CN106082797B - 一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法 - Google Patents

一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，首先将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：(0.2～0.4)混合均匀，并经过附着处理得到氧化石墨烯/铜渣粉；将氧化石墨烯/铜渣粉均匀分散在离子型分散剂溶液中，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；将水泥砂浆原料混合，然后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液搅拌均匀，得到铜渣粉水泥砂浆；或者将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆。本发明中添加的氧化石墨烯对铜渣粉具有较好负载和分散作用，铜渣粉易在其上面吸附且形成插层结构，从而提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性。

Description

一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法
【技术领域】
本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法。
【背景技术】
随着国内对铜需求的不断增大，作为炼铜厂大量固体废弃物的铜渣粉，由于其致密、坚硬、耐磨等特点作为建筑材料使用，是固体废弃物资源化利用的优点。铜渣粉作为替代水泥的掺和料之一，对其进行研究加大其利用量，无论是对降低水泥消耗量，推动建材行业的节能减排，还是实现冶金固体废物的资源化利用都具有十分重要的意义，因此，铜渣粉在水泥砂/净浆中的分散性对铜渣粉水泥砂/净浆性能的提高有着重要的影响。
目前，提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性主要通过机械搅拌的方法来实现，由于铜渣粉粒径小、表面积大、高活性使得易团聚，通过宏观的干混搅拌方法很难使铜渣粉分散。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，能够使铜渣粉均匀分散在水泥砂/净浆中。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
步骤一：将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：(0.2～0.4)混合均匀，并经过附着处理得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤二：将氧化石墨烯/铜渣粉均匀分散在离子型分散剂溶液中，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；
步骤三：将水泥砂浆原料混合，然后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液搅拌均匀，得到铜渣粉水泥砂浆；或者将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆。
进一步地，步骤一中的附着处理是将铜渣粉与氧化石墨烯加入有机溶剂中搅拌形成悬浊液A，然后将悬浊液A过滤得到固体物质A，然后将固体物质A加入水中形成悬浊液B，将悬浊液B抽滤，得到固体物质B，最后将固体物质B干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉。
进一步地，有机溶剂为二甲基甲酰胺或丙酮。
进一步地，铜渣粉与氧化石墨烯加入有机溶剂中，在20～40℃下搅拌30～60min。
进一步地，悬浊液B抽滤2～3次；固体物质B在70～80℃下干燥。
进一步地，步骤二中超声分散3～5min得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液。
进一步地，步骤二中离子型分散剂为二丁基萘磺酸钠、烃基萘磺酸盐的甲醛缩合物或油酸甲基氨基乙基磺酸钠。
进一步地，离子分散剂与铜渣粉的质量比是(0.01～0.03)：1。
进一步地，步骤三中水泥砂浆原料搅拌1～2min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液；加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液后搅拌3～4min。
进一步地，按质量份数计，步骤三中铜渣粉水泥砂浆包括560～600份的水泥、1700～1800份的砂石和320～380份的水，铜渣粉的添加量是替代20～50％体积的砂石；铜渣粉水泥净浆中水灰比为0.4～0.6，铜渣粉的添加量为水泥质量的10～30％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明中添加的氧化石墨烯表面含有丰富的-OH、-COOH、-O-等官能团，且具有良好的分散性、易与无机纳米材料结合及与高分子聚合物的相容性较好等特性，其对铜渣粉具有较好负载和分散作用，铜渣粉易在其上面吸附且形成插层结构，从而提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性，提高铜渣粉水泥砂/净浆的各项性能，如抗折性能和抗压性能等；
(2)本发明借助离子型分散剂增加石墨烯/铜渣粉复合颗粒表面的电位绝对值以提高铜渣粉颗粒之间的排斥力，提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散性；
(3)本发明对铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性提高明显，铜渣粉在水泥砂/净浆中的团聚现象明显减少，铜渣粉水泥基复合材料性能明显提高；氧化石墨烯制备简单，来源广泛，成本低。
【附图说明】
图1为本发明的流程框图；
图2(a)为本发明实施例1～5以及对比例1～5的铜渣粉水泥砂浆抗折性能变化图，图2(b)分为实施例1～5以及对比例1～5的铜渣粉水泥砂浆抗压性能变化图；
图3(a)是本发明实施例6中使用石墨烯分散下，铜渣粉掺量为0％时磁导率随频率变化趋势图；图3(b)是本发明实施例7中使用石墨烯分散下，铜渣粉掺量为30％的铜渣粉水泥胶浆的磁导率随频率变化趋势图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做详细说明。
本发明借助氧化石墨烯对铜渣粉的高分散性、高负载和离子型分散剂的双重作用，提高铜渣粉在水泥砂浆中的分散性，参见图1，具体包括以下步骤：
步骤一：按质量比为1：(0.2～0.4)取铜渣粉与氧化石墨烯，将氧化石墨烯先加入有机溶剂中，再加入铜渣粉，并在20～40℃下搅拌30～60min形成悬浊液A，然后利用滤纸将悬浊液A过滤得到固体物质A，然后将固体物质A与水按照质量比(0.1～0.3)：1中形成悬浊液B，将悬浊液B来回抽滤2～3次，得到固体物质B，最后将固体物质B在70～80℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；其中，有机溶剂为二甲基甲酰胺或丙酮。
步骤二：将氧化石墨烯/铜渣粉加入离子型分散剂溶液中并超声分散3～5min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为二丁基萘磺酸钠、烃基萘磺酸盐的甲醛缩合物或油酸甲基氨基乙基磺酸钠；离子分散剂与铜渣粉的质量比是(0.01～0.03)：1。
步骤三：将水泥砂浆原料在砂浆搅拌机中混合搅拌1～2min，然后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液搅拌3～4min，得到铜渣粉水泥砂浆，将铜渣粉水泥砂浆倒入模具中成型养护；其中，按质量份数计，铜渣粉水泥砂浆包括560～600份的水泥、1700～1800份的砂石和320～380份的水，该水来源于离子型分散剂溶液中；铜渣粉的添加量是替代20～50％体积的砂石；
或者将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆，铜渣粉水泥净浆中水灰比为0.4～0.6，铜渣粉的添加量为水泥质量的10～30％；其中水来源于离子型分散剂溶液中。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1～5
在不同铜渣粉的体积掺量下，以铜渣粉水泥砂浆7d抗折抗压试验分析，使用本发明分散铜渣粉来测试和分析铜渣粉在水泥砂浆分散均匀性。具体方法如下：
步骤一：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺溶剂，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.2溶解于二甲基甲酰胺溶剂中并在30℃下搅拌30min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.2:1，来回抽滤2次后在70℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散4min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为二丁基萘磺酸钠，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.01：1；
步骤四：将水泥以及砂石在砂浆搅拌机中搅拌2min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液，搅拌3min得到铜渣粉水泥砂浆并倒入模具中成型养护，其中铜渣粉水泥砂浆试验配合比如下表1。
对比例1～5
同时以相同配合比，但未使用氧化石墨烯，并用普通搅拌方法制作铜渣粉水泥砂浆成型养护，测试7d抗压强度和抗折强度。
表1实施例1～5的原料配比
图2(a)和图2(b)分别为使用本发明方法以及普通搅拌方法所制得的铜渣粉水泥砂浆的7d抗折性能变化图和抗压图性能变化图，从图中可以看出，本发明制得的试件的力学性能提高明显，说明本发明方法使得铜渣粉在水泥砂浆中的分散能得到提高。
实施例6
步骤一：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.2溶解于二甲基甲酰胺中并在20℃下搅拌40min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.1:1，来回抽滤2次后在80℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散3min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为烃基萘磺酸盐的甲醛缩合物，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.02：1；
步骤四：在铜渣粉在水泥净浆中的质量掺量为水泥30％下，以铜渣粉水泥胶浆试件磁导率来分析铜渣粉在水泥净浆中的分散均匀性，试验配合比如下表2。因为铜渣粉的加入可以水泥净浆表现出顺磁性，磁导率越大，顺磁性越好。对比例6不加铜渣粉，对比例7采用与实施例6相同的原料配比，但对比例7采用普通的干混加水搅拌法。
表2实施例6以及对比例6～7的原料配比
由图3(a)可知，未掺铜渣粉时，试样各个频率的磁导率均为1，由图3(b)可知，掺加铜渣粉后，磁导率均大于1，表现为顺磁性，且实施例6中试样磁导率要比对比例7普通干混方法制备的高。因此，也可以说明本发明可以提高铜渣粉在水泥净浆中的分散均匀性。
实施例7
步骤一：取氧化石墨烯溶于丙酮，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.4溶解于丙酮中并在40℃下搅拌50min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.3：1，来回抽滤3次后在75℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散4min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂二丁基萘磺酸钠，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.01：1；
步骤四：将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆，铜渣粉水泥净浆中水灰比为0.4，铜渣粉的添加量为水泥质量的10％。
实施例8
步骤一：取氧化石墨烯溶于丙酮，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.35溶解于丙酮中并在25℃下搅拌60min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.2：1，来回抽滤3次后在73℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散5min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂二丁基萘磺酸钠，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.015：1；
步骤四：将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆，铜渣粉水泥净浆中水灰比为0.6，铜渣粉的添加量为水泥质量的20％。
实施例9
步骤一：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.25溶解于二甲基甲酰胺中并在35℃下搅拌45min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.1:1，来回抽滤3次后在78℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散4min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为油酸甲基氨基乙基磺酸钠，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.025：1；
步骤四：将水泥以及砂石在砂浆搅拌机中搅拌1min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液，搅拌4min得到铜渣粉水泥砂浆并倒入模具中成型养护，其中，按质量份数计，铜渣粉水泥砂浆包括560份的水泥、1700份的砂石和320份的水，该水来源于离子型分散剂溶液中；铜渣粉的添加量是替代20％体积的砂石。
实施例10
步骤一：取氧化石墨烯溶于丙酮，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.35溶解于丙酮中并在25℃下搅拌60min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.3:1，来回抽滤3次后在75℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散4min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为二丁基萘磺酸钠，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.025：1；
步骤四：将水泥以及砂石在砂浆搅拌机中搅拌2min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液，搅拌3min得到铜渣粉水泥砂浆并倒入模具中成型养护，其中，按质量份数计，铜渣粉水泥砂浆包括600份的水泥、1800份的砂石和380份的水，该水来源于离子型分散剂溶液中；铜渣粉的添加量是替代30％体积的砂石。
实施例11
步骤一：取氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺，然后将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：0.4溶解于二甲基甲酰胺中并在40℃下搅拌50min；
步骤二：首先利用滤纸对搅拌的溶液进行过滤，接着将过滤的固体物质溶解于水中再抽滤，固体物质与水的质量比为0.1:1，来回抽滤3次后在75℃下干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤三：将氧化石墨烯/铜渣粉在离子型分散剂溶液中超声分散3min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；离子型分散剂为烃基萘磺酸盐的甲醛缩合物，离子分散剂与铜渣粉的质量比是0.02：1；
步骤四：将水泥以及砂石在砂浆搅拌机中搅拌1min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液，搅拌4min得到铜渣粉水泥砂浆并倒入模具中成型养护，其中，按质量份数计，铜渣粉水泥砂浆包括590份的水泥、1740份的砂石和360份的水，该水来源于离子型分散剂溶液中；铜渣粉的添加量是替代40％体积的砂石。
本发明方法能够解决铜渣粉在水泥砂/净浆中应用的缺陷。本发明的方法完全借助科学、客观的手段来提高铜渣粉水泥砂浆中分散均匀性。

Claims (9)

1.一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将铜渣粉与氧化石墨烯按质量比为1：(0.2～0.4)混合均匀，并经过附着处理得到氧化石墨烯/铜渣粉；
步骤二：将氧化石墨烯/铜渣粉均匀分散在离子型分散剂溶液中，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液；
步骤三：将水泥砂浆原料混合，然后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液搅拌均匀，得到铜渣粉水泥砂浆；或者将氧化石墨烯/铜渣粉浊液加入水泥中，形成铜渣粉水泥净浆；
步骤一中的附着处理是将铜渣粉与氧化石墨烯加入有机溶剂中搅拌形成悬浊液A，然后将悬浊液A过滤得到固体物质A，然后将固体物质A加入水中形成悬浊液B，将悬浊液B抽滤，得到固体物质B，最后将固体物质B干燥得到氧化石墨烯/铜渣粉。
2.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：有机溶剂为二甲基甲酰胺或丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：铜渣粉与氧化石墨烯加入有机溶剂中，在20～40℃下搅拌30～60min。
4.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：悬浊液B抽滤2～3次；固体物质B在70～80℃下干燥。
5.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：步骤二中将氧化石墨烯/铜渣粉加入离子型分散剂溶液中并超声分散3～5min，得到氧化石墨烯/铜渣粉浊液。
6.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：步骤二中离子型分散剂为二丁基萘磺酸钠、烃基萘磺酸盐的甲醛缩合物或油酸甲基氨基乙基磺酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：离子分散剂与铜渣粉的质量比是(0.01～0.03)：1。
8.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：步骤三中水泥砂浆原料搅拌1～2min后加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液；加入氧化石墨烯/铜渣粉浊液后搅拌3～4min。
9.根据权利要求1所述的一种提高铜渣粉在水泥砂/净浆中分散均匀性的方法，其特征在于：按质量份数计，步骤三中铜渣粉水泥砂浆包括560～600份的水泥、1700～1800份的砂石和320～380份的水，铜渣粉的添加量是替代20～50％体积的砂石；铜渣粉水泥净浆中水灰比为0.4～0.6，铜渣粉的添加量为水泥质量的10～30％。
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