利用重油灰分制备自密实混凝土的制作方法
【专利摘要】重油灰分自密实混凝土可以包含骨料、重油灰分细粒料、水和水泥。所述重油灰分可包含超过90重量％的碳。在实施方案中，所述重油灰分自充填混凝土能在自身重量的作用下流动，并且同时仍维持混合物的稳定稠度。
【专利说明】利用重油灰分制备自密实混凝土
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用重油灰分制备自密实混凝土（self-consolidated concrete)的方法和装置。更具体而言，本发明涉及使用重油灰分作为自密实混凝土的成 分。
【背景技术】
[0002] 常规混凝土通常含有硅酸盐水泥和水，以及各种骨料，如砂或砾石。混合时，在水 和水泥之间发生"水化反应"，其结果是获得了将骨料结合在一起的水泥浆。在某些类型的 混凝土中，可使用硅灰或飞灰作为部分替代物或作为硅酸盐水泥的附加物。硅灰和飞灰能 够与水泥中的氢氧化钙反应（火山灰反应）。火山灰反应可提高固化后的混凝土的强度和 密度。可惜的是，这些火山灰相对昂贵，因此增加了混凝土的成本。
[0003] 自充填混凝土或自密实混凝土（"SCC"）不同于常规混凝土之处在于，其可以在其 自身重量下流动。20世纪80年代后期，研制出了 SCC以确保通过自密实而实现足够的充 填，并且有利于在密集配筋（congested reinforcement)且面积有限的结构中进行混凝土 浇筑。SCC是高工作性混凝土，其能流过狭窄的间隙和复杂的结构元件（如钢筋）并充分填 充空隙，而无需使用振捣。
[0004] 伴随着发电厂的重油或裂化燃油的燃烧会产生大量的重油灰分。其产量预计会随 着重油或裂化油使用的增多而增加。必须以环保的方式来解决越来越多的重油灰分。
【发明内容】
[0005] 鉴于前述情况，本发明的实施方案提供了包含重油灰分的自密实混凝土、以及制 备重油灰分水泥混凝土混合物的方法。
[0006] 石油灰分（0A)是由发电厂的石油燃烧产生的一种黑色粉末废料。在实施方案中， 石油灰分被用作生产自密实混凝土（SCC)的填料。在实施方案中，用5%的石油灰分来生 产具有高强度和良好耐久性的自密实混凝土；与使用7%的硅灰或30%的飞灰作为水泥附 加物而制得的SCC相比，以0A作为水泥添加物而制得的SCC具有更高的压缩强度；与使用 7%的硅灰或30%的飞灰作为水泥附加物而制得的SCC相比，以0A作为水泥添加物而制得 的SCC具有更小的干燥收缩应变。与利用硅灰或飞灰生产的类似混凝土相比，0A的使用降 低了 SCC的成本。
[0007] 发电厂中重油或裂化燃油的燃烧产生了大量的0A。其产量预计会随着重油或裂 化油使用的进一步增多而增加。因此，理想的是将这种副产品用作有用的材料。将0A用于 建筑材料中是利用这种副产品材料的一种途径，这样可以保护环境且无需建立用以处理0A 的特殊区域。
[0008] 目前，通过使用硅灰或飞灰作为填料来制备SCC。飞灰和硅灰均价格高昂。本发明 的实施方案可以消除或减少制备SCC时飞灰或硅灰的使用，从而降低SCC的成本。实施方 案无需采用针对0A的特殊处理方法和特殊倾倒区。而且，实施方案包括安全且经济的0A 处理方法。这种处理方法通过将0A用作SCC中的填料可以减少碳足迹。
[0009] 在实施方案中，重油灰分自充填混凝土包括：骨料；重油灰分细粒料（heavy oil ash fines)，重油灰分细粒料包含至少90%的碳，并且至少80%的重油灰分细粒料小于45 微米（325筛网）；水；以及水泥，在重油灰分细粒料和骨料中存在下混合水和水泥从而得到 重油灰分水泥混凝土，该重油灰分自充填混凝土在其自身重量下流动。
[0010] 在实施方案中，重油灰分自充填混凝土基本上不含高效减水剂。在实施方案中，重 油灰分的量等于水泥重量的约3重量％至10重量％。在实施方案中，重油灰分的量等于水 泥重量的约5重量％。在实施方案中，重油灰分细粒料基本上不具有胶凝性能。在实施方 案中，水泥在与水反应后释放氢氧化钙，并且氢氧化钙和重油灰分之间不发生反应。在实施 方案中，重油灰分自充填混凝土为均匀混合物，并且其能够有效地在流动时保持均匀。在 实施方案中，重油灰分自充填混凝土能够有效地具有至少约650mm的枬落流动直径（slump flow diameter)。在实施方案中，重油灰分水泥混凝土混合物在28天固化后的吸水率为约 4. 50%至 4. 60%。
[0011] 处理重油灰分的方法的实施方案包括如下步骤：将水泥和水混合，以形成水泥混 合物；向水泥混合物中添加重油灰分，该重油灰分是由重燃料油的燃烧产生的；以及向水 泥混合物中加入骨料，该水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自充填混凝土。在该 方法的实施方案中，重油灰分包含至少90%的碳。在该方法的实施方案中，水泥在与水反应 后释放出氢氧化钙，并且氢氧化钙和重油灰分之间不发生反应。
[0012] 该方法的实施方案还包括在重油灰分自充填混凝土被混合之后的固化步骤，以形 成硬化的自充填混凝土，其中，重油灰分防止水渗入硬化的自充填混凝土中。该方法的实施 方案还包括将自充填混凝土倒入圆锥中，然后将圆锥移除，其中自充填混凝土流入直径为 650mm至800mm的圆口。在该方法的实施方案中，重油灰分量的添加量等于水泥的约1重 量％至约10重量％。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 因此，通过参照附图所示出的本发明实施方案，上述特征、方面和本发明的优势以 及其它方面将变得变得显而易见且更详细地理解，并且能够对上面所简要归纳的本发明进 行更详细的描述，这些附图构成了本说明书的一部分。然而应当注意的是，随附的附图示出 了本发明的一些实施方案，因此不应视为是对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其 它同等有效的实施方案。
[0014] 图1为示出了本发明实施方案相比于常规实施方案的压缩强度变化的图表。
[0015] 图2为示出了本发明实施方案相比于常规实施方案的干燥收缩的图表。
[0016] 图3为示出了本发明实施方案相比于常规实施方案的吸水率的图表。
[0017] 图4为示出了本发明实施方案相比于常规实施方案的腐蚀电位的图表。
[0018] 图5为示出了本发明实施方案相比于常规实施方案的腐蚀电流密度的图表。
【具体实施方式】
[0019] 重油灰分为由重油或裂化油燃烧产生的残余物。重油一般被定义为具有较长的烃 链（例如，碳长度为约12至70个碳原子、或约20至70个碳原子）的燃料油。美国材料与 试验协会（ASTM)将重燃料油分为"5号燃料油"或"6号燃料油"。由于重燃料油的粘度高， 因此例如在发电厂中，在重燃料油燃烧前有时会将其预热。
[0020] 炼油工业中的裂化一般是指通过使长链烃断裂为较短的烃链，从而将复杂的有机 分子断裂成简单分子。可使用各种过程以将石油裂化，例如，包括催化过程。裂化过程后，可 将所得到的烃分离为不同种类的燃料，其中包括（例如）燃料气体、液化石油气（"LPG")、 汽油、轻循环油和重燃料油。由裂化过程产生的重燃料油可以称为"裂化燃料油"。对于本 申请的目的，除非另有规定，否则裂化燃料油和重燃料油均被称为重燃料油。发电厂可以使 用重燃料油，并且预计在未来重燃料油的用量就增加。燃烧重燃料油会产生包括灰分在内 的残留物。本领域普通技术人员会认识到，由于环境方面的限制，重油灰分可以被捕集，或 者在一定程度上必须被捕集，而不是被释放到大气中。
[0021] 重油灰分（"Η0Α"）是一种由重燃料油燃烧产生的黑色粉末类废料。重油灰分具 有不同于其他类型的灰分的独特特质。通常，重油灰分包含超过约90重量％的碳。剩余的 小于约10重量％的重油灰分通常包含硫，镁和钒。重油灰分可以包括各种粒径。
[0022] 重油灰分中含有多种元素。例如，表1显示了重油灰分的典型化学分析。各元素 的量可以根据重油灰分来源而不同。由于本发明实施方案中的重油灰分是通过燃烧重油而 形成的，因此其可以包含超过90重量％的碳。在表1中可以看出，本发明实施方案中所使 用的Η0Α的元素组成与此前用于混凝土中的常规飞灰存在显著区别。
[0023] 表 1
[0024]
【权利要求】
1. 一种重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 骨料： 重油灰分细粒料，该重油灰分细粒料的特征在于含有至少90%的碳，并且至少80%的 所述重油灰分细粒料小于45微米（325筛网）； 水：和 水泥，所述重油灰分水泥混凝土是通过在所述重油灰分细粒料和所述骨料的存在下 将所述水与所述水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流 动。
2. 权利要求1所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分自充填混凝土不含 1?效减水剂。
3. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量为 所述水泥重量的3重量％至10重量％。
4. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量为 所述水泥重量的5重量％。
5. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分细粒 料不具有胶凝性能。
6. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述水泥在与所述水 反应后释放氢氧化钙，并且其特征还在于：所述氢氧化钙和所述重油灰分之间不发生反应。
7. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分水泥定 义为均匀混合物，并且所述重油灰分水泥能够有效地在流动时保持均匀。
8. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分水泥 混凝土混合物能够有效地具有至少650毫米的坍落流动直径。
9. 前述权利要求中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中，在28天固化时间之 后的吸水率为4. 50 %至4. 60%。
10. -种处理重油灰分的方法，该方法的特征在于包括如下步骤： 将水泥和水混合，以形成水泥混合物； 向所述水泥混合物中添加重油灰分，该重油灰分是由重燃料油的燃烧产生的；以及 向所述水泥混合物中加入骨料，所述水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自 充填混凝土。
11. 根据权利要求10的方法，其中所述重油灰分的特征在于包含至少90%的碳。
12. 根据前述权利要求10或11所述的方法，其中所述水泥在与所述水反应后释放氢氧 化钙，并且其特征还在于：所述氢氧化钙和所述重油灰分之间不发生反应。
13. 根据前述权利要求10-12中任意一项所述的方法，其特征还在于包括如下步骤：在 所述重油灰分自充填混凝土被混合之后进行固化，以形成硬化的自充填混凝土，其中，所述 重油灰分防止水渗入所述硬化的自充填混凝土中。
14. 根据前述权利要求10至13中任意一项所述的方法，其特征还在于包括如下步骤： 将所述重油灰分自充填混凝土倒入圆锥中，然后将所述圆锥移除，其中所述自充填混凝土 流入直径为650mm至800mm的圆口。
15. 根据权利要求10至14中任意一项所述的方法，其中所述重油灰分的添加量等于所 述水泥重量的1重量％至10重量％。
16. -种重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 水泥； 重油灰分细粒料，该重油灰分细粒料的含量等于所述水泥重量的3重量％至10重 量％，并且含有至少90%的碳，至少80%的所述重油灰分细粒料小于45微米（325筛网）； 不含高效减水剂；以及 水，所述重油灰分水泥混凝土是通过在所述重油灰分细粒料的存在下将所述水与所述 水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流动。
17. 权利要求16所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分的量等于所述水 泥重量的5重量％。
18. 前述权利要求16-17中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰 分细粒料不具有胶凝性能。
19. 前述权利要求16-18中任意一项所述的重油灰分自密实混凝土，其中所述水泥在 与所述水反应后释放氢氧化钙，并且其特征还在于：所述氢氧化钙和所述重油灰分之间不 发生反应。
20. 前述权利要求16-19中任意一项所述的重油灰分自充填混凝土，所述重油灰分水 泥的特征在于为均匀混合物，并且所述重油灰分水泥能够有效地在流动时保持均匀。
【文档编号】C04B28/02GK104066699SQ201280055076
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月10日
【发明者】穆罕默德·阿勒-梅赫特尔, 法赫德·R·阿勒-多萨里, 穆罕默德·马斯莱胡丁, 穆罕默德·里兹万·阿里, 穆罕默德·萨利胡·巴里 申请人:沙特阿拉伯石油公司, 法赫德国王石油和矿业大学工程研究中心