中搅拌55～65s，加入碎石后再搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾俊杰，熊建波，范志宏，岑文杰，杨海成，陈晓雨，
申请(专利权)人：中交四航工程研究院有限公司，中交第四航务工程局有限公司，广州港湾工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44