改性生物质灰-磷酸镁水泥复合材料配合比设计方法技术

本发明专利技术提供一种改性生物质灰

【技术实现步骤摘要】
改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合材料配合比设计方法


[0001]本专利技术涉及快速抢修建筑工程
，具体涉及一种绿色经济的生物质灰
‑
磷酸镁水泥复合修补材料技术。

技术介绍

[0002]磷酸盐水泥是一种适用于快速抢修机场跑道、高速公路、桥梁等建筑工程的新型胶凝材料。相对硅酸盐水泥而言，磷酸盐水泥具有独特的性能。其主要的优点为:(1)具有快凝快硬性能，凝结时间可控制在十几分钟以内，这完全能满足快速抢修工程的需要；(2)具有很高的水化热，能够在
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10℃以下的外界环境中正常施工，而热膨胀却远小于其它水泥，强度在3h可达到50MPa以上；(3)将其用于机场跑道、交通繁忙带混凝土路面等的裂缝、孔洞工程中，其施工简便，性能优良，价格便宜；(4)该胶结料与旧的混凝土有很好的粘结性、兼容性，修补质量可靠；(5)具有很好的耐磨性，抗冻性，干缩小等优点。同其他无机类修补材料(如快硬硫铝酸盐水泥)相比，磷酸盐水泥修补材料的成本仍显偏高，这限制了其在国内的推广使用。
[0003]生物质灰是一种为利用生物质能，将生物质作为燃料燃烧后残留的一种废弃物，如木灰、草灰、秸秆灰、牛粪灰(Cattle Manure Ash,CMA)等。目前，国内外处理生物质灰的方式主要有三种，一是在农、林业中将生物质灰作为肥料使用，但生物质灰中含有的碱不仅会降低土壤的酸性，而且还会减少森林、土壤和生物质灰本身滤出的营养成分。二是利用生物质灰中没有燃烧完的碳具有丰富的孔结构特征用来作为吸附剂，但用量极少，不足以解决生物质灰所引起的问题。三是由于生物质灰的物理化学特性与粉煤灰(Fly Ash,FA)等矿物掺合料相类似，生物质灰具有成为混凝土中新型辅助胶凝材料的潜质，将其应用于水泥基材料中取代部分水泥是解决生物质灰的资源化利用和处置的有效途径。
[0004]与此同时，与硅酸盐水泥体系相比，磷酸镁水泥具有胶结各种废弃物的性能，通过化学结合和物理包覆双层作用，从而达到有效处理各种废弃物的目的，这些良性固体废弃物基本都可以成为磷酸盐水泥基修补材料的一部分。
[0005][0006]目前，生物质灰直接应用于混凝土中会导致其性能的降低，特别是在大掺量时影响极为显著，限制了生物质灰在水泥基材料中大量的使用。
[0007]在生物质灰的物理化学特性进行充分认识的基础上，如果能根据生物质灰材料的物理化学特性与其在磷酸镁水泥体系中的物理密实和活性密实作用的关系，提出基于性能提升的多属性生物质灰的物理化学改性技术，使改性生物质灰能较大掺量的取代磷酸镁水泥，制成一种绿色经济的改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合修补材料，不仅可将生物质灰变废为宝，延长利用生物质能源的产业链，还可降低生物质灰的处理成本，减少水泥生产时有害气体的排放量，符合国家“双碳”战略的发展要求。
[0008]所以怎么将改性生物质灰合理的添加到水泥基材料中，成为一个难题。

技术实现思路

[0009]根据以上技术问题，本专利技术提供一种改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合材料配合比设计方法，具体包括如下步骤：
[0010]步骤一、根据快凝快硬混凝土的要求，以1h龄期的抗压强度为主要指标，采用正交分析法，各取四水平确定各组成部分所占比例；
[0011]采用正交分析法，将MgO比表面积，NH4H2PO4，KH2PO4和硼砂为因素，各取四水平确定各组成成分所占的比例；
[0012]步骤二、采用极差分析和方差分析两种方法分析试验结果，确定最优磷酸镁水泥配合比；
[0013]由极差分析结果可知：
[0014](3)从抗压强度的极差R值来看，B>C>A>D，影响抗压强度的主要因素为重烧氧化镁比表面积，硼砂掺量和NH4H2PO4与重烧氧化镁的质量比，从各因素与1h抗压强度的关系趋势图上也可以得出不同硼砂掺量的磷酸镁水泥波动幅度最大；
[0015](4)从流动度的极差R值来看，影响流动度的主要因素为硼砂掺量和NH4H2PO4与重烧氧化镁的质量比，这一结果也与关系趋势图的结果相一致。
[0016]由方差分析结果可知，各因素影响抗压强度的主次顺序为B>C>A>D，此结果与极差分析的结果一致。
[0017]步骤三、用水量的确定：
[0018]根据水泥砂浆的机械性能和工作性能确定水胶比；
[0019]步骤四、改性生物质灰的制备及试验验证：
[0020]通过物理和化学的方法对生物质灰改性，得到更适合磷酸镁体系的生物质灰，并通过对照实验验证改性的效果；
[0021]生物质灰改性处理：生物质灰在高温煅烧后，要经过粉磨处理，粉磨时添加掺量为生物质灰质量的4％的无水硫酸钠和掺量为生物质灰质量的1％的三乙醇胺作为助磨剂；
[0022]步骤五、改性生物质灰用量的确定：
[0023]根据凝结时间、流动性、工作性能和机械强度；
[0024]①
凝结时间；凝结时间随着改性生物质灰掺量的增加在逐渐下降，从而表现的促进磷酸镁水泥凝结速度加快，掺入少量的生物质灰时，凝结时间相较于未掺组增加速度较慢，掺入25％的生物质灰其凝结速度有较快的提升。
[0025]②
流动度：流动度随着改性生物质灰掺量的增加在逐渐下降，从而表现的事阻碍磷酸镁水泥流动度。掺入5％
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15％的改性生物质灰其流动度保持在较高的流动状态，而掺量为20％、25％时，其流动度骤然下降，使其流动度迅速下降。
[0026]③
抗折强度；抗折强度随着改性生物质灰掺量的增加在逐渐下降，在掺入5％
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15％的改性生物质灰其28d龄期的抗折强度下降速度较为缓慢仍与未掺组保持在一定的范围，但掺量为15％时其长龄期抗折强度与未掺组强度仅下降0.34％，但掺量为20％、25％的磷酸镁水泥抗折强度无论是短期还是长期效果是处于较差的状态，使其抗折强度降低。
[0027]④
抗压强度；抗折强度随着改性生物质灰掺量的增加在逐渐下降，在掺入5％
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15％的改性生物质灰其抗压强度下降速度较为缓慢，但掺量为20％、25％的磷酸镁水泥其抗压强度与未掺组相比较处于一个较快的下降速度。
[0028]综上所述，从经济性和绿色性的角度出发，结合改性生物质灰掺量与改性生物质灰
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磷酸镁水泥体系的性能关系，得出生物质灰的掺量。
[0029]本专利技术的有益效果为：本专利技术首先对生物质灰的物理化学性质进行改性处置，然后提供了一种绿色经济的改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合修补材料配合比设计技术研究，建立以凝结时间、流动性、强度设计指标为导向的配合比设计方法，确定磷酸盐水泥中的固体材料用量、用水量以及改性生物质灰用量。
[0030]通过本专利技术得到的改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合修补材料可实现快凝快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合材料配合比设计方法，具体包括如下步骤：步骤一、根据快凝快硬混凝土的要求，以1h龄期的抗压强度为主要指标，采用正交分析法，各取四水平确定各组成部分所占比例；采用正交分析法，将MgO比表面积，NH4H2PO4，KH2PO4和硼砂为因素，各取四水平确定各组成成分所占的比例；步骤二、采用极差分析和方差分析两种方法分析试验结果，确定最优磷酸镁水泥配合比；由极差分析结果可知：(1)从抗压强度的极差R值来看，B>C>A>D，影响抗压强度的主要因素为重烧氧化镁比表面积，硼砂掺量和NH4H2PO4与重烧氧化镁的质量比，从各因素与1h抗压强度的关系趋势图上也可以得出不同硼砂掺量的磷酸镁水泥波动幅度最大；(2)从流动度的极差R值来看，影响流动度的主要因素为硼砂掺量和NH4H2PO4与重烧氧化镁的质量比，这一结果也与关系趋势图的结果相一致；由方差分析结果可知，各因素影响抗压强度的主次顺序为B>C>A>D，此结果与极差分析的结果一致；步骤三、用水量的确定：根据水泥砂浆的机械性能和工作性能确定水胶比；步骤四、改性生物质灰的制备及试验验证：通过物理和化学的方法对生物质灰改性，得到更适合磷酸镁体系的生物质灰，并通过对照实验验证改性的效果；步骤五、改性生物质灰用量的确定：根据凝结时间、流动性、工作性能和机械强度。2.按照权利要求1所述的一种改性生物质灰
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磷酸镁水泥复合材料配合比设计方法，其特征在于所述改性生物质灰的制备方法为：生物质灰在高温煅烧后，要经过粉磨处理，粉磨时添加掺量为生物质灰质量的4％的无水硫酸钠和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周述光，张海瑜，回月彤，仵鹏涛，石晔，金威，白云，张艳菊，郭文婷，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队后勤学院，
类型：发明
国别省市：