发明内容
针对现有技术中存在的弊端,本发明的目的之一是在现有粉磨行业金属研 磨体、非金属微晶陶瓷研磨体的基础上,创新设计一种用于粉磨行业管磨机的 环保高性能复合混凝土研磨体,进一步优化、提升并替代现有系列研磨体,该 产品是具备高强、耐磨、高韧性、中比重、环保、低成本等综合性能的一种复 合混凝土研磨体。
为达此目的,本发明采用如下技术方案:
第一方面,本发明提供一种粉磨用生态环保型复合混凝土研磨体,包括如 下质量份数的组分:
水泥 100份;
石英砂 197~213份;例如197份、198份、199份、200份、201 份、202份、203份、204份、205份、206份、207份、208份、209份、210 份、211份、212份或213份等;
高活性组分 180~210份;例如180份、182份、185份、188份、190 份、192份、195份、198份、200份、202份、205份、208份或210等;
增韧纤维 185~205份;例如185份、188份、190份、192份、195 份、198份、200份、202份或205份等;
合金粉末 25~35份;例如25份、26份、27份、28份、29份、30份、 31份、32份、33份、34份或35份等。
其中,所述高活性组分包括超细硅粉、建筑垃圾再生超细粉、沸石粉、铁 氧体超细粉、纳米氧化石墨烯和陶瓷废料超细粉中的任意一种或至少两种的组 合,其中典型但非限制性的组合为:超细硅粉与建筑垃圾再生超细粉的组合, 沸石粉与铁氧体超细粉的组合,纳米氧化石墨烯与陶瓷废料超细粉的组合,超 细硅粉、建筑垃圾再生超细粉与沸石粉的组合,超细硅粉、铁氧体超细粉、纳 米氧化石墨烯与陶瓷废料超细粉的组合;所述增韧纤维包括钢纤维、碳化硅纤 维、碳酸钙晶须、玄武岩纤维和氮化硼纤维中的任意一种或至少两种的组合, 其中典型但非限制性的组合为:钢纤维与碳化硅纤维的组合,碳酸钙晶须与玄 武岩纤维的组合,碳化硅纤维与氮化硼纤维的组合,钢纤维、碳化硅纤维与碳 酸钙晶须的组合;所述合金粉末包括铝锌合金和/或铝钛合金。
本发明所述的“包括”,意指其除所述组分外,还可以包括其他组分,这 些其他组分赋予所述研磨体不同的特性。除此之外,本发明所述的“包括”, 还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
高性能复合混凝土是一种由新型超高强水泥基复合材料的优化组合,它具 有超高的力学性质,优异的耐久性、较低的收缩和徐变性能,经实践检测不仅 可获得200~800MPa的超高抗压强度,而且具有30~60MPa的抗折强度,有效地 克服了普通高性能混凝土的高脆性,这一优越性能使其在土木、石油、核电、 市政、海洋等工程及军事设施中有广阔的应用前景,本发明首次将金属与混凝 土复合用于粉磨行业研磨体。
通过掺加具有一定细度的高活性组分,提高基质的匀质性,避免粗骨料与 水泥砂浆的界面过渡,提高对减少材料内部的空隙与微裂缝等缺陷,提高水泥 砂浆的力学性能,获得超高强度与高耐久性;掺加增韧纤维以提高其韧性,预 防混凝土极限力破坏时突然的、毫无征兆的致命破坏,并增强混凝土的抗折性 能与韧性、抗冲击能力;掺加适量高硬度合金粉末提高耐磨性和适当增加比重。 本发明中水泥、石英砂、高活性组分、增韧纤维、合金粉末相互协同,本发明 首次将这几种常规的材料构成科学优化颗粒级配的研磨体内部结构,提升其硬 度性能和优化比重,通过调节配比可以适应不同研磨体的对硬度和体积密度的 具体要求,相较于传统的金属研磨体和陶瓷研磨体,是一种全新的研磨体。且 本发明研磨体的成本只相当于现有技术中金属研磨体的1/3或陶瓷研磨体的1/2 左右。
优选地,所述水泥包括硅酸盐水泥。
C3A,即铝酸三钙,其特点是水化热高,水化反应快,如果水泥中的C3A 过高,用来拌制成高性能复合混凝土时会导致混凝土塌损过快,容易造成假 凝。严重影响混凝土耐久性。优选地,所述水泥的C3A含量为5~10wt%,例如 5wt%、5.2wt%、5.5wt%、5.8wt%、6wt%、6.2wt%、6.5wt%、6.8wt%、 7wt%、7.2wt%、7.5wt%、7.8wt%、8.2wt%、8.5wt%、8.8wt%、99.5wt%、 99.8wt%或10wt%等,优选5~8wt%。
优选地,所述高活性组分和所述合金粉末的比表面积各自独立地为 400~20000m2/kg,例如400m2/kg、500m2/kg、1000m2/kg、2000m2/kg、5000m2/kg、 8000m2/kg、10000m2/kg、12000m2/kg、15000m2/kg、18000m2/kg或20000m2/kg 等,优选600~20000m2/kg。进一步增大基体的堆积密度,以提高拌合物的密实 度。
优选地,所述高活性组分的纯度为60~90wt%,例如60wt%、65wt%、70wt%、75wt%、80wt%、82wt%、85wt%、86wt%、87wt%、88wt%、89wt%或90wt%等, 优选85~90wt%。本发明通过设计高活性组分的纯度和比表面积,增强后期抗拉 强度、弹性模量及耐久性和抗渗能力。
为提高研磨体的抗折强度,优选地,所述增韧纤维的直径为0.2~0.6mm,例 如0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或 0.6mm等,优选0.2~0.3mm;长度为10~60mm,例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、25mm、30mm、 35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm等,优选10mm~20mm。
为进一步优化研磨体内部各不同组分之间的堆积密度,优选地,所述石英 砂的粒径为20~200目,例如20目、30目、40目、50目、60目、80目、100 目、120目、140目、160目、180目或200目等,优选20~100目。本发明优选 坚硬不含杂质的石英砂,且由于其要求抗渗、抗冻性好,含泥量最好极少,砂 粒经过水洗、烘干、粒度能分布均匀为佳。
优选地,所述复合混凝土研磨体包括如下质量份数的组分:
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括25~41质量份的粉煤灰,例如25份、 26份、28份、30份、31份、32份、35份、38份、40份或41份等,优选包括 29~37质量份的粉煤灰。
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括5~15质量份的硅灰,优选包括6~10 质量份的硅灰。
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括15~30质量份的膨胀剂,用以补偿 混凝土的收缩,并在混凝土中后期仍能保持微弱的膨胀势头,稳定性能好,同 时改善混凝土的孔隙结构,提高密实度,达到抗裂防渗的目的,例如15份、16 份、17份、18份、18.5份、19份、19.5份、20份、22份、25份28份或30份 等,优选包括18~20质量份的膨胀剂。
优选地,所述膨胀剂包括硫铝酸盐熟料、UEA膨胀剂和钙镁复合膨胀剂中 的任意一种。
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括0.5~10质量份的减水剂,例如0.5 份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份、2.2份、2.5份、2.8份、3份、 4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等,优选包括1~3质量份的减水剂。
优选地,所述减水剂包括聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂与水泥相互适合、 匹配,进一步提升混凝土的和易性、强度、抗冻性、抗碳化、抗泌水,不离析、 易泵送;且无毒无害无污染无放射性且不含有氯离子和碱成分。
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括0.6~1.3质量份的消泡剂,例如0.6 份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份或1.3份等,优选包括0.6~1.0 质量份的消泡剂。
优选地,所述复合混凝土研磨体还包括3~6质量份的分散性乳胶粉,例如3 份、3.2份、3.5份、3.8份、4份、4.2份、4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份 或6份等,优选包括3~5质量份的分散性乳胶粉。添加消泡剂、可分散性乳胶 粉,目的是有效提高超高性能混凝土的稳定性、密实度,以及抗渗性、抗裂性、 抗冲击韧性、粘结性。根据需要还可适当添加其他功能性专用复合强效剂。
第二方面,本发明提供一种如第一方面所述粉磨用生态环保型复合混凝土 研磨体的制备方法,包括如下步骤:
(1)将各组分按照所述质量份数配料,加水后压制成型,得到湿坯;
(2)将步骤(1)所得湿坯常温养护;常温养护的成型方式确保实体材料 初始水化时间,不做其它处理;
(3)拆模,进行蒸汽养护,干燥,得到干坯,从所述干坯中分选目标型号 的复合混凝土研磨体,分别检测、包装、入库。
本发明通过配料计量-压制成型-常温养护-恒温蒸养-冷却分选-检测包装-入 库编号等系列工艺流程完成产品加工,无需加压蒸养即可形成球形、柱形、胶 囊形、异形量身定制等多种规格型号、多种比重品种的系列高性能复合混凝土 研磨体。
优选地,步骤(1)中水的质量份数为30~46份,例如30份、31份、32份、 33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、42份、44份或46 份等,优选30~40份。
优选地,步骤(3)所述蒸汽养护包括85~95℃下蒸汽养护5~12h,优选 88~95℃下蒸汽养护6~10h,如此恒温热养护使细集料的反应性得以充分发挥, 以改善微结构,提高复合混凝土研磨体的抗折和抗压强度。
本发明中,如第二方面所述粉磨用生态环保型复合混凝土研磨体的制备方 法可推广应用于粉磨系统中衬板、篦板、护板和管道容器内衬等其它研磨介质 的生产制作。
与现有技术方案相比,本发明至少具有如下有益效果:
1.高强优势:本发明中水泥、石英砂、高活性组分、增韧材料和合金粉末 互相协同构成高性能复合混凝土研磨体,其水胶比低,只有0.16左右,且具有 低空隙率,各中心质间的间距很小,中心质之间的叠加效应明显,且在一定程 度上增大胶凝材料的用量,即增大浆砂比,复合混凝土的抗折强度可达 220Mpa以上,抗压强度可达40MPa以上;本发明利用恒温蒸养的养护制度, 可进一步提高复合混凝土的抗折和抗压强度;
2.优良韧性:本发明在复合混凝土集体中参加增韧纤维,得到的研磨体是 一个纤维增强复合材料,根据基体相和增强相的密度、强度、弹性模量和质量 分数,提高研磨体的韧性,预防混凝土极限力破坏时突然的、毫无征兆的致命 破坏,并增强混凝土的抗折性能和抗冲击能力;
本发明优选进一步增加硅灰和粉煤灰,两者互相协同,物理作用、化学火 山灰作用、超叠效应同时发挥,综合效果是对强度的明显改善;此外粉煤灰可 降低需水量和减小自干燥收缩,同时硅灰可提高早期强度,呈现优良的韧性和 力学特性。
3.硬度、比重适宜:掺加适量高硬度合金粉末使基体的堆积密度增大,以 提高拌合物的密实度,提升其硬度性能和优化合理比重;
4.耐久性突出:本发明复合混凝土研磨体中的空隙量极小,使得空气渗透 数低,水分吸收值小,从而具有超高的耐久性;
5.成本优势:本发明研磨体的成本只相当于现有技术中金属研磨体的1/3 或陶瓷研磨体的1/2;同其它类型混凝土可以不等量替代,磨具周转快、可以直 接承受剪切力,节省了构件中附加抗剪切筋等工序,综合测算,其经济效益巨 大;
6.环保优势:在同等承载力条件下,本发明水泥用量几乎是普通混凝土的 1/2,因此同等量水泥生产过程相比CO2排放量降低了1/2左右,对不可再生的 自然资源骨料的用量,本发明高性能复合混凝土材料也只占普通混凝土的1/4左 右;
7.普适性:本发明高性能复合混凝土研磨体集高强度、高韧性、高硬度、 高耐久性、低成本于一身,相较于传统金属研磨体以及陶瓷研磨体,该产品加 工为免烧工序且成本大幅度降低;该材料具有普适性,可用于设计开发各种耐 磨复合产品,如粉磨系统衬板、篦板、护板等和各种特殊受限管道容器内衬复 合材料。