【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固废资源化利用，尤其涉及一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土及其制备方法。
技术介绍
1、煤矸石是煤炭生产过程中产生的一种固体废弃物，其排放量约占煤炭总产量的15~25%，大量的煤矸石露天堆积不仅占用了宝贵的土地资源，而且造成了严重的环境污染。因此，有效利用和处理煤矸石已成为资源节约和环境保护的紧迫问题之一。硅酸盐水泥是土木工程领域中使用最为广泛的胶凝材料，水泥熟料生产过程中的烧结温度约为1450°c，这需要消耗大量能源。不仅如此，由于水泥熟料生产中石灰石是关键原材料，因此其在煅烧过程中石灰石会分解为氧化钙，产生大量二氧化碳。有必要开发一种减少水泥熟料使用量的方法，从而减少能源消耗和降低二氧化碳排放。
2、专利cn 117069399 b公开了一种基于煤矸石固废的胶凝材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：30~70份基于煤矸石固废的激发剂，还包括30~70份改性煤矸石和15份石膏，其中每100份的基于煤矸石固废的激发剂包括以下重量份的原料：85~90份石灰石和10~15份煤矸石，将石灰石和煤矸石粉磨成粉末后，在1220~1280℃条件下煅烧并快速冷却；本专利技术能够提高胶凝材料生产时固废的利用率，但激发煤矸石活性所需煅烧温度较高，制备胶凝材料过程中所需能耗较大。专利技术cn 117466555 a公开了一种低碳硅酸盐水泥熟料及其制备方法，包括以下组分：铜冶炼污泥25~40份、石灰石40~55份、砂岩5~12份、煤矸石4~10份、铁尾矿3~8份和碳质还原剂0~3份；将上述原料混合均匀后粉磨至粒径达到0
3、专利cn 117401941 a公开了一种低碳环保型超高性能混凝土及其制备方法，包括以下重量份的原料：水13~23份、水泥50~70份、硅灰5~15份、细集料100~138份、石英粉20~50份、增强纤维5~12份、外加剂1~5份、聚丙烯酸钙(cpa)0~0.5份、硅烷偶联剂0~0.2份；本专利技术能大幅减少水泥、硅灰等胶凝材料用量及纤维用量，降低混凝土的碳排放量，但是添加了聚丙烯酸钙、硅烷偶联剂等化学试剂，增加了混凝土制备成本，且化学试剂的掺加对于抗压强度和抗折强度的提升效果不大。专利cn 117164312 a公开了一种高性能低碳混凝土及其制备方法，由如下重量份原料组成：一体化胶凝材料360~520份、细骨料800~900份、粗骨料1100~1200份、减水剂7.0~9.0份、水160~180份，其中，一体化胶凝材料包括：硅酸盐水泥熟料粉、高钙高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料粉、细石灰石粉、磨细粉煤灰、矿渣微粉、钢渣微粉、粗石灰石粉；本专利技术可以提升混凝土抗压强度，降低混凝土碳排放，但相对传统混凝土，本专利技术制备低碳混凝土各龄期抗压强度提高仅2~4mpa。上述专利技术专利通过减少水泥熟料的使用制备低碳混凝土，但最终制得混凝土的力学性能提升不显著。
4、因此，亟需一种利用固废代替部分水泥，且明显提升力学性能的低碳混凝土及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土及其制备方法。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，包含如下质量份数的制备原料：
4、煤矸石45.68~137.04份、硅酸盐水泥167.50~258.86份、硫铝酸盐水泥23~28份、石子1100~1150份、砂子740~760份和水196~214份。
5、作为优选，所述煤矸石的烧失量为25~26.2%，所述硅酸盐水泥的烧失量为2.95~3.3%，所述硫铝酸盐水泥的烧失量为9.5~10.55%。
6、作为优选，所述砂子的粒径为0.25~0.5mm，细度模数为2.5~2.7。
7、本专利技术还提供了所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，包含如下步骤：
8、1）将煤矸石经过破碎，得到煤矸石颗粒，煤矸石颗粒顺次进行球磨活化、热活化，得到活化煤矸石；
9、2）将活化煤矸石、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥混合，得到胶凝材料；
10、3）将胶凝材料、石子和砂子混合，得到混合料；
11、4）将混合料和水混合后顺次进行静置成型、养护，得到煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土。
12、作为优选，步骤1）所述球磨活化的时间为80~100min，球磨活化的转速为50~70r/min；所述煤矸石颗粒的粒径为5~10mm，球磨活化得到的煤矸石粉末过68~80μm筛后再进行热活化。
13、作为优选，步骤1）所述热活化的温度为670~730℃，热活化的时间为50~70min。
14、作为优选，步骤3）所述混合的时间为80~100s，步骤4）所述混合的时间≥180s。
15、作为优选，步骤4）所述静置成型的温度为15~25℃，静置成型的时间为20~28h。
16、作为优选，步骤4）所述养护的温度为16~24℃，养护的相对湿度≥95%。
17、本专利技术的有益效果包括以下几点：
18、1）块状煤矸石经机械活化（球磨活化）和热活化两阶段活化处理，可以提高其火山灰活性，用于混凝土中替代普通硅酸盐水泥是大规模消纳煤矸石固废的可行途径。
19、2）本专利技术制备低碳混凝土原料中的硫铝酸盐水泥可以提升混凝土早期强度，普通硅酸盐水泥的水化保证了混凝土后期强度的形成，使用煤矸石替代普通硅酸盐水泥不仅可以消耗普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥水化产生的氢氧化钙，从而生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，提高混凝土强度，同时消耗氢氧化钙可以促进普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的进一步水化，以提升混凝土的强度。
20、3）普通硅酸盐水泥熟料生产过程中的烧结温度约为1450℃，需要消耗大量能源，并且原料的煅烧过程中会排放co2，造成大气污染。本专利技术中替代普通硅酸盐水泥的煤矸石活化温度仅需700℃，而硫铝酸盐水泥的烧成温度比普通硅酸盐水泥的烧成温度低100~200℃，上述两种替代原料相比于普通硅酸盐水泥都具备低碳效应。使用活化煤矸石和硫铝酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥，活化煤矸石的替代率可达45%，硫铝酸盐水泥替代率达8%，混凝土中普通硅酸盐水泥的替代率可达50%以上，将活化煤矸石和硫铝酸盐水泥应用于混凝土制备中可以大幅降低混凝土碳排放。
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1.一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，包含如下质量份数的制备原料：
2.根据权利要求1所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，所述煤矸石的烧失量为25~26.2%，所述硅酸盐水泥的烧失量为2.95~3.3%，所述硫铝酸盐水泥的烧失量为9.5~10.55%。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，所述砂子的粒径为0.25~0.5mm，细度模数为2.5~2.7。
4.权利要求1~3任一项所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
5.根据权利要求4所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1）所述球磨活化的时间为80~100min，球磨活化的转速为50~70r/min；所述煤矸石颗粒的粒径为5~10mm，球磨活化得到的煤矸石粉末过68~80μm筛后再进行热活化。
6.根据权利要求5所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1）所述热活化的温度为670~730℃，热活化的
7.根据权利要求6所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤3）所述混合的时间为80~100s，步骤4）所述混合的时间≥180s。
8.根据权利要求6或7所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤4）所述静置成型的温度为15~25℃，静置成型的时间为20~28h。
9.根据权利要求8所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤4）所述养护的温度为16~24℃，养护的相对湿度≥95%。
...【技术特征摘要】
1.一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，包含如下质量份数的制备原料：
2.根据权利要求1所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，所述煤矸石的烧失量为25~26.2%，所述硅酸盐水泥的烧失量为2.95~3.3%，所述硫铝酸盐水泥的烧失量为9.5~10.55%。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土，其特征在于，所述砂子的粒径为0.25~0.5mm，细度模数为2.5~2.7。
4.权利要求1~3任一项所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
5.根据权利要求4所述的煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1）所述球磨活化的时间为80~100min，球磨活化的转速为50~70r/min；所述煤矸...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫长旺，冯蓉蓉，张菊，白茹，王萧萧，刘丽芬，张鹏举，赵计辉，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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