CN111574095A - 一种性能调节型矿物掺和料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种性能调节型矿物掺和料及其制备方法，此性能调节型矿物掺和料的组成包括和易性调节型、强度调节型、体积收缩调节型的一种或多种矿物掺和料；和易性调节型矿物掺和料的组分包括有粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉和化学外加剂；强度调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高活性超细粉和化学外加剂；体积收缩调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高硫高钙相超细粉和化学外加剂；各超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm；化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂；此方案能够改善水泥混凝土的和易性、强度和体积收缩性能，满足混凝土不同性能要求的提升。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土矿物掺和料领域，特别涉及一种性能调节型矿物掺和料及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土是当今世界上用量最大、用途最广的土木与建筑工程结构材料，已成为人类社会发展的物质基础，且未来相当长时间内水泥混凝土材料仍将是人类最重要的建筑材料之一。然而，随着现代土木工程结构设计理论方法以及施工技术的发展，现代结构工程正在朝着大跨度、大深度、长距离、超高层的方向迅速发展，这对混凝土的性能提出了高性能化的要求，包括要更好的和易性或工作性、更高的强度、更优的耐久性。
目前，混凝土的高性能化，一方面采用配合比及原材料的优化的措施，如通过降低水胶比来提高混凝土强度，但也会引起混凝土和易性变差的问题；另一方面，通常也采用掺入矿物掺和料的方法来实现，但目前由于工业废渣的种类繁多、成分易波动、物理化学特征各异，制备成的矿物掺和料往往对混凝土的和易性、强度或体积稳定性产生较大影响，难以满足现代水泥混凝土高性能化的要求。为此，迫切需要高品质/高性能甚至对水泥混凝土性能具有优化改善作用的功能性矿物掺和料，以满足现代水泥混凝土的高性能化需求。
从工业废渣的矿物特性及物理化学性质入手，利用其自身优点，并通过先进加工工艺及设备制备成相应的功能型矿物掺和料，是提高工业废渣作为矿物掺和料的一种重要思路，但目前这方面的研究与应用工作缺乏，没有充分开展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能调节型矿物掺和料及其制备方法，以解决现有技术缺乏功能性矿物掺和料的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种性能调节型矿物掺和料，包括和易性调节型矿物掺和料、强度调节型矿物掺和料、体积收缩调节型矿物掺和料的一种或多种；所述和易性调节型矿物掺和料的组分包括有粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉和化学外加剂；所述强度调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高活性超细粉和化学外加剂；所述体积收缩调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高硫高钙相超细粉和化学外加剂；所述粘聚性调节超细粉、所述流动性调节超细粉、所述高活性超细粉和所述高硫钙相超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm；所述化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂。
在其中一个实施例中，所述和易性调节型矿物掺和料由10～20％的所述粘聚性调节超细粉、60～80％的所述流动性调节超细粉和0～0.3％的所述化学外加剂组成。
在其中一个实施例中，所述强度调节型矿物掺和料由5～25％的所述流动性调节超细粉、70～80％的所述高活性超细粉和0～0.5％的所述化学外加剂组成。
在其中一个实施例中，所述体积收缩调节型矿物掺和料由10～30％的所述流动性调节超细粉、60～80％的所述高硫高钙相超细粉和0～0.2％的所述化学外加剂组成。
在其中一个实施例中，所述的粘聚性调节超细粉为分选的硅铁厂烟道灰、工业硅厂烟道灰、脱硅锆厂烟道灰中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述流动性调节超细粉是磨细分选的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、煤气化炉超细灰中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述高活性超细粉为超细高炉矿渣粉、超细偏高岭土中的一种或两种。
在其中一个实施例中，所述高硫高钙相超细粉为磨细分选的超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉中的一种或两种。
在其中一个实施例中，所述化学外加剂由0～5％三乙醇胺硼酸酯、0～15％木钙、5～10％N-甲基二乙醇胺、0～8％单乙醇二异丙醇胺、0～10％醋酸钠、2～8％糖蜜和55～75％水组成。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种性能调节型矿物掺和料的制备方法，包括如下步骤，
步骤S1，采用超细粉磨工艺磨细或分选出相应的超细粉，所述超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm，所述超细粉包括粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉、高活性超细粉和高硫高钙相超细粉；
步骤S2，按照组成比例先将木钙和醋酸钠溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺硼酸酯、N-甲基二乙醇胺、单乙醇二异丙醇胺和糖蜜，混合均匀会后制备成化学外加剂，所述化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂；
步骤S3，分别按照所述和易性调节型矿物掺和料、所述强度调节型矿物掺和料、所述体积收缩调节型矿物掺和料的组成比例，将相应组分的所述超细粉与所述化学外加剂混合均匀，其中所述化学外加剂以喷雾方式喷洒在所述超细粉表面，从而制备成所对应的不同性能调节型矿物掺和料。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的矿物掺和料包括和易性调节型、强度调节型、体积收缩调节型等多种类型，不仅充分利用工业废渣，还有效调节水泥混凝土的和易性或强度或体积稳定性，克服了传统工业废渣作为矿物掺合料常引起水泥混凝土性能降低或变劣的不足。
2、本发明充分利用硅铁厂烟道灰、工业硅厂烟道灰、脱硅锆厂烟道灰具有非晶态及内部疏水多孔、颗粒细小的特性，可有效改善水泥混凝土的浆体粘附性、泌水等问题，将其作为本发明的粘聚性调节组分；并利用煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、煤气化炉超细灰多呈现球状或特殊形貌，具有较好的形态效应、微集料效应等，可有效改善掺固废掺和料水泥混凝土流动性差的问题，将其作为本发明流动性调节组分。并进一步，将两种功能组分复合制备成和易性调节型矿物掺和料，可充分发挥组分协同叠加效应，改善和提升水泥混凝土的和易性，使制备的水泥混凝土具有粘聚性与流动性好的特点。
3、本发明充分利用0～8μm的超细高炉矿渣粉、超细偏高岭土表现出的优异活性效应和微集料填充效应，将其作为本发明的强度调节型矿物掺和料组分，可以有效克服普通矿物掺和料对水泥混凝土早期强度的影响，提升水泥混凝土的强度发展，优化其微观结构。
4、本发明充分利用超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉含较多硫酸钙相的特点，并将其进行超细粉磨使其硫酸钙相的硬壳结构破坏，使其活性提高，避免其后期延迟钙矾石的生成，尤其本发明所用的0-8μm超细粉具有补偿水泥混凝土因收缩引起的体积变形，对水泥混凝土起到体积收缩调节的功能。
5、本发明的外加剂组分中的三乙醇胺硼酸酯、N-甲基二乙醇胺、单乙醇二异丙醇胺不仅具有分散超细粉的作用，避免其团聚现象，而且还具有络合胶凝材料钙离子的作用，尤其促进矿物掺和料活性提升；木钙具有辅助优化水泥混凝土和易性的作用，醋酸钠和糖蜜组分具有辅助调节水化速率的作用。本发明将这几种不同组分复合制备而成辅助外加剂，不仅进一步促进性能调节型矿物掺和料的发挥，也可提高其对不同水泥混凝土材料的适应性。
6、与现有矿物掺和料相比，本发明属于两用或多用型掺和料，不仅能代替水泥用量，还能有效改善水泥混凝土性能，尤其，能满足现代高强、高性能混凝土的要求，这是现有的普通矿物掺和料很难做到的。同时，本发明的性能调节型矿物掺和料的附加值、市场竞争力高、属于高性能矿物掺和料，具有引领同类技术的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种性能调节型矿物掺和料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明公开了一种性能调节型矿物掺和料，包括和易性调节型矿物掺和料、强度调节型矿物掺和料、体积收缩调节型矿物掺和料的一种或多种；和易性调节型矿物掺和料的组分包括有粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉和化学外加剂；强度调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高活性超细粉和化学外加剂；体积收缩调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高硫高钙相超细粉和化学外加剂；粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉、高活性超细粉和高硫钙相超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm；化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂。
其中，所述和易性调节型矿物掺和料由10～20％的粘聚性调节超细粉、60～80％的流动性调节超细粉和0～0.3％的化学外加剂组成；所述强度调节型矿物掺和料由5～25％的流动性调节超细粉、70～80％的高活性超细粉和0～0.5％的化学外加剂组成；所述体积收缩调节型矿物掺和料由10～30％的流动性调节超细粉、60～80％的高硫高钙相超细粉和0～0.2％的化学外加剂组成。
具体的，所述的粘聚性调节超细粉为分选的硅铁厂烟道灰、工业硅厂烟道灰、脱硅锆厂烟道灰中的一种或多种；所述流动性调节超细粉是磨细分选的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、煤气化炉超细灰中的一种或多种；所述高活性超细粉为超细高炉矿渣粉、超细偏高岭土中的一种或两种；所述高硫高钙相超细粉为磨细分选的超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉中的一种或两种；所述化学外加剂由0～5％三乙醇胺硼酸酯、0～15％木钙、5～10％N-甲基二乙醇胺、0～8％单乙醇二异丙醇胺、0～10％醋酸钠、2～8％糖蜜和55～75％水组成。
而为了制成上述的性能调节型矿物掺和料，本发明还提供了性能调节型矿物掺和料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1，采用超细粉磨工艺磨细或分选出相应的超细粉，超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm，超细粉包括粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉、高活性超细粉和高硫高钙相超细粉；
步骤S2，按照组成比例先将木钙和醋酸钠溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺硼酸酯、N-甲基二乙醇胺、单乙醇二异丙醇胺和糖蜜，混合均匀后制备成化学外加剂，化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂；
步骤S3，分别按照和易性调节型矿物掺和料、强度调节型矿物掺和料、体积收缩调节型矿物掺和料的组成比例，将相应组分的超细粉与化学外加剂混合均匀，其中化学外加剂以喷雾方式喷洒在超细粉表面，从而制备成所对应的不同性能调节型矿物掺和料。
需要指出，上述的步骤S1和步骤S2并非限定为顺序执行，即可以是先执行步骤S2，再执行步骤S2，也可以是先执行步骤S2，然后再执行步骤S1，具体根据需求进行选择便可。
综上可知，利用此方法便可制成上述的性能调节型矿物掺和料，此性能调节型矿物掺和料至少具备以下有益效果：
1、本发明的矿物掺和料包括和易性调节型、强度调节型、体积收缩调节型等多种类型，不仅充分利用工业废渣，还有效调节水泥混凝土的和易性或强度或体积稳定性，克服了传统工业废渣作为矿物掺合料常引起水泥混凝土性能降低或变劣的不足。
2、本发明充分利用硅铁厂烟道灰、工业硅厂烟道灰、脱硅锆厂烟道灰具有非晶态及内部疏水多孔、颗粒细小的特性，可有效改善水泥混凝土的浆体粘附性、泌水等问题，将其作为本发明的粘聚性调节组分；并利用煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、煤气化炉超细灰多呈现球状或特殊形貌，具有较好的形态效应、微集料效应等，可有效改善掺固废掺和料水泥混凝土流动性差的问题，将其作为本发明流动性调节组分。并进一步，将两种功能组分复合制备成和易性调节型矿物掺和料，可充分发挥组分协同叠加效应，改善和提升水泥混凝土的和易性，使制备的水泥混凝土具有粘聚性与流动性好的特点。
3、本发明充分利用0～8μm的超细高炉矿渣粉、超细偏高岭土表现出的优异活性效应和微集料填充效应，将其作为本发明的强度调节型矿物掺和料组分，可以有效克服普通矿物掺和料对水泥混凝土早期强度的影响，提升水泥混凝土的强度发展，优化其微观结构。
4、本发明充分利用超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉含较多硫酸钙相的特点，并将其进行超细粉磨使其硫酸钙相的硬壳结构破坏，使其活性提高，避免其后期延迟钙矾石的生成，尤其本发明所用的0-8μm超细粉具有补偿水泥混凝土因收缩引起的体积变形，对水泥混凝土起到体积收缩调节的功能。
5、本发明的外加剂组分中的三乙醇胺硼酸酯、N-甲基二乙醇胺、单乙醇二异丙醇胺不仅具有分散超细粉的作用，避免其团聚现象，而且还具有络合胶凝材料钙离子的作用，尤其促进矿物掺和料活性提升；木钙具有辅助优化水泥混凝土和易性的作用，醋酸钠和糖蜜组分具有辅助调节水化速率的作用。本发明将这几种不同组分复合制备而成辅助外加剂，不仅进一步促进性能调节型矿物掺和料的发挥，也可提高其对不同水泥混凝土材料的适应性。
6、与现有矿物掺和料相比，本发明属于两用或多用型掺和料，不仅能代替水泥用量，还能有效改善水泥混凝土性能，尤其，能满足现代高强、高性能混凝土的要求，这是现有的普通矿物掺和料很难做到的。同时，本发明的性能调节型矿物掺和料的附加值、市场竞争力高、属于高性能矿物掺和料，具有引领同类技术的特点。
为便于进行具体说明，下文提供了多个具体的实施例。
实施例1
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的硅铁厂烟道灰、煤粉炉超细粉煤灰；其次，依次将70％水、15％木钙、8％N-甲基二乙醇胺和7％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将15％的硅铁厂烟道灰和70％的煤粉炉超细粉煤灰均匀混合的同时，将0.1％的微量外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种和易性调节型矿物掺和料。
实施例2
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的工业硅厂烟道灰、煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠；其次，依次将70％水、15％木钙、8％N-甲基二乙醇胺和7％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将15％的工业硅厂烟道灰、35％的煤粉炉超细粉煤灰与35％粉煤灰微珠均匀混合的同时，将0.1％的化学外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种和易性调节型矿物掺和料。
实施例3
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的煤粉炉超细粉煤灰、超细高炉矿渣粉；其次，依次将68％水、10％醋酸钠、5％三乙醇胺硼酸酯、10％N-甲基二乙醇胺、5％单乙醇二异丙醇胺和2％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将15％煤粉炉超细粉煤灰、70％的超细高炉矿渣粉均匀混合的同时，将0.15％的化学外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种强度调节型矿物掺和料。
实施例4
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、超细高炉矿渣粉和超细偏高岭土；其次，依次将65％水、5％木钙、5％醋酸钠、5％三乙醇胺硼酸酯、10％N-甲基二乙醇胺、5％单乙醇二异丙醇胺和5％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将15％煤粉炉超细粉煤灰、5％粉煤灰微珠、40％的超细高炉矿渣粉、30％超细偏高岭土均匀混合的同时，将0.15％的化学外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种强度调节型矿物掺和料。
实施例5
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、超细循环流化床粉煤灰；其次，依次将70％水、5％木钙、8％醋酸钠、5％三乙醇胺硼酸酯、7％单乙醇二异丙醇胺和5％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将10％煤粉炉超细粉煤灰、10％粉煤灰微珠、60％超细循环流化床粉煤灰均匀混合的同时，将0.1％的化学外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种体积收缩调节型矿物掺和料。
实施例6
首先，采用超细粉磨工艺磨细或分选出粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉；其次，依次将70％水、5％木钙、8％醋酸钠、5％三乙醇胺硼酸酯、7％单乙醇二异丙醇胺和5％糖蜜混合均匀制成化学外加剂；最后，将15％煤粉炉超细粉煤灰、5％粉煤灰微珠、35％超细循环流化床粉煤灰、35％超细锂渣粉均匀混合的同时，将0.1％的化学外加剂以喷雾方式喷洒在颗粒表面，从而获得一种体积收缩调节型矿物掺和料。
相关实验及结果
将实施例1～实施例6得到的不同性能调节型矿物掺和料，进行水泥混凝土性能对比试验，其所用的配合比如表1所示，试验结果如表2所示。
表1混凝土性能对比试验所用的配合比/kg/m3
表2混凝土性能对比试验结果
由表2结果可以看出，分别采用上述本发明的六个实施例的不同性能调节型矿物掺合料可有效改善水泥混凝土的和易性、强度和体积收缩性能，满足混凝土不同性能要求的提升。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种性能调节型矿物掺和料，其特征在于，
包括和易性调节型矿物掺和料、强度调节型矿物掺和料、体积收缩调节型矿物掺和料的一种或多种；
所述和易性调节型矿物掺和料的组分包括有粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉和化学外加剂；
所述强度调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高活性超细粉和化学外加剂；
所述体积收缩调节型矿物掺和料的组分包括有流动性调节超细粉、高硫高钙相超细粉和化学外加剂；
所述粘聚性调节超细粉、所述流动性调节超细粉、所述高活性超细粉和所述高硫钙相超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm；
所述化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂。
2.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述和易性调节型矿物掺和料由10～20％的所述粘聚性调节超细粉、60～80％的所述流动性调节超细粉和0～0.3％的所述化学外加剂组成。
3.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述强度调节型矿物掺和料由5～25％的所述流动性调节超细粉、70～80％的所述高活性超细粉和0～0.5％的所述化学外加剂组成。
4.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述体积收缩调节型矿物掺和料由10～30％的所述流动性调节超细粉、60～80％的所述高硫高钙相超细粉和0～0.2％的所述化学外加剂组成。
5.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述的粘聚性调节超细粉为分选的硅铁厂烟道灰、工业硅厂烟道灰、脱硅锆厂烟道灰中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述流动性调节超细粉是磨细分选的煤粉炉超细粉煤灰、粉煤灰微珠、煤气化炉超细灰中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述高活性超细粉为超细高炉矿渣粉、超细偏高岭土中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述高硫高钙相超细粉为磨细分选的超细循环流化床粉煤灰、超细锂渣粉中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的性能调节型矿物掺和料，其特征在于，所述化学外加剂由0～5％三乙醇胺硼酸酯、0～15％木钙、5～10％N-甲基二乙醇胺、0～8％单乙醇二异丙醇胺、0～10％醋酸钠、2～8％糖蜜和55～75％水组成。
10.一种性能调节型矿物掺和料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤S1，采用超细粉磨工艺磨细或分选出相应的超细粉，所述超细粉的颗粒粒径＜8μm，中值粒径D50＝3±1μm，所述超细粉包括粘聚性调节超细粉、流动性调节超细粉、高活性超细粉和高硫高钙相超细粉；
步骤S2，按照组成比例先将木钙和醋酸钠溶解于水中，然后依次加入三乙醇胺硼酸酯、N-甲基二乙醇胺、单乙醇二异丙醇胺和糖蜜，混合均匀后制备成化学外加剂，所述化学外加剂为具有辅助调节功能固含量为25～45％的液体添加剂；
步骤S3，分别按照所述和易性调节型矿物掺和料、所述强度调节型矿物掺和料、所述体积收缩调节型矿物掺和料的组成比例，将相应组分的所述超细粉与所述化学外加剂混合均匀，其中所述化学外加剂以喷雾方式喷洒在所述超细粉表面，从而制备成所对应的不同性能调节型矿物掺和料。
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