CN106747090B - 一种改性白云石粉基矿物掺合料及其制备方法 - Google Patents

一种改性白云石粉基矿物掺合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性白云石粉基矿物掺合料,由白云石粉、矿粉、粉煤灰和膨润土混合均匀制成,各原料所占重量份数为:白云石粉50~60份,矿粉15~20份,粉煤灰15~20份,膨润土5~10份。此外,本发明还公开了所述的掺合料的制备方法。本发明能够将白云石粉作为混凝土矿物掺合料使用,且可以明显提高水泥混凝土的工作性能,改善泌水,保证强度和耐久性能,降低成本,具有显著经济和社会效益。

Description

一种改性白云石粉基矿物掺合料及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土领域,具体涉及一种改性白云石粉基矿物掺合料、制备方法。
背景技术
目前,我国混凝土工程发展迅速,矿物掺合料需求量急剧增加,由于地理和资源分布等条件的制约,粉煤灰、矿粉等常用的矿物掺合料日渐紧缺,来源于骨料破碎和石材加工等的废弃石粉具有来源广泛,价格低廉等优点,如作为混凝土矿物掺合料使用符合国家绿色化混凝土的要求,同时具有巨大的社会经济效益。
白云石是我国储量较为丰富的矿产资源,每年白云石开采量超过千万吨,应用开采过程产生的废弃白云石粉作为混凝土矿物掺合料具有易于获取、资源丰富、能耗较低且经济实用等优点,具有广阔的研究应用前景。
有研究指出,白云石粉作为矿物掺合料能够改善水泥基材料的性能,如在一定程度上能弥补混凝土的体积收缩,提高混凝土的流动性,改善混凝土工作性能;白云石粉在水泥胶凝体系中可以起到微集料填充作用,对微观结构有一定优化作用。但是,白云石粉在水泥基材料中水化活性效应有限,对水泥混凝土的强度不利,且其掺量越高,混凝土强度下降越显著。
综上,白云石粉作为混凝土矿物掺合料的研究和应用较少,为了能将白云石粉应用于混凝土中,有必要提出一种改性白云石粉基矿物掺合料,不仅能将白云石粉作为混凝土矿物掺合料使用,还能保证混凝土的工作、力学和耐久性能。
发明内容
为解决白云石掺量较高容易造成混凝土流动度差、强度下降等问题,本发明提供了一种改性白云石粉基矿物掺合料(本发明也简称为掺合料);从而能够使用废弃的白云石粉,降低混凝土的配制成本,保证掺白云石粉混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能。
本发明的另一目的是提供改性白云石粉基矿物掺合料的简单制备方法。
为了达到上述目的,本发明的技术方案为:一种改性白云石粉基矿物掺合料,按质量份计,包括50~60份的白云石粉、15~20份的矿粉、15~20份的粉煤灰和5~10份的膨润土。
本发明中,通过所述的物料以及配比,能协同提升各成分的有益效果,还可解决白云石粉的高掺量带来的负面效果。本发明中,在所述的高白云石粉掺量下,通过所述的各组分的重量比的协同,有助于提升水泥混凝土的强度、抗干缩、抗氯离子渗透和耐久性等性能;有效解决了白云石粉对混凝土性能的不利影响。本发明中,配制的改性白云石粉基矿物掺合料可以将废弃的白云石粉作为混凝土矿物掺合料使用,充分利用废弃材料,降低混凝土的造价。
优选的方案中,所述白云石粉的勃氏比表面积为350~400m2/kg。
优选的方案中,所述白云石粉中CaCO3·MgCO3的质量百分含量不低于75%。
优选的方案中,使用粉煤灰为I级粉煤灰。
优选的方案中,所述粉煤灰符合规范GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。
优选的方案中,所述矿粉为S95级矿粉。
优选的方案中,所述矿粉符合规范GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》。
优选的方案中,所述膨润土为钠基膨润土。
优选的方案中,所述膨润土的Na2O含量不低于2%。
优选的方案中,所述膨润土的K2O含量不低于1.5%。
优选的方案中,所述膨润土的蒙脱石含量不低于70%。
优选的方案中,所述膨润土的膨胀容不小于30ml/g。
通过上述方案的优选,能够进一步获得更佳的综合性能,在保证工作性能和力学强度的基础上,获得更好的防开裂和防干缩效果。
本发明还提供了一种改性白云石粉基矿物掺合料的制备方法,将所述重量份比的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土混合,搅拌均匀后得到改性白云石粉基矿物掺合料。
本发明还包括所述的一种改性白云石粉基矿物掺合料的应用,可将所述的掺合料、水泥及细骨料、粗骨料、减水剂、水等组分制备混凝土。
本发明的有益效果:
白云石粉作为混凝土矿物掺合料的研究和应用较少,已有研究指出白云石粉对混凝土的强度等性能不利,发明人经过大量的试验探索,不断地优化配合比,对白云石粉进行改性,保证掺改性白云石粉基矿物掺合料的混凝土具有优良的工作性能、力学性能和耐久性能,能有效地将白云石粉应用到水泥混凝土中。
本发明提供的改性白云石粉基矿物掺合料与白云石粉相比,具有如下优点:1)可提高混凝土的工作性能。本发明所述的掺合料具有物理填充作用,能填充在水泥颗粒之间可以置换出一部分自由水,提高混凝土的流动性;同时可以改善混凝土和易性,使其具有较好的泵送性;此外还能有效改善混凝土的泌水,阻止集料的沉降。2)保证混凝土的强度性能。本发明所述的掺合料不仅能促进水泥的早期水化,提高混凝土的早期强度,同时二次水化和孔结构的改善对混凝土后期强度也有一定的提高。3)本发明能够有效降低混凝土的干缩,从而减少由于干缩开裂导致的混凝土耐久性降低,同时密实了混凝土的内部结构,减少外界离子进入混凝土的内部通道,提高混凝土的耐腐蚀性。
通过白云石粉与其它原料的协同配合,有效地进行掺量控制,制备得到的掺合料可以取代部分水泥,能够保证混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能,制备方法简单,节约混凝土的成本,还能降低由于白云石粉废弃带来的环境污染等问题,具有较大的社会经济效益。
附图说明
图1为实施例1和实施例2的混凝土的强度图;
图2为实施例1和实施例2的混凝土的抗干缩性能图;
图3为对比例1和对比例2的混凝土的强度图;
图4为对比例1和对比例2的混凝土的抗干缩性能图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步详细描述本发明,但本发明不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
一种改性白云石粉基矿物掺合料各组分的重量百分比为:勃氏比表面积为397m2/kg的白云石粉(CaCO3·MgCO3的质量百分含量不低于75%)60%;0.045mm方孔筛筛余为10%的I级粉煤灰17%;S95级矿粉17%;钠基膨润土6%。将称好的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土在搅拌机中混合均匀后得到改性白云石粉基矿物掺合料DI。
实施例2
一种改性白云石粉基矿物掺合料各组分的重量百分比为:勃氏比表面积为397m2/kg的白云石粉(CaCO3·MgCO3的质量百分含量不低于75%)50%;0.045mm方孔筛筛余为10%的I级粉煤灰20%;S95级矿粉20%;钠基膨润土10%。将称好的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土在搅拌机中混合均匀后得到改性白云石粉基矿物掺合料DII。
采用改性白云石粉基矿物掺合料DI和DII配制混凝土,配合比见表1所示,混凝土的性能如表2、表3、图1和图2所示
配制混凝土原材料为:水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,所述的掺合料,细骨料采用细度模数2.6的河砂,粗骨料采用5~25mm连续级配的碎石,减水剂采用聚羧酸减水剂,水采用自来水。
表1混凝土配合比(kg/m3)
编号 水泥 掺合料DI 掺合料DII 白云石粉 减水剂
C0 440 660 1080 154 5.28
CD10 396 44 660 1080 154 5.28
CDI-10 396 44 660 1080 154 5.28
CDI-15 374 66 660 1080 154 5.28
CDI-20 352 88 660 1080 154 5.28
CDII-20 352 88 660 1080 154 5.28
表2混凝土工作性能
编号 C0 CD10 CDI-10 CDI-15 CDI-20 CDII-20
流动度(mm) 160 155 165 168 172 173
由表2可知,与单掺白云石粉和不掺矿物掺合料的水泥混凝土相比,掺入改性白云石粉基矿物掺合料提高了混凝土的坍落度,同时其粘聚性和保水性良好。分析图1可知,白云石粉掺入降低了混凝土的强度,特别是后期强度,而掺入改性白云石粉基矿物掺合料,与纯水泥混凝土相比,不仅提高了混凝土早期强度,后期强度也有保障。
由图2可知,白云石粉对于混凝土的抗干缩性能不利,特别是后期干缩,这对混凝土耐久性能是十分不利。而改性白云石粉基矿物掺合料提高了混凝土的抗干缩性能,有助于改善了混凝土的抗开裂性能。
表3混凝土抗氯离子渗透性能
编号 C0 CD10 CDI-10 CDI-15 CDI-20 CDII-20
电通量(C) 1328 1566 1278 1251 1221 1223
由表3可知,与白云石粉相比,改性白云石粉基矿物掺合料能有效提高混凝土的抗氯离子渗透性能,提高其耐久性能。
由此可知,按照白云石粉50~60份,矿粉15~20份,粉煤灰15~20份,膨润土5~10份,配制的改性白云石粉基矿物掺合料能使得混凝土具有良好的工作性能、强度性能和耐久性能,能够很好地解决白云石粉对混凝土的性能的不利影响,充分利用废弃白云石粉,降低混凝土的成本。
对比例1
一种白云石粉基矿物掺合料各组分的重量百分比为:勃氏比表面积为397m2/kg的白云石粉75%;0.045mm方孔筛筛余为10%的I级粉煤灰10%;S95级矿粉10%;钠基膨润土5%。将称好的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土在搅拌机中混合均匀后得到白云石粉基矿物掺合料I。
对比例2
一种白云石粉基矿物掺合料各组分的重量百分比为:勃氏比表面积为397m2/kg的白云石粉40%;0.045mm方孔筛筛余为10%的I级粉煤灰27%;S95级矿粉27%;钠基膨润土6%。将称好的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土在搅拌机中混合均匀后得到白云石粉基矿物掺合料II。
采用白云石粉基矿物掺合料I和II配制混凝土,配合比见表4所示,混凝土的性能如表5、表6、图3和图4所示。
配制混凝土原材料为:水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,细骨料采用细度模数2.6的河砂,粗骨料采用5~25mm连续级配的碎石,减水剂采用聚羧酸减水剂,水采用自来水。
表4混凝土配合比(kg/m3)
表5混凝土工作性能
编号 C0 CI-10 CI-20 CII-10 CII-20
流动度(mm) 160 154 150 169 171
由表5可知,白云石粉基矿物掺合料中白云石粉的比例过高难以保证混凝土的流动性,且其粘聚性和保水性较差。根据图3可知,白云石粉的比例过高也会导致混凝土的强度过低,难以保证混凝土强度性能要求。综合表5和图3可知,白云石粉基矿物掺合料中白云石粉的比例过低时,虽然可以保证配制的混凝土具有较好地流动性能,但是与DI相比,其早期强度较低。
表6混凝土抗氯离子渗透性能
编号 C0 CI-10 CI-20 CII-10 CII-20
电通量(C) 1328 1667 1679 1282 1251
由表6和图4可知,白云石粉基矿物掺合料中过高的白云石粉比例,不仅不利于混凝土的抗干缩性能,其抗氯离子性能也较差;而白云石粉基矿物掺合料中白云石粉的比例过低,其虽然能改善混凝土的干缩性能和抗氯离子性能,但是不如DI的效果好。
综上可以看出,改性白云石粉基矿物掺合料中各项组分的掺量必须严格控制。白云石粉比例过多难以保证混凝土拥有较好的工作、力学和耐久性能,但是白云石粉掺量较少,其改善混凝土性能的效果较差,且减少了白云石粉的应用量,提高了混凝土的成本,不符合废弃料再次应用的宗旨。

Claims (7)

1.一种改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,按质量份计,包括50~60份的白云石粉、15~20份的矿粉、15~20份的粉煤灰和5~10份的膨润土。
2.根据权利要求1所述的改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,所述白云石粉的勃氏比表面积为350~400m2/kg。
3.根据权利要求1或2所述的改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,所述白云石粉中CaCO3·MgCO3的质量百分含量不低于75%。
4.根据权利要求3所述的改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,所述粉煤灰为I级粉煤灰。
5.根据权利要求4所述的改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,所述矿粉等级为S95级。
6.根据权利要求5所述的改性白云石粉基矿物掺合料,其特征在于,所述的膨润土为钠基膨润土。
7.一种权利要求1~6任一项所述的改性白云石粉基矿物掺合料的制备方法,其特征在于,将所述质量份比的白云石粉、粉煤灰、矿粉和膨润土混合,搅拌均匀后得到改性白云石粉基矿物掺合料。
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