一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料及其制备方法，该混凝土材料由以下重量份的原料组成：粗粒径煤矸石100~120份、细粒径煤矸石40~60份、水泥15~20份、粉煤灰10~15份、矿渣12~16份、碱性激发剂2~3份、水玻璃1~2份、添加剂A 1~2份、硅灰1.2~1.5份、硫酸镁0.8~1.0份、石灰0.8~1.0份、石膏0.8~1.0份、添加剂B 0.5~0.8份、工业氯化钙0.5~0.6份、六偏磷酸钠0.1~0.2份及水15~20份。其制备方法是将两种粒径的的煤矸石倒入搅拌机中，加入添加剂B搅拌，再将其他原料加入搅拌均匀，然后将激发剂溶液分多次加入，将混合均匀的流动态混凝土注入模具中，覆盖一层保鲜膜并养护。本发明专利技术所制备的煤矸石混凝土成本低，28d强度高达46.3MPa,且制备工艺简单、生产效率较高、操作简单稳定、控制方便、容易实现自动化作业。容易实现自动化作业。容易实现自动化作业。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土材料
，具体涉及一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国的煤矿资源丰富，在我国的能源结构中，煤炭占了很高的比重，由此催生了极其丰富的煤炭开采行业。但是，在对煤矿进行开发过程中，还存在严重的不规范开采手段。在该发展情况下，经过长期的发展，煤矿固体废弃物产生量不断增加，面对日益严峻的节能减排和生态保护的巨大压力，以往的煤炭粗放增长模式难以为继，煤矿、煤化工等工业固体废弃物的清洁高效利用是当前面临的首要问题。
[0003]煤矿、煤化工固体废弃物是指在采煤、和其它工业生产活动中产生的固体废物。这种固体废弃物是环境的主要污染源之一，并且大量堆积还会占用土地资源。一般有高炉矿渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤矸石、硫酸渣、废石膏等。中国作为能源大国，在能源开采利用的过程中产生了大量的煤矿、煤化工固体废弃物，其中粉煤灰的2020年新增量超过6亿吨，利用率70％；工业副产石膏的年增长量2亿吨左右，利用率50％；煤矸石的年增长量8亿吨左右，利用率20％。利用工业固体废弃物制备混凝土，不仅可以解决大量固体废弃物带来的种种弊端，而且还可以减少水泥使用从而减少水泥工业的碳排放量，降低混凝土成本，提高资源利用率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一目的是提供一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，本专利技术的第二目的是提供所述煤矿/煤化工固废合成混凝土材料的制备方法。
[0005]本专利技术的第一目的是这样实现的，一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，由以下重量份的原料组成：粗粒径煤矸石100~120份、细粒径煤矸石40~60份、水泥15~20份、粉煤灰10~15份、矿渣12~16份、碱性激发剂2~3份、水玻璃1~2份、添加剂A1~2份、硅灰1.2~1.5份、硫酸镁0.8~1.0份、石灰0.8~1.0份、石膏0.8~1.0份、添加剂B0.5~0.8份、工业氯化钙0.5~0.6份、六偏磷酸钠0.1~0.2份及水15~20份。
[0006]本专利技术的第二目的是这样实现的，一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料的制备方法，按照以下步骤实现：1）按照所述配比，称取各原料；将煤矸石过100目筛，去除粉状煤矸石，再过4目的筛网，将煤矸石筛分为粗骨料和细骨料；将碱激发剂溶入水中，然后再加入硅酸钠溶液，得到激发剂溶液。
[0007]2）将所述两种粒径的的煤矸石倒入搅拌机中，首先将添加剂B倒入搅拌机，使用15~40r/min的搅拌速度搅拌20
‑
40秒后，再依次将粉煤灰、矿渣、石膏、水泥、硅灰、硫酸镁、石灰、氯化钙、六偏磷酸钠和添加剂A加入搅拌机中，将混合料搅拌均匀，然后将激发剂溶液分两次加入搅拌机，得到混合均匀的流动态混凝土，其中搅拌时间不超过2min；
3）将搅拌完的流动态混凝土注入模具中，在混凝土表面覆盖一层保鲜膜，等24h后将混凝土块从模具中取出，并放入湿度95%、温度25℃的养护箱中养护。
[0008]本专利技术的原理为：本专利技术煤矿/煤化工固废合成混凝土材料的配方是通过理论和实验得到的，其中：1、粉煤灰和矿渣粉通过激发剂和添加剂的作用可以达到和水泥基本一致的效果。
[0009]2、添加剂里面的氧化镁、氯化钠、氯化钙和硫酸镁发生反应生成5Mg(OH)2•
MgCl2•
8H2O和3Mg(OH)2•
MgCl2•
8H2O组成的三元化合物结晶相复盐，还有部分氢氧化镁胶凝体，极大程度提高了混凝土的硬度、抗折强度。
[0010]3、六偏磷酸钠可以改变混凝土的和易性，无泌水。适用于含泥和石粉量较高的机制砂混凝土，由于煤矸石原料在筛分时难以避免有粉状煤矸石产生，所以使用该添加剂可大幅提高胶凝材料的力学性能与施工性能，络合钙离子，增大它的溶解度，也可以达到缓疑效果。
[0011]4、添加剂B是一种复合有机的添加剂，可以提高煤矸石的强度并且在煤矸石表面形成一层有机膜，这层膜可以弥补煤矸石遇水强度下降的缺陷，从而达到提高混凝土强度的目的。
[0012]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所制备的煤矸石混凝土成本低，制备的混凝土28d强度高达46.3MPa,满足工业和民用建筑的强度要求。
[0013]2、本专利技术提供的混凝土解决了大量煤矸石堆积问题，且制备工艺简单、生产效率较高、操作简单稳定、控制方便、容易实现自动化作业。
[0014]3、与中国专利申请“一种粉煤灰基地聚物改性煤矸石混凝土砌块及其制备方法”（申请号 202110685735.2）相比较，本专利技术具有以下优势：
①
本专利技术采用特制的添加剂B能够保护并加强煤矸石的强度，改善煤矸石遇水后强度下降的状况。
[0015]②
本专利技术能够反应生成三元化合物结晶相复盐，还有部分氢氧化镁胶凝体，极大程度提高了混凝土的硬度、抗压和抗折强度。
[0016]③
本专利技术抗压强度能够达到46.3Mpa，相对于22.3Mpa有巨大提升。
附图说明
[0017]图1为实施例2制备的混凝土的扫描电镜图；图2左右图分别是实施例1的混凝土试块测试抗压强度前后的图片；图3左右图分别是实施例2的混凝土试块测试抗压强度前后的图片；图4左右图分别是实施例3的混凝土试块测试抗压强度前后的图片；图5左右图分别是实施例4的混凝土试块测试抗压强度前后的图片；图6左右图分别是实施例5的混凝土试块测试抗压强度前后的图片；图7左右图分别是实施例6的混凝土试块测试抗压强度前后的图片。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或改进，均落入本专利技术的保护范围。
[0019]本专利技术实施例中的煤矸石、粉煤灰、石膏均来自陕西省榆林市，水泥使用阿尔博牌白色硅酸盐水泥，矿渣粉来自内蒙古骏平环保科技有限公司。
[0020]本专利技术一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，由以下重量份的原料组成：粗粒径煤矸石100~120份、细粒径煤矸石40~60份、水泥15~20份、粉煤灰10~15份、矿渣12~16份、碱性激发剂2~3份、水玻璃1~2份、添加剂A 1~2份、硅灰1.2~1.5份、硫酸镁0.8~1.0份、石灰0.8~1.0份、石膏0.8~1.0份、添加剂B 0.5~0.8份、工业氯化钙0.5~0.6份、六偏磷酸钠0.1~0.2份及水15~20份。
[0021]所述粉煤灰为一级或二级粉煤灰，比表面积不低于370m2/kg，细度小于12%，比重为2.0~3.0；所述矿渣粉为S95级矿粉，比表面积不低于450m2/kg，密度为2.7～3.5g/cm3。
[0022]所述石膏为磷石膏，氟石膏，脱硫石膏中的一种，所述石膏中CaSO4·
2H2O含量超过80%。
[0023]所述碱性激发剂为Ca(OH)2、NaOH或KOH；所述水玻璃的模数为1.2~1.5；所述硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：粗粒径煤矸石100~120份、细粒径煤矸石40~60份、水泥15~20份、粉煤灰10~15份、矿渣12~16份、碱性激发剂2~3份、水玻璃1~2份、添加剂A 1~2份、硅灰1.2~1.5份、硫酸镁0.8~1.0份、石灰0.8~1.0份、石膏0.8~1.0份、添加剂B 0.5~0.8份、工业氯化钙0.5~0.6份、六偏磷酸钠0.1~0.2份及水15~20份。2.根据权利要求1所述一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级或二级粉煤灰，比表面积不低于370m2/kg，细度小于12%，比重为2.0~3.0；所述矿渣粉为S95级矿粉，比表面积不低于450m2/kg，密度为2.7～3.5g/cm3。3.根据权利要求1所述一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，其特征在于，所述石膏为磷石膏，氟石膏，脱硫石膏中的一种，所述石膏中CaSO4·
2H2O含量超过80%。4.根据权利要求1所述一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，其特征在于，所述碱性激发剂为Ca(OH)2、NaOH或KOH；所述水玻璃的模数为1.2~1.5；所述硫酸镁烧灼后中MgSO4含量不低于93%，水中不溶物含量不超过0.7%。5.根据权利要求1所述一种煤矿/煤化工固废合成混凝土材料，其特征在于，所述工业氯化钙中氯化钙含量≥92%，镁及碱金属氯化物含量不超过4%，其它不溶物含量不超过4%；所述六偏铝酸钠为工业级六偏铝酸钠，其中六偏铝酸钠的含量不低于68%。6.根据权利要求1所述一种煤矿/煤化工固...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，屈晨凯，利建雨，张宇轩，严光茂，谷仓，宋建博，汪俊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：