CN108358499A - 一种岩石基矿物掺合料及其制备方法 - Google Patents

一种岩石基矿物掺合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料。其成分按重量份数计为：砂岩石屑88～94份，I级粉煤灰5～9份，明矾1～3份，分散剂0.1～0.3份，助磨剂0.1～0.3份。所述的砂岩石屑中主要成分的范围为二氧化硅含量65～85％、氧化钙含量5～10％和氧化铝含量8～15％。本发明所涉及的以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料是一种新型的混凝土矿物掺合料，以当地资源丰富的砂岩石屑作为主要的材料来源，拓宽了混凝土掺合料的材料来源，有助于解决混凝土掺合料资源的区域不平衡问题，同时本发明可改善混凝土工作性、降低水化热，解决石屑的环境污染问题，具有较好的社会效益和经济效益。

Description

一种岩石基矿物掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料及其制备方法。
背景技术
在公路、铁路、港口和城市建设不断发展过程中，混凝土作为基础的建筑材料起到了巨大的作用，而矿物掺合料作为商品混凝土重要的组成成分近几年得到了不断发展。混凝土中利用矿粉、粉煤灰等矿物掺合料部分取代水泥，不仅可以提高资源利用率、降低混凝土成本，而且能够改善混凝土诸多性能，如降低水化热，减少混凝土干缩，改善混凝土凝结时间，增强耐久性等。矿物掺合料已经成为混凝土不可或缺的一部分。
传统的混凝土矿物掺合料如粉煤灰和矿粉，来自于电厂、铁厂等大型工业企业，由于地区资源不平衡，对于某些特定地区属于稀缺资源，其运输成本过高，因此需要因地制宜开发出一种新型的矿物掺合料。
发明内容
本发明目的在于提供一种以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料，该岩石基矿物掺合料在不降低混凝土强度的前提下，具有耐久性好、抗干缩性能和抗裂性能强，工作性优良，可以降低混凝土水化热等优势。
为实现上述目的，采用技术方案如下：
一种岩石基矿物掺合料，包括砂岩石屑、I级粉煤灰、明矾、分散剂和助磨剂；其成分按重量份数计为：
砂岩石屑88～94份，I级粉煤灰5～9份，明矾1～3份，分散剂0.1～0.3份，助磨剂0.1～0.3份。
按上述方案，所述的砂岩石屑中主要成分的范围为二氧化硅含量65～85％、氧化钙含量5～10％和氧化铝含量8～15％。
按上述方案，所述的Ⅰ级粉煤灰，其45μm筛余量不大于12％，需水量比不大于95％。
按上述方案，所述的明矾为工业级十二水合硫酸铝钾。
按上述方案，所述的分散剂主要成分为工业副产液体糖蜜和聚羧酸减水剂的混合物。
按上述方案，工业副产液体糖蜜的固含量为40％；聚羧酸减水剂的固含量为40％。
按上述方案，所述的助磨剂主要成分为醇胺类物质和硝酸盐物质的混合物。
按上述方案，所述醇胺类物质为三异丙醇胺。
按上述方案，所述硝酸盐为硝酸钙或硝酸钠中的一种或其混合物。
上述岩石基矿物掺合料的制备方法，包括以下步骤：
1)将明矾、分散剂和助磨剂混合均匀后，再与I级粉煤灰混合均匀，随后将混合物烘干至含水率不高于2wt％；
2)将1)所得混合物与砂岩石屑混合均匀，然后利用球磨机进行粉磨，控制其45微米筛余在7～10％范围内，即得到以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料。
上述岩石基矿物掺合料在混凝土中应用；所述岩石基矿物掺合料加入混凝土时，掺量为胶凝材料总量的15～30wt％。
所述的一种以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料具有如下技术特点：
砂岩石屑的成分为二氧化硅含量65～85％、氧化钙含量5～10％和氧化铝含量8～15％，其中有一定比例的活性二氧化硅、碳酸钙和氧化铝。在本专利中，将通过机械活化和化学活化的方式，大幅增加岩石基矿物掺合料中的活性成分比例。在水泥水化过程中，活性二氧化硅、活性氧化铝和活性碳酸钙中的钙离子可以参与生成水化硅酸钙凝胶或水化硅铝酸钙凝胶，增加水化产物，提高混凝土强度，增强混凝土密实性，改善孔结构，从而提高耐久性。而岩石基矿物掺合料中的非活性成分将作为填料，细化孔结构，改善混凝土耐久性，而且由于岩石基矿物掺合料初始活性较低，因此将改善混凝土工作性，延长保坍时间。
加入I级粉煤灰在岩石基矿物掺合料粉磨过程中可以作为研磨介质，提高岩石基矿物掺合料的粉磨效率。同时，在水泥水化过程中，I级粉煤灰作为活性掺合料，前期由于粉煤灰中的玻璃微珠，可以改善混凝土工作性，同时发挥物理填充效应，堵塞混凝土内部空隙通道，增加混凝土密实度提高耐久性，后期在水泥水化产物的激发下进行二次水化，发生火山灰反应，生成C-S-H凝胶和水化铝酸钙可以增加混凝土强度，同时改善界面过渡区，使耐久性进一步增强。
明矾可以增加水泥的早期强度，同时补偿混凝土收缩，有利于混凝土体积稳定性，防止发生开裂。糖蜜和聚羧酸减水剂的混合物作为分散剂，有减水功能，可以提高混凝土强度，同时具有缓凝作用，可以提高保坍性，防止混凝土裂缝的产生。加入助磨剂，可以提高粉磨效率，节约能耗，达到本发明所要求的细度，同时也可以激发岩石基矿物掺合料的活性，提高强度。
本发明相对于现有技术有益效果如下：
1)本发明以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料具有多项功效：①降低混凝土发热量，有利于混凝土在大体积混凝土工程中的应用；②提高混凝土初始流动性和保坍性能，改善混凝土工作性；③由于减少了混凝土中水泥用量，因此可以降低混凝土成本；④由于改善了混凝土工作性，因此可以减少用水量，改善混凝土耐久性。
2)本发明所涉及的以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料是一种新型的混凝土矿物掺合料，以当地资源丰富的砂岩石屑作为主要的材料来源，拓宽了混凝土掺合料的材料来源，有助于解决混凝土掺合料资源的区域不平衡问题，同时本发明可改善混凝土工作性、降低水化热，解决石屑的环境污染问题，具有较好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料的各原料配比如表1所示。
表1
上述以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将明矾、分散剂和助磨剂按比例混合均匀后，再与I级粉煤灰按比例混合均匀，随后将混合物烘干至含水率不高于2％；
2)将1)中混合物与砂岩石屑混合均匀，然后利用球磨机进行粉磨，控制其45微米筛余在7～10％范围内，即为以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料。
以混凝土岩石基矿物掺合料制备混凝土，配方见表2(单位：kg/m3混凝土)。
表2
上述以混凝土岩石基矿物掺合料制备混凝土的强度和活性指数(R)见表3。
表3
由表3可见，混凝土中加入所述的岩石基矿物掺合料可以降低混凝土需水量，改善工作状态，同时，岩石基矿物掺合料的添加小幅降低了混凝土强度，但可以认为掺入本发明所述的以砂岩石屑为主要原料的岩石基矿物掺合料不影响混凝土强度等级，可以保证材料使用的安全性。
上述以混凝土岩石基矿物掺合料制备混凝土养护28天后混凝土干缩率、抗渗压力和氯离子扩散系数见表4所示。
表4
由表4可见，混凝土中加入所述岩石基矿物掺合料可以降低干缩率，提高抗渗性和抗氯离子侵蚀能力，提高抗冻等级，多方面改善了混凝土耐久性，提高混凝土服役寿命，可以产生较好的社会效益和经济效益。

Claims (10)

1.一种岩石基矿物掺合料，其特征在于包括砂岩石屑、I级粉煤灰、明矾、分散剂和助磨剂；其成分按重量份数计为：
砂岩石屑88～94份，I级粉煤灰5～9份，明矾1～3份，分散剂0.1～0.3份，助磨剂0.1～0.3份。
2.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述的砂岩石屑中主要成分的范围为二氧化硅含量65～85％、氧化钙含量5～10％和氧化铝含量8～15％。
3.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述的Ⅰ级粉煤灰，其45μm筛余量不大于12％，需水量比不大于95％。
4.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述的明矾为工业级十二水合硫酸铝钾。
5.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述的分散剂主要成分为工业副产液体糖蜜和聚羧酸减水剂的混合物。
6.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述的助磨剂主要成分为醇胺类物质和硝酸盐物质的混合物。
7.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述醇胺类物质为三异丙醇胺。
8.如权利要求1所述岩石基矿物掺合料，其特征在于所述硝酸盐为硝酸钙或硝酸钠中的一种或其混合物。
9.权利要求1所述岩石基矿物掺合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将明矾、分散剂和助磨剂混合均匀后，再与I级粉煤灰混合均匀，随后将混合物烘干至含水率不高于2wt％；
2)将1)所得混合物与砂岩石屑混合均匀，然后利用球磨机进行粉磨，控制其45微米筛余在7～10％范围内，即得到以砂岩石屑为主要原料的混凝土岩石基矿物掺合料。
10.权利要求1所述岩石基矿物掺合料在混凝土中应用；其特征在于所述岩石基矿物掺合料加入混凝土时，掺量为胶凝材料总量的15～30wt％。
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