1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低成本绿色超高性能混凝土的制备方法。
背景技术：2.混凝土具有原料来源广泛、生产成本及能耗低和加工方便的优点，因此广泛应用于各种领域。近二十年来，混凝土技术的发展和应用取得了长足进步。但是，随着人们对现代建筑技术的要求不断上升，普通混凝土作为常用的建筑材料已经无法满足需求。因此希望出现高强度、优异的工作性能和耐久性的建筑材料。
3.超高性能混凝土具有强度高、工作性能佳、耐久性优异等优点。由于超高性能混凝土存在水泥用量大、硅灰难以分散、成本较高等问题，其在实际工程中的应用受到了一定程度限制。因此开发出易分散、低成本的材料，来替代水泥和硅灰，已成为制备超高性能混凝土的研究热点。
4.稻壳灰是由稻壳作为生物质燃料进行低温焚烧后所排放的工业废渣，其具有较高含量的sio2及火山灰活性。而我国是世界上最大的水稻生产国，据国家统计数据显示，近十年来，我国稻谷的年产量均为2亿吨以上，其中每吨稻谷可产生约0.2吨稻壳，稻壳量非常巨大。目前稻壳主要用于制备活性炭、畜牧饲料填充物等，随着科技发展及资源的消耗，稻壳作为生物清洁能源越来越广泛地用于燃烧发电，因此会产生大量的低品位稻壳灰，低品位稻壳灰是指sio2含量不大于85％且碳含量不小于10％的稻壳灰。低品位稻壳灰具有价格低廉、高比表面积和无定形sio2含量高等优点。
5.目前已有研究利用高品位稻壳灰替代硅灰来制备超高性能混凝土，高品位稻壳灰是指sio2含量不小于85％且碳含量不大于10％的稻壳灰。但目前我国工业排放(包括电厂排放)的稻壳灰以低品位为主，因此开发低品位稻壳灰在制备超高性能混凝土中的应用，更加符合我国实际情况，有利于促进超高性能混凝土面向低碳、绿色方向发展。
6.公布号为cn 112521036 a的中国专利申请，其公开了一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土，该高性能混凝土由如下重量百分含量的原料组成：硅酸盐水泥15～20％，高活性低温稻壳灰5～10％，粉煤灰10～15％，河砂20～30％，玄武岩石子25～35％，水6～12％，减水剂0.4～1％。其中高活性低温稻壳灰的制备方法包括：(1)预处理：将稻壳在盐酸中沸水浴，以去除杂质；(2)烧制：将预处理后的稻壳在炉内600～700℃下烧制30～40min，随后冷却；(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在球磨机中球磨10～30min，得到高活性低温稻壳灰，该高活性低温稻壳灰中sio2质量含量大于90％。该高性能混凝土中所用的高活性低温稻壳灰为高品位稻壳灰，且采用盐酸对稻壳进行预处理，会影响火山灰反应，最终影响混凝土的抗压强度和抗折强度。
7.公布号为cn 107010860 a的中国专利申请，其公开了超高性能混凝土掺合料及其制备方法，该超高性能混凝土掺合料按质量百分数计由如下组分组成：钢渣粉30～45％、低温稻壳灰粉35～50％、赤泥粉10～23％、脱硫石膏粉5～15％、增效剂0～5％、抑缩剂0.03～
0.1％、气相二氧化硅0.3～1％。其中所采用的低温稻壳灰粉中含有质量百分数为90％的无定型sio2，同样也为高品位稻壳灰，高品位稻壳灰存储量小，而低品位稻壳灰产量大，推广价值高。
技术实现要素：8.本发明将低品位稻壳灰应用到超高性能混凝土中，提供了一种低成本绿色超高性能混凝土的制备方法。
9.本发明技术方案如下：
10.一种低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，包括：
11.(1)将低品位稻壳灰过筛去除渣滓，经干磨再筛分得粒径20～30μm的稻壳灰；
12.(2)按质量比450～600：175～225取步骤(1)所得稻壳灰与水混合并湿磨10～20min，经离心使稻壳灰中碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得粒径10～20μm的稻壳灰a浆体；
13.(3)按质量比270～330：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨20～40min，得粒径2～8μm的稻壳灰b浆体；
14.(4)按质量比135～165：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨60～80min，得粒径400～500nm的稻壳灰c浆体；
15.(5)取270～330质量份稻壳灰a浆体，270～330质量份稻壳灰b浆体，135～165质量份稻壳灰c浆体，450～600质量份硅酸盐水泥，900～1100质量份石英砂，6～9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
16.在一些具体实施方式中，低品位稻壳灰中无定型sio2的质量含量为72％～78％，烧失量为20～25％。
17.在一些具体实施方式中，步骤(1)中所述低品位稻壳灰过30目筛。
18.在一些具体实施方式中，助磨剂采用三乙醇胺。
19.在一些具体实施方式中，石英砂由0.350mm～0.710mm粒径和0.710mm～0.106mm粒径的石英砂按1:1质量比级配而成。
20.在一些具体实施方式中，石英砂中sio2质量含量不小于99％。
21.在一些具体实施方式中，减水剂采用减水率30～40％的聚羧酸高效减水剂。
22.本发明采用干法和湿磨研磨协同处置稻壳灰，以除碳以及细化稻壳灰，并获得三种不同粒径范围的纳微米超细化稻壳灰。将三种不同粒径的纳微米超细化稻壳灰进行级配，用于代替超高性能混凝土中的硅灰及部分硅酸盐水泥，基于最紧密堆积理论，级配后的稻壳灰颗粒可呈现最紧密堆积状态，从而提高混凝土内部密实度，获得超高性能混凝土所要求的力学性能、工作性能和耐久性。
23.和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
24.(1)本发明将低品位稻壳灰处理为三种不同粒径，采用粒径较大的稻壳灰a浆体和b浆体代替部分硅酸盐水泥，可降低未水化水泥含量；采用粒径较小的稻壳灰c浆体取代硅灰，可进一步提高稻壳灰的资源化利用率。而且目前市面上硅灰售价为3000～4000元/吨，硅酸盐水泥售价为800～1000元/吨，低品位稻壳灰售价为500～600元/吨。本发明采用低品位稻壳灰替代目前超高性能混凝土中常用的硅灰以及部分硅酸盐水泥，还可显著降低原料
成本。
25.(2)通过湿磨工艺改变低品位稻壳灰原始的蜂窝状多孔，一方面有利于稻壳灰发挥微集料效应和填充效应；另一方面，在湿磨液相介质下颗粒表面能降低，大幅提高稻壳灰的脱碳能力，加快活性组分溶出，易于分散，有助于促进后期的火山灰反应。
26.(3)将稻壳灰处置为三种不同粒径，获得最紧密堆积效果，从而提升材料体系的堆积密实度，降低内部孔隙率，提高超高性能混凝土的力学性能、工作性能和耐久性能。
27.(4)本发明实现了工业废弃物(低品位稻壳灰)的再利用，且利用率高，环境友好，且原料成本得到显著降低；本发明为稻壳灰在超高性能混凝土中的应用奠定了良好基础，推动了超高性能混凝土向绿色、低碳方向发展，具有极大的经济价值和环境价值。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将进一步提供本发明的具体实施方式及实施例。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.本发明低成本绿色超高性能混凝土的制备方法的具体实施过程如下：
30.(1)将低品位稻壳灰过筛去除渣滓，经干磨和筛分得到粒径20～30μm的稻壳灰。本具体实施方式中，将低品位稻壳灰过30目筛去除渣滓，渣滓主要为稻壳灰中未燃烧充分的稻壳以及细小砂石；采用干式球磨机干磨20～40min，再筛分出粒径20～30μm的稻壳灰。所用低品位稻壳灰中无定型sio2的质量含量为72％～78％，烧失量为20～25％。
31.(2)按质量比450～600：175～225取步骤(1)所得稻壳灰与水混合并湿磨10～20min，再经离心使碳颗粒与浆体分离，碳颗粒悬浮于浆体上层，去除碳颗粒，得到粒径10～20μm的稻壳灰a浆体。本具体实施方式中，采用行星球磨机进行湿磨，行星式球磨机的转速设定为450～500rad/s，研磨介质采用球径0.5～0.8mm的氧化锆球，研磨介质与稻壳灰的质量比为350～400：450～600。
32.(3)按质量比270～330：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨20～40min，得到粒径2～8μm的稻壳灰b浆体。本具体实施方式中，采用行星球磨机进行湿磨，行星球磨机转速设定为450～500rad/s，助磨剂采用三乙醇胺，研磨介质采用球径0.5～0.8mm氧化锆球，研磨介质与稻壳灰a浆体的质量比为350～400：270～330。
33.(4)按质量比135～165：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨60～80min，得到粒径400～500nm的稻壳灰c浆体。本具体实施方式中，采用行星球磨机进行湿磨，行星球磨机转速设定为450～500rad/s，助磨剂采用三乙醇胺，研磨介质采用球径0.5～0.8mm氧化锆球，研磨介质与稻壳灰a浆体的质量比为350～400：135～165。
34.(5)取270～330质量份稻壳灰a浆体，270～330质量份稻壳灰b浆体，135～165质量份稻壳灰c浆体，450～600质量份硅酸盐水泥，900～1100质量份石英砂，6～9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
35.在实施例和对比例中，所采用硅酸盐水泥等级为52.5，来自华新水泥；石英砂由0.350mm～0.710mm粒径和0.710mm～0.106mm粒径石英砂按1:1质量比级配而成，所用石英砂中sio2质量含量不小于99％；减水剂采用减水率30～40％的聚羧酸高效减水剂，固含值为40～50％；低品位稻壳灰为湖北省华电襄阳发电有限公司的工业排放。
36.实施例1
37.本实施例超高性能混凝土的制备过程如下：
38.(1)将低品位稻壳灰过30目筛去除渣滓，干磨30min筛分出粒径20～30μm的稻壳灰。
39.(2)按质量比450：175取步骤(1)所得稻壳灰与水混合搅拌后，送入行星球磨机以500rad/s转速研磨10min，再经离心处理使碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得到粒径10～20μm的稻壳灰a浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350：450。
40.(3)按质量比270：1取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以500rad/s转速研磨20min得到粒径2～8μm的稻壳灰b浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350：270。
41.(4)按质量比135：1取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以500rad/s转速研磨60min得到粒径400～500nm的稻壳灰c浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350:135。
42.(5)取270质量份稻壳灰a浆体，270质量份稻壳灰b浆体，135质量份稻壳灰c浆体，450质量份硅酸盐水泥，900质量份石英砂，6质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
43.实施例2
44.本实施例超高性能混凝土的制备过程如下：
45.(1)将低品位稻壳灰过30目筛去除渣滓，干磨20min筛分出粒径20～30μm的稻壳灰。
46.(2)按质量比550：200取步骤(1)所得稻壳灰与水混合搅拌后，送入行星球磨机以500rad/s转速研磨10min，再经离心处理使碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得到粒径10～20μm的稻壳灰a浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为400：550。
47.(3)按质量比300：2取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以500rad/s转速研磨30min得到粒径2～8μm的稻壳灰b浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350：300。
48.(4)按质量比150：2取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以500rad/s转速研磨70min得到粒径400～500nm的稻壳灰c浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350:150。
49.(5)取300质量份稻壳灰a浆体，300质量份稻壳灰b浆体，150质量份稻壳灰c浆体，550质量份硅酸盐水泥，1100质量份石英砂，9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
50.实施例3
51.本实施例超高性能混凝土的制备过程如下：
52.(1)将低品位稻壳灰过30目筛去除渣滓，干磨40min筛分出粒径20～30μm的稻壳灰。
53.(2)按质量比600：225取步骤(1)所得稻壳灰与水混合搅拌后，送入行星球磨机以
500rad/s转速研磨20min，再经离心处理使碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得到粒径10～20μm的稻壳灰a浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为400：600。
54.(3)按质量比330：3取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以550rad/s转速研磨40min得到粒径2～8μm的稻壳灰b浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350：330。
55.(4)按质量比165：3取稻壳灰a浆体与三乙醇胺混合后加入行星球磨机，以550rad/s转速研磨80min得到粒径400～500nm的稻壳灰c浆体。湿磨时加入球径0.5～0.8mm的氧化锆球，氧化锆球与稻壳灰的球料比为350:165。
56.(5)取330质量份稻壳灰a浆体，330质量份稻壳灰b浆体，165质量份稻壳灰c浆体，600质量份硅酸盐水泥，1100质量份石英砂，9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
57.对比例1
58.对比例1为传统的超高性能混凝土，将1080质量份硅酸盐水泥，120份硅灰，1100份石英砂，225份水，9份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到传统的超高性能混凝土。
59.对比例2
60.本对比例不对稻壳灰进行湿磨处理，而是将步骤(1)所得稻壳灰直接作为混凝土原料。本对比例中将600质量份硅酸盐水泥，600质量份稻壳灰，1100质量份石英砂，225质量份水，9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。
61.实施例1～3以及对比例1～2所得超高性能混凝土的性能测试数据见表1。其中，坍落度及扩展度测试依据gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，抗压强度测试依据gb 50010-2010《混凝土结构设计规范》和t/cecs10107-2020《超高性能混凝土(uhpc)技术要求》，电通量测试依据t0580-2020《水泥混凝土抗氯离子渗透试验方法(电通量法)》，自收缩测试依据t/cbmf37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》。
62.表1实施例1～3及对比例1～2所制备超高性能混凝土的性能测试数据
[0063][0064]
上述本发明做了详细说明并且描述了实施例，但是对于本发明并不局限于此，本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出各种形式上的改动和创新，只要不脱离本发明权利要求所保护的范围内，均受保护。
技术特征：1.一种低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是，包括：(1)将低品位稻壳灰过筛去除渣滓，经干磨再筛分得粒径20～30μm的稻壳灰；(2)按质量比450～600：175～225取步骤(1)所得稻壳灰与水混合并湿磨10～20min，经离心使稻壳灰中碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得粒径10～20μm的稻壳灰a浆体；(3)按质量比270～330：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨20～40min，得粒径2～8μm的稻壳灰b浆体；(4)按质量比135～165：1～3取稻壳灰a浆体与助磨剂混合并湿磨60～80min，得粒径400～500nm的稻壳灰c浆体；(5)取270～330质量份稻壳灰a浆体，270～330质量份稻壳灰b浆体，135～165质量份稻壳灰c浆体，450～600质量份硅酸盐水泥，900～1100质量份石英砂，6～9质量份减水剂混合后置于搅拌锅中，使用水泥砂浆搅拌机进行搅拌，得到超高性能混凝土。2.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：所述低品位稻壳灰中无定型sio2的质量含量为72％～78％，烧失量为20～25％。3.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：步骤(1)中所述低品位稻壳灰过30目筛。4.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：所述助磨剂采用三乙醇胺。5.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：所述石英砂由0.350mm～0.710mm粒径和0.710mm～0.106mm粒径的石英砂按1:1质量比级配而成。6.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：所述石英砂中sio2质量含量不小于99％。7.如权利要求1所述的低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，其特征是：所述减水剂采用减水率30～40％的聚羧酸高效减水剂。
技术总结本发明公开了一种低成本绿色超高性能混凝土的制备方法，包括：(1)将低品位稻壳灰过筛去除渣滓，经干磨再筛分得粒径20～30μm的稻壳灰；(2)取步骤(1)所得稻壳灰与水混合并湿磨，经离心使稻壳灰中碳颗粒与浆体分离，去除碳颗粒，得稻壳灰A浆体；(3)取稻壳灰A浆体与助磨剂混合并湿磨，得稻壳灰B浆体；(4)取稻壳灰A浆体与助磨剂混合并湿磨，得稻壳灰C浆体；(5)取稻壳灰A浆体、稻壳灰B浆体、稻壳灰C浆体替代部分原料制备超高性能混凝土。本发明实现了工业废弃物的再利用，且利用率高，原料成本得到显著降低，且获得了性能优异的超高性能混凝土。土。
技术研发人员：李玉博 于伟波 贺行洋 苏英 叶硕 张欣欣 吴粤虎 原振毅 雷五宜 杨启凡 程璐
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
