CN106746858B - 一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法，取质量含水率25‑35％湿排粉煤灰，陈化48小时，将增强剂30‑40％、表面改性剂60‑70％混合配制改性剂；湿排粉煤灰固含量65‑75，石英砂尾矿固含量22‑34，改性剂1‑3，水80‑100混合，经湿磨至比表面积1500㎡/kg以上，颗粒平均直径小于1μm，得一天活性指标为130的矿物掺和料浆。本发明利用粉煤灰、石英砂尾矿为原料，有利于环保；在高性能预制构件时，可减少水泥掺量；在预制构件高压蒸汽养护时，湿排粉煤灰热激发后，产生水化产物水化硅酸钙和钙矾石等晶体，可替代部分胶凝材料；石英砂尾矿热激发后活性增强，有效提高了预制构件的强度。

Description

一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法。
背景技术
石英矿尾矿包括石英矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂占绝大多数，尾砂的主要成分是二氧化硅，杂质主要是长石、粘土、云母、铁矿物等；石英砂尾矿属于矿业固体废物，具有数量大、类型多、性质复杂的特点。目前，石英砂尾矿除少量用于做水玻璃和陶瓷的原料外，大部分都没有得到利用，这些石英砂尾矿作为一种工业固废物长期存放不但侵占土地，而且对环境造成严重污染，因此，石英砂尾矿的资源化，是当代经济与社会发展的重大课题，由于石英矿尾矿含硅量高，因而可以应用于建筑材料中；但又由于石英尾矿粉的活性低，使得石英砂尾矿在加气混凝土制品中的含量比较低，其在混凝土制品中的质量百分比最高达到65％，从而使得石英砂尾矿的使用率降低。
粉煤灰堆存量的累积给生态环境造成了很大的危害与负担。大多数火力发电厂为了便于贮运，一般采取干收湿排或湿收湿排的方法。特别是在冬季施工中，粉煤灰用量随混凝土生产的用量减少而减少，大部分粉煤灰以湿排方式处理。即用水将粉煤灰冲至储灰场，导致粉煤灰的水含量偏大，难以直接利用。湿排灰利用率较低，主要因为湿排粉煤灰质量不稳定，其含碳量、细度及化学组成等波动较大，且难以控制。
CN1085195公开了一种粉煤灰矿渣水泥，其组分(重量％)为：粉煤灰15-25、矿渣60-70、熟料10-15、激发剂2-6.5。以粉煤灰、矿渣为基料,加入激发剂,按比例配料,混合匀化,磨细成水硬性胶凝材料。激发剂是由硫酸钠、石灰、石膏、高铝粉、氯化镁组成,其中高铝粉为碱工业废料。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种低成本、高利废率、高活性的高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法。预应力高强混凝土管桩
本发明目的的实现方式为，一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法，具体步骤为：
1)取质量含水率25-35％湿排粉煤灰，陈化48小时后备用；
所述湿排粉煤灰成分质量含量为：游离氧化钙含量≤2.5％，三氧化硫含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)按质量百分比取增强剂20-50％、表面改性剂50-80％混合配制改性剂；
所述增强剂为Na2CO3或三乙醇胺；
所述表面改性剂为高效萘系减水剂或聚羧酸系减水剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量65-75，石英砂尾矿固含量22-34，步骤2)所得改性剂1-3，水80-100混合，经湿磨至比表面积1500㎡/kg以上，颗粒平均直径小于1μm，得矿物掺和料浆；
所述石英砂尾矿为石英矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂含量≧89.2％；
所述的水包含有湿排粉煤灰中水的质量。
本发明具有如下有益效果：
1、利用粉煤灰、石英砂尾矿为原料，减轻石英砂尾矿和粉煤灰对环境的污染；
2、矿物掺和料浆在高性能预制构件时，可以较大掺量应用于混凝土拌制生产中，节约水泥的用量；
3、矿物掺和料浆在高性能预制构件时，在预制构件高压蒸汽养护时，粉煤灰热激发后，其中的SiO2和Al2O3生产水化产物水化硅酸钙和钙矾石等晶体，可以替代部分胶凝材料石英砂尾矿中的主要重复二氧化硅，热激发后含有大量的活性氧化硅和氧化铝，使得石英砂尾矿粉的活性增强；有效提高预制构件的强度。
4、矿物掺和料一天的活性指标达到130。
5、该矿物掺和料可降低10％水泥用量。
本发明利废率高，可以节约资源；降低能耗、成本低廉，具有显著的社会经济效益。
具体实施方式
本发明取质量含水率25-35％湿排粉煤灰，陈化48小时；将增强剂30-40％、表面改性剂60-70％混合配制改性剂；将湿排粉煤灰固含量65-75，石英砂尾矿固含量22-34，改性剂1-3，水80-100混合，经湿磨至比表面积1500㎡/kg以上，颗粒平均直径小于1μm，得矿物掺和料浆。
所述石英砂尾矿成份百分质量含量：二氧化硅89.2％，三氧化二铝6％，三氧化二铁2％，余量钙，镁等。
本发明用了含水率25-35％湿排粉煤灰、石英砂尾矿。在湿排粉煤灰湿磨及放置过程中，由于金属离子的溶出和Si-O键断裂，粉煤灰粒子表面可形成一层多孔的高硅膜，使得其粒子表面的聚合度降低，有利于加快粉煤灰颗粒的二次水化反应。矿物掺和料浆在高性能预制构件时，湿排粉煤灰在高温高压(170℃～200℃、9～10个大气压)的饱和水蒸汽的作用下，磨细石英砂中的SiO2与C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)的水化产物Ca(OH)2发生水热合成反应，形成具有较高强度的晶体矿物——托贝莫来石，从而在高温高压(170℃～200℃、9～10个大气压)的水蒸汽作用下混凝土具有较好的胶凝性能。掺加磨细石英砂、在压蒸养护条件下又可以提高预制构件混凝土的强度。石英砂、水泥之间形成的空隙可以被更小粒径的硅灰、石英粉、硅微粉填充，使混凝土主体的结构更密实。
本发明的增强剂选用Na2CO3或三乙醇胺(TEA)，一方面可激发粉煤灰活性，用于提高体系早期强度及早期水化程度；另一方面有助磨作用，可提高湿磨效率及效果。
本发明的表面改性剂选用聚羧酸系或高效萘系减水剂等，可用于改善料浆的物理性能，如助磨性、料浆流动性、稳定性及分散性等。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
1)取质量含水率25-35％湿排粉煤灰，陈化48小时后备用；
所述湿排粉煤灰质量量为：游离氧化钙含量≤2.5％，三氧化硫含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/Kg；
2)按质量百分比取Na2CO340％、高效萘系减水剂60％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量65，石英砂尾矿固含量34，步骤2)所得改性剂1.0，水80混合，经湿磨至比表面积1500㎡/kg以上，颗粒平均直径小于1μm，得矿物掺和料浆；
所述石英砂尾矿为石英矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂含量≧89.2％；
所述的水包含有湿排粉煤灰中水的质量。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm、壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩。将30％质量份数矿物掺合料代替40％质量份数的水泥(42.5级)、砂、碎石、混凝土高效减水剂、水等一起在强制式混凝土搅拌机中搅拌120秒，然后将混合料喂入已清理干净，且已放置预应力钢筋的管桩钢模的下半模中，合上管桩钢模的上半模后张拉预应力钢筋，将此钢模放置在离心机上进行离心作业，离心作业后进行98℃、7小时的常压蒸汽养护；然后进行预应力放张和管桩脱模作业，将使用过的钢模进行清理，同时将常压蒸汽养护后的管桩送入蒸压釜中进行185℃、9小时的高压蒸汽养护。所得预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩85KN·m、检测极限弯矩138KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例2，同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取三乙醇胺30％、聚羧酸系减水剂70％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量70，石英砂尾矿固含量28，步骤2)所得改性剂2.0，水80混合。
用本施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩82KN·m、检测极限弯矩138KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例3、同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取三乙醇胺33.3％、聚羧酸系减水剂66.7％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量70，石英砂尾矿固含量27，步骤2)所得改性剂3.0，水90混合。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩87KN·m、检测极限弯矩137KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例4、同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取Na2CO340％、高效萘系减水剂60％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量75，石英砂尾矿固含量23，步骤2)所得改性剂2.0，水100混合。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩82KN·m、检测极限弯矩136KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例5、同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取Na2CO320％、聚羧酸系减水剂80％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量66，石英砂尾矿固含量34，步骤2)所得改性剂1.8，水80混合。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩82KN·m、检测极限弯矩136KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例6、同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取三乙醇胺50％、高效萘系减水剂50％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量66，石英砂尾矿固含量34，步骤2)所得改性剂1.2，水80混合。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩83KN·m、检测极限弯矩133KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。
实施例7、同实施例1，不同的是，
2)按质量百分比取Na2CO3 40％、高效萘系减水剂60％混合配制改性剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量75，石英砂尾矿固含量22，步骤2)所得改性剂1.0，水90混合。
用本实施例制备的矿物掺和料浆生产外径400mm壁厚90mm的AB型预应力高强混凝土管桩力学性能检测结果如下：检测开裂弯矩82KN·m、检测极限弯矩132KN·m、标准开裂弯矩63KN·m、标准极限弯矩104KN·m。

Claims (2)

1.一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)取质量含水率25-35％湿排粉煤灰，陈化48小时后备用；
所述湿排粉煤灰成分质量含量为：游离氧化钙含量≤2.5％，三氧化硫含量≤3％，含碳量≤12％；勃氏比表面积为350-400m2/kg ；
2)按质量百分比取增强剂20-50％、表面改性剂50-80％混合配制改性剂；
所述增强剂为Na2CO3或三乙醇胺；
所述表面改性剂为高效萘系减水剂或聚羧酸系减水剂；
3)矿物掺和料浆，按各组分所占质量份数取步骤1)所得湿排粉煤灰固含量65-75，石英砂尾矿固含量22-34，步骤2)所得改性剂1-3，水80-100混合，经湿磨至比表面积1500㎡/kg以上，颗粒平均直径小于1μm，得矿物掺和料浆；
所述石英砂尾矿为石英矿石开采中的废渣、加工过程中的尾砂和尾泥，其中尾砂含量≧89.2％；
所述的水包含有湿排粉煤灰中水的质量。
2.根据权利要求1所述的一种高性能预制构件的矿物掺和料浆的制备方法，其特征在于：步骤3)中的石英砂尾矿成份百分质量含量：二氧化硅89.2％，三氧化二铝6％，三氧化二铁2％，余量钙，镁。
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