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      利用多種生物質(zhì)混合物制備混凝土摻合料的方法

      文檔序號(hào):1846705閱讀:158來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:利用多種生物質(zhì)混合物制備混凝土摻合料的方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種利用生物質(zhì)作為摻合料配制混凝土的方法。
      背景技術(shù)
      隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),城市建設(shè)需要大量不同功能、不同種類的混凝土。工程建設(shè)對(duì)混凝土功能要求的不斷提高,促進(jìn)新材料和新技術(shù)在混凝土中不斷應(yīng)用和推廣。因此,全球范圍的水泥品種和產(chǎn)量與日俱增。為了經(jīng)濟(jì)地提高混凝土的性能和耐久性,具有凝硬性的礦物已經(jīng)作為摻合料與水泥混合后用來(lái)拌制混凝土,另外,天然凝硬材料、工業(yè)廢棄物(如飛灰,高爐礦渣,硅粉)也作為凝硬性材料被使用,作為農(nóng)業(yè)廢棄物,生物質(zhì)含有大量的 SiO2,焚燒生物質(zhì)后留下的灰分中富含的SiO2具有凝硬性的特征。而只研究單一生物質(zhì)的利用,不符合資源分布情況(各類生物質(zhì)的分布不集中,單一收集某種生物質(zhì)很困難)的實(shí)際需要,難以產(chǎn)生效益,因此如何大規(guī)模利用生物質(zhì)資源成為研究重點(diǎn)??偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)參考文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),利用生物質(zhì)作為摻合料配制混凝土方法分為兩大類一類是粉磨添加法,一類是焚燒添加法。粉磨添加法工藝繁雜,很難消除其對(duì)混凝土耐久性能的影響;而現(xiàn)有的焚燒添加法焚燒工藝仍很不完善,僅應(yīng)用于灰分中SiO2質(zhì)量比重較大的稻殼、小麥桿、稻桿等,致使堿金屬含量偏高的生物質(zhì)種類應(yīng)用受限,如南方地區(qū)的大量存在的油菜桿目前也是不能用作混凝土的摻合料。且由于現(xiàn)有的應(yīng)用的生物質(zhì)堿金屬熔點(diǎn)低,使灰分結(jié)渣現(xiàn)象不可避免,很大程度上影響了灰分比表面積,阻礙SiO2活性的發(fā)揮。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提出一種利用灰化后的水洗多種生物質(zhì)制備混凝土摻合料的方法,以便對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行有效利用,同時(shí)節(jié)約水泥。本發(fā)明的技術(shù)方案是,將稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質(zhì)材料干燥,在15°C 35°C條件下浸泡,水洗后,烘干;將經(jīng)過(guò)上述處理的生物質(zhì)材料灰化后得到的摻合料。所述的干燥為自然干燥;并在浸泡前,先進(jìn)行細(xì)化,即控制生物質(zhì)的長(zhǎng)度不大于20cmo所述浸泡的液固比為V水m生物質(zhì)=l5ml/g 30ml/g。浸泡時(shí)間為20 28小時(shí)。發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿這幾種之所以可以任兩種或任三種或四種組合加入到混凝土材料替代部分水泥,是由于本發(fā)明將以上幾種生物質(zhì)材料分別進(jìn)行了浸泡,水洗后,再進(jìn)行灰化;也正是通過(guò)浸泡,水洗可以脫除大部分堿金屬及易揮發(fā)物質(zhì),有效提高灰熔點(diǎn),降低結(jié)渣率,同時(shí)由于減少了灰分中堿金屬的含量,也就增大了灰分中SiO2的質(zhì)量百分比。
      在本發(fā)明方案中,稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿這幾種生物質(zhì),分別經(jīng)過(guò)細(xì)化、水洗、干燥、(也可以在干燥后經(jīng)預(yù)燒處理即預(yù)先燃燒,這里指在自然狀態(tài)下點(diǎn)燃,起減少煅燒過(guò)程中物質(zhì)體積和燃燒煙霧的作用),再任意2-4種混合灰化。所述的灰化即將以上經(jīng)處理過(guò)的生物質(zhì)材料置于50(T700°C溫度下煅燒適度3飛小時(shí)時(shí)間,然后迅速冷卻并將產(chǎn)物研磨成粉末,添加到混凝土中替代部分水泥。試驗(yàn)證明,添加適量的生物質(zhì)灰不會(huì)顯著降低混凝土的強(qiáng)度,并對(duì)混凝土的其它性能無(wú)有害影響??蓪⒈景l(fā)明所述摻合料與硅酸鹽水泥作為混凝土的膠凝材料。較適宜的使用范圍是在其中總質(zhì)量為100%的膠凝材料中,水泥的質(zhì)量含量為60、5%,摻合料質(zhì)量含量為 5 40%。由發(fā)明的摻合料制得混凝土材料制備過(guò)程中還可添加外加劑(可根據(jù)工程需要添加減水劑或引氣劑或促凝劑等等)0 2% ;外加劑用料的質(zhì)量百分比按膠凝材料為基數(shù)計(jì)

      o本發(fā)明利用灰化后的水洗多種生物質(zhì)混合物取代部分水泥,并可與適量外加劑進(jìn)行拌和,配制高性能混凝土,并確保其使用的安全可靠性。將灰化后的水洗多種生物質(zhì)混合物作為混凝土的摻合料再生利用,真正實(shí)現(xiàn)了資源的高效使用。本發(fā)明將農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與建筑材料科學(xué)的發(fā)展有機(jī)地溶為一體,是對(duì)生物質(zhì)處理的突破,所制得的混凝土具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的物理性能,符合混凝土國(guó)標(biāo)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。本發(fā)明將生物質(zhì)灰加以再生利用,變廢為寶,具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
      具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。發(fā)明人將以稻秸桿、稻殼、玉米桿和油菜桿任一單種生物質(zhì)作為添加摻合料,在任一單種生物質(zhì)灰分滿足作為水泥摻合料的要求的狀況,則四種中任兩種或任三種或四種的生物質(zhì)混合燃燒后灰分必然滿足,原因就在于混合后的生物質(zhì)材料,其主要化學(xué)成份,特別是SiO2的含量必然高于單種生物質(zhì)中提供的最低SiO2的含量。另外,將各個(gè)原料混合后灰化也會(huì)提升灰分的各項(xiàng)性能,如比表面積、灰熔點(diǎn)。例如實(shí)驗(yàn)表明,油菜秸桿與稻秸桿、稻殼、玉米桿中的任意一種、兩種或三種以等質(zhì)量混合,其灰化后的灰分的比表面積都較等量單一油菜秸桿灰化灰分的比表面積大。且比表面積越大,灰分活性越強(qiáng),越利于混凝土強(qiáng)度發(fā)展。所用生物質(zhì)取自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地的稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿,經(jīng)自然干燥后細(xì)化(控制各生物質(zhì)的長(zhǎng)度< 20cm)、水洗、再烘干。其中水洗步驟如下將生物質(zhì)浸泡于水溫為15°C ^35°C自來(lái)水中24小時(shí),控制V水:mM=15ml/g^30ml/g,撈出烘干即可。水溫、時(shí)間及液固比范圍的確定依據(jù)如下①物質(zhì)的溶解度與溫度有關(guān),生物質(zhì)所含K的溶解度隨溫度升高而增大,生物質(zhì)所含Na的溶解度受溫度的影響很小,而生物質(zhì)所含部分Ca溶解度隨溫度的升高而減小。綜合考慮各溶于水的物質(zhì)溶解度及水溫條件實(shí)現(xiàn)的難易程度、經(jīng)濟(jì)成本,故控制在15°C 35°C。這樣既可以直接利用自來(lái)水,滿足水溫水質(zhì)要求,方便操作,也可以除掉生物質(zhì)外帶的泥土并脫除大部分本身所含的溶于水的無(wú)機(jī)物,如K、Na、Ca,從而提高灰熔點(diǎn),利于灰比表面積的增大、灰與水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)。②生物質(zhì)表皮覆有蠟質(zhì)層,自然干燥后孔隙率減小,更不利于其內(nèi)含物質(zhì)溶解,所以浸泡時(shí)間充足能提高溶解率,實(shí)驗(yàn)證明浸泡24小時(shí)效益最佳。③物質(zhì)溶解量與水的體積有關(guān),同溫度下,水的體積相對(duì)溶質(zhì)越大,溶解量越大,但過(guò)大不能使溶液飽和,浪費(fèi)水資源,因此液固比取 15ml/g 30ml/g。表I灰化的水洗 生物質(zhì)的主要化學(xué)成份
      權(quán)利要求
      1.利用多種生物質(zhì)混合物制備混凝土的摻合料的方法,其特征是,將稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質(zhì)材料干燥,在15°C 35°C條件下浸泡,水洗后,烘干;將經(jīng)過(guò)上述處理的生物質(zhì)材料灰化后得到的摻合料。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于,所述的干燥為自然干燥;并在浸泡前,先進(jìn)行細(xì)化,即控制生物質(zhì)的長(zhǎng)度不大于20cm。
      3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,浸泡時(shí)間為2(T28小時(shí)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的方法,其特征在于,所述浸泡的液固比為質(zhì)=15ml/g 30ml/g。
      5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于,干燥后經(jīng)預(yù)燒處理即預(yù)先燃燒,這里指在自然狀態(tài)下點(diǎn)燃,再進(jìn)行浸泡。
      6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于,所述的灰化是置于500—700°C下煅燒3 5個(gè)小時(shí)。
      全文摘要
      利用多種生物質(zhì)混合物制備混凝土的摻合料的方法,將稻秸稈、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質(zhì)材料干燥,在15℃~35℃條件下浸泡,水洗后,烘干;將經(jīng)過(guò)上述處理的生物質(zhì)材料灰化后得到的摻合料。本發(fā)明的摻合料制得的混凝土具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的物理性能,符合混凝土國(guó)標(biāo)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。本發(fā)明將生物質(zhì)灰加以再生利用,變廢為寶,具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
      文檔編號(hào)C04B28/04GK102674732SQ201210144670
      公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
      發(fā)明者劉保華, 劉巧玲, 劉芳, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
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