利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于：所述的混凝土渠槽预制件包括以下重量份数的原料：其中，粗细骨料50?60份、煤矸石粉5?10份、42.5硫铝酸盐水泥10?15份、早强剂2?5份、增稠增强剂2?5份、高效减水剂1?3份、消泡剂0.1?0.5份，所述的高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂。本发明的混凝土渠槽预制件成本低廉、性能优异、质量稳定，具有优异抗压强度、抗冻以及抗渗性能；为进一步加强农田水利标准化建设，全面提升我国农田水利工程建设水平和管护水平，提高灌溉水的利用率，实现水资源的高效利用。
【专利说明】
利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法
技术领域
[0001] 本发明属于混凝土的加工领域，具体涉及一种可广泛用于农业工程和水利建设工 程的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法。
【背景技术】
[0002] 中国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，在一次能源消耗中，煤炭占70%以 上，所占比重高出世界平均水平的一倍以上，并且在今后相当长的一段时期内，中国的能源 结构仍是以煤炭为主。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过 程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进 矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要 成分是Al2〇3、Si〇2,另外还含有数量不等的？62〇3、〇 &0、1^0、他2〇、1(2〇、？2〇5、303和微量稀有 元素(镓、钒、钛、钴），每年的排放量相当于当年煤炭产量的10%左右，目前已累计堆存45亿 吨，是目前我国排放量最大的工矿业固体废弃物之一。人类在享受着煤炭作为能源所带来 工业革新的同时，也遭受着煤矸石自燃、堆放等所带来的空气污染、水体污染以及土壤污染 等问题。因此，大规模消纳处理煤矸石并将其高值化综合利用是我国亟需解决的重大问题。
[0003] 煤矸石弃置不用，不仅占用大片土地，而且煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染 大气、农田和水体;矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。因此为了 消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。为了高效利用煤矸石资 源，而且我国现在正处于基础设施建设的集中期，隧使其替代传统的粗细骨料（碎石、河 沙），研究将其利用到混凝土加工的方法，以减少煤矸石对环境造成的不良影响，现有以煤 矸石为骨料的混凝土在拌合过程中往往因为其质量过轻(具有空隙)会产生漂浮的现象，或 者成型后其28d的抗压强度不符合混凝土抗压标准。
[0004] 随着我国现代农业和水利基础设施的大力发展，国家和地方对农业和水利基础建 设的投资规模越来越大。我国是一个对农业技术相对落后的国家，地域辽阔，水资源分配十 分不均，特别是对西部地区，部分省市的水资源非常紧缺。在此同时，由于灌排方式和材料 的不合理，大量水资源没有得到很好的利用和保护，已经成为我国农业工程和水利建设中 水资源低效利用的严重问题。20多年来，预制混凝土渠槽(简称U型渠槽)在我国各省市，特 别是西部水资源紧缺地区的农业水利工程中推广应用，得到了各地农业和水利部门的充分 肯定，取得了显著的经济效益和社会效益。
[0005] 据不完全统计，至2014年底，全国预制混凝土渠槽生产企业400多家，年生产3000 万套渠槽，混凝土用量超过500万m3,已成为我国水泥混凝土制品行业中一个较大的产品。 同时，由于它的用户对象是农业工程和水利工程，因此，它的使用范围将不断扩大。U型渠槽 的产品质量对节约农田灌溉用水和水资源的保护具有重要意义。但在工程应用中，经常会 有输水槽体变形的问题发生，导致渠槽在装配后搭接不严，渠水外漏，直接影响了防渗效 果，对农田水利建设的质量带来很多隐患。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种成本低廉、性能优异、质量稳定，具有优异抗压强度、抗 冻以及抗渗性能的混凝土渠槽预制件;为进一步加强农田水利标准化建设，全面提升我国 农田水利工程建设水平和管护水平，提高灌溉水的利用率，实现水资源的高效利用。
[0007] 本发明是这样实现的： 一种利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述的混凝土渠槽预制 件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料50-60份、、煤矸石粉5-10份、42.5硫铝酸盐水 泥10-15份、早强剂2-5份、增稠增强剂2-5份、高效减水剂1-3份、消泡剂0.1-0.5份，所述的 高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为:根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀，水灰比为0.45-0.50;在振动台上安装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上， 然后开动振动器振实，振动2-3分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压 弯成型，并送到定型机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护12-24小 时后即可拆模，然后再集中到空地上进行洒水养护6-10天即可。 进一步，所述的粗细骨料为河沙和人工石的混合物，河沙和人工石的重量比为1:1-1.2;所述河沙的细度模数为2.2- 3.0，所述人工石粒径为5-15_。
[0008] 进一步，所述煤矸石粉为将煤矸石进行破碎，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机 中球磨，得到煤矸石粉;再将煤矸石粉置于马弗炉中，在700°c-850°c的条件下煅烧2-3h进 行活化处理，自然冷却后得即得煤矸石粉。
[0009] 进一步，所述的早强剂的制备方法为将甲酸钙、硫酸铁、氯化钙、膨润土经过粉磨， 搅拌混合均匀后加水加热至40_50°C ;再将三乙醇胺和柠檬酸加入到混合物中，并继续加热 到70-80°C进行催化反应20-30min，冷却后即得；甲酸钙、硫酸铁、氯化钙、膨润土、三乙醇 胺、柠檬酸的重量比为3:3:2:1:1:0.1-0.5。
[0010]进一步，所述增稠增强剂成分包括蒙脱土、高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒粘土和 表面活性剂；蒙脱土、高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒粘土、表面活性剂的重量比为3:1:1: 1.5:1:0.1 〇
[0011]进一步，所述增稠增强剂的制备方法为按配方比选取上述原料蒙脱土、高岭土、埃 洛石、膨润土、凹凸棒粘土进行烘干预处理，将表面活性剂与蒙脱土按比例预混合后在磨机 中研磨，将表面活性剂与蒙脱土研磨后的混合物与烘干后的高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸 棒粘土按重量比加入磨机进行二次研磨，即得增稠增强剂。
[0012] 进一步，所述的木质素磺酸钙减水剂制备方法为将亚硫酸盐法制浆废液浓缩，加 入氢氧化钠调节PH值至8-10,通入空气在70-80°C下反应10-12h后加入与亚硫酸盐法纸浆 废液等质量的硫酸钠，在70_80°C下反应40-50min，过滤，干燥后即得木质素磺酸钙减水剂。
[0013] 进一步，所述消泡剂成分包括氟硅油、三苯甲烷、壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂和聚丙 烯酰胺;氟硅油、三苯甲烷、壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂、聚丙烯酰胺的质量比为2:1:0.5:1。
[0014] 本发明突出的实质性特点和显著的进步是： 1、本发明制备的混凝土渠槽预制件具有防渗性好、柔性好、抗变形能力强、抗冻能力 强、槽体轻巧、安装方便、综合造价低等优点。
[0015] 2、适应性强，混凝土渠槽预制件可工厂化生产，混凝土质量有保证，可常年生产， 集中使用;工程量小、占地少、造价低;抗冲刷能力强，渠道无淤积。
[0016] 3、本发明采用煤矸石粉作为掺和料，能够节约水泥，削弱煤矸石堆积对环境的影 响，煤矸石粉经活化处理，可代替20%_50%的水泥，极大的减少了水泥的用量。同时，可减缓 其堆放而造成的水体，土质的污染，减少粉尘的飘扬量和自然而排放的各种有害气体的排 放量。
[0017] 4、本发明将煤矸石粉在高温条件下活化，经过活化的煤矸石具有一定的火山灰活 性，与水泥熟料水化产物Ca(0H) 2发生二次反应形成钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等水 化产物，煤矸石的水化反应降低水化产物中Ca(0H) 2的含量、抑制Ca(0H)2晶体的生长和聚 集，改善混凝土结构。因此，用煤矸石粉做混合材料不仅可以节省水泥熟料，且可以改善水 泥硬化浆体结构，提高其耐久性。
[0018] 5、本发明采用的有机硅消泡剂具有稳定性好，消泡速度快，用量少，无毒无味等特 点。
[0019] 6、本发明采用的早强剂增大水泥水化速度，促进混凝土的终凝，减少混凝土初终 凝时间间隔，同时使混凝土渠槽预制件的早期强度有较大提高，能够加速混凝土渠槽预制 件的凝结硬化，提高早期强度。
[0020] 7、本发明采用的增稠增强剂采用蒙脱土、高岭土、埃洛石、膨润土和凹凸棒粘土等 无机粉体材料为主体，复合以表面活性剂，利用表面活性剂增强无机粉体的分散性和保水 性，可明显提高混凝土的保水性能，改善其加工性能；同时无机粉体材料能填充到渠槽预制 件的孔隙中，可以与水泥水化产物发生键合，增加渠槽预制件的密实度，提高渠槽预制件的 强度，从而有效降低渠槽预制件中的水泥用量，节省渠槽预制件生产成本。
[0021] 8、本发明采用的木质素磺酸钙减水剂可以减少用水量10%以上，抗压强度平均提 高15%以上，显著的改善混凝土的和易性，极大地提高混凝土的耐久性，能大幅度的降低水 泥水化初期的水化热。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 实施例1 本实施例所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，主要包括以下步骤： 所述的混凝土渠槽预制件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料50份、煤矸石粉10 份、42.5硫铝酸盐水泥10份、早强剂5份、增稠增强剂5份、高效减水剂3份、消泡剂0.5份，所 述的高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为:根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀;在振动台上安 装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上，然后开动振动器振 实，振动2分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压弯成型，并送到定型 机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护12小时后即可拆模，然后再集 中到空地上进行洒水养护6天即可。 实施例2 本实施例所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，主要包括以下步骤： 所述的混凝土渠槽预制件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料55份、煤矸石粉6 份、42.5硫铝酸盐水泥12份、早强剂3份、增稠增强剂3份、高效减水剂2份、消泡剂0.4份，所 述的高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为:根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀;在振动台上安 装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上，然后开动振动器振 实，振动3分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压弯成型，并送到定型 机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护24小时后即可拆模，然后再集 中到空地上进行洒水养护10天即可。
[0024] 实施例3 本实施例所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，主要包括以下步骤： 所述的混凝土渠槽预制件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料58份、煤矸石粉8 份、42.5硫铝酸盐水泥14份、早强剂4份、增稠增强剂4份、高效减水剂2份、消泡剂0.2份，所 述的高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为:根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀;在振动台上安 装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上，然后开动振动器振 实，振动2分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压弯成型，并送到定型 机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护18小时后即可拆模，然后再集 中到空地上进行洒水养护7天即可。
[0025] 实施例4 本实施例所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，主要包括以下步骤： 所述的混凝土渠槽预制件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料60份、煤矸石粉5 份、42.5硫铝酸盐水泥15份、早强剂2份、增稠增强剂2份、高效减水剂1份、消泡剂0.1份，所 述的高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为:根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀;在振动台上安 装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上，然后开动振动器振 实，振动3分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压弯成型，并送到定型 机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护20小时后即可拆模，然后再集 中到空地上进行洒水养护8天即可。
[0026]本发明主要技术指标：
由上述技术数据来看，本发明混凝土渠槽预制件的抗渗等级、抗冻等级、抗压强度均达 到或超过国家标准。
【主权项】
1. 一种利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述的混凝土渠槽预 制件包括以下重量份数的原料:其中，粗细骨料50-60份、煤矸石粉5-10份、42.5硫铝酸盐水 泥10-15份、早强剂2-5份、增稠增强剂2-5份、高效减水剂1-3份、消泡剂0.1-0.5份，所述的 高效减水剂为木质素磺酸钙减水剂； 混凝土渠槽预制件的生产方法为：根据配比将粗细骨料、煤矸石粉和42.5硅酸盐水泥 拌合后再加入已掺入早强剂、增稠增强剂、高效减水剂和消泡剂的水，拌匀;在振动台上安 装已垫上塑料薄膜或涂上脱模油的模板，再将拌匀的混凝土均匀铺上，然后开动振动器振 实，振动2-3分钟后再进行抹光;振好并抹光后的平板混凝土通过机械压弯成型，并送到定 型机上定型；定型后的预制槽运送到养护场地，先悬空吊挂养护12-24小时后即可拆模，然 后再集中到空地上进行洒水养护6-10天即可。2. 根据权利要求1所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 的粗细骨料为河沙和人工石的混合物，河沙和人工石的重量比为1:1-1.2;所述河沙的细度 模数为2.2- 3.0,所述人工石粒径为5-15mm。3. 根据权利要求1所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 煤矸石粉为将煤矸石进行破碎，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，得到煤矸石粉； 再将煤矸石粉置于马弗炉中，在700°C-850°C的条件下煅烧2-3h进行活化处理，自然冷却 后得即得煤矸石粉。4. 根据权利要求1所述的利用矿渣生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述的 早强剂的制备方法为将甲酸钙、硫酸铁、氯化钙、膨润土经过粉磨，搅拌混合均匀后加水加 热至40-50°C ;再将三乙醇胺和柠檬酸加入到混合物中，并继续加热到70-80°C进行催化反 应20-30min，冷却后即得；甲酸钙、硫酸铁、氯化钙、膨润土、三乙醇胺、柠檬酸的重量比为3: 3:2:1:1:0.1-0.5〇5. 根据权利要求1所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 增稠增强剂成分包括蒙脱土、高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒粘土和表面活性剂；蒙脱土、 高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒粘土、表面活性剂的重量比为3:1:1:1.5:1:0.1。6. 根据权利要求5所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 增稠增强剂的制备方法为按配方比选取上述原料蒙脱土、高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒 粘土进行烘干预处理，将表面活性剂与蒙脱土按比例预混合后在磨机中研磨，将表面活性 剂与蒙脱土研磨后的混合物与烘干后的高岭土、埃洛石、膨润土、凹凸棒粘土按重量比加入 磨机进行二次研磨，即得增稠增强剂。7. 根据权利要求1所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 的木质素磺酸钙减水剂制备方法为将亚硫酸盐法制浆废液浓缩，加入氢氧化钠调节PH值至 8-10,通入空气在70-80°C下反应10_12h后加入与亚硫酸盐法纸浆废液等质量的硫酸钠， 在70-80°C下反应40-50min，过滤，干燥后即得木质素磺酸钙减水剂。8. 根据权利要求1所述的利用煤矸石生产混凝土渠槽预制件的方法，其特征在于:所述 消泡剂成分包括氟硅油、三苯甲烷、壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂和聚丙烯酰胺;氟硅油、三苯 甲烷、壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂、聚丙烯酰胺的质量比为2:1:0.5:1。
【文档编号】C04B28/06GK106045423SQ201610352579
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】雷军强, 韦颖婷, 覃稳梅, 李玉秋, 莫晓君, 韦倩梅
【申请人】象州县科学技术局