CN106630882A - 改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及制作方法 - Google Patents

改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及制作方法 Download PDF

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甄胜利
齐长青
田素芳
罗彬�
倪雪
王正中
黄志亮
王思羽
郝海靖
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/14Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C04B28/142Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing synthetic or waste calcium sulfate cements
    • C04B28/143Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing synthetic or waste calcium sulfate cements the synthetic calcium sulfate being phosphogypsum

Abstract

本发明涉及的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及其制备方法,由改性磷石膏基胶凝材料、砂、碎石、聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成,通过本技术方案,拓宽了磷石膏的应用范围,同时可以配制大流动性、流动性和干硬性三种混凝土,不但具有良好的保水性和粘聚性,并且经过标准养护,都能达到所需的混凝土强度等级,掌握了改性磷石膏胶凝材料配置混凝土时达到最优性能的组分掺量,为以后改性磷石膏胶凝材料的合理利用提供了重要依据,找到了提高磷石膏基混凝土力学性能、耐久性等的有效方法,改性胶凝材料取代水泥来配制混凝土,大大降低了碳排放和燃料能源的消耗,在低碳新材料的开发利用及节能环保方面都有非常积极的作用。

Description

改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种工业副产品磷石膏的利用,特别是涉及一种改性磷石膏基胶凝材 料配制中高强度混凝土及制作方法。
背景技术
[0002] 在现有技术中,磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品,每1吨磷酸将 产生5吨磷石膏,目前我国磷石膏的资源化利用率不足10%,剩余部分作为固体废弃物采 用堆积或者填埋等方式处理,磷石膏堆积不但占用了大量土地,而且对周围环境造成严重 污染,加快对磷石膏的资源化利用已经刻不容缓,磷石膏与粉煤灰、石灰、硅酸盐水泥复合, 用于生产各种建筑材料,而把磷石膏直接作为一种胶凝材料,用于生产建筑中,是一个很好 的发展途径。
[0003] 最近几年,武汉理工大学林宗寿教授开发了一种新的改性磷石膏胶凝材料,主要 组分是磷石膏、矿渣和少量的钢渣、熟料,这种改性胶凝材料是利用各种材料复合,利用碱 激发和水化产物的二次反应等原理制备的具有较高强度的水硬性胶凝材料;改性磷石膏基 胶凝材料具有强度高、抗渗能力强、抗硫酸盐侵蚀等优良特性,目前主要应用于压制免烧砖 等。
发明内容
[0004] 有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度 混凝土及制作方法,通过本技术方案,将磷石膏变废为宝,配制中高强度混凝土,不但将大 量的磷石膏消化利用,并且大大提高了混凝土的强度,同时研制出流动性、大流动性和干硬 性混凝土的多种产品,从而进一步拓宽了磷石膏的应用范围,为实现工业化奠定基础。
[0005] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0006] -种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,由改性磷石膏基胶凝材料、砂、 碎石、聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成,其中制成一立方米混凝土所用改性磷石膏 基胶凝材料用量为350Kg-450Kg,砂为700Kg-720Kg,水与改性磷石膏基胶凝材料的水胶重 量比为0. 35-0. 50,砂率为35-40%,所用减水剂为聚羧酸高效减水剂母液,掺加用量为改 性磷石膏基胶凝材料的0. 1-0. 8%。
[0007] 所述改性磷石膏基胶凝材料由以下基本材料重量百分比构成,磷石膏32-60%,矿 渣 32-60%,钢渣 2-4%,熟料 2-4%。
[0008] 所述碎石的粒径为5_25mm连续粒级,压碎值小于10 %。
[0009] 所述砂的细度模数为2. 0-3. 5,含泥量小于等于1. 0%。
[0010] -种改性磷石膏基胶凝材料制备的中高强度混凝土制备方法,按以下步骤进行:
[0011] (1)将权利要求2中所述的基本材料加入其基本材料总重量0. 6-0. 8倍的水,制成 改性磷石膏浆体,经过湿磨、陈化,使磷石膏中的有害物质提前进行反应沉淀,消除可溶性 氟、磷的危害,制成改性磷石膏基胶凝材料待用;
[0012] (2)按照权利要求1中所述的砂和碎石比例,将砂和碎石放入搅拌机中,搅拌 10-40s ;.
[0013] (3)向搅拌机中加入步骤(1)制成的改性磷石膏基胶凝材料,继续搅拌10-30s ;
[0014] (4)将水和权利要求1中所述的减水剂混合均匀,加入到搅拌机中,继续净搅拌 90-180s后出料。
[0015] 采用上述技术方案后的有益效果是:一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混 凝土及其制备方法,通过本技术方案,1拓宽了磷石膏的应用范围,同时可以配制大流动性、 流动性和干硬性三种混凝土,不但具有良好的保水性和粘聚性,并且经过标准养护,都能达 到所需的混凝土强度等级,2通过配合比的合理设计,掌握了改性磷石膏胶凝材料配置混凝 土时达到最优性能的组分掺量,为以后改性磷石膏胶凝材料的合理利用提供了重要依据,3 对改性磷石膏胶凝材料中矿粉的比表面积进行了研究,找到了提高磷石膏基混凝土力学性 能、耐久性等的有效方法,4改性胶凝材料可取代水泥来配制混凝土,大大降低了碳排放和 燃料能源的消耗,在低碳新材料的开发利用及节能环保方面都有非常积极的作用。
[0016] 具体的实施方式
[0017] 本发明涉及的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,由改性磷石膏基胶凝 材料、砂、碎石、聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成,其中制成一立方米混凝土所用改 性磷石膏基胶凝材料用量为350Kg-450Kg,砂为700Kg-720Kg,水与改性磷石膏基胶凝材料 的水胶重量比为0. 35-0. 50,砂率为35-40%,所用减水剂为聚羧酸高效减水剂母液,掺加 用量为改性磷石膏基胶凝材料的〇. 1-0. 8%。
[0018] 所述改性磷石膏基胶凝材料由以下基本材料重量百分比构成,磷石膏32-60%,矿 渣 32-60%,钢渣 2-4%,熟料 2-4%。
[0019] 所述碎石的粒径为5_25mm连续粒级,压碎值小于10%。
[0020] 所述砂的细度模数为2. 0-3. 5,含泥量小于等于1. 0%。
[0021] 本发明涉及的改性磷石膏基胶凝材料制备的中高强度混凝土制备方法,按以下步 骤进行:
[0022] (1)将权利要求2中所述的基本材料加入其基本材料总重量0. 6-0. 8倍的水,制成 改性磷石膏浆体,经过湿磨、陈化,使磷石膏中的有害物质提前进行反应沉淀,消除可溶性 氟、磷的危害,制成改性磷石膏基胶凝材料待用;
[0023] (2)按照权利要求1中所述的砂和碎石比例,将砂和碎石放入搅拌机中,搅拌 10-40s ;.
[0024] (3)向搅拌机中加入步骤⑴制成的改性磷石膏基胶凝材料,继续搅拌10-30s ;
[0025] (4)将水和权利要求1中所述的减水剂混合均匀,加入到搅拌机中,继续净搅拌 90-180S后出料。
[0026] 为了更好的说明本发明的技术内容,下面通过具体实施例对本发明的技术方案进 行进一步的详细说明,本发明中的具体实施例的保护范围并不只局限在所述实施例中。
[0027] 实施例1
[0028] C30大流动性混凝土,由胶凝材料、砂、碎石、7K、减水剂组成,其中,混凝土的容重 设为2350Kg/m3,胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料,强度等级相当于32. 5的硅酸盐水泥, 用量为407Kg/m3,其中磷石膏的掺量为45 %,矿渣的掺量为49 %,,钢渣掺量为2 %,熟料 掺量为4%,水与改性磷石霄基胶凝材料的水胶重量比为0. 35-0. 43,砂率为40%,砂的细 度模数为2. 6,碎石为5-25_连续级配,减水剂掺量为0. 5%,设计坍落度为180_,比表 面积为475m2/Kg,在按照表1进行配料,按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能 试验方法标准》进行坍落度和扩展度的测定,同时在20°C、98%标准养护箱中养护并根据 GBT50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行3天、7天、28天抗压强度的测 试,具体测试结果见表2。
[0029] 表1 C30大流动性混凝土的配合比数据
Figure CN106630882AD00051
L〇ua4J 旭过以上试诞对比,7八狄比刀υ· 的U;3U M嫌工,M嫌工的Yd和5虫皮力、別 达到26. 8MPa和39. IMPa,满足C30混凝土的力学性能,同时,坍落度为215mm,扩展度为 400mm,流动性最佳。
[0035] 通过试验证明,水灰比为0. 37的改性磷石膏基胶凝材料制备的混凝土的配合比 设计可较好的满足C30大流动性混凝土的要求。
[0036] 实例例2
[0037] C40流动性混凝土,由胶凝材料、砂、碎石、水、减水剂组成,其中,混凝土的容重设 为2350Kg/m3,胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料,强度等级相当于32. 5的硅酸盐水泥,用 量为380Kg/m3,其中胶凝材料中矿渣的掺量为55%,比表面积分别为475m 2/Kg,554m2/Kg, 612m2/Kg,磷石膏的掺量为39 %,钢渣掺量为2 %,熟料掺量为4%,水与改性磷石膏基胶凝 材料的水胶重量比为〇. 43,砂率为40%,砂的细度模数为2. 6,碎石为5-25mm连续级配,减 水剂掺量为0.4%,设计坍落度为150mm。按照表3进行配料,按照GB/T 50080-2002《普 通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落度和扩展度的测定,同时在20°C、98%标准养 护箱中养护并根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行3天、7天、 28天抗压强度的测定,具体测试结果见表4。
[0038] 表3不同矿渣比表面积的C40流动性混凝土配合比数据 L0043J 通]Q:以上试验对td渲比衣囬枳73
Figure CN106630882AD00061
6以Kg/πΓ的M凝土,W別'tW渲比衣囬枳73 475m2/Kg的混凝土,混凝土的3d、7d和28d强度分别提高41. 1 %、29· 6%和22. %,力学性 能最佳,满足C40混凝土的力学性能;同时坍落度和扩展度满足流动性混凝土的要求。通过 试验证明,矿渣比表面积为612m 2/Kg的混凝土的配合比设计可较好的满足C40流动性混凝 土的要求。
[0044] 实施例3
[0045] C40干硬性混凝土,由胶凝材料、砂、碎石、水、减水剂组成。其中,混凝土的容重设 为2350Kg/m3,胶凝材料为改性磷石膏胶凝材料,强度等级相当于32. 5的硅酸盐水泥,用量 为350Kg/m3,其中胶凝材料中矿渣的掺量为55%,比表面积分别为475m2/Kg,磷石膏的掺量 分别为42%、39%,水与改性磷石膏基胶凝材料的水胶重量比为0. 38,砂率为35%,沙的细 度模数为2. 6,碎石为5-25mm连续级配,减水剂掺量为0. 4%,设计维勃稠度为15-40s。按 照表5进行配料,按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行维勃 稠度的测定,同时在20°C、98%标准养护箱中养护并根据GB/T50081-2002《普通混凝土力 学性能试验方法标准》进行3天、7天、28天抗压强度的测定,具体测试结果见表6。
[0046] 表5 C40干硬性混凝土配合比数据
Figure CN106630882AD00071
[0050] 本发明的技术方案,通过以上试验对比,磷石膏的掺量分别为42%的al组的混凝 土,3d、7d、38d强度分别比磷石膏掺量为39%的al组的混凝土的强度提高33. 3%、21. 2% 和17%,强度满足C40混凝土的要求,同时,微博稠度为19s,满足设计要求,通过试验证明, 磷石膏的掺量分别为42%的混凝土的配合比设计可较好的满足C40干硬性混凝土的要求。
[0051] 本发明在实际应用中发现,通过本技术方案制成的高强度混凝土具有较好的抗硫 酸盐侵蚀的能力,同时在抗渗能力上也有上佳的技术效果。
[0052] 以上所述,仅为本发明的较佳可行实施例而已,并非用以限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 一种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,其特征在于,由改性磷石膏基胶 凝材料、砂、碎石、聚羧酸减水剂母液和水为基本材料制成,其中制成一立方米混凝土所用 改性磷石膏基胶凝材料用量为350 Kg -450Kg,砂为700 Kg -720 Kg,水与改性磷石膏基胶 凝材料的水胶重量比为〇. 35-0. 50,砂率为35-40%,所用减水剂为聚羧酸高效减水剂母液, 掺加用量为改性磷石膏基胶凝材料的〇. 1-0. 8%。
2. 根据权利要求1所述的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,其特征在 于,所述改性磷石膏基胶凝材料由以下基本材料重量百分比构成,磷石膏32-60%,矿渣 32-60%,钢渣 2-4%,熟料 2-4%。
3. 根据权利要求1所述的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,其特征在于: 所述碎石的粒径为5-25mm连续粒级,压碎值小于10%。
4. 根据权利要求1所述的改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土,其特征在于: 所述砂的细度模数为2. 0-3. 5,含泥量小于等于1. 0%。
5. -种改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土制备方法,其特征在于,按以下步 骤进行: (1) 将权利要求2中所述的基本材料加入其基本材料总重量0. 6-0. 8倍的水,制成改性 磷石膏浆体,经过湿磨、陈化,使磷石膏中的有害物质提前进行反应沉淀,消除可溶性氟、磷 的危害,制成改性磷石膏基胶凝材料待用; (2) 按照权利要求1中所述的砂和碎石比例,将砂和碎石放入搅拌机中,搅拌10-40s ; (3) 向搅拌机中加入步骤(1)制成的改性磷石膏基胶凝材料,继续搅拌10-30s ; (4) 将水和权利要求1中所述的减水剂混合均勾,加入到搅拌机中,继续净搅拌 90-180s后出料。
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