CN104909595B - 一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂及制备方法，由工业废渣粉及石粉复配而成，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组分，按质量百分比，其中：氧化钙含量45％‑55％、二氧化硅含量20％‑35％、三氧化二铝含量1％‑3％、氧化镁含量1％‑2％和余量的杂质，细度45μm筛筛余量12％‑25％。本发明的方法无需高温煅烧，仅通过控制机械粉磨时的温度、粉磨细度、以及混合比例，即可生产出能在碱性环境下与水泥的主要水化产物发生化学反应的复合活性材料。该复合活性材料能有效稳定水泥水化产物体系、提高水泥水化体系密实度与力学强度、降低水泥水化体系温升，可用于水利水电等行业混凝土工程施工建设。

Description

一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂及制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土添加剂，具体说，是一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂及制备方法。

背景技术

水利水电工程建设过程中所用混凝土量大、结构厚实，常被称为大体积混凝土。对于大体积混凝土而言温控防裂要求很高，在工程实际施工过程中，采用大掺量掺合料的水工混凝土是应对大体积混凝土温控防裂问题的有效措施之一。目前，水工混凝土最常用的掺合料为粉煤灰，用粉煤灰代替部分水泥配制水工混凝土已有三十多年的应用经验，其在水工混凝土中最大掺量可达60％甚至更高。粉煤灰的掺用不仅可以减少水工混凝土中的水泥用量、降低混凝土内部温升，还因其具有水化活性，能与水泥主要水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，因此，掺用粉煤灰的水工混凝土能获得更好的后期力学强度。随着生态文明社会的建设，一批中小火电企业的关停，以及大量水电站工程的开工建设，粉煤灰的供需矛盾日益突出，在粉煤灰紧张地区开工建设的水电站工程，优质掺合料已成为制约工程建设的主要技术瓶颈之一。因此，需要结合水电站工程所在地及周边地区的工业布局情况，充分利用工业废渣，开发类似于粉煤灰的水工混凝土掺合料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂及制备方法，制备的复合活性材料能够与水泥的主要水化产物发生化学反应，稳定水化产物体系，降低水化体系温升，提高水化体系力学强度。本发明生产工艺简单、易于实施、成本较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂，由工业废渣粉及石粉复配而成，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组分，按质量百分比，其中：氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量的杂质，细度45μm筛筛余量12％-25％。

所述的以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成、质量百分含量在90％以上的硅钙氧化物为主要化学成分的工业废渣A，150℃-200℃环境中机械粉磨，粉磨后比表面积400m²/kg-500m²/kg；

2)将以氧化钙为主要化学成分、氧化钙质量百分含量在50％以上的石粉B，30℃～50℃温度范围内粉磨，粉磨后细度80μm筛筛余量1％-10％；

3)将步骤1)得到的工业废渣A和步骤2)得到的石粉B按一定比例混合，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成，按质量百分比，氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量为杂质的复合活性材料C，细度45μm筛筛余量12％-25％。

本发明的有益效果是：本发明生产工艺简单、易于实施、成本较低，对于稳定水泥水化产物体系、提高水泥水化体系密实度与力学强度、降低水泥水化体系温升具有显著作用，可应用于水利水电等行业混凝土工程施工建设。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂，由工业废渣粉及石粉复配而成，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组分，按质量百分比，其中：氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量的杂质，细度45μm筛筛余量12％-25％。

所述的以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成、质量百分含量在90％以上的硅钙氧化物为主要化学成分的工业废渣A，150℃-200℃环境中机械粉磨，粉磨后比表面积400m²/kg-500m²/kg；

2)将以氧化钙为主要化学成分、氧化钙质量百分含量在50％以上的石粉B，30℃～50℃温度范围内粉磨，粉磨后细度80μm筛筛余量1％-10％；

3)将步骤1)得到的工业废渣A和步骤2)得到的石粉B按一定比例混合，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成，按质量百分比，氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量为杂质的复合活性材料C，细度45μm筛筛余量12％-25％。

通过调整工业废渣A、石粉B的复合比例，及其粉磨温度、细度的调整，可以根据实际使用要求对复合活性材料C的活性程度进行定量设计。

本发明的反应机理用以下化学反应式表示：

3CaO·SiO₂+nH₂O→xCaO·SiO₂·yH₂O+(3-x)Ca(OH)₂ (1)

2CaO·SiO₂+mH₂O→xCaO·SiO₂·yH₂O+(2-x)Ca(OH)₂ (2)

复合活性材料C+Ca(OH)₂→xCaO·SiO₂·yH₂O+H₂O (3)

化学式(1)、(2)为水泥最主要的两种熟料组分的水化反应过程，主要水化产物为xCaO·SiO₂·yH₂O和Ca(OH)₂，复合活性材料C能与化学式(1)、(2)中的产物Ca(OH)₂继续发生如化学式(3)所描述的化学反应，生成xCaO·SiO₂·yH₂O。xCaO·SiO₂·yH₂O是水泥水化体系中的主要水化产物之一，对于稳定水化体系、密实水化体系结构等发挥着重要作用。复合活性材料C不仅可以消耗部分化学式(1)、(2)中的Ca(OH)₂产物，还能促使化学式(1)、(2)的反应过程向右移动、加速反应。

本发明的方法无需高温煅烧，仅通过控制机械粉磨时的温度、粉磨细度、以及混合比例，即可生产出能在碱性环境下与水泥的主要水化产物发生化学反应的复合活性材料。该复合活性材料能有效稳定水泥水化产物体系、提高水泥水化体系密实度与力学强度、降低水泥水化体系温升，可用于水利水电等行业混凝土工程施工建设。

首先，制备符合条件的工业废渣A和石粉B：

制备工业废渣A：选用硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成、硅钙氧化物质量百分含量在90％以上的工业废渣，在150℃环境下机械粉磨，分别粉磨45min、1h20min后，形成比表面积400m²/kg、500m²/kg的工业废渣A备用；备用工业废渣A化学成分(质量百分含量在)如下：39.0％SiO₂、53.2％CaO、2.3％Al₂O₃、0.6％Fe₂O₃及少量余量杂质。

制备石粉B：选用氧化钙质量百分含量50％以上的石粉，在40℃环境下粉磨，分别粉磨55min、20min后，形成80μm筛筛余量1％、10％的石粉B备用；备用石粉B化学成分(质量百分含量在)如下：54.5％CaO、1.1％SiO₂、40.8％烧失量及少量余量杂质。

实施例1

70份在150℃左右环境下粉磨好的工业废渣A(比表面积400m²/kg)，30份在40℃环境下粉磨好的石粉B(细度80μm筛筛余量10％)，混合成复合活性材料C备用。按照表1所列配合比进行砂浆力学性能试验，试验结果如表2所示。

表1砂浆配合比

表2砂浆力学性能试验结果

从表2中的试验结果可知，掺量相同情况下，掺有复合活性材料C的砂浆组在180d龄期时，其抗压强度已超过掺粉煤灰砂浆组。说明复合活性材料C的后期水化活性大于粉煤灰。

实施例2

65份在150℃左右环境下粉磨好的工业废渣A(比表面积500m²/kg)，35份在40℃环境下粉磨好的石粉B(细度80μm筛筛余量10％)，混合成复合活性材料C备用。按照表3所列配合比进行28d、90d、180d龄期水泥净浆孔结构性能试验，试验结果如表4所示。

表3水泥净浆配合比

表4水泥净浆孔结构试验结果

从表4中的试验结果可知，掺量相同情况下，掺有复合活性材料C的水泥净浆组在28d～180d龄期范围内，其总孔隙率、平均孔径、大于50nm有害孔数量等孔结构参数均优于掺粉煤灰水泥净浆组。说明复合活性材料C在优化水泥水化体系孔结构方面优于粉煤灰，能有效提高水化体系的致密性。

实施例3

50份在150℃左右环境下粉磨好的工业废渣A(比表面积400m²/kg)，50份在40℃环境下粉磨好的石粉B(细度80μm筛筛余量1％)，混合成复合活性材料C备用。按照表5所列配合比进行水工混凝土绝热温升试验，试验结果如表6所示。

表5水工混凝土配合比

表6水工混凝土绝热温升试验结果

从表6中的试验结果可知，掺量相同情况下，掺有复合活性材料C的水工混凝土组的28d绝热温升值与掺粉煤灰组水工混凝土基本相同。说明复合活性材料C与粉煤灰一样，能有效降低水泥水化体系的温升值。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (2)

1.一种以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂，其特征在于，由工业废渣粉及石粉复配而成，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组分，按质量百分比，其中：氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量的杂质，细度45μm筛筛余量12％-25％。

2.如权利要求1所述的以硅钙氧化物为主要成分的混凝土添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成、质量百分含量在90％以上的硅钙氧化物为主要化学成分的工业废渣A，150℃-200℃环境中机械粉磨，粉磨后比表面积400m²/kg-500m²/kg；

2)将以氧化钙为主要化学成分、氧化钙质量百分含量在50％以上的石粉B，30℃～50℃温度范围内粉磨，粉磨后细度80μm筛筛余量1％-10％；

3)将步骤1)得到的工业废渣A和步骤2)得到的石粉B按一定比例混合，形成以硅酸盐玻璃体、铝酸盐玻璃体为主要矿物组成，按质量百分比，氧化钙含量45％-55％、二氧化硅含量20％-35％、三氧化二铝含量1％-3％、氧化镁含量1％-2％和余量为杂质的复合活性材料C，细度45μm筛筛余量12％-25％。