专利名称：利用多种生物质混合物制备混凝土掺合料的方法
技术领域：
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种利用生物质作为掺合料配制混凝土的方法。
背景技术：
随着城市化进程的推进，城市建设需要大量不同功能、不同种类的混凝土。工程建设对混凝土功能要求的不断提高，促进新材料和新技术在混凝土中不断应用和推广。因此，全球范围的水泥品种和产量与日俱增。为了经济地提高混凝土的性能和耐久性，具有凝硬性的矿物已经作为掺合料与水泥混合后用来拌制混凝土，另外，天然凝硬材料、工业废弃物(如飞灰，高炉矿渣，硅粉)也作为凝硬性材料被使用，作为农业废弃物，生物质含有大量的 SiO2,焚烧生物质后留下的灰分中富含的SiO2具有凝硬性的特征。而只研究单一生物质的利用，不符合资源分布情况(各类生物质的分布不集中，单一收集某种生物质很困难)的实际需要，难以产生效益，因此如何大规模利用生物质资源成为研究重点。总结国内外现有相关参考文献发现，利用生物质作为掺合料配制混凝土方法分为两大类一类是粉磨添加法，一类是焚烧添加法。粉磨添加法工艺繁杂，很难消除其对混凝土耐久性能的影响；而现有的焚烧添加法焚烧工艺仍很不完善，仅应用于灰分中SiO2质量比重较大的稻壳、小麦杆、稻杆等，致使碱金属含量偏高的生物质种类应用受限，如南方地区的大量存在的油菜杆目前也是不能用作混凝土的掺合料。且由于现有的应用的生物质碱金属熔点低，使灰分结渣现象不可避免，很大程度上影响了灰分比表面积，阻碍SiO2活性的发挥。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用灰化后的水洗多种生物质制备混凝土掺合料的方法，以便对生物质进行有效利用，同时节约水泥。本发明的技术方案是，将稻秸杆、稻壳、玉米杆、油菜杆中的任两种或任三种或四种生物质材料干燥，在15°C 35°C条件下浸泡，水洗后，烘干；将经过上述处理的生物质材料灰化后得到的掺合料。所述的干燥为自然干燥；并在浸泡前，先进行细化，即控制生物质的长度不大于20cmo所述浸泡的液固比为V水m生物质=l5ml/g 30ml/g。浸泡时间为20 28小时。发明人通过研究发现，稻秸杆、稻壳、玉米杆、油菜杆这几种之所以可以任两种或任三种或四种组合加入到混凝土材料替代部分水泥，是由于本发明将以上几种生物质材料分别进行了浸泡，水洗后，再进行灰化；也正是通过浸泡，水洗可以脱除大部分碱金属及易挥发物质，有效提高灰熔点，降低结渣率，同时由于减少了灰分中碱金属的含量，也就增大了灰分中SiO2的质量百分比。
在本发明方案中，稻秸杆、稻壳、玉米杆、油菜杆这几种生物质，分别经过细化、水洗、干燥、(也可以在干燥后经预烧处理即预先燃烧，这里指在自然状态下点燃，起减少煅烧过程中物质体积和燃烧烟雾的作用)，再任意2-4种混合灰化。所述的灰化即将以上经处理过的生物质材料置于50(T700°C温度下煅烧适度3飞小时时间，然后迅速冷却并将产物研磨成粉末，添加到混凝土中替代部分水泥。试验证明，添加适量的生物质灰不会显著降低混凝土的强度，并对混凝土的其它性能无有害影响。可将本发明所述掺合料与硅酸盐水泥作为混凝土的胶凝材料。较适宜的使用范围是在其中总质量为100%的胶凝材料中，水泥的质量含量为60、5%，掺合料质量含量为 5 40%。由发明的掺合料制得混凝土材料制备过程中还可添加外加剂(可根据工程需要添加减水剂或引气剂或促凝剂等等)0 2% ;外加剂用料的质量百分比按胶凝材料为基数计
笪
o本发明利用灰化后的水洗多种生物质混合物取代部分水泥，并可与适量外加剂进行拌和，配制高性能混凝土，并确保其使用的安全可靠性。将灰化后的水洗多种生物质混合物作为混凝土的掺合料再生利用，真正实现了资源的高效使用。本发明将农业废弃物的处理与建筑材料科学的发展有机地溶为一体，是对生物质处理的突破，所制得的混凝土具有良好的力学性能和优异的物理性能，符合混凝土国标的各项指标要求。本发明将生物质灰加以再生利用，变废为宝，具有显著的社会效益和经济效益。
具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。发明人将以稻秸杆、稻壳、玉米杆和油菜杆任一单种生物质作为添加掺合料，在任一单种生物质灰分满足作为水泥掺合料的要求的状况，则四种中任两种或任三种或四种的生物质混合燃烧后灰分必然满足，原因就在于混合后的生物质材料，其主要化学成份，特别是SiO2的含量必然高于单种生物质中提供的最低SiO2的含量。另外，将各个原料混合后灰化也会提升灰分的各项性能，如比表面积、灰熔点。例如实验表明，油菜秸杆与稻秸杆、稻壳、玉米杆中的任意一种、两种或三种以等质量混合，其灰化后的灰分的比表面积都较等量单一油菜秸杆灰化灰分的比表面积大。且比表面积越大，灰分活性越强，越利于混凝土强度发展。所用生物质取自湖南农业大学实验基地的稻秸杆、稻壳、玉米杆、油菜杆，经自然干燥后细化(控制各生物质的长度< 20cm)、水洗、再烘干。其中水洗步骤如下将生物质浸泡于水温为15°C ^35°C自来水中24小时，控制V水:mM=15ml/g^30ml/g,捞出烘干即可。水温、时间及液固比范围的确定依据如下①物质的溶解度与温度有关，生物质所含K的溶解度随温度升高而增大，生物质所含Na的溶解度受温度的影响很小，而生物质所含部分Ca溶解度随温度的升高而减小。综合考虑各溶于水的物质溶解度及水温条件实现的难易程度、经济成本，故控制在15°C 35°C。这样既可以直接利用自来水，满足水温水质要求，方便操作，也可以除掉生物质外带的泥土并脱除大部分本身所含的溶于水的无机物,如K、Na、Ca，从而提高灰熔点，利于灰比表面积的增大、灰与水泥水化产物的反应。②生物质表皮覆有蜡质层，自然干燥后孔隙率减小，更不利于其内含物质溶解，所以浸泡时间充足能提高溶解率，实验证明浸泡24小时效益最佳。③物质溶解量与水的体积有关，同温度下，水的体积相对溶质越大，溶解量越大，但过大不能使溶液饱和，浪费水资源，因此液固比取 15ml/g 30ml/g。表I灰化的水洗 生物质的主要化学成份
权利要求
1.利用多种生物质混合物制备混凝土的掺合料的方法，其特征是，将稻秸杆、稻壳、玉米杆、油菜杆中的任两种或任三种或四种生物质材料干燥，在15°C 35°C条件下浸泡，水洗后，烘干；将经过上述处理的生物质材料灰化后得到的掺合料。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的干燥为自然干燥；并在浸泡前，先进行细化，即控制生物质的长度不大于20cm。
3.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，浸泡时间为2(T28小时。
4.根据权利要求I或2或3所述的方法，其特征在于，所述浸泡的液固比为质=15ml/g 30ml/g。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，干燥后经预烧处理即预先燃烧，这里指在自然状态下点燃，再进行浸泡。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的灰化是置于500—700°C下煅烧3 5个小时。
全文摘要
利用多种生物质混合物制备混凝土的掺合料的方法，将稻秸秆、稻壳、玉米杆、油菜杆中的任两种或任三种或四种生物质材料干燥，在15℃~35℃条件下浸泡，水洗后，烘干；将经过上述处理的生物质材料灰化后得到的掺合料。本发明的掺合料制得的混凝土具有良好的力学性能和优异的物理性能，符合混凝土国标的各项指标要求。本发明将生物质灰加以再生利用，变废为宝，具有显著的社会效益和经济效益。
文档编号C04B28/04GK102674732SQ201210144670
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者刘保华, 刘巧玲, 刘芳, 张强 申请人:湖南农业大学