CN111153621A

CN111153621A - 一种混凝土复合掺合料及其制备方法

Info

Publication number: CN111153621A
Application number: CN201911410167.4A
Authority: CN
Inventors: 周新; 孙中炎; 贺海量
Original assignee: Hunan Zhenhai New Material Technology Co Ltd; Hangzhou Shanneng Industrial Co Ltd
Current assignee: Hunan Zhenhai New Material Technology Co Ltd; Hangzhou Shanneng Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-15

Abstract

本发明的一种混凝土复合掺合料极其制备方法由以下质量百分比的组分构成：CaO含量40％‑60％，SO₃含量2.0％‑6.0％，SiO₂含量18％‑28％，Al₂O₃含量10％‑18％，MgO含量3.0％‑7.0％。本发明的一种混凝土复合掺合料及其制备方法，在配置工艺中引人碱度系数的概念，以化学组分为依据，配合配置适用于各种混凝土复合掺合料的功能性激发组分，使各种掺合料的性能得到充分激发，有针对性的补充混合后复合掺合料CaO含量、SO₃含量和碱度系数，提高混凝土的工作性和耐久性，更广泛有效地利用工业固废。

Description

一种混凝土复合掺合料及其制备方法

技术领域

本发明属于可再生能源技术利用领域，具体涉及一种混凝土复合掺合料及其制备方法。

背景技术

随着现代混凝土应用技术的发展，矿物掺合料已经成为混凝土上必不可少的重要组成之一。然而，随着我国基础建设的高速推进，如矿粉、粉煤灰等优质矿物掺合料面临着资源短缺且地区分布不均的问题，导致混凝土生产企业生产成本逐渐变高。在此背景下，如何通过多种矿物掺合料的复配和超叠加效应，使混凝土胶凝体系充分适应现代混凝土的需要，成为了原材料厂家和预拌混凝土生产企业共同关注的问题。

公开号为CN103288333A的专利文献，公开了一种改性矿渣复合掺合料及其制备方法，由矿渣粉、钢渣粉和白渣混合组成，将白渣作为活性激发剂，改善配制混凝土的耐磨性，其通过白渣作为活性激发剂，来克服钢渣粉掺入后混凝土早期强度低的问题，激发材料以CaO为主，成分单一，地域性明显。

公开号为CN109851269A的专利文献，公开了一种通过改进级配提高普通混凝土耐久性的复合掺合料，通过粉煤灰、矿渣粉、陶瓷粉、火山灰、石膏几种材料特定级配进行混合，配制复合掺合料，提高混凝土耐久性，其偏重改进掺合料组分的颗粒级配来实现混凝土的密实性，其复合激发的活化剂以化学助剂为主，加以高分子聚合物来降低混凝土的泌水性。

公开号为CN109336437A的专利文献，公开了一种石灰石微粉-钢渣粉-矿渣粉复合掺合料及其制备工艺，通过三者之间的相互激发，协同作用，制备出早期强度高，后期强度持续增长，兼具补偿收缩效应的复合掺合料。

现有复合掺合料制备技术存在的一些问题，比如：大多采用质量法比例试配，通过正交试验，优选达到要求的复合配比，此技术获取优化配比的周期长，且复合掺合料的活性不能保证能得到充分激发；比如，当配制好的复合掺合料在混凝土中掺量较大时，因水泥熟料矿物水化产物氢氧化钙数量不足，混凝土液相中的碱度降低，各种矿物掺合料难以得到充分激发，导致混凝土的早期强度不高。细化到通过复合掺合料中化学组分的微量变化来使整个混凝土水泥基胶凝材料体系各矿物组分比例达到最佳，混凝土性能达到最佳，是现有技术不具备的。

混凝土的生产和施工技术必须向节约资源、能源、保护环境和生态平衡的方式发展，在确保混凝土质量的前提下，掺加大量工业固废，是实现混凝土行业绿色发展的具体措施。合理搭配使用各种矿物掺合料，充分发挥各种掺合料的优势互补，对提高混凝土的工作性和耐久性以及更有效地利用工业固废，都具有十分重要的意义，对当地已有的固废资源合理进行改造利用是一项迫在眉睫的任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混凝土复合掺合料及其制备方法，在制备中引人碱度系数的概念，以化学组分为依据，配合配置适用于各种混凝土复合掺合料的功能性激发组分，使各种掺合料的性能得到充分激发，有针对性的补充混合后复合掺合料CaO含量、SO₃含量和碱度系数，提高混凝土的工作性和耐久性，更广泛有效地利用工业固废。

为实现上述目的，本发明的混凝土复合掺合料由以下质量百分比的组分构成：CaO含量40％-60％，SO₃含量2.0％-6.0％，SiO₂含量18％-28％，Al₂O₃含量10％-18％， MgO含量3.0％-7.0％。

进一步地，由以下重量百分比的组分：矿物掺合料75％-95％，功能性增强激发组分5％-25％。

进一步地，所述矿物掺合料选用矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉、硅灰、凝灰岩粉等三种或三种以上掺合料制备。

进一步地，矿物掺合料按重量比包括以下组分：矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％。

进一步地，所述功能性增强激发组分材料按重量比包括以下组分：脱硫石膏40％-60％、氧化钙5％-15％、硫酸钠1％-5％、熟石灰2％-10％、氧化铝2％-10％、硅酸钠1％-10％、醋酸钠2％-10％。

进一步地，掺合料还包括外加剂修正组分，外加剂修正组分占重量百分比的0.1％-0.3％。

进一步地，所述外加剂修正组分按质量比包括以下组分：聚羧酸粉体减水剂80％-95％、粉体消泡剂1.0％-5.0％。

本发明的混凝土复合掺合料，选用矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％，和外加剂修正组分0.1％-0.3％、功能性增强激发组分5％-25％的比例进行混合制备。增强激发组分原材料含水率≤3％，然后送入磨机细磨，控制成品增强组分的细度(45μm筛余)≤15％。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

一，本发明的技术方案是以不同掺合料的化学组分为基础，通过功能性增强激发组分材料，来调节混合后复合掺合料中的CaO、SO₃和碱度系数等参数，使矿物掺合料的性能得到充分激发，其中增强激发组分材料是可以根据不同的掺合料组合按要求进行调整的，扩大了混凝土复合掺合料的组分的来源，可选用的符合要求的工业下脚料废渣更为广泛；尤其是，功能性激发组分是基于原材料掺合料化学组分的基础上，有针对性的补充混合后复合掺合料CaO含量、SO₃含量和碱度系数，主要以混凝土水泥基胶凝材料水化时缺少的矿物组分为主，使得本发明的混凝土复合掺合料能将各种工业废渣进行使用，并合理利用。

二，配制的复合掺合料以化学组分为科学依据，有针对性的补充功能性矿物组分，使复合掺合料中的氧化钙(40％-60％)、二氧化硅(18％-28％)、三氧化二铝(10％-18％)、三氧化硫(2％-6％)、三氧化二铁(1.0％-2.0％)、氧化镁(3.0％-7.0％)等组分比例适当，保证掺入复合掺合料后混凝土液相的碱度，此种比例的氧化钙和三氧化硫，能充分发挥碱激发和硫酸盐激发的双重效果，为混凝土各龄期的强度提供科学的依据，相比于普通掺合料而言，能充分激发各矿物掺合料的活性，起到超叠加效应；

三，本发明的复合掺合料应用于混凝土中，因各矿物掺合料的高活性特性，尤其是胶砂活性高达85％以上，能降低15％水泥用量，实现30％-45％的高掺量掺入混凝土，而混凝土各龄期强度不受影响，能改善混凝土和易性，大大降低混凝土泌水离析现象；

五，此复合掺合料活性组合技术可通过功能性增强组分技术调整，满足不同建设工程对混凝土生产的不同需求；

六，在实现高掺量的前提下，节约水泥用量，降低混凝土水化热，降低混凝土早期开裂的敏感性，同时也降低混凝土生产成本，大大降低二氧化碳排放量，保护生态环境；

七，辅以外加剂修正组分，弥补因硅灰凝灰岩粉等高需水量比掺合料的掺入或是石灰石粉质量波动对混凝土状态的影响，同时，消泡剂的加入也能改善混凝土外观情况；

八，选用本发明的混凝土复合掺合料，无需正交试验，就能快速制备出最优的复合掺合料。

具体实施案例

下面结合实施例对本发明做进一步阐述。

本发明的一种混凝土复合掺合料，本发明的复合掺合料由以下质量百分比的组分构成：CaO含量40％-60％，SO₃含量2.0％-6.0％，SiO₂含量18％-28％，Al₂O₃含量10％-18％， MgO含量3.0％-7.0％。

由以下重量百分比的组分：矿物掺合料75％-95％，功能性增强激发组分5％-25％。

所述矿物掺合料选用矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉、硅灰、凝灰岩粉等三种或三种以上掺合料制备。

矿物掺合料按重量比包括以下组分：矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％。

所述功能性增强激发组分材料按重量比包括以下组分：脱硫石膏40％-60％、氧化钙 5％-15％、硫酸钠1％-5％、熟石灰2％-10％、氧化铝2％-10％、硅酸钠1％-10％、醋酸钠2％-10％。

掺合料还包括外加剂修正组分，外加剂修正组分占重量百分比的0.1％-0.3％。

所述外加剂修正组分按质量比包括以下组分：聚羧酸粉体减水剂80％-95％、粉体消泡剂1.0％-5.0％。

本发明的混凝土复合掺合料的制备方法为，选用矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％，和外加剂修正组分0.1％-0.3％、功能性增强激发组分5％-25％的比例进行混合。其中，增强激发组分原材料含水率≤3％，然后送入磨机细磨，控制成品增强组分的细度(45μm)≤15％。

本发明的目的是提供一种复合掺合料高效配置技术，该技术体系中引人碱度系数的概念，以化学组分为依据，弥补了因大掺量复合掺合料的加入导致水泥基胶凝材料中碱度下降的影响。能根据不同的掺合料化学组分，来调整功能性增强组分，确保配制的复合掺合料化学组分能符合本技术要求。

本发明的一种混凝土复合掺合料及其制备方法，选用矿物掺合料，也即将矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉、硅灰、凝灰岩粉中的三种或三种以上掺合料，辅以外加剂修正组分，和功能性增强激发组分材料按一定比例混合后进入混合搅拌机搅拌4min，得到比表面积500-600m2/kg的复合掺合料，比例要求混合后的复合掺合料符合CaO含量40％-60％，SO₃含量2.0％-6.0％，SiO₂含量18％-28％，Al₂O₃含量10％-18％，MgO含量3.0％-7.0％，碱度系数1.0-1.8之间；其中按重量比包括以下组分：矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉 10％-20％，外加剂修正组分0.1％-0.3％，功能性增强激发组分5％-25％。其中矿渣粉性能满足GB/T18046-2017标准中S95级技术要求，粉煤灰性能满足GB/T1596-2017标准中F类Ⅱ级技术要求，石灰石粉性能满足JGJ/T318-2014标准中技术要求，钢渣粉性能满足GB/T20491-2017标准中一级的技术要求；凝灰岩粉性能满足JG/T315-2011标准中性能要求，硅灰性能满足GB/T27690-2011标准中技术要求。

另外，外加剂修正组分按质量比包括以下组分：聚羧酸粉体减水剂80％-95％、粉体消泡剂1.0％-5.0％；功能性增强激发组分材料按重量比包括以下组分：脱硫石膏40％-60％、氧化钙5％-15％、硫酸钠1％-5％、熟石灰2％-10％、氧化铝2％-10％、硅酸钠1％-10％、醋酸钠2％-10％的比例进行混合，然后进入磨机细磨，入磨机的材料含水率≤3％，控制成品增强组分的细度(45μm的筛余)≤15％，其中脱硫石膏、硫酸钠、硅酸钠等可以采用含量符合要求的工业下脚料废渣。

本发明的混凝土复合掺合料制备工艺如下：

⑴功能性增强激发组分按重量比包括以下组分：脱硫石膏40％-60％、氧化钙5％-15％、硫酸钠1％-5％、熟石灰2％-10％、氧化铝2％-10％、硅酸钠1％-10％和醋酸钠2％-10％的比例混合以后经破碎机进入磨头库，然后进入球磨机细磨，入磨机的材料含水率≤3％，磨细后进入增强激发组分材料库，控制成品增强组分材料的细度≤15％(45μm 筛余)，其中脱硫石膏、硫酸钠、硅酸钠等可采用合格工业下脚料；

⑵按质量要求采购S95矿渣粉、Ⅱ级粉煤灰、一级钢渣粉、石灰石粉、凝灰岩粉和硅灰，分别进入各自原材料库，对所有材料取样进行化学组分分析，具体见表一；

⑶外加剂修正组分按质量比聚羧酸干粉减水剂95％、干粉消泡剂5％、进入小型搅拌机搅拌2min后进入小料库；

⑶按组合后复合掺合料的CaO含量40％以上、SO₃含量2.0％-6.0％和碱度系数1.0-1.8等指标来进行混合配制，并控制复合掺合料材料成本在可控范围之内，确定复合掺合料配比；

⑷按复合掺合料配比实现电脑程序化生产，生产时各原材料由螺旋输送至计量秤，称量好的原材料输送至搅拌系统，搅拌2min，生产完后复合掺合料经螺旋输送至提升机，由提升机最后输送至复合掺合料成品库；

⑸对生产的复合掺合料进行胶砂和混凝土试验验证。

表一原材料化学组分分析表

以下实施例中的功能性增强激发组分按以下重量比配制：功能性增强激发组分按重量比包括以下组分：脱硫石膏54％、氧化钙15％、硫酸钠3％、熟石灰10％、氧化铝6％、硅酸钠6％、醋酸钠6％的比例进行混合后进入球磨机，进入磨机细磨入磨机的材料含水率≤3％后得到增强激发组分，成品增强组分材料的细度(45μm)筛余5.6％。

以下为实施例试验方案：

实施例1

一种高效活化组合配制技术制备的复合掺合料，碱度系数为1.2，具体方法如下：

⑴按材料质量比石灰石粉18％、矿渣粉43％、粉煤灰19％、硅灰5％、增强激发组分材料15％和外加剂修正组分0.3％的比例，各原材料库材料经螺旋输送至计量秤，然后进入混合搅拌机，搅拌4min，得到Ⅱ型复合掺合料CMAC-1。

实施例2

一种高效活化组合配制技术制备的复合掺合料，碱度系数为具体方法如下：

⑴按材料质量比石灰石粉17％、矿渣粉40％、粉煤灰18％、硅灰5％、增强激发组分材料20％和外加剂修正组分0.3％的比例，各原材料库材料经螺旋输送至计量秤，然后进入混合搅拌机，搅拌4min；得到Ⅱ型复合掺合料CMAC-2，碱度系数为1.5。

实施例3

一种高效活化组合配制技术制备的复合掺合料，碱度系数为1.7，具体方法如下：

⑴按石灰石粉15％、矿渣粉42％、粉煤灰13％、钢渣粉5％、增强组分材料25％和外加剂修正组分0.3％的比例混合后进入干粉混合搅拌机，搅拌4min；得到Ⅱ型复合掺合料CMAC-3。

特别地，本实验加了一组对比例1：一种普通方法配制的复合掺合料，碱度系数为0.8，具体方法如下：

⑴按材料质量比石灰石粉24％、矿渣粉45％、粉煤灰23％和硅灰8％的比例，各原材料库材料经螺旋输送至计量秤，然后进入混合搅拌机，搅拌4min；得到Ⅱ型复合掺合料CMAC-4。

实施例1-3和对比例1所配制的复合掺合料化学组分及胶砂性能分别见表二和表三

表二复合掺合料化学组分分析表

表三复合掺合料胶砂性能表

注：复合掺合料的性能检测方法按JG/T486-2015混凝土用复合掺合料标准中普通型执行。试验用水泥为运河P.O 42.5。

从表二中可以看出，配制成的复合掺合料在掺入功能性增强组分后，碱性氧化物含量增加，碱度系数提高到1.0％以上。表三中可看出实施例1-3配制的复合掺合料胶砂性能良好，90天的胶砂抗压增长比均能达1.0以上，确保了混凝土的后期强度增进；对比例1的复合掺合料胶砂流动度比稍差，活性指数高一点。

对实施例1-3和对比例1所配制的复合掺合料进行混凝土应用效果测试，试验如下：

原材料：运河P.O 42.5水泥，天然砂细度模数1.0，机砂细度模数3.5，矿粉S95级，粉煤灰为Ⅱ级，碎石连续级配，外加剂为聚羧酸高效减水剂。

表四复合掺合料C30混凝土羧酸对比试验表

表五复合掺合料C30羧酸混凝土抗压强度对比表

表六复合掺合料C35羧酸混凝土对比试验表

表七复合掺合料C35羧酸混凝土抗压强度对比表

以上混凝土试验按照GB/T 50080-2016《混凝土拌合物性能试验方法》以及GB/T50081-2016《混凝土力学性能试验方法》进行。

由表四、表五、表六、表七可知，相较于普通掺入矿粉和粉煤灰(基准)，实施例1～实施例3的复合掺合料配制混凝土，在复合掺合料掺量30％以上以及降低水泥15％左右时，实施例1～实施例3配制的复合掺合料可显著改善混凝土工作性能，与对比例的基准掺合料相比，实施例其配制的混凝土和易性更好，粘聚性更好，各龄期强度发展更好，甚至超过基准组强度。这说明实施例1～实施例3配制的复合掺合料，在高掺量加入混凝土中后，各种掺合料之间的相互激发作用更好，而且在保持复合掺合料成本一致的情况下，改变配方，适当提高复合掺合料的碱度系数后，复合掺合料配制的混凝土效果更好。

另外，实施例1-3的复合掺合料配制的混凝土成本相比基准有所下降。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施方式。显然，本发明不限于以上实施方式，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种混凝土复合掺合料，其特征在于：所述复合掺合料由以下质量百分比的组分构成：CaO含量40％-60％，SO₃含量2.0％-6.0％，SiO₂含量18％-28％，Al₂O₃含量10％-18％，MgO含量3.0％-7.0％。

2.如权利要求1所述的混凝土复合掺合料，其特征在于：由以下重量百分比的组分：矿物掺合料75％-95％，功能性增强激发组分5％-25％。

3.如权利要求2所述的混凝土复合掺合料，其特征在于：所述矿物掺合料选用矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉、硅灰、凝灰岩粉等三种或三种以上掺合料制备。

4.如权利要求3所述的混凝土和和掺合料，其特征在于：矿物掺合料按重量比包括以下组分：矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的混凝土复合掺合料，其特征在于：所述功能性增强激发组分材料按重量比包括以下组分：脱硫石膏40％-60％、氧化钙5％-15％、硫酸钠1％-5％、熟石灰2％-10％、氧化铝2％-10％、硅酸钠1％-10％、醋酸钠2％-10％。

6.如权利要求2-4任一权利要求所述的混凝土复合掺合料，其特征在于：掺合料还包括外加剂修正组分，外加剂修正组分占重量百分比的0.1％-0.3％。

7.如权利要求6所述的混凝土复合掺合料，其特征在于：所述外加剂修正组分按质量比包括以下组分：聚羧酸粉体减水剂80％-95％、粉体消泡剂1.0％-5.0％。

8.权利要求1-7任一权利要求所述的混凝土复合掺合料的制备方法，选用矿渣粉40％-60％，粉煤灰10％-30％，石灰石粉10％-30％，钢渣粉5％-20％，硅灰2％-10％，凝灰岩粉10％-20％，和外加剂修正组分0.1％-0.3％、功能性增强激发组分5％-25％的比例进行混合制备，其中增强激发组分原材料含水率≤3％，然后送入磨机细磨，控制成品增强组分的细度(45μm筛余)≤15％。