專利名稱：利用多種生物質混合物制備混凝土摻合料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種利用生物質作為摻合料配制混凝土的方法。
背景技術：
隨著城市化進程的推進，城市建設需要大量不同功能、不同種類的混凝土。工程建設對混凝土功能要求的不斷提高，促進新材料和新技術在混凝土中不斷應用和推廣。因此，全球范圍的水泥品種和產量與日俱增。為了經濟地提高混凝土的性能和耐久性，具有凝硬性的礦物已經作為摻合料與水泥混合后用來拌制混凝土，另外，天然凝硬材料、工業(yè)廢棄物(如飛灰，高爐礦渣，硅粉)也作為凝硬性材料被使用，作為農業(yè)廢棄物，生物質含有大量的 SiO2,焚燒生物質后留下的灰分中富含的SiO2具有凝硬性的特征。而只研究單一生物質的利用，不符合資源分布情況(各類生物質的分布不集中，單一收集某種生物質很困難)的實際需要，難以產生效益，因此如何大規(guī)模利用生物質資源成為研究重點。總結國內外現(xiàn)有相關參考文獻發(fā)現(xiàn)，利用生物質作為摻合料配制混凝土方法分為兩大類一類是粉磨添加法，一類是焚燒添加法。粉磨添加法工藝繁雜，很難消除其對混凝土耐久性能的影響；而現(xiàn)有的焚燒添加法焚燒工藝仍很不完善，僅應用于灰分中SiO2質量比重較大的稻殼、小麥桿、稻桿等，致使堿金屬含量偏高的生物質種類應用受限，如南方地區(qū)的大量存在的油菜桿目前也是不能用作混凝土的摻合料。且由于現(xiàn)有的應用的生物質堿金屬熔點低，使灰分結渣現(xiàn)象不可避免，很大程度上影響了灰分比表面積，阻礙SiO2活性的發(fā)揮。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種利用灰化后的水洗多種生物質制備混凝土摻合料的方法，以便對生物質進行有效利用，同時節(jié)約水泥。本發(fā)明的技術方案是，將稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質材料干燥，在15°C 35°C條件下浸泡，水洗后，烘干；將經過上述處理的生物質材料灰化后得到的摻合料。所述的干燥為自然干燥；并在浸泡前，先進行細化，即控制生物質的長度不大于20cmo所述浸泡的液固比為V水m生物質=l5ml/g 30ml/g。浸泡時間為20 28小時。發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿這幾種之所以可以任兩種或任三種或四種組合加入到混凝土材料替代部分水泥，是由于本發(fā)明將以上幾種生物質材料分別進行了浸泡，水洗后，再進行灰化；也正是通過浸泡，水洗可以脫除大部分堿金屬及易揮發(fā)物質，有效提高灰熔點，降低結渣率，同時由于減少了灰分中堿金屬的含量，也就增大了灰分中SiO2的質量百分比。
在本發(fā)明方案中，稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿這幾種生物質，分別經過細化、水洗、干燥、(也可以在干燥后經預燒處理即預先燃燒，這里指在自然狀態(tài)下點燃，起減少煅燒過程中物質體積和燃燒煙霧的作用)，再任意2-4種混合灰化。所述的灰化即將以上經處理過的生物質材料置于50(T700°C溫度下煅燒適度3飛小時時間，然后迅速冷卻并將產物研磨成粉末，添加到混凝土中替代部分水泥。試驗證明，添加適量的生物質灰不會顯著降低混凝土的強度，并對混凝土的其它性能無有害影響?？蓪⒈景l(fā)明所述摻合料與硅酸鹽水泥作為混凝土的膠凝材料。較適宜的使用范圍是在其中總質量為100%的膠凝材料中，水泥的質量含量為60、5%，摻合料質量含量為 5 40%。由發(fā)明的摻合料制得混凝土材料制備過程中還可添加外加劑(可根據(jù)工程需要添加減水劑或引氣劑或促凝劑等等)0 2% ;外加劑用料的質量百分比按膠凝材料為基數(shù)計
笪
o本發(fā)明利用灰化后的水洗多種生物質混合物取代部分水泥，并可與適量外加劑進行拌和，配制高性能混凝土，并確保其使用的安全可靠性。將灰化后的水洗多種生物質混合物作為混凝土的摻合料再生利用，真正實現(xiàn)了資源的高效使用。本發(fā)明將農業(yè)廢棄物的處理與建筑材料科學的發(fā)展有機地溶為一體，是對生物質處理的突破，所制得的混凝土具有良好的力學性能和優(yōu)異的物理性能，符合混凝土國標的各項指標要求。本發(fā)明將生物質灰加以再生利用，變廢為寶，具有顯著的社會效益和經濟效益。
具體實施例方式以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。發(fā)明人將以稻秸桿、稻殼、玉米桿和油菜桿任一單種生物質作為添加摻合料，在任一單種生物質灰分滿足作為水泥摻合料的要求的狀況，則四種中任兩種或任三種或四種的生物質混合燃燒后灰分必然滿足，原因就在于混合后的生物質材料，其主要化學成份，特別是SiO2的含量必然高于單種生物質中提供的最低SiO2的含量。另外，將各個原料混合后灰化也會提升灰分的各項性能，如比表面積、灰熔點。例如實驗表明，油菜秸桿與稻秸桿、稻殼、玉米桿中的任意一種、兩種或三種以等質量混合，其灰化后的灰分的比表面積都較等量單一油菜秸桿灰化灰分的比表面積大。且比表面積越大，灰分活性越強，越利于混凝土強度發(fā)展。所用生物質取自湖南農業(yè)大學實驗基地的稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿，經自然干燥后細化(控制各生物質的長度< 20cm)、水洗、再烘干。其中水洗步驟如下將生物質浸泡于水溫為15°C ^35°C自來水中24小時，控制V水:mM=15ml/g^30ml/g,撈出烘干即可。水溫、時間及液固比范圍的確定依據(jù)如下①物質的溶解度與溫度有關，生物質所含K的溶解度隨溫度升高而增大，生物質所含Na的溶解度受溫度的影響很小，而生物質所含部分Ca溶解度隨溫度的升高而減小。綜合考慮各溶于水的物質溶解度及水溫條件實現(xiàn)的難易程度、經濟成本，故控制在15°C 35°C。這樣既可以直接利用自來水，滿足水溫水質要求，方便操作，也可以除掉生物質外帶的泥土并脫除大部分本身所含的溶于水的無機物,如K、Na、Ca，從而提高灰熔點，利于灰比表面積的增大、灰與水泥水化產物的反應。②生物質表皮覆有蠟質層，自然干燥后孔隙率減小，更不利于其內含物質溶解，所以浸泡時間充足能提高溶解率，實驗證明浸泡24小時效益最佳。③物質溶解量與水的體積有關，同溫度下，水的體積相對溶質越大，溶解量越大，但過大不能使溶液飽和，浪費水資源，因此液固比取 15ml/g 30ml/g。表I灰化的水洗 生物質的主要化學成份
權利要求
1.利用多種生物質混合物制備混凝土的摻合料的方法，其特征是，將稻秸桿、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質材料干燥，在15°C 35°C條件下浸泡，水洗后，烘干；將經過上述處理的生物質材料灰化后得到的摻合料。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的干燥為自然干燥；并在浸泡前，先進行細化，即控制生物質的長度不大于20cm。
3.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，浸泡時間為2(T28小時。
4.根據(jù)權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于，所述浸泡的液固比為質=15ml/g 30ml/g。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，干燥后經預燒處理即預先燃燒，這里指在自然狀態(tài)下點燃，再進行浸泡。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的灰化是置于500—700°C下煅燒3 5個小時。
全文摘要
利用多種生物質混合物制備混凝土的摻合料的方法，將稻秸稈、稻殼、玉米桿、油菜桿中的任兩種或任三種或四種生物質材料干燥，在15℃~35℃條件下浸泡，水洗后，烘干；將經過上述處理的生物質材料灰化后得到的摻合料。本發(fā)明的摻合料制得的混凝土具有良好的力學性能和優(yōu)異的物理性能，符合混凝土國標的各項指標要求。本發(fā)明將生物質灰加以再生利用，變廢為寶，具有顯著的社會效益和經濟效益。
文檔編號C04B28/04GK102674732SQ201210144670
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者劉保華, 劉巧玲, 劉芳, 張強 申請人:湖南農業(yè)大學