[发明专利]一种高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆，由煅烧煤矸石细骨料或者煅烧煤矸石复合细骨料、P.Ⅱ52.5硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂和水制成，还提供了制备方法：将水和水泥搅拌混合得到水泥净浆，然后将煅烧煤矸石细骨料或者煅烧煤矸石复合细骨料分2次加入至所述水泥净浆中，经搅拌、振捣成型、预养24h后拆模、水养，得到高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆。本发明的全煤矸石骨料水泥砂浆抗压和抗折强度高、砂浆基体密实、界面结合好、抗干燥收缩性能优，可克服传统煤矸石骨料水泥砂浆强度低、干燥收缩大等问题，实现煤矸石资源化利用及高性能全煤矸石骨料水泥砂浆的制备。

技术领域

本发明属于固废资源化利用和水泥砂浆技术领域，具体涉及一种高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

我国是世界最大的煤炭生产和消耗国，煤矸石是采煤和洗煤过程排放的固体废弃物，其产量约占采煤总量的10％～25％，是排放量最大的工业固体废弃物之一。目前，煤矸石的利用多集中在填埋、筑路、发电、制砖和化工等领域，但其利用率和附加值仍然不高，煤矸石的长期堆积不仅是资源的浪费，而且经自燃、淋溶后对空气、水源、土体和生态环境造成了严重污染。煤矸石丰富矿物资源，经煅烧活化、粉磨后可用作水泥混合材、混凝土掺合料和碱激发胶凝材料原料，但煤矸石组成复杂且波动大、掺量小等因素也限制了其大规模产业化应用。当下，天然砂石骨料日益短缺，过渡开采给生态环境造成了巨大压力，解决骨料资源供给、寻找砂石骨料替代原料成为重要研究领域。煤矸石作为大宗固废具有制备砂石骨料的巨大潜力。煤矸石中碳质等有机杂质较多、组成和结构复杂，更适合降低颗粒粒径作为细骨料使用。原状煤矸石作为粗骨料制备混凝土虽然能够减少破碎能耗，成本低，但是制备的混凝土普遍存在强度低、界面粘结差、耐久性差、干燥收缩大、体积稳定性不良等问题，不能充分发挥煤矸石中粘土矿物资源的独特优势。目前，砂石骨料日益短缺，未经处理的煤矸石作为骨料使用一般用于制备C20～C30等级普通混凝土/砂浆，虽可部分减少天然碎石开采、增加煤矸石利用率，但对煤矸石规模化应用以及制备高性能煤矸石混凝土/砂浆并无帮助。

砂浆和混凝土在低湿度环境下易产生干燥收缩变形，干燥收缩率大将加速砂浆和混凝土收缩开裂，造成其耐久性不良、降低其服役期限和安全性。骨料粒形、强度和骨料-基体的界面结构是约束其收缩的关键因素，煤矸石砂浆除需具备一定的力学性能外，还应具有优良的体积稳定性。

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，提供一种高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆及其制备方法，该全煤矸石骨料水泥砂浆抗压和抗折强度高、砂浆基体密实、界面结合好、抗干燥收缩性能优，有利于将煤矸石资源利益最大化，煤矸石细骨料中碳粉的燃烧可充分释放热能，同发电和供暖系统形成产业链，促进煤矸石无害化、零污染利用，全面提升煤矸石利用率和附加值，解决煤矸石长期大量堆积产生的环境污染问题，也能够进一步弥补砂石骨料资源短缺的现状，并且克服混凝土/砂浆强度低、干燥收缩大等问题，实现煤矸石资源化利用及高性能全煤矸石骨料水泥砂浆的制备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强低干燥收缩全煤矸石骨料水泥砂浆，由以下重量份的原料制成：煅烧煤矸石细骨料或者煅烧煤矸石复合细骨料1195份～1222份、P.Ⅱ52.5硅酸盐水泥450份、聚羧酸减水剂5.4份和水225份；

所述煅烧煤矸石细骨料为粒径≤4.75mm的原状煤矸石于温度为600℃～900℃的条件下煅烧而成；

所述煅烧煤矸石复合细骨料由以下质量分数的原料组成:煅烧煤矸石细骨料a20％、煅烧煤矸石细骨料b 70％，余量为煅烧煤矸石细骨料c；

所述煅烧煤矸石细骨料a为2.36mm≤粒度d1＜4.75mm的原状煤矸石在温度为900℃的条件下煅烧而成；

所述煅烧煤矸石细骨料b为0.15mm≤粒度d2＜2.36mm的原状煤矸石在温度为750℃的条件下煅烧而成；