一种全煤矸石高性能混凝土及其制备方法

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，具体为一种全煤矸石高性能混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.我国作为全世界第一的产煤大国，具有大量堆存的煤矸石，但是现有技术中，通常难以实现对这些堆存的煤矸石的大宗量资源化利用，且在制备水泥混凝土路面面层时，大多采用天然碎石和天然砂或石粉，需要开采天然资源，制备投资高、风险较大，且对土体、水体、空气都有一定的污染。

技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.本发明的目的在于提供一种全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中，通常难以实现对这些堆存的煤矸石的大宗量资源化利用，在制备水泥混凝土路面面层时，大多采用天然碎石和天然砂或石粉，需要开采天然资源，制备投资高、风险较大，污染大的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全煤矸石高性能混凝土，包括以下物料：
7.复合粉状增强剂；
8.地质聚合物掺合料；
9.煤矸石。
10.优选的，包括以下制作步骤：
11.s1、自制复合粉状增强剂；
12.s2、自制地质聚合物掺合料；
13.s3、煤矸石活化工艺；
14.s4、高性能混凝土配合比设计。
15.优选的，所述复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。
16.优选的，所述活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。
17.优选的，所述活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。
18.优选的，所述地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：
19.s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；
20.s2-2、与矿粉以一定比例掺和；
21.s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。
22.优选的，所述煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：
23.s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；
24.s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；
25.s3-3、筛分后再进行连续级配设计。
26.优选的，所述高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：
27.s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；
28.s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；
29.s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；
30.s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1、该全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，原状煤矸石经活化后，红煤矸石表面的活性成分氧化铝、氧化钙可与水泥、矿粉、复合粉状增强剂形成水化反应，界面结合强度远高于原状煤矸石或水洗煤矸石，因此，在实现100％煤矸石替代天然砂石材料的基础上，还可实现c50及以上中高强度的煤矸石骨料混凝土；
33.2、该全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，复合粉状增强剂，其中的煤系高岭土煅烧后具有良好的可塑性、很高的粘结性、较好的耐火性等理化性质，与矿粉等混合后颗粒接近纳米级别，火山灰反应、聚合反应更加充分，使得煤矸石骨料混凝土强度增高，且混凝土保水性、粘聚性加强，使得煤矸石骨料混凝土成为了一种高工作性、高强度、耐久性的混凝土；
34.3、该全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，不仅可实现“变废为宝”，减少占地，减少对土体、水体、空气的污染，减少对天然资源的开采，而且投资低、风险小，因此，该技术体系是环境友好型、资源节约型技术，综合效益十分显著；
35.4、该全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，可改善矿区及周边生态环境，以保证现代煤矿企业的绿可持续发展，利用低廉原料，采用新技术赋予建材强大的功能，对节约资源意义重大。
附图说明
36.图1为本发明流程图；
37.图2为本发明煤矸石混凝土测试强度图；
38.图3为本发明煤矸石混凝土测试强度及其破坏断面图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动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。
40.实施例一
41.请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种全煤矸石高性能混凝土，包括以下物料：
42.复合粉状增强剂；
43.地质聚合物掺合料；
44.煤矸石100％。
45.包括以下制作步骤：
46.s1、自制复合粉状增强剂；
47.s2、自制地质聚合物掺合料；
48.s3、煤矸石活化工艺；
49.s4、高性能混凝土配合比设计。
50.复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。
51.活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。
52.活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。
53.地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：
54.s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；
55.s2-2、与矿粉以一定比例掺和；
56.s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。
57.煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：
58.s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；
59.s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；
60.s3-3、筛分后再进行连续级配设计。
61.高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：
62.s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；
63.s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；
64.s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；
65.s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。
66.利用煤矸石再生粗骨料、细骨料、粉料，直接制备强度等级为c50及以上的高性能混凝土及其制品，掺加100％煤矸石骨料的混凝土试件7天抗压强度可达30mpa以上，28天抗压强度可达45mpa以上，抗折强度达5.0mpa以上
67.实施例二
68.请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种全煤矸石高性能混凝土，包括以下物料：
69.复合粉状增强剂；
70.地质聚合物掺合料；
71.煤矸石70％。
72.包括以下制作步骤：
73.s1、自制复合粉状增强剂；
74.s2、自制地质聚合物掺合料；
75.s3、煤矸石活化工艺；
76.s4、高性能混凝土配合比设计。
77.复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。
78.活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。
79.活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。
80.地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：
81.s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；
82.s2-2、与矿粉以一定比例掺和；
83.s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。
84.煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：
85.s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；
86.s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；
87.s3-3、筛分后再进行连续级配设计。
88.高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：
89.s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；
90.s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；
91.s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；
92.s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。
93.利用煤矸石再生粗骨料、细骨料、粉料，直接制备强度等级为c50及以上的高性能混凝土及其制品，掺加70％煤矸石骨料的混凝土试件7天抗压强度可达40mpa以上，28天抗压强度可达60mpa以上，抗折强度达到8.0mpa以上。
94.实施例三
95.请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种全煤矸石高性能混凝土，包括以下物料：
96.复合粉状增强剂5％；
97.地质聚合物掺合料5％；
98.煤矸石80％；
99.红煤矸石10％。
100.包括以下制作步骤：
101.s1、自制复合粉状增强剂；
102.s2、自制地质聚合物掺合料；
103.s3、煤矸石活化工艺；
104.s4、高性能混凝土配合比设计。
105.复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。
106.活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。
107.活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。
108.地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：
109.s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；
110.s2-2、与矿粉以一定比例掺和；
111.s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。
112.煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：
113.s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；
114.s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；
115.s3-3、筛分后再进行连续级配设计。
116.高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：
117.s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；
118.s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；
119.s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；
120.s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。
121.利用煤矸石再生粗骨料、细骨料、粉料，直接制备强度等级为c50以上的高性能混凝土及其制品，掺加80％煤矸石骨料的混凝土试件7天抗压强度可达34mpa以上，28天抗压强度可达53mpa以上，抗折强度达到7.6mpa以上。
122.实施例四
123.请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种全煤矸石高性能混凝土，包括以下物料：
124.复合粉状增强剂2％；
125.地质聚合物掺合料3％；
126.煤矸石90％；
127.红煤矸石5％。
128.包括以下制作步骤：
129.s1、自制复合粉状增强剂；
130.s2、自制地质聚合物掺合料；
131.s3、煤矸石活化工艺；
132.s4、高性能混凝土配合比设计。
133.复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。
134.活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。
135.活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。
136.地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：
137.s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；
138.s2-2、与矿粉以一定比例掺和；
139.s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。
140.煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：
141.s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；
142.s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；
143.s3-3、筛分后再进行连续级配设计。
144.高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：
145.s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；
146.s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；
147.s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；
148.s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。
149.利用煤矸石再生粗骨料、细骨料、粉料，直接制备强度等级为c50以上的高性能混凝土及其制品，掺加70％煤矸石骨料的混凝土试件7天抗压强度可达32mpa以上，28天抗压强度可达51mpa以上，抗折强度达到7.3mpa以上。
150.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：

1.一种全煤矸石高性能混凝土，其特征在于：包括以下物料：复合粉状增强剂；地质聚合物掺合料；煤矸石。2.一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：包括以下制作步骤：s1、自制复合粉状增强剂；s2、自制地质聚合物掺合料；s3、煤矸石活化工艺；s4、高性能混凝土配合比设计。3.根据权利要求2所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述复合粉状增强剂为活性硅质材料、活性铝质材料以及水玻璃混合而成。4.根据权利要求3所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述活性硅质材料为稻壳灰或硅灰中的任意一种或两种。5.根据权利要求4所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述活性铝质材料为煅烧煤系高岭土、铝硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的任意一种或其组合。6.根据权利要求5所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述地质聚合物掺合料包括以下制备步骤：s2-1、将煤矸石高温煅烧至1300℃-1400℃；s2-2、与矿粉以一定比例掺和；s2-3、采用气流粉碎机粉碎至800目以上。7.根据权利要求6所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述煤矸石活化工艺包括以下制备步骤：s3-1、将煤矸石煅烧至700℃-900℃，得到红煤矸石，骨料的各项性能超越原状煤矸石；s3-2、采用破碎设备粉碎至最大工程粒径31.5mm以下；s3-3、筛分后再进行连续级配设计。8.根据权利要求7所述的一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，其特征在于：所述高性能混凝土配合比设计包括以下制备步骤：s4-1、采用原状煤矸石与煅烧后的煤矸石(简称红煤矸石)以压碎值作为考核指标进行组合，符合规范要求后即可；s4-2、掺加自制复合粉状增强剂，自制地质聚合物掺合料作为填充料等；s4-3、煤矸石提前预湿，以一定比例掺配；s4-4、坍落度达到160mm以上，扩展度达到650mm以上，即可获得高性能混凝土。

技术总结

本发明涉及混凝土制备技术领域，且公开了一种全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，包括以下物料：复合粉状增强剂；地质聚合物掺合料；煤矸石。该全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，原状煤矸石经活化后，红煤矸石表面的活性成分氧化铝、氧化钙可与水泥、矿粉、复合粉状增强剂形成水化反应，界面结合强度远高于原状煤矸石或水洗煤矸石，因此，在实现100％煤矸石替代天然砂石材料的基础上，还可实现C50及以上中高强度的煤矸石骨料混凝土，复合粉状增强剂，其中的煤系高岭土煅烧后具有良好的可塑性、很高的粘结性、较好的耐火性等理化性质，与矿粉等混合后颗粒接近纳米级别，火山灰反应、聚合反应更加充分，使得煤矸石骨料混凝土强度增高。增高。增高。