CN110002778A - 一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料及其制备方法，该掺合料按重量份，包括以下原料：铜尾渣70～80，粒化高炉矿渣20～30，外加剂0～0.1，外加剂由三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。本发明利用湿法选矿的铜尾渣中含有大量5um以下的细粉颗粒，通过表面改性、烘干、粉磨等工艺，制备出能有效减少泵送混凝土的泌水、离析和可显著提高可泵送性的混凝土掺合料，能大量利用固废，产品成本低，经济价值高，符合国家循环经济和可持续发展政策。

Description

一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体地说涉及一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料及其制备方法。
背景技术
泵送混凝土是采用混凝土泵输送浇筑的一种预拌混凝土，泵送混凝土不仅可以改善混凝土的施工性能、提高混凝土质量，而且可改善劳动条件、提高混凝土的浇筑速度、降低工程成本。目前泵送混凝土已经成为预拌混凝土中用量最大的品种。
然而随着混凝土行业不断扩大规模，优质原料短缺等因素的影响，在实际工程中泵送混凝土常常出现泌水、离析而导致的堵管问题，造成较大的经济损失，在C30、C40等中低强度等级的混凝土中尤其常见。解决混凝土泌水、离析导致的泵送问题，除了砂石骨料级配和外加剂品种的优化等方法外，混凝土掺合料也是一种重要的技术手段。
实践表明，混凝土中使用适当配比的矿粉、粉煤灰、硅灰作为掺合料，可以有效改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵送性。然而优质粉煤灰、矿粉资源越来越匮乏，而硅灰价格昂贵，在C30、C40等中低强度等级的混凝土中采用难以应用，市场上迫切需要价格低廉、能有效改善混凝土可泵送性能的掺合料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种价格低廉、能有效改善泵送性能的泵送混凝土掺合料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料，按重量份，包括以下原料：铜尾渣70～80，粒化高炉矿渣20～30，外加剂0～0.1，外加剂由三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。
铜尾渣为铜矿湿法选矿所产生的含水泥浆状尾矿，其矿物组成为主要为石英、长石等矿物；粒化高炉矿渣为炼铁高炉所产生矿渣，在高温熔融状态下，经过水淬而成的粒化矿渣。
铜尾渣是铜矿石经过破碎、选矿后所剩下的细粉状固体废弃物，每产出1吨精铜矿粉就会产生100吨以上的铜尾渣。湿法选矿后的铜尾渣含有大量水分，呈泥浆状，采用尾矿坝堆存处理不仅要占用大量土地，而且尾矿坝的运行和管理费用高，容易造成周边的环境问题，甚至还有溃坝的安全隐患，因此加快铜尾渣的资源综合利用，符合我国循环经济“减量化、再利用、资源化”的基本原则，对于采选行业的可持续发展具有重要的经济意义和社会价值。
进一步地，铜尾渣和粒化高炉矿渣被粉磨至比表面积大于550m2/kg。这样设计，掺合料中含有大量小于5um的细粉颗粒，能补充混凝土胶材中的细颗粒，减少混凝土的离析和泌水。
进一步地，所用外加剂由三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂质量比1:1:2组成。三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂都是表面活性剂。三乙醇胺和聚乙烯醇在物料粉磨的时候吸附到颗粒表面，起到分散和助磨作用，可以显著提高粉磨效率、降低粉磨电耗。聚羧酸塑化剂能在掺合料与水拌和的时候，起到分散作用，使掺合料微粉能均匀分布在混凝土中，提高其润滑功能，从而提高混凝土的可泵送性。三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂三种表面活性剂均为液体，在物料粉磨的时候按比例加入，简单易行。此外，还利用三种表面活性剂在物料粉磨时的竞争性吸附特性，粉磨时三乙醇胺和聚乙烯醇优先吸附在掺合料颗粒表面，主要起到助磨和分散作用，而聚羧酸塑化剂吸附在外，能在混凝土与水拌和后发挥作用，降低用水量和改善混凝土工作性。而在实施本发明的过程中，发明人发现，这个配比下，分散、助磨、提高泵送性等综合效果最佳。
本发明可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的使用方法是用可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料取代泵送混凝土中的胶材的6～15％。胶材包括但不限于水泥、矿粉、粉煤灰、砂、碎石。而在实施本发明的过程中，发明人发现，这个配比下，对泵送混凝土的泵送性能改善效果最佳，并能保证较好的混凝土强度。
在实施本发明的过程中，发明人发现，铜尾渣作为混凝土掺合料单独使用时，由于铜尾渣本身不具火山灰活性，在混凝土中取代混凝土中的胶材量超过10％后，将造成混凝土强度降低以及耐久性变差的问题，且铜尾渣在混凝土中吸附混凝土的化学外加剂，也容易造成混凝土流动性变差等问题，对混凝土的可泵送性造成不利影响，粒化高炉矿渣作为掺合料单独使用时也容易造成混凝土保水性变差，离析泌水从而使混凝土可泵送性变差；
而铜尾渣配合粒化高炉矿渣共同使用，不仅降低混凝土的成本，并且能够改善混凝土的耐久性和可泵送性，一方面利用铜尾渣细粉可以提高混凝土的保水性，另一方面粒化高炉矿渣细粉具有较高的活性并且还具有矿物减水作用，铜尾配合粒化高炉矿渣复合使用，可以在不降低混凝土强度的同时，有效改善混凝土的工作性，提高混凝土的可泵送性。
上述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：
(1)获取含水率在10％以下的粒径小于200目的铜尾渣泥饼状物料；
(2)将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合，然后粉磨处理，并在粉磨处理过程中，加入外加剂，即制得所述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料。
本发明的作用原理为：通过增加混凝土拌合物浆体中10um以下的微粉含量，优化混凝土胶材中的颗粒级配，从而提高混凝土浆体的粘度和保水性，减少混凝土的泌水和离析。通过掺合料表面改性，确保所增加的微粉组分在混凝土搅拌过程中具有良好的分散性，能够在搅拌过程中快速分散。混凝土在泵送过程中，微粉在泵送压力作用下富集在泵送管道上，形成稳定的砂浆润滑层，能有效降低泵送压力，提高泵送效率。具体原理包括：
(1)补充微粉含量，优化混凝土中胶材的颗粒级配
混凝土中的胶材通常由水泥以及粉煤灰、矿粉等掺合料组成，这几种粉体中低于10um的颗粒含量较少，尤其是小于5um的颗粒更为缺乏。这是造成混凝土容易泌水、离析的一个重要原因。经过湿法浮选后剩余的浆状废弃物，其主要的矿物组成为石英和长石，粉体中颗粒组成中有大量10um以下的颗粒，再通过磨机粉磨成比表面积超过550m2/kg的细粉后，掺合料中含有大量小于5um的细粉颗粒，能补充混凝土胶材中的细颗粒，减少混凝土的离析和泌水。
(2)矿渣助磨作用，提高研磨效率并增加掺合料活性
将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合后粉磨，粒化高炉矿渣在粉磨过程中不但能起到分散稀释作用，有效减少铜尾渣的团聚现象，而且在研磨过程中具有一定助磨作用，粉磨成细颗粒的粒化高炉矿渣还可以显著增加掺合料的水化活性，与水泥水化形成的氢氧化钙反应，形成水化产物而提高混凝土的强度。
(3)通过粉体表面改性，提高微粉的分散性
在粉磨过程中加入的外加剂，三乙醇胺和聚乙烯醇先吸附在粉体表面上，起到了分散作用，在粉磨过程中能提高磨机的掺量，掺合料在使用时，混凝土搅拌过程中，聚羧酸的分散作用使掺合料细粉颗粒能快速均匀分散在混凝土中，提高掺合料在混凝土中的分散效果，改善混凝土的工作性，提高其可泵送性。
(4)增加润滑层厚度降低泵送压力
混凝土拌合物在泵送过程中，掺合料细粉在泵送压力作用下富集在管道表面，细小的颗粒具有良好的保水性，在管道表面与细砂形成富粉料的砂浆层，起到良好的润滑作用，能有效降低混凝土的泵送压力，提高混凝土可泵送性。
本发明的有益效果体现在：
本发明利用铜尾渣和粒化高炉矿渣细粉颗粒，通过表面改性、烘干、粉磨等工艺，制备出能有效减少泵送混凝土的泌水、离析和可显著提高可泵送性的掺合料，能大量利用固废，产品成本低，经济价值高，符合国家循环经济和可持续发展政策。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
以下实施例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品。
实施例1
可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的制备
本实施例的原料组成为：按重量份，铜尾渣75，粒化高炉矿渣25，外加剂0.1，外加剂由质量比为1:1:2的三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。具体制备方法如下：
(1)将泥浆状铜尾渣通过水力旋流器分离出粒径小于200目的颗粒，然后沉降浓缩，再经过压滤机脱水，得到含水率为10％的铜尾渣泥饼状物料；
(2)将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合，然后在立磨或烘干磨中烘干并粉磨至比表面积大于550m2/kg，并在粉磨过程中，喷入外加剂，即制得所述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料。
实施例2
可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的制备
本实施例的原料组成为：按重量份，铜尾渣70，粒化高炉矿渣30，外加剂0.05，外加剂由质量比为1:1:2的三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。具体制备方法如下：
(1)将泥浆状铜尾渣通过水力旋流器分离出粒径小于200目的颗粒，然后沉降浓缩，再经过压滤机脱水，得到含水率为9％的铜尾渣泥饼状物料；
(2)将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合，然后在立磨或烘干磨中烘干并粉磨至比表面积大于550m2/kg，并在粉磨过程中，喷入外加剂，即制得所述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料。
实施例3
可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的制备
本实施例的原料组成为：按重量份，铜尾渣80，粒化高炉矿渣20，外加剂0.1，外加剂由质量比为1:1:2的三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。具体制备方法如下：
(1)将泥浆状铜尾渣通过水力旋流器分离出粒径小于200目的颗粒，然后沉降浓缩，再经过压滤机脱水，得到含水率为8％的铜尾渣泥饼状物料；
(2)将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合，然后在立磨或烘干磨中烘干并粉磨至比表面积大于550m2/kg，并在粉磨过程中，喷入外加剂，即制得所述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料。
实施例4
性能对比试验
将实施例1制得的可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料按不同比例取代水泥，加入到C30和C40两种固定配合比的基础泵送混凝土中进行泵送测试和材料性能测试，基础泵送混凝土的配合比如表1所示，实施例1掺合料掺量以及测试结果如表2所示：
表1基础泵送混凝土配合比(kg/m3)
编号 水泥 矿粉 粉煤灰 砂 碎石 减水剂 水
C30 200 80 60 790 1080 5.2 160
C40 250 90 60 800 1050 5.6 155
表2实施例1掺合料取代水泥后混凝土的性能
在实施例1的基础上，省去粒化高炉矿渣，使用100重量份的铜尾渣，制得对比掺合料Ⅰ，在实施例1的基础上，省去铜尾渣，使用100重量份的粒化高炉矿渣，制得对比掺合料Ⅱ，对比掺合料Ⅰ、Ⅱ分别按不同比例取代水泥，加入到C30基础泵送混凝土中进行泵送测试和材料性能测试，对比掺合料Ⅰ掺量以及测试结果如表3所示，对比掺合料Ⅱ掺量以及测试结果如表4所示：
表3对比掺合料Ⅰ取代水泥后混凝土的性能
表4对比掺合料Ⅱ取代水泥后混凝土的性能
由以上结果可以看出，掺入本发明掺合料取代水泥，28d抗压强度有所提高，塌落度和扩展度提高，且压力泌水值降低，能明显提高混凝土的可泵送性。并且，从与对比掺合料Ⅰ、Ⅱ的对比，可以看出，单独使用铜尾渣或粒化高炉矿渣的改善效果均差于铜尾渣和粒化高炉矿渣配合使用的改善效果。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料，其特征在于：按重量份，包括以下原料：铜尾渣70～80，粒化高炉矿渣20～30，外加剂0～0.1，外加剂由三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂组成。
2.如权利要求1所述的可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料，其特征在于：三乙醇胺、聚乙烯醇和聚羧酸塑化剂的质量比为1:1:2。
3.如权利要求1或2所述的可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料，其特征在于：铜尾渣和粒化高炉矿渣被粉磨至比表面积大于550m2/kg。
4.如权利要求1或2或3所述的可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取含水率在10％以下的粒径小于200目的铜尾渣泥饼状物料；
(2)将铜尾渣泥饼状物料与粒化高炉矿渣混合，然后粉磨处理，并在粉磨处理过程中，加入外加剂，即制得所述可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料。
5.如权利要求1或2或3所述的可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料的使用方法，其特征在于：用可改善泵送性能的泵送混凝土掺合料取代泵送混凝土中的胶材的6～15％。
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