一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前，砌块材料的主要成分多为水泥，而水泥中产生的co2是导致全球变暖的温室气体之一。有研究表明，大约90％的工业co2排放物是由水泥所产生的，占全球co2排放量的8％。因此,这些统计数字强调了替代部分水泥基材料的必要性,以减少全球水泥使用量，开发一种可持续的混凝土材料不仅意味着减少co2排放，而且要遵循两个关键原则：减水和再利用。在这一理念下,使用工业副产品作为替代水泥一部分,以达到减少水泥产量和解决废物堆积的目的,从而对环境的影响降至最低，同时降低生产成本和垃圾填埋场维护费用。
3.粉煤灰是煤炭燃烧后的副产品，是世界上最丰富，利用量最少的材料。全球每年产生的粉煤灰超过9亿吨，中国约为580万吨，目前粉煤灰的平均利用率仅为总灰分的53.5％左右，这导致了有接近一半的粉煤灰未被利用，造成严重的堆积问题。这些粉煤灰要么在陆地上进行填埋，要么被扔到海洋中，造成空气污染和水污染。粉煤灰中的活性组分sio2、al2o3可以与硅酸盐水泥(pc)直接活化，作为部分水泥的添加剂，替代量为15～25％。随着粉煤灰综合利用的研究越来越多，粉煤灰基建筑材料逐步在商业中应用。
4.但是现有的砌块材料中粉煤灰的掺量较少，难以消纳电力工业排放的粉煤灰废料，专利 cn 107793052a和cn 107793052a公开的粉煤灰水泥中，粉煤灰含量最多也不超过40％，且粉煤灰的掺量增加会导致材料性能下降，所以大掺量且强度高的砌块材料是有效解决粉煤灰废料堆积的关键。


技术实现要素：

5.本发明针对上述改性材料存在的不足，提供一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料的制备方法，该方法制备得到的砌块材料粉煤灰掺量大，解决了目前粉煤灰堆积问题，大幅度降低水泥使用量，同时提高材料强度。
6.为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
7.本发明的另一个目的是提供一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料的制备方法，包括以下质量份的原料制成：粉煤灰60～70份，水泥30～40份，电石渣10～15份，甲基纤维素0.2～0.4 份，复合碱激发剂1.5～2.0份，自制高效减水剂0.3～0.5份，水灰比0.4～0.45。
8.进一步地，所述自制高效减水剂由苯酐和异戊烯醇聚氧乙烯醚采用两步法合成。
9.进一步地，所述两步法具体步骤为：
10.s1：以苯酐和异戊烯醇聚氧乙烯醚按照摩尔比为3:1，在65～70℃无水条件下加热2h～3h，然后用饱和氯化钠和碳酸钠溶液洗涤，再用乙酸乙酯进行萃取，去除萃取相中的溶剂乙酸乙酯，制得精酯化液。
11.s2：将50～60份的异戊烯醇聚氧乙烯醚和18.75～22.5份精酯化液溶于水中加入
20～30份 h2o2，在30℃的条件下加入30～35份丙烯酸和5-8份巯基丙酸，滴加时间控制在2.5～3.0h，之后加入18～25wt％氢氧化钠溶液进行中和，最后通过阴离子交换树脂进行纯化，在80～90℃下真空干燥，即得到自制高效减水剂。
12.进一步地，所述复合碱激发剂为硫酸钠、碳酸钠、亚硫酸钠、氢氧化钠中的任意两种。
13.进一步地，所述复合碱激发剂由硫酸钠与亚硫酸钠按照质量比2～3:3～3.5。
14.进一步地，所述粉煤灰采用f类粉煤灰，45μm筛余量不大于20％。
15.进一步地，所述水泥为普通p.o42.5硅酸盐水泥。
16.进一步地，所述电石渣为乙炔生产后的固体废弃物。
17.进一步地，包括以下步骤：
18.(1)将预处理后的粉煤灰、水泥、电石渣均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、自制高效减水剂和甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌5～10min得到砌块浆液。
19.(2)将所得浆液倒入标准模具中，在恒温恒湿箱中养护28天，即得到粉煤灰砌块材料。
20.本发明的有益效果包括以下几点：
21.(1)本发明加入大掺量的粉煤灰，实现了固体废弃物粉煤灰的高效利用，解决了粉煤堆积产生空气污染和水体污染的问题，对废弃资源的有效利用、保护环境和建筑节能具有重要意义；并且取代部分水泥，降低了水化反应时的水化热，减少了砌块材料的生成成本，明显改善了砌块材料的性能；
22.(2)加入了自制的高效减水剂，极大程度提高了水泥颗粒的分散性能，改变了浆体的固流性，减少了用水量，增强了砌块的强度；
23.(3)加入纤维素、电石渣以及增稠剂来提升砌块材料早期的强度，降低粉煤灰大量添加后早期强度降低的问题；
24.(4)本发明材料耐火度不小于800℃，符合一级耐火材料标准，用的原料容易或得、成本低廉、绿色环保且制作工艺简单，能耗较低，工业应用优势大。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
26.以下实例中所述的粉煤灰采用徐州某燃煤电厂的f类粉煤灰。
27.以下实施例中所述水泥采用普通p.o42.5硅酸盐水泥。
28.以下实施例中所述电石渣由某乙炔公司提供的固体废弃物。
29.以下实施例中所述药品均为市场中的常规药品。
30.实施例以及对比例中高效减水剂制备：第一步，以苯酐和异戊烯醇聚氧乙烯醚按照摩尔比为3:1，在65℃无水条件下加热2.5h，之后用饱和氯化钠和碳酸钠溶液洗涤，再用乙酸乙酯进行萃取，去除萃取相中的溶剂乙酸乙酯，最后制得精酯化液；第二步，将50份的异戊烯醇聚氧乙烯醚和18.75份精酯化液溶于水中加入22份h2o2，在30℃的条件下加入30份丙烯酸和8份巯基丙酸，滴加时间控制在3.0h，之后加入20wt％氢氧化钠溶液进行中和，最后通过阴离子交换树脂进行纯化，在85℃下真空干燥，即得到自制高效减水剂。
31.实施例1
32.一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
33.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰60份，水泥40份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，复合碱激发剂1.5份，自制高效减水剂0.35份，水灰比0.4。
34.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
35.3)混料：将预处理后的粉煤灰、水泥、电石渣均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、自制高效减水剂和甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
36.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
37.实施例2
38.一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
39.2)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰70份，水泥30份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，复合碱激发剂1.75份，自制高效减水剂0.4份，水灰比0.4。
40.3)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
41.4)混料：将预处理后的粉煤灰、水泥、电石渣均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、自制高效减水剂和甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
42.5)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
43.实施例3
44.一种大掺量粉煤灰高强度砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
45.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，复合碱激发剂2.0份，自制高效减水剂0.35份，水灰比0.4。
46.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
47.3)混料：将预处理后的粉煤灰、水泥、电石渣均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、自制高效减水剂和甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
48.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
49.对比例1
50.一种大掺量粉煤灰砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
51.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，水灰比0.4。
52.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
53.3)混料：将预处理后的粉煤灰、电石渣和水泥均匀混合，加入甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
54.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
55.对比例2
56.一种大掺量粉煤灰砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
57.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，复合激发剂2.0份，水灰比0.4，
58.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
59.3)混料：将预处理后的粉煤灰、电石渣和水泥均匀混合，依次加入复合碱激发剂和甲基纤维素，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
60.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
61.对比例3
62.一种大掺量粉煤灰砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
63.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，电石渣10份，甲基纤维素0.3份，复合激发剂2.0份，普通聚羧酸减水剂0.35，水灰比0.4。
64.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
65.3)混料：将预处理后的粉煤灰、电石渣和水泥均匀混合，依次加入复合碱激发剂、甲基纤维素和普通聚羧酸减水剂，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
66.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
67.对比例4
68.一种大掺量粉煤灰砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
69.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，复合碱激发剂1.5份，自制高效减水剂0.35份，水灰比0.4。
70.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分。
71.3)混料：将预处理后的粉煤灰、水泥均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、自制高效减水剂，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
72.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
73.对比例5
74.一种大掺量粉煤灰砌块材料的制备方法，包括以下步骤：
75.1)备料：按照以下质量份准备原料，粉煤灰65份，水泥35份，复合碱激发剂2.0份，普通聚羧酸减水剂0.35，水灰比0.4。
76.2)预处理：将粉煤灰在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将水泥在60℃下烘干24h，通过200目筛进行筛分；将电石渣在60℃下烘干24h。
77.3)混料：将预处理后的粉煤灰、水泥均匀混合，再依次加入复合碱激发剂、普通聚羧酸减水剂，按照水灰比为0.4，加入自来水，混合搅拌8min，制得砌块材料浆体。
78.4)成型养护：将制得的砌块材料浆体倾倒入模具当中，静置，制得砌块材料初样，然后在室温25℃下，养护28d后脱模，得到大掺量粉煤灰高强度砌块材料。
79.技术指标：
80.对实施例1～3以及对比例1～5中的方法制得的砌块材料进行性能参数测试，结果如下：
81.表1材料的抗压强度、吸水率和导热系数测试结果
[0082][0083]
对比实施例1～3与对比例1～3，发现加入了自制的高效减水剂，尤其将其和碱激发剂一同使用，极大程度提高了水泥颗粒的分散性能，改变了浆体的固流性，减少了用水量，增强了砌块的强度；对比实施例1～3与对比例4～5，加入纤维素、电石渣以及增稠剂提升砌块材料早期的强度，降低粉煤灰大量添加后早期强度降低的问题，且实施例1～3的耐火度不小于 800℃，符合一级耐火材料标准。
[0084]
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案基础上，所有不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。