[發明專利]一種生物基粉煤灰摻合料的制備方法

在審

• 申請號: 202110253874.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112979193A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 王文星;郭士豪;顧曉薇;李曉慧
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B18/08
• 分類號: C04B18/08;C04B20/02
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 黃英華

一種生物基粉煤灰摻合料的制備方法，屬于混凝土固廢摻合料技術領域，包括如下步驟：第一步，培養硅酸鹽細菌，得到活化硅酸鹽細菌菌液；第二步，配制改性培養液，高壓滅菌制得；第三步，活化硅酸鹽細菌菌液與改性培養液混合；第四步，硅酸鹽細菌對粉煤灰顆粒表面改性；第五步，生物基粉煤灰烘干至恒重，得到生物基粉煤灰摻合料。本發明所述的制備方法可以增大粉煤灰的比表面積，改善粉體表面結構，有效提高粉煤灰的活性。

技術領域

本發明屬于混凝土固廢摻合料技術領域，具體涉及一種生物基粉煤灰摻合料的制備方法。

背景技術

混凝土是由水泥、砂石、水、必要外加劑和摻合料按一定比例配置，經攪拌均勻，密實成型，養護硬化而形成的一種人造石材。其抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬，被廣泛應用于土木工程，是日常生活中最常見的建筑材料。水泥是混凝土中起到膠凝作用的主要成分，是一種粉狀水硬性無機膠凝材料，其生產過程給環境帶來極大污染。據統計，1kg混凝土平均全球變暖潛能值約為981 kg CO₂當量，截止2018年，全球混凝土總量已經達到483億噸，累計排放CO₂量已經達到4.0×10¹⁵ kg CO₂當量，是目前公認的造成全球變暖的主要原因。

我國是世界第一采礦大國，豐富的煤礦資源為我們提供充足電力的同時，也產生了一種被稱為粉煤灰的高污染活性廢物。粉煤灰是一種與天然礦物結構相近的，以晶體SiO₂作為主要成分，在表面及內部存在著大量的諸如CaO、Al₂O₃以及Fe₂O₃等活性成分的粒徑在1～100 μm之間的灰色微小無定型實心玻璃質微珠。據統計，每消耗2噸煤就會產生1噸粉煤灰。截止2018年底，我國粉煤灰年產量達到7.00億噸，產量高居世界第一。然而，這種固廢粉體長期的處理方式是堆積或掩埋在自然界中，日積月累的粉煤灰堆積會淤塞河流、占用耕地和產生揚塵污染，造成嚴重的生態環境問題。為了解決這一固廢問題，人們利用粉煤灰的火山灰活性，將其替代部分水泥用于混凝土中作為摻合料使用，使其“變廢為寶”，不僅能改善混凝土的工作性能，又能節約水泥，取得了顯著的經濟效益。但是，在粉煤灰使用過程中，由于這些粉體本身具有穩定的晶體結構，因此如果不經過處理，它們的活性就很難激發出來。通常用物理或化學方法對其表面改性，以滿足使用要求。

球磨法是改變粉煤灰形態最簡單的物理方法，可以直接改變粉煤灰顆粒大小，增大粉煤灰顆粒比表面積，從而提高水泥水化反應效率。2017年，姜博等證明，粉煤灰球磨15min，并取代10％水泥時獲得的效果最好。還有，通過向粉煤灰中加入無機堿或堿性鹽，溶解其表面SiO₂是最常用的化學改性方法。1989年，Frany等首次證實氫氧化鈉可以直接改變粉煤灰的玻璃珠形態，提高粉煤灰的水化反應速率。隨著研究的深入，2019年，盧前明等采用有機化學改性方法，證實三乙醇胺可以在一定程度上改變粉煤灰的活性。然而，這些改性方法會帶來粉體活性激發困難、易團聚、成本高、污染大等問題。

發明內容

針對現有上述問題，本發明提出一種生物基粉煤灰摻合料的制備方法，利用生物法改性粉煤灰作為摻合料使用，將粉煤灰變廢為寶，增加水泥膠砂的后期抗壓強度。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種生物基粉煤灰摻合料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，培養硅酸鹽細菌，得到活化硅酸鹽細菌菌液；

第二步，配制改性培養液，所述改性培養液的組成為：蔗糖2～5 g/L，MgSO₄ 0.5g/L，FeCl₃ 0～0.005 g/L，Na₂HPO₄ 0.5～2 g/L，pH 7.0～9.0，高壓滅菌制得；

第三步，活化硅酸鹽細菌菌液與改性培養液混合，體積比為（0.5～2）：（8～9.5）；