CN104072002B

CN104072002B - 一种替代天然砂的复合黏土和以其为原料的预拌混凝土

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Publication number: CN104072002B
Application number: CN201410325056.4A
Authority: CN
Inventors: 黄映恒; 韦菲; 侯蕾; 李菲萍; 李燕; 罗春林; 廖森
Original assignee: GUANGXI JINGZHENG SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: GUANGXI JINGZHENG SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: CN104072002A

Abstract

本发明属于建筑材料领域，公开一种代替天然砂的复合黏土和以其为原料的预拌混凝土。该复合黏土包括如下质量百分比的各原料：黏土45～75%，贝壳粉3～10%，粉煤灰5～20%，矿渣5～20%，稻壳灰5～20%，生石灰0.5～2%，碳酸钠0.5～1.5%。各组分加入水预混搅拌、研磨、碾压，在200～300℃下干燥、造粒，筛分分级，得到符合混凝土搅拌用的原料，将上述复合黏土与水泥、卵石、矿物质粉、减水剂和水按一定比例复配，得到坍落度和抗压强度优异的预拌混凝土。本发明采用复合黏土替代天然砂作为预拌混凝土中的细骨料，提高了混凝土的耐腐蚀性和耐久性能，而且充分利用了稻壳和贝壳等资源，变废为宝，具有较大的市场推广价值和应用前景。

Description

一种替代天然砂的复合黏土和以其为原料的预拌混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种代替天然砂的复合黏土和以其为原料的预拌混凝土，特别适用于普通混凝土、高性能混凝土、超高强度混凝土、纤维混凝土、活性粉混凝土等的生产。

背景技术

我国建筑中应用于结构的主要建筑材料是混凝土，天然砂是其主要的细骨架，目前多数地区应用的是天然砂，天然砂属于地方资源，而且短期内不可再生。随着建设量的增加，我国不少地区天然砂已近枯竭，同时由于天然河砂的过渡开采会对生态环境造成破坏，许多地方已严禁或限制开采天然河砂，由此导致工程用砂供需矛盾日益突出。因此，制备出能够替代天然砂的使用，探寻可行的人工砂混凝土就显得格外重要。

在混凝土中，作为整个体系的粗骨料一般由卵石或大小相当的石块、碎石组成，为混凝土主骨架结构；而卵石之间的空隙需要由细骨料来填充，常用的原料就为上述的天然砂。

黏土在我国储量丰富，价格低廉，主要成分是SiO₂、Al₂O₃和结晶水，与天然砂的主要成分相同。黏土不仅具有良好的物理和力学性能以及高的耐化学品性能等，黏土还具有独特的片层结构，可以赋予材料高的增韧性，良好的抗压强度。

西方一些工业化国家通常把黏土归结为6大类，分别是：高岭土（Kaolin）、耐火黏土（Fire clay）、球黏土（Ball clay）、膨润土（Bentonite）、漂白土（Fuller's Earth）和普通黏土（Common）。

与硅灰类似，稻壳灰中SiO₂的含量很高，煅烧良好的无定型稻壳灰具有很高的火山灰活性，跟粒状高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等火山灰材料一样，稻壳的粉壳灰能够改善水泥和混凝土的性能。我国稻米资源丰富，对稻壳简单处理不仅降低了其使用价值，且燃烧还会造成空气质量的污染。因此，研究探寻稻壳的回收利用具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是以来源广泛的黏土、稻壳等为原料，复配出一种复合黏土，从而提供一种环境友好、性能优异的预拌混凝土，减少对天然砂的依赖，减轻环境压力，同时，将让农户头疼的稻壳变废为宝。

本发明的技术方案：

一种替代天然砂的复合黏土，该复合黏土包括如下质量百分比的各原料：黏土45～75%，贝壳粉3～10%，粉煤灰5～20%，矿渣5～20%，稻壳灰5～20%，生石灰0.5～2%，碳酸钠0.5～1.5%。

进一步的，所述贝壳粉为废弃贝壳经回收清洗，碱洗0.5~24小时，干燥后，研磨得到的贝壳粉，其平均粒径为0.1μm～75μm，在此步骤中碱洗的主要作用是去除贝壳上残留的腐肉、污垢和角质。

进一步的，所述稻壳灰为稻壳经水洗干燥后与pH=1的酸反应，经过干燥、煅烧、研磨后所得到的稻壳灰，酸处理能去除稻壳中大量的金属杂质，可提高其纯度和白度，同时经酸处理后煅烧的稻壳灰可提高比表面积和活性。

将上述黏土、贝壳粉、粉煤灰、矿渣、稻壳灰、生石灰、碳酸钠按比例加水搅拌混合，经球磨后，采用碾压机碾压压实混合好的粉末，之后在200～300℃下干燥、造粒，经筛分分级，得到符合混凝土搅拌用II区中砂标准的复合黏土，该复合黏土质量符合《建筑用砂》（GB/T14684-2011）的要求。

进一步的，所述复合黏土的细度模数为3.0～2.3，平均粒径为0.35mm～0.5mm。

进一步的，所述黏土为高岭土、耐火黏土、球黏土、膨润土、漂白土和普通黏土中的一种或几种混合。

进一步的，所述贝壳粉在碱洗中，所用碱溶液为浓度2%~10%的氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾中的任一种。

为了解决现有预拌混凝土对天然砂的依赖，本发明以所述复合黏土为原料制备了一种预拌混凝土，该预拌混凝土包括如下质量百分比的各原料：卵石20%~80%，复合黏土6%~40%，水泥8%~25%，矿物质粉0~20%，水5%~20%。

进一步的，所述预拌混凝土还包括减水剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂，该减水剂的添加量按质量百分比为：减水剂：（水泥+矿物质粉）=（0.002~0.018）：1，添加减水剂的目的是可以减少拌合用水量，提高混凝土强度。

进一步的，所述矿物质粉为稻壳灰80～90%，粉煤灰5～15%，贝壳粉1～8%的混合物，稻壳灰、粉煤灰和贝壳粉的含量均为质量百分比。

进一步的，在上述预拌混凝土中，水：（水泥+矿物质粉）=（0.25~0.6）：1，含量比例为质量比。

进一步的，在上述预拌混凝土中，矿物质粉：（水泥+矿物质粉）=（0~0.5）：1，含量比例为质量比。

进一步的，在上述预拌混凝土中，复合黏土：（复合黏土+卵石）=（0.16~0.41）：1，含量比例为质量比。

进一步的，在本发明中，矿物质粉的一个较优组成为：稻壳灰85%，粉煤灰8%和贝壳粉7%的混合物，稻壳灰、粉煤灰和贝壳粉的含量均为质量百分比。

通过测定复合黏土砂粒的杂质及有害成分含量，均达到《建筑用砂》（GB/T14684-2011）标准规定的范围。

本发明中包括如下配比指标参数和术语，解释说明如下。

胶凝材料=水泥+矿物质粉。

本发明优点：

1、本发明采用复合黏土替代天然砂作为预拌混凝土中的细骨料，增加了混凝土的密实性、堆积密度、抗渗性和抗压强度，提高了混凝土的耐腐蚀性和耐久性能，同时添加的矿物粉以稻壳灰为主要成分，赋予混凝土更高的强度，特别适用于普通混凝土、高性能混凝土、超高强度混凝土、纤维混凝土、活性粉混凝土等；

2、本发明充分利用了稻壳和贝壳等资源，变废为宝，具有较大的市场推广价值和应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将稻壳经水洗干燥与pH=1的盐酸反应后，经过干燥、煅烧、研磨，得到了稻壳灰，其中煅烧温度为500℃。

所述贝壳粉为废弃贝壳经回收清洗，质量百分比10%的NaOH碱洗0.5~24小时，干燥后，研磨后得到贝壳粉。

将黏土、贝壳粉、粉煤灰、矿渣、稻壳灰、生石灰、碳酸钠按比例加水搅拌混合，球磨后，然后采用碾压机碾压压实混合好的粉末，之后在200～300℃下干燥、造粒，经筛分分级，得到复合黏土，具体配比如表1。

实施例2

分别将实施例1中制取的复合黏土制样，并参照《建筑用砂》（GB/T14684-2011）和《普通混凝土用砂、石质量及检验标准》（JGJ 52）的标准对其各项指标进行测试，其结果如表2所示。

由表2的测试结果可知，本发明的复合黏土砂粒达到《建筑用砂》（GB/T14684-2011）和《普通混凝土用砂、石质量及检验标准》（JGJ 52）标准的要求；由于黏土、稻壳灰和贝壳粉三者独特的微观结构，使其堆积密度和表观密度相较要高。

实施例3

为了验证采用复合黏土、贝壳粉、稻壳灰为原料的预拌混凝土的性能，我们以同等配比做了组分替代验证试验，并检测相关指标。

按照表3的组分和配比，对预拌混凝土在常温环境中搅拌混合，其坍落度和抗压强度测试依照《混凝土外加剂》（GB8076-2006）和《普通混泥土力学性能实验方法标准》（GB/T50081-2002）要求进行测试，具体检测结果见表3。

表3中空白例中的细骨料为天然中砂，矿物质粉为Ⅱ级F类粉煤灰；试验例中的细骨料为本发明中实施例1中编号为1、3、5、7的复合黏土，矿物质粉为本发明中的矿物质粉，该试验例的矿物质粉的质量百分组成为：稻壳灰85%，粉煤灰8%，贝壳粉7%。

由表3的测试结果可见，在相同水胶比、砂率和相同矿物质粉添加量的条件下，试验例1、2较空白例1、2具有更高的流动性、和易性及抗压强度。

在相同的水胶比和砂率的条件下，试验例3、4均比空白例3、4的坍落度和抗压强度大。说明复合黏土在混凝土中起到了替代天然砂作为细骨料的作用，同时由于矿物质粉具有较高的活性，因此采用复合黏土和矿物质粉的试验例的坍落度和抗压强度均比空白例的高，从而提高了预拌混凝土的性能。

综上所述，本发明的复合黏土粉粒的达到天然砂的标准，可替代天然砂，同时复配得到预拌混凝土的抗压性能相应提高。

另外，本发明中的矿物质粉具有极高的活性，同样可以适用于普通混凝土、高性能混凝土、超高强度混凝土、纤维混凝土、活性粉混凝土等。

Claims

1.一种替代天然砂的复合黏土，其特征在于，该复合黏土包括如下质量百分比的各原料：黏土45%～75%，贝壳粉3%～10%，粉煤灰5%～20%，矿渣5%～20%，稻壳灰5%～20%，生石灰0.5%～2%，碳酸钠0.5%～1.5%；

所述贝壳粉为废弃贝壳经回收清洗，碱洗0.5~24小时，干燥后，研磨得到的贝壳粉，其平均粒径为0.1μm～75μm；

所述稻壳灰为稻壳经水洗干燥后与pH=1的酸反应，经过干燥、煅烧、研磨后所得到的稻壳灰。

2.根据权利要求1所述的复合黏土，其特征在于，所述黏土为高岭土、耐火黏土、球黏土、膨润土、漂白土和普通黏土中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的复合黏土，其特征在于，所述贝壳粉在碱洗中，所用碱溶液为质量百分比浓度2%~10%的氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾中的任一种。

4.一种以权利要求1所述复合黏土为原料的预拌混凝土，其特征在于，该预拌混凝土包括如下质量百分比的各原料：卵石20%~80%，复合黏土6%~40%，水泥8%~25%，矿物质粉0~20%，水5%~20%；

所述矿物质粉为稻壳灰80%～90%，粉煤灰5%～15%，贝壳粉1%～8%的混合物，稻壳灰、粉煤灰和贝壳粉的含量均为质量百分比。

5.根据权利要求4所述的预拌混凝土，其特征在于，所述矿物质粉为稻壳灰85%，粉煤灰8%和贝壳粉7%的混合物，稻壳灰、粉煤灰和贝壳粉的含量均为质量百分比。

6.根据权利要求4所述的预拌混凝土，其特征在于，所述预拌混凝土还包括聚羧酸减水剂，该减水剂的添加量按质量百分比为：减水剂：（水泥+矿物质粉）=（0.002~0.018）：1。

7.根据权利要求6所述的预拌混凝土，其特征在于，水：（水泥+矿物质粉）=（0.25~0.6）：1；矿物质粉：（水泥+矿物质粉）=（0~0.5）：1；复合黏土：（复合黏土+卵石）=（0.16~0.41）：1；上述含量比例均为质量比。