一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土及其制备方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.自密实混凝土指的是具有高流动性、均匀性和稳定性，且浇筑时无需振捣，能依靠自身重力充满、密实整个模板空间的一种绿色高性能混凝土。但由于自密实混凝土具有高流动性，在重力和外力作用下，各组分会发生沉降离析问题。因此设计一种具有较高抗离析能力的自密实混凝土具有重要意义。


技术实现要素：

3.针对上述问题，现提供一种低成本、低资源消耗、绿色环保、工艺简单的碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土及其制备方法。
4.上述方案的有益效果是：
5.1)本发明提供的方法中以电炉镍铁合金渣作为研磨介质，在湿磨过程中通入工业尾气，在二氧化碳作用下，电炉镍铁合金渣表面无定型玻璃体得到溶解与解聚，有效改善电炉铁合金渣作为集料存在潜在安定性的问题；另一方面，该方法无需对研磨介质与研磨物料分离，湿磨后电炉镍铁合金渣与浆状物同时从湿磨机中排出，节约了施工时间，解决湿磨罐底部和卸料口造成堵塞无法筛出浆料的问题；
6.2)本发明在二氧化碳的作用下湿磨超细化掺合料，一方面促进了掺合料中钙镁离子等金属离子的溶出，生成了纳米尺度碳酸盐，纳米碳酸盐颗粒吸附在水泥物表面，填充微孔，形成更致密的结构，纳米碳酸盐可以在水泥水化过程中充当c-s-h生长的成核位点，进而提高强度；另一方面，纳米碳酸盐颗粒填充在水泥颗粒之间，进而缩短颗粒之间距离，增加颗粒之间相互接触机会，颗粒间的约束作用增强，提升浆体内部颗粒之间内聚力和摩檫力，进而导致浆体的黏度增大。此外，纳米碳酸盐具有巨大比表面积吸附大量自由水，导致需水量变大，导致自由水减少，降低浆体流动性能，自由水的减少使水泥颗粒间搭接程度变大，导致颗粒之间的摩檫力变大，流动阻力变大，从而增加黏度和静态屈服应力，新鲜水泥浆体的稳定性增加，进而提升抗离析性能。将掺合料用于自密实混凝土中，不但能解决资源紧张和环境污染问题，降低水泥的用量和自密实混凝土的总造价，而且有效改善了自密实混凝土的内部结构和抗离析性能；
7.3)本发明中经过湿磨处理的掺合料颗粒比表面积增大，离子溶出充分，极大提高反应活性，使其充分与二氧化碳融入液相中反应生成的碳酸根离子发生反应生成碳酸盐，进而对co2进行固定及封存，实现了二氧化碳在建筑材料领域的资源化利用，有助于降低建筑材料全寿命周期的碳排放，具有显著的环保价值和应用前景；
8.4)本发明中湿磨碳化粉煤灰、矿渣粉、高炉镍铁合金渣、钢渣掺合料，在湿磨过程
中通入二氧化碳，在湿磨机械力作用下，掺合料中颗粒充分破碎溶解，掺合料中所含其他重金属(cr、cu等)离子在液相研磨过程中溶出与二氧化碳发生反应，生成不溶性碳酸盐，对重金属进行固化，进而消除了重金属的危害。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
10.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
11.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
12.本发明中提供了一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土的制备方法，上述制备方法中集料为水冷电炉镍铁合金渣，粒径为0-5mm；其中，0-1mm占20-30份；1-3mm占60-90份；3-5mm占20-30份；莫氏硬度≥6.5；吸水率为0.80-1.22％；压碎指标值15-20％。掺合料为粉煤灰、矿渣粉、高炉镍铁合金渣、钢渣中的一种或按照任意配比的多种，掺合料的中值粒径≤25μm。工业尾气为水泥厂废气、高炉炼铁厂废气、燃烧化石燃料生成的废气、电力和热能生产生成的废气中的一种或多种，且其中二氧化碳浓度≥50％，二氧化硫浓度≤10％。水泥为po42.5水泥。粗骨料为碎石，其粒径为5-25mm。减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率≥25％,固含量为30-40％。
13.实施例1
14.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其制备方法为：
15.1)将100份电炉镍渣集料和40份粉煤灰置于立式搅拌磨中，加入50份水，以10l/min速率通入水泥厂废气(二氧化碳浓度为50％，二氧化硫浓度为10％)，按照400r/min转速研磨30min，得到含有集料和掺合料混合材料；
16.2)将上述混合材料与100份水泥、250份粗骨料、0.4份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌3min，得到自密实混凝土。
17.实施例2
18.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其制备方法为：
19.1)将120份电炉镍渣集料和50份矿渣粉置于立式搅拌磨中，加入60份水，以15l/min速率通入高炉炼铁厂废气(二氧化碳浓度为60％，二氧化硫浓度为8％)，按照500r/min转速研磨35min，得到含有集料和掺合料混合材料；
20.2)将上述混合材料与100份水泥、280份粗骨料、0.5份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌4min，得到自密实混凝土。
21.实施例3
22.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其制备方法为：
23.1)将150份电炉镍渣集料和60份高炉镍铁合金渣置于立式搅拌磨中，加入70份水，以30l/min速率通入燃烧化石燃料生成的废气(二氧化碳浓度为70％，二氧化硫浓度为7％)，按照700r/min转速研磨40min，得到含有集料和掺合料混合材料；
24.2)将上述混合材料与100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
25.实施例4
26.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其制备方法为：
27.1)将150份电炉镍渣集料和60份钢渣置于立式搅拌磨中，加入70份水，以25l/min速率通入电力和热能生产生成的废气(二氧化碳浓度为80％，二氧化硫浓度为9％)，按照700r/min转速研磨40min，得到含有集料和掺合料混合材料；
28.2)将上述混合材料与100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
29.实施例5
30.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其制备方法为：
31.1)将150份电炉镍渣集料和60份任意配比的粉煤灰、矿渣粉、高炉镍铁合金渣、钢渣混合掺合料置于立式搅拌磨中，加入50份水，以30l/min速率通入水泥厂废气、高炉炼铁厂废气、燃烧化石燃料生成的废气、电力和热能生产生成废气的混合气体(二氧化碳浓度为85％，二氧化硫浓度为10％)，按照700r/min转速研磨40min，得到含有集料和掺合料混合材料；
32.2)将上述混合材料与100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
33.对比例1
34.按照100份电炉镍渣集料、40份粉煤灰、50份水、100份水泥、250份粗骨料、0.4份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌3min，得到自密实混凝土。
35.对比例2
36.按照150份电炉镍渣集料、60份矿渣粉、70份水、100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
37.对比例3
38.按照150份电炉镍渣集料、60份高炉镍铁合金渣、70份水、100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
39.对比例4
40.按照150份电炉镍渣集料、60份钢渣、70份水、100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
41.对比例5
42.按照150份电炉镍渣集料、60份任意配比的粉煤灰、矿渣粉、高炉镍铁合金渣、钢渣混合掺合料、70份水、100份水泥、300份粗骨料、0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌5min，得到自密实混凝土。
43.本发明中实施例及对比例混凝土样品性能测试如下表所示：
[0044][0045]
注：膨胀百分率大于0.5为安定性不合格；主要材料二氧化碳排放量主要考虑计算水泥的二氧化碳排放，按照860kg/吨进行计算；综合二氧化碳排放计算依据：材料二氧化碳排放+研磨能耗-二氧化碳固定量；研磨设备按照常规5t/h容量75kw计算，按照二氧化碳平均0.785kg/kw
·
h；其中电炉镍铁合金渣安定性按照gb/t 750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》进行测试。自密实混凝土的离析率、坍落扩展度、抗压强度按照jgj/t 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》进行测试。
[0046]
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将100-150份集料、40-60份掺合料置于立式搅拌磨中，加入50-70份水，以10-30l/min速率通入工业尾气，按照400-700r/min转速研磨30-40min，得到含有集料和掺合料混合材料；2)将上述混合材料与100份水泥、250-300份粗骨料、0.4-0.7份减水剂置于搅拌机中混合，搅拌3-5min，得到一种自密实混凝土。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述集料为水冷电炉镍铁合金渣，粒径为0-5mm；其中，0-1mm占20-30份；1-3mm占60-90份；3-5mm占20-30份；莫氏硬度≥6.5；吸水率为0.80-1.22％；压碎指标值15-20％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺合料为粉煤灰、矿渣粉、高炉镍铁合金渣、钢渣中的一种或按照任意配比的多种，掺合料的中值粒径≤25μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述工业尾气为水泥厂废气、高炉炼铁厂废气、燃烧化石燃料生成的废气、电力和热能生产生成的废气中的一种或多种，且其中二氧化碳浓度≥50％，二氧化硫浓度≤10％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水泥为po42.5水泥。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粗骨料为碎石，其粒径为5-25mm。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率≥25％,固含量为30-40％。8.一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述制备方法制备获得。

技术总结
本发明公开了一种碳化协同改性固废集料和掺合料及自密实混凝土及其制备方法，上述制备方法包括如下步骤：1)将40-60份掺合料、100-150份集料、50-70份水置于立式搅拌磨中，以10-30L/min速率通入工业尾气，按照400-700r/min转速研磨30-40min，得到含有集料和掺合料混合材料；2)将上述混合材料与100份PO42.5水泥、250-300份碎石、0.4-0.7份减水剂搅拌3-5min，得到自密实混凝土。本发明中在二氧化碳作用下，对掺合料和集料进行湿磨改性，改性后集料安定性合格，改性后掺合料和集料混合料制得自密实混凝土强度高，坍落扩展度、抗离析性能优异。异。


技术研发人员：李玉博 吴粤虎 贺行洋 苏英 张欣欣 王迎斌 杨进 陈顺 金子豪 戚华辉
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/7/19