利用重油灰分制備自密實混凝土的制作方法
【專利摘要】重油灰分自密實混凝土可以包含骨料、重油灰分細粒料、水和水泥。所述重油灰分可包含超過90重量％的碳。在實施方案中，所述重油灰分自充填混凝土能在自身重量的作用下流動，并且同時仍維持混合物的穩(wěn)定稠度。
【專利說明】利用重油灰分制備自密實混凝土

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用重油灰分制備自密實混凝土（self-consolidated concrete)的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及使用重油灰分作為自密實混凝土的成 分。

【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)混凝土通常含有硅酸鹽水泥和水，以及各種骨料，如砂或礫石?；旌蠒r，在水 和水泥之間發(fā)生"水化反應(yīng)"，其結(jié)果是獲得了將骨料結(jié)合在一起的水泥漿。在某些類型的 混凝土中，可使用硅灰或飛灰作為部分替代物或作為硅酸鹽水泥的附加物。硅灰和飛灰能 夠與水泥中的氫氧化鈣反應(yīng)（火山灰反應(yīng)）。火山灰反應(yīng)可提高固化后的混凝土的強度和 密度?？上У氖?，這些火山灰相對昂貴，因此增加了混凝土的成本。
[0003] 自充填混凝土或自密實混凝土（"SCC"）不同于常規(guī)混凝土之處在于，其可以在其 自身重量下流動。20世紀80年代后期，研制出了 SCC以確保通過自密實而實現(xiàn)足夠的充 填，并且有利于在密集配筋（congested reinforcement)且面積有限的結(jié)構(gòu)中進行混凝土 澆筑。SCC是高工作性混凝土，其能流過狹窄的間隙和復雜的結(jié)構(gòu)元件（如鋼筋）并充分填 充空隙，而無需使用振搗。
[0004] 伴隨著發(fā)電廠的重油或裂化燃油的燃燒會產(chǎn)生大量的重油灰分。其產(chǎn)量預計會隨 著重油或裂化油使用的增多而增加。必須以環(huán)保的方式來解決越來越多的重油灰分。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于前述情況，本發(fā)明的實施方案提供了包含重油灰分的自密實混凝土、以及制 備重油灰分水泥混凝土混合物的方法。
[0006] 石油灰分（0A)是由發(fā)電廠的石油燃燒產(chǎn)生的一種黑色粉末廢料。在實施方案中， 石油灰分被用作生產(chǎn)自密實混凝土（SCC)的填料。在實施方案中，用5%的石油灰分來生 產(chǎn)具有高強度和良好耐久性的自密實混凝土；與使用7%的硅灰或30%的飛灰作為水泥附 加物而制得的SCC相比，以0A作為水泥添加物而制得的SCC具有更高的壓縮強度；與使用 7%的硅灰或30%的飛灰作為水泥附加物而制得的SCC相比，以0A作為水泥添加物而制得 的SCC具有更小的干燥收縮應(yīng)變。與利用硅灰或飛灰生產(chǎn)的類似混凝土相比，0A的使用降 低了 SCC的成本。
[0007] 發(fā)電廠中重油或裂化燃油的燃燒產(chǎn)生了大量的0A。其產(chǎn)量預計會隨著重油或裂 化油使用的進一步增多而增加。因此，理想的是將這種副產(chǎn)品用作有用的材料。將0A用于 建筑材料中是利用這種副產(chǎn)品材料的一種途徑，這樣可以保護環(huán)境且無需建立用以處理0A 的特殊區(qū)域。
[0008] 目前，通過使用硅灰或飛灰作為填料來制備SCC。飛灰和硅灰均價格高昂。本發(fā)明 的實施方案可以消除或減少制備SCC時飛灰或硅灰的使用，從而降低SCC的成本。實施方 案無需采用針對0A的特殊處理方法和特殊傾倒區(qū)。而且，實施方案包括安全且經(jīng)濟的0A 處理方法。這種處理方法通過將0A用作SCC中的填料可以減少碳足跡。
[0009] 在實施方案中，重油灰分自充填混凝土包括：骨料；重油灰分細粒料（heavy oil ash fines)，重油灰分細粒料包含至少90%的碳，并且至少80%的重油灰分細粒料小于45 微米（325篩網(wǎng)）；水；以及水泥，在重油灰分細粒料和骨料中存在下混合水和水泥從而得到 重油灰分水泥混凝土，該重油灰分自充填混凝土在其自身重量下流動。
[0010] 在實施方案中，重油灰分自充填混凝土基本上不含高效減水劑。在實施方案中，重 油灰分的量等于水泥重量的約3重量％至10重量％。在實施方案中，重油灰分的量等于水 泥重量的約5重量％。在實施方案中，重油灰分細粒料基本上不具有膠凝性能。在實施方 案中，水泥在與水反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且氫氧化鈣和重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。在實施 方案中，重油灰分自充填混凝土為均勻混合物，并且其能夠有效地在流動時保持均勻。在 實施方案中，重油灰分自充填混凝土能夠有效地具有至少約650mm的枬落流動直徑（slump flow diameter)。在實施方案中，重油灰分水泥混凝土混合物在28天固化后的吸水率為約 4. 50%至 4. 60%。
[0011] 處理重油灰分的方法的實施方案包括如下步驟：將水泥和水混合，以形成水泥混 合物；向水泥混合物中添加重油灰分，該重油灰分是由重燃料油的燃燒產(chǎn)生的；以及向水 泥混合物中加入骨料，該水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自充填混凝土。在該 方法的實施方案中，重油灰分包含至少90%的碳。在該方法的實施方案中，水泥在與水反應(yīng) 后釋放出氫氧化鈣，并且氫氧化鈣和重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
[0012] 該方法的實施方案還包括在重油灰分自充填混凝土被混合之后的固化步驟，以形 成硬化的自充填混凝土，其中，重油灰分防止水滲入硬化的自充填混凝土中。該方法的實施 方案還包括將自充填混凝土倒入圓錐中，然后將圓錐移除，其中自充填混凝土流入直徑為 650mm至800mm的圓口。在該方法的實施方案中，重油灰分量的添加量等于水泥的約1重 量％至約10重量％。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 因此，通過參照附圖所示出的本發(fā)明實施方案，上述特征、方面和本發(fā)明的優(yōu)勢以 及其它方面將變得變得顯而易見且更詳細地理解，并且能夠?qū)ι厦嫠喴獨w納的本發(fā)明進 行更詳細的描述，這些附圖構(gòu)成了本說明書的一部分。然而應(yīng)當注意的是，隨附的附圖示出 了本發(fā)明的一些實施方案，因此不應(yīng)視為是對本發(fā)明的范圍的限制，因為本發(fā)明可允許其 它同等有效的實施方案。
[0014] 圖1為示出了本發(fā)明實施方案相比于常規(guī)實施方案的壓縮強度變化的圖表。
[0015] 圖2為示出了本發(fā)明實施方案相比于常規(guī)實施方案的干燥收縮的圖表。
[0016] 圖3為示出了本發(fā)明實施方案相比于常規(guī)實施方案的吸水率的圖表。
[0017] 圖4為示出了本發(fā)明實施方案相比于常規(guī)實施方案的腐蝕電位的圖表。
[0018] 圖5為示出了本發(fā)明實施方案相比于常規(guī)實施方案的腐蝕電流密度的圖表。

【具體實施方式】
[0019] 重油灰分為由重油或裂化油燃燒產(chǎn)生的殘余物。重油一般被定義為具有較長的烴 鏈（例如，碳長度為約12至70個碳原子、或約20至70個碳原子）的燃料油。美國材料與 試驗協(xié)會（ASTM)將重燃料油分為"5號燃料油"或"6號燃料油"。由于重燃料油的粘度高， 因此例如在發(fā)電廠中，在重燃料油燃燒前有時會將其預熱。
[0020] 煉油工業(yè)中的裂化一般是指通過使長鏈烴斷裂為較短的烴鏈，從而將復雜的有機 分子斷裂成簡單分子?？墒褂酶鞣N過程以將石油裂化，例如，包括催化過程。裂化過程后，可 將所得到的烴分離為不同種類的燃料，其中包括（例如）燃料氣體、液化石油氣（"LPG")、 汽油、輕循環(huán)油和重燃料油。由裂化過程產(chǎn)生的重燃料油可以稱為"裂化燃料油"。對于本 申請的目的，除非另有規(guī)定，否則裂化燃料油和重燃料油均被稱為重燃料油。發(fā)電廠可以使 用重燃料油，并且預計在未來重燃料油的用量就增加。燃燒重燃料油會產(chǎn)生包括灰分在內(nèi) 的殘留物。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，由于環(huán)境方面的限制，重油灰分可以被捕集，或 者在一定程度上必須被捕集，而不是被釋放到大氣中。
[0021] 重油灰分（"Η0Α"）是一種由重燃料油燃燒產(chǎn)生的黑色粉末類廢料。重油灰分具 有不同于其他類型的灰分的獨特特質(zhì)。通常，重油灰分包含超過約90重量％的碳。剩余的 小于約10重量％的重油灰分通常包含硫，鎂和釩。重油灰分可以包括各種粒徑。
[0022] 重油灰分中含有多種元素。例如，表1顯示了重油灰分的典型化學分析。各元素 的量可以根據(jù)重油灰分來源而不同。由于本發(fā)明實施方案中的重油灰分是通過燃燒重油而 形成的，因此其可以包含超過90重量％的碳。在表1中可以看出，本發(fā)明實施方案中所使 用的Η0Α的元素組成與此前用于混凝土中的常規(guī)飛灰存在顯著區(qū)別。
[0023] 表 1
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 一種重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 骨料： 重油灰分細粒料，該重油灰分細粒料的特征在于含有至少90%的碳，并且至少80%的 所述重油灰分細粒料小于45微米（325篩網(wǎng)）； 水：和 水泥，所述重油灰分水泥混凝土是通過在所述重油灰分細粒料和所述骨料的存在下 將所述水與所述水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流 動。
2. 權(quán)利要求1所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分自充填混凝土不含 1?效減水劑。
3. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量為 所述水泥重量的3重量％至10重量％。
4. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分的量為 所述水泥重量的5重量％。
5. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分細粒 料不具有膠凝性能。
6. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述水泥在與所述水 反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
7. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中所述重油灰分水泥定 義為均勻混合物，并且所述重油灰分水泥能夠有效地在流動時保持均勻。
8. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分水泥 混凝土混合物能夠有效地具有至少650毫米的坍落流動直徑。
9. 前述權(quán)利要求中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中，在28天固化時間之 后的吸水率為4. 50 %至4. 60%。
10. -種處理重油灰分的方法，該方法的特征在于包括如下步驟： 將水泥和水混合，以形成水泥混合物； 向所述水泥混合物中添加重油灰分，該重油灰分是由重燃料油的燃燒產(chǎn)生的；以及 向所述水泥混合物中加入骨料，所述水泥混合物、重油灰分和骨料形成了重油灰分自 充填混凝土。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述重油灰分的特征在于包含至少90%的碳。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述水泥在與所述水反應(yīng)后釋放氫氧 化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不發(fā)生反應(yīng)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求10-12中任意一項所述的方法，其特征還在于包括如下步驟：在 所述重油灰分自充填混凝土被混合之后進行固化，以形成硬化的自充填混凝土，其中，所述 重油灰分防止水滲入所述硬化的自充填混凝土中。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求10至13中任意一項所述的方法，其特征還在于包括如下步驟： 將所述重油灰分自充填混凝土倒入圓錐中，然后將所述圓錐移除，其中所述自充填混凝土 流入直徑為650mm至800mm的圓口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任意一項所述的方法，其中所述重油灰分的添加量等于所 述水泥重量的1重量％至10重量％。
16. -種重油灰分自充填混凝土，其特征在于： 水泥； 重油灰分細粒料，該重油灰分細粒料的含量等于所述水泥重量的3重量％至10重 量％，并且含有至少90%的碳，至少80%的所述重油灰分細粒料小于45微米（325篩網(wǎng)）； 不含高效減水劑；以及 水，所述重油灰分水泥混凝土是通過在所述重油灰分細粒料的存在下將所述水與所述 水泥混合而得到的，所述重油灰分自充填混凝土在其自身重量的作用下流動。
17. 權(quán)利要求16所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰分的量等于所述水 泥重量的5重量％。
18. 前述權(quán)利要求16-17中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，其中，所述重油灰 分細粒料不具有膠凝性能。
19. 前述權(quán)利要求16-18中任意一項所述的重油灰分自密實混凝土，其中所述水泥在 與所述水反應(yīng)后釋放氫氧化鈣，并且其特征還在于：所述氫氧化鈣和所述重油灰分之間不 發(fā)生反應(yīng)。
20. 前述權(quán)利要求16-19中任意一項所述的重油灰分自充填混凝土，所述重油灰分水 泥的特征在于為均勻混合物，并且所述重油灰分水泥能夠有效地在流動時保持均勻。
【文檔編號】C04B28/02GK104066699SQ201280055076
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】穆罕默德·阿勒-梅赫特爾, 法赫德·R·阿勒-多薩里, 穆罕默德·馬斯萊胡丁, 穆罕默德·里茲萬·阿里, 穆罕默德·薩利胡·巴里 申請人:沙特阿拉伯石油公司, 法赫德國王石油和礦業(yè)大學工程研究中心