[发明专利]一种利用大宗煤矿工业固废的活性粉末混凝土及制备方法

说明书

本发明公开了一种利用大宗煤矿工业固废的活性粉末混凝土，利用煤矿工业固废处理料代替硅灰、粉煤灰和部分水泥，在大宗煤矿工业固废再利用的基础上制备活性粉末混凝土，实现固废规模化消纳与高值化利用兼备的效果，达到了降低造价，减少砂石，节能减排的目的，另外本发明还提供了一种利用大宗煤矿工业固废制备活性粉末混凝土的方法，该方法制备工艺简单，成本低，材料来源广泛，消纳大宗固废，得到的混凝土的抗压强度最高可达120MPa，抗折强度最高可达30MPa，在土木工程建材及装饰材料领域具有广泛用途。

技术领域

本发明属于土木工程建材及装饰材料领域，具体涉及一种利用大宗煤矿工业固废的活性粉末混凝土及制备方法。

背景技术

对石油严重匮乏，煤炭液化技术可以从根本上解决原油紧张的问题。因此，走煤炭液化合成油的道路是我国能源战略的一个重要趋势。而随着煤化工行业的快速发展，煤炭液化技术产生的煤间接液化灰渣亦逐渐增多，其处理处置问题已是当前煤间接液化行业的热点问题，煤间接液化灰渣主要为煤矸石、气化粗渣、锅炉渣或除尘灰均为固体废弃物。当前，对于固废处理存在就地转化困难，利用效率低、运输不便等问题。大宗煤矿固体废弃物的绿色、高效、高值资源化再利用工艺是当今的重点研究问题。

我国能源结构以煤炭为主，煤炭约占能源消费构成的75％。煤炭在为国民经济发展作出巨大贡献的同时，也给矿区带来严重的生态环境和社会问题。大规模的矿山开采导致矿山废弃物数量的激增，具《中国矿产资源节约与综合利用报告(2019)》显示我国尾矿和废石累积对存量目前已接近600亿吨，其中废石堆放438亿吨，75％为煤矸石和矿山开采产生的废石。在庞大产量中，利用量却十分有限，具环保部数据显示我国固体废弃物综合利用率仅为62.2％。

因此需要一种能将大宗煤矿工业固废进行有效利用的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用大宗煤矿工业固废的活性粉末混凝土。该活性粉末混凝土通过大量使用煤矿工业固废，实现固废规模化消纳与高值化利用兼备的效果，减少了传统混凝土中砂石以及水泥用量，达到了节能减排的目的，材料来源广泛，降低了成本，得到的材料的性能优异，其7天抗压强度不小于26MPa，最高可达120MPa，7天抗折强度均不小于6MPa，最高可达30MPa。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种利用大宗煤矿工业固废的活性粉末混凝土，其特征在于，由以下质量份数的组分制成：煤矿工业固废处理料750～1750份、气化细渣300～562份、脱硫石膏25～38份、水泥600～1256份、纤维10～40份、添加剂26～64份、水258～430份。

本发明采用的煤矿工业固废处理料和气化细渣中二氧化硅、氧化铝、氧化铁的含量比较丰富，三者质量之和可达工业固废处理料质量的70％以上，其中二氧化硅和氧化铝具有一定火山灰活性，当原料中的水泥与水混合后发生水化反应并放出热量使得水化反应体系内部升温，同时原料中的添加剂裹附在水化反应体系的周围，水化反应放出的热量不易散出且持续升高，煤矿工业固废处理料与水化反应中的产生的Ca(OH)₂反应生成水化硅酸钙等产物，使原料中的颗粒粘结起来形成凝胶体，使混凝土中的其它成分牢固地胶结在一起，从而提高了混凝土的抗拉强度，而且本发明将大宗煤矿工业固废处理料作为主要原料，可将大宗煤矿产生工业固废充分进行利用，来源广泛，取材方便，且无产地限制，大大降低混凝土的原料成本，节省了人力物力，减少了对环境的污染和破坏；本发明通过将脱硫石膏和气化细渣加入到煤矿工业固废处理料和水泥体系中，会提高胶凝体系的流动性能，节约了大量的水泥和细骨料减少了用水量，改善了混合浆料的和易性，缩短凝结时间，增强混合浆料的可泵性，并提高胶凝体系的强度，石膏的微膨胀效应改善了水泥和粉煤灰结构的早期收缩，减少了水化热和热能膨胀性，同时脱硫石膏能够促进气化细渣的水化，改善气化细渣的微结构，提高了混凝土的抗渗能力，因此脱硫石膏、气化细渣、水泥胶凝体系能在大量利用这两种工业废渣的同时，直接拌合，成为兼具气硬性和水硬性特点的特殊结构，通过添加纤维提高了混凝土的韧性，从而提高了混凝土的抗拉强度。