CN110304848A - 一种基于湿磨工艺的超胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于湿磨工艺的超胶凝材料及其制备方法和应用，该基于湿磨工艺的超胶凝材料，按质量百分数计，由28％～60％水泥、1％～3％表面改性剂、0.1～0.2％稳定剂和37％～70％水通过湿磨工艺制得。本发明的基于湿磨工艺的超胶凝材料以普通硅酸盐水泥为主要原料，通过湿磨工艺处理，且在湿磨过程中，加入表面改性剂和稳定剂，得到中值粒径为2‑5μm的超胶凝材料，因为湿磨工艺处理后，整个体系处于“预水化”状态，且由于粒度细化，使得本发明的超胶凝材料相对于原水泥具有更高的水化程度以及极高的活性，当部分取代水泥时，可以明显提升早期强度，且可以优化级配，使得后期强度也有一定提升，其中，12h强度增长比可达142％。

Description

一种基于湿磨工艺的超胶凝材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及胶凝材料技术领域，特别涉及一种基于湿磨工艺的超胶凝材料及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土一般要求有良好的施工性能，若不添加减水剂，水灰比较大，一般大于水泥完全水化所需的用水量，但随着水泥的水化的进行及自由水不断蒸发，混凝土中仍存在一些未水化水泥颗粒，若添加高效减水剂，混凝土的水灰比将大大降低，水泥的水化程度将减小，水化更加不充分。目前，我国普通水泥的细度普遍比较大，其比表面积多在300m2/kg左右，其28d水化程度约30％～40％，长期水化程度一般不大于60％，未水化的水泥颗粒作为微集料长期存在混凝土中，造成水泥资源的浪费。
目前，通过改善水泥形貌、提高水泥细度和添加外加剂等技术，对水泥进行改性，以提高其有效利用率，但是现有技术通常存在着制备能耗较高、水泥粉磨过程颗粒团聚现象会加重、新品种水泥应用于低水胶比的混凝土中，仍然存在很大部分水泥未水化的现象等问题。
因此，开发一种能耗低且水泥有效利用率高的胶凝材料具有十分重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于湿磨工艺的超胶凝材料，以解决现有水泥能耗高且有效利用率低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于湿磨工艺的超胶凝材料，按质量百分数计，由28％～60％水泥、1％～3％表面改性剂、0.1～0.2％稳定剂和37％～70％水通过湿磨工艺制得。
可选地，所述表面改性剂的合成方法包括以下步骤：
将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合后溶于水，得到水溶液A；
向所述水溶液A中加入过硫酸钾溶液和2-巯基乙醇，并水浴加热，然后，加入NaOH溶液，调节pH，即得表面改性剂。
可选地，所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为(0.8～1)∶10∶(0.1～0.2)。
可选地，所述过硫酸钾溶液的用量为所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚和所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总用量的0.1～0.2％；所述过硫酸钾溶液的质量浓度为0.1-0.2％；所述NaOH溶液的质量浓度为20-40％。
可选地，所述2-巯基乙醇的用量为所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚和所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总用量的0.1～0.3％。
可选地，所述水浴加热的加热温度为20-60℃，加热时间为2-4h。
可选地，所述稳定剂包括质量浓度为0.1％的温轮胶；所述超胶凝材料的中值粒径为2-5μm。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述基于湿磨工艺的超胶凝材料的方法，该制备方法包括以下步骤：
将所述水泥、所述表面改性剂、所述稳定剂和所述水混合后，湿磨，即得基于湿磨工艺的超胶凝材料。
可选地，所述湿磨中研磨体为氧化锆研磨体，且所述氧化锆研磨体与所述水泥的质量比为(1～3)∶1；所述氧化锆研磨体的级配为：7mm∶5mm∶3mm∶1mm＝1∶(2-5)∶(4-8)∶3。
本发明的第三目的在于提供一种上述基于湿磨工艺的超胶凝材料在水泥基材料中的应用，在该应用中，所述水泥基材料包括水泥；所述超胶凝材料等量取代10～30％的所述水泥。
相对于现有技术，本发明所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料具有以下优势：
1、本发明的基于湿磨工艺的超胶凝材料以普通硅酸盐水泥为主要原料，通过湿磨工艺处理，且在湿磨过程中，加入表面改性剂和稳定剂，得到中值粒径为2-5μm的超胶凝材料，因为湿磨工艺处理后，整个体系处于“预水化”状态，且由于粒度细化，使得本发明的超胶凝材料相对于原水泥具有更高的水化程度以及极高的活性，当部分取代水泥时，可以明显提升早期强度，且可以优化级配，使得后期强度也有一定提升，其中，12h强度增长比可达142％。
2、本发明采用湿磨方法制备超胶凝材料，制备工艺简单，制备过程易控制，能耗低，且本发明所用原料环保，无有害物质引入和排出，易于推广和应用，且本发明的基于湿磨工艺的超胶凝材料对水泥基材料的耐久性无不利影响。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
表1为本发明实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料中各组分的配比以及各实施例基于湿磨工艺的超胶凝材料的细度和湿磨参数，其中，实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料中水泥为P·O 42.5级，且水泥的中值粒径为15.1μm；稳定剂是质量浓度为0.1％的温轮胶。
表1
表2为本发明实施例1～实施例5中表面改性剂中各组分的配比。其中，过硫酸钾溶液的用量是指硫酸钾溶液的质量占丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总质量的比例；2-巯基乙醇的用量是指2-巯基乙醇的质量占丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总质量的比例。
实施例1～实施例5中表面改性剂具体通过如下方法制得：
按照下述组分配方，将丙烯酸(AA)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)混合后溶于水，得到质量浓度为40％的水溶液A；
向水溶液A中加入质量浓度为0.1％的过硫酸钾溶液和2-巯基乙醇，并在60℃下水浴加热2h，水浴加热过程中持续搅拌，然后，加入质量浓度为30％的NaOH溶液，调节pH值至6.5，即得表面改性剂。
表2
实施例 AA∶TPEG∶AMPS(质量比) 过硫酸钾溶液用量/％ 2-巯基乙醇用量/％
实施例1 0.8∶10∶0.1 0.1 0.2
实施例2 0.8∶10∶0.15 0.1 0.1
实施例3 1∶10∶0.2 0.2 0.3
实施例4 0.9∶10∶0.15 0.2 0.25
实施例5 1∶10∶0.2 0.2 0.3
采用下述方法制备实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料，具体包括以下步骤：
按照上述组分配方，将水泥、表面改性剂、稳定剂和水，装入球磨罐混合后，加入氧化锆研磨体，然后，按照上述研磨参数进行湿磨，即得基于湿磨工艺的超胶凝材料，其中，氧化锆研磨体的级配优选为为：7mm∶5mm∶3mm∶1mm＝1∶2∶4∶3。
将实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料用于水泥基材料，在该应用中，水泥基材料包括水泥；基于湿磨工艺的超胶凝材料等量取代10～30％的水泥，即基于湿磨工艺的超胶凝材料内掺10～30％。
参照标准GB8076-2008对掺有实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料的水泥基材料(水泥砂浆)进行力学性能的测试，并将其与未掺本发明基于湿磨工艺的超胶凝材料的水泥基材料(对比例)进行对比，其中，水泥基材料的水胶比为0.38。测试结果如表3所示。
由表3可知，实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料等量取代10-30％的水泥时，1d胶砂强度增长比可达到142％，说明实施例1～实施例5的基于湿磨工艺的超胶凝材料的加入可促使水泥快速水化，从而使得水泥基材料的早期强度大幅度提升，且后期强度无明显倒缩甚至仍能实现一定的增长，具有大规模推广的价值。
表3
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，按质量百分数计，由28％～60％水泥、1％～3％表面改性剂、0.1～0.2％稳定剂和37％～70％水通过湿磨工艺制得。
2.根据权利要求1所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述表面改性剂的合成方法包括以下步骤：
将丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合后溶于水，得到水溶液A；
向所述水溶液A中加入过硫酸钾溶液和2-巯基乙醇，并水浴加热，然后，加入NaOH溶液，调节pH，即得表面改性剂。
3.根据权利要求2所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为(0.8～1)∶10∶(0.1～0.2)。
4.根据权利要求2所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述过硫酸钾溶液的用量为所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚和所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总用量的0.1～0.2％；所述过硫酸钾溶液的质量浓度为0.1-0.2％；所述NaOH溶液的质量浓度为20-40％。
5.根据权利要求2所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述2-巯基乙醇的用量为所述丙烯酸、所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚和所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总用量的0.1～0.3％。
6.根据权利要求2所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述水浴加热的加热温度为20-60℃，加热时间为2-4h。
7.根据权利要求1所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料，其特征在于，所述稳定剂包括质量浓度为0.1-0.2％的温轮胶；所述超胶凝材料的中值粒径为2-5μm。
8.制备权利要求1至7任一项所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述水泥、所述表面改性剂、所述稳定剂和所述水混合后，湿磨，即得基于湿磨工艺的超胶凝材料。
9.根据权利要求8所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨中研磨体为氧化锆研磨体，且所述氧化锆研磨体与所述水泥的质量比为(1～3)∶1；所述氧化锆研磨体的级配为：7mm∶5mm∶3mm∶1mm＝1∶(2-5)∶(4-8)∶3。
10.权利要求1至7任一项所述的基于湿磨工艺的超胶凝材料在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述水泥基材料包括水泥；所述超胶凝材料等量取代10～30％的所述水泥。
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