一种绿色环保型超高性能混凝土材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及环境友好型处理固废的方法，特别是涉及一种超高性能混凝土的制备方法。


背景技术：

2.目前，生活垃圾飞灰的处置方式主要是采用填埋技术，由于生活垃圾含有大量的有机质，发酵腐化后会向空气中释放大量的氨硫化物，一些气体具有致癌性，该技术占用了大量的土地资源，造成资源浪费，并且填埋后飞灰中的有害重金属和有机物会渗入到土壤和地下水中，造成水污染和土壤污染，对人体健康造成危害。相较于堆肥、填埋等技术，焚烧垃圾处理方法具有明显优势。
3.但是，利用焚烧技术可以实现减容、减量和资源利用，但焚烧垃圾会产生二噁英等有毒有害物质，并且排出的重金属会污染土壤，造成二次污染。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种绿色环保型超高性能混凝土材料及其制备方法，使用垃圾焚烧飞灰替代部分水泥原料，可以制备出力学性能良好的超高性能混凝土，使得垃圾焚烧飞灰变废为宝，降低了工程成本。
5.技术方案：本发明所述的一种绿色环保型超高性能混凝土材料，按重量份数计，包括以下原料：普通硅酸盐水泥600
‑
720份，粉煤灰120
‑
240份，硅灰0
‑
240份，飞灰60
‑
240份，河砂960份，水163
‑
235份，减水剂40
‑
60份，钢纤维200
‑
212份。
6.其中，所述普通硅酸盐水泥为pii
·
52.5级普通硅酸盐水泥。
7.其中，所述钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径≥0.2mm，长度≥13mm，长径比为60～70，抗拉强度≥3000mpa。
8.其中，所述硅灰中sio2含量≥95％，比表面积不小于15000m2/kg。
9.其中，河砂细度模数为2～3，密度为2.55
‑
2.70g/cm3。
10.其中，减水剂为聚羧酸减水剂，且固含量≥40％，减水率≥33.9％。
11.其中，超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％。
12.其中，生活垃圾焚烧飞灰密度为2.6g/cm3，sio2含量为3.6％，k2o含量为6.88％，mgo含量为1.07％，fe2o3含量为0.419％。
13.其中，上述绿色环保型超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰、硅灰、河砂以及钢纤维，并混合搅拌均匀，得到均匀混合料；
15.(2)将聚羧酸减水剂加入水中，搅拌得到均匀的水溶剂；
16.(3)将水溶剂加入混合料中，搅拌处理后加入钢纤维，继续搅拌，混合均匀后装模，蒸汽成型养护，即得。
17.优选地，步骤(3)中，将水溶剂加入混合料中，然后调节旋转式混合搅拌机的工作参数进行混合，先在转速为140
±
5r/min下搅拌30
±
1s，再在转速为285
±
10r/min下搅拌60
±
1s；将速度调至转速140
±
5r/min，缓慢加入钢纤维，搅拌60
±
1s后再搅拌60
±
1s，混合均匀后装模，最后按蒸汽成型养护，即可得到绿色环保型超高性能混凝土材料。
18.发明原理：本发明中将水泥和垃圾焚烧飞灰用水混合均匀，通过水合反应使重金属等有害成分固定在稳定的矿物结构中，防止有害重金属溶出，从而达到无害化、稳定化的目的。用水泥固化飞灰的优点有工艺成熟、操作简单、成本低，是处理有毒有害物质的最佳技术。
19.本发明的技术难点在于：生活垃圾焚烧飞灰吸水率较高，使得制备出的混凝土缺乏工作性能，难以结合工程使用。而本发明解决了生活垃圾焚烧飞灰由于吸水率较高导致制备出的混凝土缺乏工作性能这一重大难题，从而在工程上得以广泛应用。
20.有益效果：本发明原料采用生活垃圾焚烧飞灰来替代水泥，最终产品抗压强度与采用普通硅酸盐水泥制备的抗压强度相当，并且可以保证其高延性与高韧性，使得过剩的生活垃圾资源得到广泛利用，大大降低了工程成本，是一种新型绿色环保建筑材料。并且选用了经过水洗的生活垃圾焚烧飞灰，其与硅酸盐水泥搭配使用效果更好，大大提高了最终材料的性能。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。
22.以下实施例中所用原料满足以下要求：
23.普通硅酸盐水泥为pii
·
52.5级普通硅酸盐水泥。
24.生活垃圾焚烧飞灰来自南京江北焚烧发电厂的南京环境再生能源有限公司。
25.硅灰中sio2含量应大于等于95％，比表面积不宜小于15000m2/kg。
26.细骨料为河砂，所述的河砂细度模数为2.5，密度为2.55
‑
2.70g/cm3。
27.钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径≥0.2mm，长度≥13mm，长径比为65，抗拉强度≥3000mpa。
28.聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
29.水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(jgj63
‑
2006)的要求。
30.使用的搅拌机为旋转式混合搅拌机(爱立许r型强力混合机)。
31.实施例1
32.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
33.pii52.5级普通硅酸盐水泥720份、粉煤灰240份、飞灰240份、河砂960份、水163份、聚羧酸减水剂48份、钢纤维200份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
34.制备方法：
35.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
36.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
37.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
38.实施例2
39.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
40.pii52.5级普通硅酸盐水泥600份、粉煤灰240份、硅灰120份、飞灰240份、河砂960份、水163份、聚羧酸减水剂48份、钢纤维202份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
41.制备方法：
42.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
43.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
44.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
45.实施例3
46.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
47.pii52.5级普通硅酸盐水泥720份、粉煤灰120份、硅灰120份、飞灰240份、河砂960份、水187.2份、聚羧酸减水剂48份、钢纤维202份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
48.制备方法：
49.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
50.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
51.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
52.实施例4
53.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
54.pii52.5级普通硅酸盐水泥840份、粉煤灰120份、硅灰120份、飞灰120份、河砂960份、水198份、聚羧酸减水剂25份、钢纤维200份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
55.制备方法：
56.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
57.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
58.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
59.实施例5
60.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
61.pii52.5级普通硅酸盐水泥780份、粉煤灰120份、硅灰240份、飞灰60份、河砂960份、水235.2份、聚羧酸减水剂48份、钢纤维212份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
62.制备方法：
63.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
64.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
65.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
66.对比例1
67.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
68.pii52.5级普通硅酸盐水泥720份、粉煤灰240份、飞灰240份、河砂960份、水180份、聚羧酸减水剂60份、钢纤维204份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
69.制备方法：
70.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
71.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
72.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
73.对比例2
74.一种绿色环保型建筑材料，按重量份数计，包括以下组分：
75.pii52.5级普通硅酸盐水泥720份、粉煤灰120份、硅灰120份、飞灰240份、河砂960份、水198份、聚羧酸减水剂40份、钢纤维202份。其中超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分
布、极细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中sio2含量为52％，al2o3含量为22％，fe2o3含量为4％，cao含量为12％，钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径不小于0.2mm，长不小于13mm，长径比为65，抗拉强不小于3000mpa。
76.制备方法：
77.(1)依次将称量好的水泥，飞灰，粉煤灰、河砂加入到搅拌机中进行干拌，即慢速搅拌30s。
78.(2)将称量好的聚羧酸减水剂加入水，用玻璃棒搅拌至均匀混合液。再慢速搅拌30s，随后快速搅拌30s。将混合后的砂浆倒入试模里，放在振动台上振实，振动时间120秒。
79.(3)在蒸氧箱养护72h后拆模测试，将剩余试块放在空气下养护，养护至规定龄期之后测试相应的性能。
80.如表1所示：
81.表1 焚烧飞灰超高性能混凝土力学性能
[0082][0083][0084]
其中，表中各参数含义如下：
[0085]
f
cu
为立方体抗压强度标准值；
[0086]
f
f
为四点抗折强度。
[0087]
由上表1的结果可知，采用飞灰替代水泥可以制备出超高性能混凝土，满足工程应用，在满足工程上应用的同时，能在一定程度上降低所需水泥的成本，达到环保的目的。与对比例相比较，本发明实施例1
‑
5所成型的超高性能混凝土，其抗压强度和抗折强度变化不大，能满足超高性能混凝土的基本要求，对比例1、2抗压强度和抗折强度变化较大。实施例1与实施2、3、4、5比较，粉煤灰与硅灰配合使用，可以起到协同作用，效果更佳。通过该方法解决了生活垃圾焚烧飞灰由于吸水率较高导致制备出的混凝土缺乏工作性能这一重大难题，从而在工程上得以广泛应用。