CN102344256A - 混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土制备技术领域，涉及一种混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其质量百分组成为：30-60％的分散激发组分、0.01-1％的早强组分、10-30％的增强组分和0.01-1％的调凝组分，余量为水，制备时向反应釜中依次加入水、分散激发组分、早强组分、增强组分和调凝组分，搅拌20-30min至全部溶解。制得的激发增强剂能有效的激发工业废渣粉的活性，在保证混凝土各项性能的前提下，能够用工业废渣粉代替大量的水泥，且制法简单合理，易于生产，制得的混凝土抗压强度高、耐久性能好。

Description

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂及其制法

技术领域

本发明属于混凝土制备技术领域，涉及一种混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂及其制法。

背景技术

混凝土是世界上用量最大的建筑材料，由于原材料的便宜易得、在应用上的多样性和适应性及经济性高等优点，被广泛的应用于各类建筑之中，已经成为现代社会的基础。我国作为最大的发展中国家，近年来随着国民经济的稳步增长，国家基本建设规模越来越大，混凝土的需求量巨大。

混凝土的大量应用导致了作为其主要组分水泥产量的不断增长。众所周知，水泥行业属于高能耗、高排放和高污染行业。统计资料表明，水泥工业的耗能、所排放的二氧化碳、烟和粉尘在全国工业行业中居于首位。水泥工业的大规模生产必然会使得我国面临资源、能源和环境日趋严峻的挑战。

此外，工业废渣作为排放量最大的固体废弃物，对自然环境和人体健康都有着严重的威胁。我国每年产生几百亿吨的工业废渣，占地面积达上百万公顷。堆放的工业废渣所带来粉尘和水体的污染等环境问题已成为制约整个我国国民经济健康良好循环发展的关键性因素。

节约水泥用量和利用工业废渣作为水泥和混凝土掺合料的资源化一直都是世界性的研究热点。作为工业废渣粉主要成分的矿粉和粉煤灰主要由氧化硅和氧化铝组成，具有潜在的水化活性。但由于矿粉和粉煤灰的硅氧和铝氧三维空间—网络结构玻璃体中的硅氧键和铝氧键比较牢固，当粉煤灰单独与水拌和时，水化反应极慢，水化产物数量较少，得不到足够的胶凝性能，影响了大掺量工业废渣粉混凝土的强度。要提高大掺量工业废渣粉混凝土的性能，就必须通过激发剂破坏玻璃体表面光滑致密、牢固的Si-O-Si、Al-O-Al和Si-O-Al网络结构。

国外发达国家工业废渣的利用率达到70％以上而国内的利用率低于40％。国外应用工业废渣激发剂已有几十年的发展历史，国内起步较晚而且应用效果不理想。

目前，国内市场上的激发剂产品大都采用无机材料或者无机与有机材料通过简单复配而成，存在掺量大、成本高、稳定性低、激发效果和适应性差的问题。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂及其制法，制得的激发增强剂能有效的激发工业废渣粉的活性，在保证混凝土各项性能的前提下，能够用工业废渣粉代替大量的水泥，且制法简单合理，易于生产。

本发明同时提供了一种大掺量工业废渣粉混凝土，可以用工业废渣粉代替大量的水泥，实现了既可以利用大量的工业废渣粉，又能降低高污染、高能耗和高排放的水泥用量，制得的混凝土抗压强度高、耐久性能好。

本发明解决其技术问题所提供的解决方案为：

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，质量百分组成为：30～60％的分散激发组分、0.01～1％的早强组分、10～30％的增强组分和0.01～1％的调凝组分，余量为水。

所述分散激发组分是以过量碱中和的聚羧酸盐减水剂，其化学式为：

上述化学式中R₁是氢原子或甲基，R₂是C₁～C₃的烷基，R₃是氢原子或甲基，M为碱金属或碱土金属离子，a、b、c为共聚物重复单元的链节数，其绝对值由共聚物的分子量确定，a/b/c＝1∶3～5∶0.5～1，n为环氧乙烷加成平均摩尔数，其数值为10～20。

所述的聚羧酸盐减水剂，可根据美国专利US 7232873B2公开的制备方法，加入过量的碱中和进行制备，由单体A、单体B和单体C在水溶液中通过自由基反应制得，其中单体A∶B∶C(摩尔比)＝1∶3～5∶0.5～1。

其中单体A为：

式中R₁是氢原子或甲基，n为环氧乙烷加成平均摩尔数，其数值为10～20。

其中单体B为：

式中R₂是C₁～C₃的烷基。

其中单体C为：

式中R₃是氢原子或甲基。

所述分散激发组分为以过量碱中和的聚羧酸盐减水剂，既保证了提高混凝土强度的所需要的减水率和较低的水灰比，又提供了激发工业废渣粉活性的碱性环境，分散激发组分的用量优选40～50％。

所述早强组分选择三乙醇胺、二羟乙基乙二胺、二羟丙基乙二胺和四羟乙基乙二胺中的一种或几种的混合物，其用量优选0.01-0.5％，早强组分极大的促进了水泥的水化反应，加速了氢氧化钙的生成，使得混凝土具有明显的早强作用。

所述增强组分为硫氰酸钠、硫氰酸镁和硫氰酸铵中的一种或几种的混合物，其用量优选15-30％，由于同离子效应，加大了氢氧化钙的溶解度，加快了水泥的水化反应和工业废渣粉的火山灰反应。

所述调凝组分为糖蜜、糖钙、蔗糖和葡萄糖中的一种或几种的混合物，其用量优选0.5％-1％，少量的调凝组分具有提高混凝土早期强度的作用。

本发明所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制法为：向反应釜中依次加入水、分散激发组分、早强组分、增强组分和调凝组分，搅拌20-30min至其全部溶解。

本发明所述的大掺量工业废渣粉混凝土，包括胶凝材料、石子、砂子和水，其中胶凝材料包括水泥和工业废渣粉，胶凝材料中工业废渣粉的用量为60-80％，混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的2-6％，优选3-5％。

所述工业废渣粉中粉煤灰的用量可占20-40％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)生产工艺简单合理，生产设备先进，自动化程度高；

(2)产品成本低，性价比高；

(3)激发剂应用后混凝土工作性好、各龄期强度高和耐久性好；

(4)使用激发剂后，可以实现用大量的工业废渣粉代替水泥配制混凝土，替代率高，既节约了水泥又利用了大量的工业废渣具有显著的社会、经济和环境效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例中，百分含量均为质量百分含量，除另有说明；早强组分、增强组分和调凝组分均为工业级，所用水为自来水。

混凝土所用原料为：山铝牌P.O 42.5水泥；临朐中砂，细度模数为2.6～3.0，含泥量＜2.0％；边河碎石，5～25mm连续级配，含泥量＜1.0％；莱芜电厂Ⅱ级粉煤灰；等级S95的张店钢铁厂矿粉。

实施例1

分散激发组分的制备：

单体A为：

单体B为：

其中单体C为：

其中n＝15，单体A、B和C的摩尔比为1∶3∶0.5。按照专利US 7232873B2公开的方法，加入过量的碱中和进行制备聚羧酸盐减水剂。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制备：将水30.7kg、分散激发组分50kg、三乙醇胺0.5kg、硫氰酸钠8kg、硫氰酸镁10kg、糖蜜0.3kg和糖钙0.5kg，搅拌至其全部溶解，即得产品。

大掺量工业废渣粉混凝土的制备：

大掺量工业废渣粉混凝土配合比为，水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子＝132∶132∶66∶760∶1120，用水量以达到基准砼初始坍落度80±10mm为准。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的3％。

实施例2

分散激发组分的制备：

单体A为：

其中单体B为：

其中单体C为：

其中n＝10，单体A、B和C的摩尔比为1∶4∶1，按照专利US 7232873B2公开的方法，加入过量的碱中和进行制备聚羧酸盐减水剂。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制备：将水31.3kg、分散激发组分A 48kg、三乙醇胺0.05kg、二羟乙基乙二胺0.07kg、硫氰酸钠10kg、硫氰酸镁10kg和糖蜜0.6kg，搅拌至其全部溶解，即得产品。

大掺量工业废渣粉混凝土的制备：

大掺量工业废渣粉混凝土配合比为，水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子＝116∶132∶82∶760∶1120，用水量以达到基准砼初始坍落度80±10mm为准。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的3.5％。

实施例3

分散激发组分的制备：

单体A为：

单体B为：

其中单体C为：

其中n＝20，单体A、B和C的摩尔比为1∶5∶0.6，按照专利US 7232873B2公开的方法，加入过量的碱中和进行制备聚羧酸盐减水剂。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制备：将水30.9kg、分散激发组分A 45kg、三乙醇胺0.25kg、二羟丙基乙二胺0.15kg、硫氰酸钠23kg、糖钙0.3kg和葡萄糖0.4kg，搅拌至其全部溶解，即得产品。

大掺量工业废渣粉混凝土的制备：

大掺量工业废渣粉混凝土配合比为，水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子＝99∶132∶99∶760∶1120，用水量以达到基准砼初始坍落度80±10mm为准。

胶凝材料中工业废渣粉的用量为70％，其中工业废渣粉中粉煤灰用量占42.9％。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的4.0％。

实施例4

分散激发组分的制备：

单体A为：

单体B为：

其中单体C为：

其中n＝15，单体A、B和C的摩尔比为1∶3∶1，按照专利US 7232873B2公开的方法，加入过量的碱中和进行制备聚羧酸盐减水剂。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制备：将水37.12kg、分散激发组分A40kg、四羟乙基乙二胺0.08kg、硫氰酸铵10kg、硫氰酸钠12kg和蔗糖0.3kg和葡萄糖0.5kg，搅拌至其全部溶解，即得产品。

大掺量工业废渣粉混凝土的制备：

大掺量工业废渣粉混凝土配合比为，水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子＝83∶149∶115∶760∶1120，用水量以达到基准砼初始坍落度80±10mm为准。

胶凝材料中工业废渣粉的用量为76％，其中工业废渣粉中粉煤灰用量占43.6％。

混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的5.0％。

将实施例1-4制得的混凝土产品进行抗压强度和耐久性检测，依照GB8076-2008《混凝土外加剂》和GB/T 50082-2009《普通砼长期耐久性能试验方法》实施，与基准混凝土和不掺激发剂的大掺量工业废渣粉混凝土的强度和耐久性进行比较，所得结果见表1。

基准混凝土配合比为，水泥∶砂∶石子∶水＝330∶760∶1120∶210，激发剂添加量为0，用水量以达到砼初始坍落度为80±10mm时为准。

不掺激发剂的大掺量工业废渣粉混凝土配合比为，水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子∶水＝198∶99∶33∶760∶1120∶210，激发剂添加量为0，用水量以达到砼初始坍落度为80±10mm时为准。

表1中数据表明，与不掺激发剂的工业废渣粉混凝土相比，掺激发剂的大掺量工业废渣粉混凝土抗压强度得到大幅度的提高，且具有优异的耐久性能，各项性能与全部用水泥作为胶凝材料的基准混凝土相近。

本发明提供的大掺量工业废渣粉混凝土，可以用工业废渣粉代替大量的水泥，实现了既可以利用大量的工业废渣粉，又能降低高污染、高能耗和高排放的水泥用量，制得的混凝土抗压强度高、耐久性能好。

表1 混凝土产品抗压强度和耐久性效果评价表

Claims (8)

1.一种混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其特征在于质量百分组成为：30-60％的分散激发组分、0.01-1％的早强组分、10-30％的增强组分和0.01-1％的调凝组分，余量为水。

2.根据权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其特征在于：所述分散激发组分是以过量碱中和的聚羧酸盐减水剂，其化学式为：

上述化学式中R₁是氢原子或甲基，R₂是C₁-C₃的烷基，R₃是氢原子或甲基，M为碱金属或碱土金属离子，a、b、c为共聚物重复单元的链节数，其绝对值由共聚物的分子量确定，a/b/c＝1∶3～5∶0.5～1，n为环氧乙烷加成平均摩尔数，其数值为10～20。

3.根据权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其特征在于：所述早强组分为三乙醇胺、二羟乙基乙二胺、二羟丙基乙二胺和四羟乙基乙二胺中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其特征在于：所述增强组分为硫氰酸钠、硫氰酸镁和硫氰酸铵中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂，其特征在于：所述调凝组分为糖蜜、糖钙、蔗糖和葡萄糖中的一种或几种的混合物。

6.一种权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的制法，其特征在于：向反应釜中依次加入水、分散激发组分、早强组分、增强组分和调凝组分，搅拌20-30min至其全部溶解。

7.一种掺有权利要求1所述的混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的大掺量工业废渣粉混凝土，包括胶凝材料、石子、砂子和水，其中胶凝材料包括水泥和工业废渣粉，其特征在于：所述胶凝材料中工业废渣粉的用量为60-80％，混凝土用大掺量工业废渣粉激发增强剂的添加量为胶凝材料用量的2-6％。

8.根据权利要求7所述的大掺量工业废渣粉混凝土，其特征在于：所述工业废渣粉中粉煤灰用量占胶凝材料总量的20-40％。