CN111187023A

CN111187023A - 一种火成岩石粉用矿物改性剂

Info

Publication number: CN111187023A
Application number: CN202010035801.7A
Authority: CN
Inventors: 谢永江; 谭盐宾; 李康; 冯仲伟; 李林香; 杨鲁; 葛昕; 王浩; 王琳; 谢亮; 胡凡; 齐婧; 饶云兵
Original assignee: Beijing Tiefeng Construction Engineering Technology Co Ltd; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS; China State Railway Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Tiefeng Construction Engineering Technology Co Ltd; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS; China State Railway Group Co Ltd
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2020-05-22

Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种火成岩石粉用矿物改性剂。该矿物改性剂是由无机硅质增强材料、铝硅质增强材料、除静电助磨剂及化学激发剂组配而成的粉体材料，具有细化火成岩石粉颗粒级配、提高碱性环境下二次水化效应、改善水泥胶砂流动度及混凝土和易性等作用，能够解决单掺火成岩石粉配制混凝土密实性能不足等问题。

Description

一种火成岩石粉用矿物改性剂

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种火成岩石粉用矿物改性剂。

背景技术

近年来，随着粉煤灰、矿渣粉等传统矿物掺和料的日益短缺，寻求合适的相关替代品已成为整个建材行业研究的热点，亦是大型基础设施建设工程亟需解决的问题。

火成岩石粉（亦包括天然火山灰质材料）是指以SiO₂和Al₂O₃为主要成分的矿物原料磨成细粉，单独加水不硬化，但在石灰水中能够与氢氧化钙反应生成低碱性水化硅酸钙的矿物材料。目前，我国大约有12个省份分布有大量火成岩，且大多是由火山喷发出的碎屑物经数十万年沉积演变而来，多数以沉积岩形式存在，如凝灰岩、流纹岩、安山岩及玄武岩等。国内外研究表明，火成岩石粉与粉煤灰化学成分相近，均是以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主，且二者具有相近的水化活性，是理想的替代品。目前，国内先后颁布了《用于水泥中的火山灰质混合材料》（GB/T 2847-2005）、《水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料》（JG/T 315-2011）、《水工混凝土掺用天然火山灰质材料技术规范》（DL/T 5273-2012）、《公路工程水泥混凝土用天然火山灰质材料》（JT/T 993-2015）等系列标准指导火成岩石粉的开发和利用，但是截止到目前鲜有大中型基建工程大规模采用火成岩石粉替代粉煤灰制备混凝土，主要原因在于：（一）火成岩石粉的矿物组成及化学成分地域性差异较大，上述标准中的部分指标不易达到；（二）相比于粉煤灰，火成岩石粉存在需水量比大、潜在水化活性低、外加剂吸附量大等问题；（三）单掺火成岩石粉制备混凝土的密实性能远不如粉煤灰混凝土，体积稳定性能和抗冻性能不及粉煤灰混凝土，因此目前已用工程均是采用火成岩石粉和粉煤灰或矿粉双掺的方式制备混凝土。以上三方面原因极大限制了火成岩石粉的推广应用。

为了克服上述难题，解决我国西南等地矿物掺和料严重匮乏的问题，有力支撑川藏铁路、渝昆高铁等大型重点工程的顺利建设，亟需提出基于火成岩石粉的改性技术措施。本发明通过开展系统性火成岩石粉的性能研究、水泥—火成岩石粉胶材体系研究及制备混凝土长期耐久性能研究，研发出了适用于火成岩石粉的矿物改性剂。通过掺加适量的矿物改性剂，能够显著提升火成岩石粉的各项性能，采用改性后的火成岩质矿物掺和料制备混凝土的各项性能完全满足现行铁标相关要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种火成岩石粉用矿物改性剂，以改善火成岩石粉的各项性能，解决单掺火成岩石粉配制混凝土密实性能不足等问题。

本发明一种火成岩石粉用矿物改性剂，是由无机硅质增强材料、铝硅质增强材料、除静电助磨剂及化学激发剂组配而成的粉体材料，具有细化火成岩石粉颗粒级配、提高碱性环境下二次水化效应、改善水泥胶砂流动度及混凝土和易性等作用。

一种火成岩石粉用矿物改性剂，其比表面积应为10000~20000 m²/kg、SiO₂含量≥90%、Cl^-含量≤0.06%；掺量为30%条件下，水泥胶砂流动度比≥105%，28d抗压强度比≥110%。

一种火成岩石粉用矿物改性剂，所述无机硅质增强材料，应选用SiO₂含量不低于92%的（半加密或全加密）硅灰；

一种火成岩石粉用矿物改性剂，所述铝硅质增强材料，应选用C₂S含量不低于40%的硅酸盐水泥熟料、比表面积为400 m²/kg~600 m²/kg的磨细沸石粉、P₂O₅含量≤3.5%的磷渣粉（比表面积为400 m²/kg~600 m²/kg）中的一种或多种；

一种火成岩石粉用矿物改性剂，所述铝硅质增强材料，所述除静电助磨剂，应选用三乙醇胺、石膏、硫酸钠中的一种或多种；

一种火成岩石粉用矿物改性剂，所述化学激发剂，应选用元明粉、明矾石和其他醇胺类物质中的一种或多种。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅限于所述的实施例。

实施例1：

本实施例选用昌都地区火成岩矿物，岩性以安山岩为主；矿物改性剂由95级半加密硅灰、低热硅酸盐水泥熟料、三乙醇胺和元明粉等复配而成。分别加工磨细火成岩石粉，以及与矿物改性剂共磨后制得改性火成岩质矿物掺和料，细度均控制在12%以内。然后参照《水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料》（JG/T 315-2011）对两种火成岩质粉体材料的性能进行检测，具体性能指标见表1。

表1 火成岩质矿物掺和料的性能检测指标

检测项目	技术指标	磨细火成岩石粉	火成岩质矿物掺和料
				细度（45μm方孔筛筛余量）/%	≤20	11.6	10.8
流动度比/%	≥90	93	100
				28d活性指数/%	≥65	68	75
烧失量/%	≤8	5.2	6.0
				三氧化硫含量/%	≤3.5	0.3	0.8
氯离子含量/%	≤0.06	0.02	0.03
				含水量/%	≤1.0	0.1	0.2

由表1可知，磨细火成岩石粉和火成岩质矿物掺和料的性能均满足相关标准要求。其中，相比于磨细火成岩石粉，火成岩质矿物掺和料的流动度比从93%提高至100%，28d抗压强度比（活性指数）从68%提高至75%。

分别采用磨细火成岩石粉（HSH-1）和火成岩质矿物掺和料（HSH-2）制备C40等级混凝土，其强度和电通量试验结果如表2所示。

表2 火成岩质矿物掺和料对混凝土强度和电通量的影响

由表2可知，单掺磨细火成岩石粉制备混凝土的各龄期强度均低于单掺粉煤灰混凝土，且56d密实性能大于1200C，不满足相关标准要求。单掺火成岩质矿物掺和料制备混凝土的各龄期强度与单掺粉煤灰混凝土相近，力学性能和密实性能均可满足《铁路混凝土》（TB/T3275-2018）中的要求。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：由无机硅质增强材料、铝硅质增强材料、除静电助磨剂及化学激发剂组配而成的粉体材料，具有细化火成岩石粉颗粒级配、提高碱性环境下二次水化效应、改善水泥胶砂流动度及混凝土和易性等作用。

2.根据权利要求1所述的一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：其比表面积应为10000~20000 m²/kg、SiO₂含量≥90%、Cl^-含量≤0.06%；掺量为30%条件下，水泥胶砂流动度比≥105%，28d抗压强度比≥110%。

3.根据权利要求1所述的一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：所述无机硅质增强材料，应选用SiO₂含量不低于92%的（半加密或全加密）硅灰。

4.根据权利要求1所述的一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：所述铝硅质增强材料，应选用C₂S含量不低于40%的硅酸盐水泥熟料、比表面积为400 m²/kg~600 m²/kg的磨细沸石粉、P₂O₅含量≤3.5%的磷渣粉（比表面积为400 m²/kg~600 m²/kg）中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：所述除静电助磨剂，应选用三乙醇胺、石膏、硫酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种火成岩石粉用矿物改性剂，其特征在于：所述化学激发剂，应选用元明粉、明矾石和其他醇胺类物质中的一种或多种。