一种沙漠砂水泥基复合材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种沙漠砂水泥基复合材料及其制备工艺，其中，该沙漠砂水泥基复合材料由主料、辅料I(减水剂)、辅料II(纤维)和水制成，水胶比为0.36‑0.38，主料的组成如下：水泥1.0重量份、沙漠砂1.0‑3.5重量份、粉煤灰2.0‑4.0重量份、脱硫石膏0.1‑0.5重量份、微硅粉0.15‑0.6重量份；减水剂用量占水泥重量的0.5‑1％；纤维的体积率为0‑2％。本发明专利技术的有益之处在于：无需掺加粗骨料石子，全部选用沙漠砂为细骨料，用粉煤灰、脱硫石膏和微硅粉替代部分水泥，成本低廉；掺加了减水剂，减小了水胶比，具有较好的力学性能；充分利用了中国的沙漠砂资源，缓解了砂石资源紧缺的困境；充分利用了粉煤灰和脱硫石膏，既节约了水泥，又实现了电厂煤基灰渣大宗资源化利用。

A Desert Sand Cement-based Composite Material and Its Preparation Technology

【技术实现步骤摘要】
一种沙漠砂水泥基复合材料及其制备工艺
本专利技术涉及一种建筑材料及其制备工艺，具体涉及一种沙漠砂水泥基复合材料及其制备工艺，属于土木工程建筑材料

技术介绍
混凝土是土木工程领域中应用最为广泛的建筑材料之一。普通混凝土抗拉强度低、拉伸变形小、韧性差，具有易发生脆性破坏、开裂后裂缝难以控制等缺点，越来越不能满足现代工程结构的需求。目前，采用纤维增强增韧是一种主要的、有效的改善方法之一。砂、石是制备混凝土必不可少的组成材料。在经过大规模基础工程建设后，天然砂、石资源无论从储量、质量的角度来看，还是从可持续发展的角度来看，都不能满足当今建设规模的需要。2017年以来，随着环保力度的增加，砂石行业经历了前所未有的环保督查风暴，部分砂石矿山的关停整顿和中小砂石厂家关闭，导致砂石市场供应量大幅减少，部分地区砂石市场甚至陷入供应紧缺的状况，随之而来的则是全国范围内(大中小城市和村镇)砂石价格的不断上涨，多地呈现出持续上涨趋势。部分地区甚至由于砂石短缺导致部分重点工程施工受阻，严重影响我国基础设施建设的进展。中国地域辽阔，沙漠总面积约为130万平方公里，这些沙漠主要分布在我国西部地区，其中，新疆省境内就分布有塔克拉玛干和古尔班通古特两大沙漠区，面积约占全国沙漠总面积的30％。如果能够利用沙漠砂替代建筑用砂，制备出适合工程应用的混凝土，对于降低工程造价、保护当地环境和合理开发利用自然资源都具有重要意义。燃煤火力发电仍是我国最主要的电力能源，我国西部地区几乎全是燃煤火力发电。燃煤电厂排放的粉煤灰、煤渣、脱硫石膏等煤基灰渣占全国工业固体废弃物的40％左右，且以每年10％左右的速度在逐年增加。虽然煤基灰渣得到了一定的资源化利用，但目前利用率仍然很低，尤其是新疆等西部地区，大量剩余的煤基灰渣只能做堆埋处理。建立煤基灰渣的堆放场地，不仅要占用大量土地，而且每吨还需投资数十到几十元元，再加上运输费用，这对很多燃煤火力发电企业来说也是一个不小的负担，因此过剩的电厂煤基灰渣的资源化综合利用已是迫在眉睫的任务。硅酸盐水泥已成为现代化建设与社会发展进步不可或缺的建筑材料之一。然而，普通硅酸盐水泥原材料煅烧过程中CO2的形成和释放造成了碳排放量的增加。1kg普通硅酸盐水泥生产过程中会产生0.66-0.82碳排放，全球水泥生产产生的CO2占人为二氧化碳排放的5-7％。另一方面，水泥生产过程中1400℃的高温条件消耗了大量的能量。我国每年约消耗20亿吨左右的水泥，是全球水泥消耗最大的国家。因此，低能耗高环保建筑材料的探索与研发已成为全球绿色建筑材料研究工作的重点。目前，普通的沙漠砂混凝土，需要掺加粗骨料石子，且仅用沙漠砂部分取代天然砂或部分替代人工机制砂，胶凝材料以水泥为主，掺加少量的粉煤灰(小于30％)和矿渣，基本没有掺加脱硫石膏和微硅粉等工业固废。而对于本领域技术人员来说，如何将电厂排放的粉煤灰和脱硫石膏等废料与沙漠砂完美的结合，实现地域自然资源与工业固废的合理开发利用，获得品质优良的建筑材料是亟待解决的重要问题之一。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，遵循因地制宜、就地取材和合理开发利用自然资源的原则，本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、具有较好力学性能的新型绿色沙漠砂水泥基复合材料，以及一种比较简单的制备该复合材料的工艺。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，由主料、辅料I、辅料II和水制成，水胶比为0.36-0.38，其中：主料的组成如下：辅料I的组成如下：减水剂水泥重量的0.5-1％；辅料II的组成如下：纤维体积率0-2％。前述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，前述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥、P.C42.5复合硅酸盐水泥或二者的混合物，或者强度等级更高的普通硅酸盐水泥或者复合硅酸盐水泥。前述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，前述沙漠砂取自新疆的古尔班通古特沙漠或塔克拉玛干沙漠，平均粒径为0.170-0.183mm，细度模数为0.131-0.145，堆积密度为1438-1560kg/m3。前述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，前述减水剂为聚羧酸减水剂，含固量为10％。前述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，前述纤维为玄武岩纤维、PVA纤维或二者的混合物。制备前述的沙漠砂水泥基复合材料的工艺，其特征在于，包括以下步骤：Step1：按比例称取水泥、沙漠砂、粉煤灰、脱硫石膏和微硅粉，将这些粉料投入拌和容器内并搅拌5min，制备得到混合干料；Step2：按比例称取水和减水剂，将二者投入拌和容器内并搅拌0.5min，制备得到混合液体；Step3：向混合干料中缓慢加入混合液体，一边加入一边搅拌，均匀拌和5-10min，制备得到糊状混合料；Step4：沿着搅拌钻或容器旋转的方向向糊状混合料中缓慢加入事先分散好的纤维，边加纤维边慢速搅拌，待全部纤维都加入拌和容器后，先低速搅拌5min，再高速搅拌15-20min，制备得到最终的沙漠砂水泥基复合材料。前述的工艺，其特征在于，在Step4中，低速搅拌时，搅拌钻的转速为480r/min；高速搅拌时，搅拌钻的转速为800r/min。本专利技术的有益之处在于：(1)本专利技术提供的沙漠砂水泥基复合材料，无需掺加粗骨料石子，全部选用沙漠砂为细骨料，用粉煤灰、脱硫石膏和微硅粉替代部分水泥，所以成本低廉；(2)本专利技术提供的沙漠砂水泥基复合材料，掺加了减水剂，减小了水胶比，既可以节约用水，制备的材料又具有较好的力学性能；(3)本专利技术提供的沙漠砂水泥基复合材料，充分利用了中国的沙漠砂资源，缓解了目前砂、石价格飞涨和砂、石资源紧缺的困境；(4)本专利技术提供的沙漠砂水泥基复合材料，充分利用了电厂工业灰渣粉煤灰和脱硫石膏，尤其是粉煤灰的掺量很大，既节约了胶凝材料水泥、减少碳排放，又实现了电厂煤基灰渣大宗资源化利用，减少了灰渣带来的环境污染。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作具体的介绍。一、准备原料本专利技术提供的沙漠砂水泥基复合材料由主料、辅料I、辅料II和水制成，水胶比为0.30-0.38，其中：主料的组成如下：辅料I的组成如下：减水剂水泥重量的0.5-1％；辅料II的组成如下：纤维体积率0-2％。在该配方中：(1)不掺加粗骨料石子，全部选用沙漠砂为细骨料，用粉煤灰、脱硫石膏和微硅粉替代部分水泥，与现在普通的工程水泥基复合材料相比较，成本低廉；(2)掺加减水剂，主要是为了减小水胶比，较小的水胶比可以提高材料的力学性能；(3)掺加纤维，主要是为了提高材料的抗拉性能和韧性；(4)掺加脱硫石膏，可以起到激发剂的作用。在本具体实施方式中，我们准备了10组沙漠砂水泥基复合材料，按下表配方称取主料、辅料I、辅料II和水：其中：(1)水泥：我们选用的是P.O42.5普通硅酸盐水泥，可以将其替换成P.C42.5复合硅酸盐水泥，或P.O42.5普通硅酸盐水泥与P.C42.5复合硅酸盐水泥的混合物，或强度等级更高的普通硅酸盐水泥，或强度等级更高的复合硅酸盐水泥；(2)沙漠砂：我们选用的是新疆古尔班通古特沙漠的砂子，该处的砂子平均粒径为0.170-0.183mm，细度模数为0.131-0.145，堆积密度为1438-1560kg/m3，可以将其替换成取自塔克拉玛干沙漠的砂子，该处的砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，由主料、辅料I、辅料II和水制成，水胶比为0.30‑0.38，其中：主料的组成如下：

【技术特征摘要】
1.一种沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，由主料、辅料I、辅料II和水制成，水胶比为0.30-0.38，其中：主料的组成如下：辅料I的组成如下：减水剂水泥重量的0.5-1％；辅料II的组成如下：纤维体积率0-2％。2.根据权利要求1所述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥、P.C42.5复合硅酸盐水泥或二者的混合物，或者强度等级更高的普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。3.根据权利要求1所述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，所述沙漠砂取自新疆的古尔班通古特沙漠或塔克拉玛干沙漠，平均粒径为0.170-0.183mm，细度模数为0.131-0.145，堆积密度为1438-1560kg/m3。4.根据权利要求1所述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，含固量为10％。5.根据权利要求1所述的沙漠砂水泥基复合材料，其特征在于，所述纤维为玄武岩纤维、PVA纤维或二者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏多田，向晓黎，生兆亮，唐艳娟，辛欣，周长乐，张朵，缪丰羽，许亚军，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65