CN111675502B - 一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法 - Google Patents

一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石20‑30份、改性松针凋落物13‑19份，本发明的减缩剂能够填充在混凝土内部毛细孔中，抑制了加气混凝土孔隙率的增大进而保证了抗压强度，提高混凝土制品的耐久性能，具有抑碱性，低能耗、低成本，利用了废弃物，实现了资源最大化利用，还降低了工艺条件，减少了能耗和成本；属温控型，能够降低水化热。

Description

一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法。
背景技术
与普通混凝土相比，加气混凝土具有轻质、保温隔热、隔音、防火、抗震等优异性能，因此被广泛应用，但实际应用中，加气混凝土具有缺少骨料、较高气孔率等特点，结构差异导致加气混凝土收缩严重大于普通混凝土，引起的开裂、空鼓等不良现象严重限制了其推广应用。
干燥收缩是造成加气混凝土表层收缩开裂的主要收缩形式，再结合体积收缩导致的裂缝为混凝土服役期间侵蚀性离子等介质提供了快速通道，最终将加速混凝土结构的劣化，进而造成加气混凝土耐久性不理想。目前，减缩剂可以改变加气混凝土毛细孔张力，减小收缩，膨胀组分水化，体积膨胀，补偿收缩，因此，减缩剂的合理利用对加气混凝土的工程应用至关重要。
目前市场已开发研究的减缩剂主要包括NA-SP系列减缩剂、JM-SRA减缩剂(主要成分为烷基聚氧乙烯醚)、JSJ型减缩剂(主要成分为聚醚和脂肪族类高分子复合型有机物)，但仅适用于普通混凝土，并且会对混凝土抗压强度造成损失。专利申请号CN201911026268.1公开了用于加气混凝土的减缩剂为包括聚氧乙烯醚和季戊四醇，但该减缩剂仅能解决干燥收缩和自收缩问题，无法解决由于混凝土内外温差较大、降温速率过快而引起的开裂等现象。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种加气混凝土用减缩剂及其应用方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供了一种加气混凝土用减缩剂，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石20-30份、改性松针凋落物13-19份。
优选地，一种加气混凝土用减缩剂，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石24份、改性松针凋落物16份。
进一步地，所述煅烧蛇纹石，其制作方法为：将蛇纹石经球磨机研磨至过600目筛，然后将其置于160-320W条件下微波辐照10-20min，再将其与氢氧化钠混匀后，加入管式炉中进行以15-20℃/min的速率升温至420℃，保温10-15min，待冷却至室温后，用75-80℃的水浸泡20-25min，过滤后，将固形物经高温脱水、冷却即得煅烧蛇纹石；其中，蛇纹石粉与氢氧化钠的质量比为1：(2.1-2.7)。
所述高温脱水，是将固形物置于管式炉中，以10-15℃/min的速率升温至220℃，保温10-20min，然后再以20-30℃/min的速率升温至400℃，保温10-15min。
所述改性松针凋落物，其改性方法，包括如下步骤：
(1)将松针凋落物装入蒸汽爆破罐中蒸汽爆破，得蒸汽爆破松针凋落物；
(2)将蒸汽爆破松针凋落物经等离子体处理后，再与醋酸于45-60℃进行混合10-15min，即得改性松针掉落物。
步骤(1)所述蒸汽爆破过程为向蒸汽爆破罐中通入温度为130-160℃的水蒸气至压力为1.5-2.3MPa，保压120-180s瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，泄压至常压后取出。
步骤(2)所述等离子体处理，采用氧气为处理氛围，处理功率为40-50w，氧气流为0.1-0.2L/min，处理时间120-150s。
步骤(2)所述醋酸，其用量为松针凋落物质量的3-7％。
步骤(2)所述混合，是在70-80℃下，以200-300转/min的速率搅拌反应15min。
第二方面，本发明提供了一种如前述的加气混凝土用减缩剂的应用方法，其方法为：先将改性松针凋落物与煅烧蛇纹石混合均匀后，加入胶凝材料于室温下混合3-7min后，再依次加入其他助剂、水充分混合后，进行施工。
作为优选方案，所述加气混凝土用减缩剂与地沟油按照质量比1：(0.01-0.02)的比例共同掺入胶凝材料中。
作为优选方案，所述加气混凝土用减缩剂的用量为胶凝材料重量的3-5％。
本发明中，蛇纹石是一种天然的含镁硅酸盐矿物，为橄榄石的变质岩，其通式为Mg3Si2O5(OH)4，由硅氧四面体晶片和氢氧镁八面体晶片结合而成的型层状硅酸盐矿物；本发明利用碱混合煅烧蛇纹石，实现了硅镁有效分离；在煅烧前对蛇纹石进行“机械活化-微波辐照”处理，激发了蛇纹石的活性，具有以下优势：第一，降低了煅烧温度和时间，更重要的是还降低了氢氧化钠的用量，这克服了传统碱熔蛇纹石成本高的问题；第二，采用本发明工艺条件处理，将过滤滤液采用氟化钠酸碱滴定法测定硅元素含量后计算硅提取率，约为90.7％，而对比例1的硅提取率约为80.3％、对比例2的硅提取率约为77.5％，本发明中滤液可经再加工生产气相二氧化硅、白炭黑等硅制品；将高温(400℃)脱水后的产物进行物相分析和成分分析，结果显示：煅烧蛇纹石中硅元素含量减少，铁元素骤减，镁元素得到富集，活性氧化镁含量达到78.1％；再利用高温脱水、冷却步骤，使得氧化镁晶粒尺寸增大，使得氧化镁活性得以钝化，进而使得氧化镁膨胀时间变慢，避免了无效膨胀。
本发明中，利用松针凋落物，实现了废料的再利用，减缓了松针凋落物的堆积压力；本发明利用松针凋落物具有低水溶性物质含量和高木质素含量的特点，能够起到减水效果，并且利用高温高压蒸汽通过扩散作用，渗透并浸润松针凋落物的细胞壁，降压使得细胞涨破，打破木质素包裹作用和纤维素结晶结构，再用等离子体处理，使得松针凋落物表面产生羟基活性位点，能够提高物料体系的和易性，再采用醋酸浸泡，削弱了分子间、分子内的氢键作用力，增大了空间位阻，破坏了结晶区结构，同时使得松针凋落物表面含有羧基官能团，使得松针凋落物还能够用作水化热抑制组分，进而解决了自身水化放热较多导致内外温差过大而造成开裂等问题；另外，松针凋落物所含有的低水溶性物质，能够起到支撑作用，结合木质素分布在加气混凝土中产生的拉应力，进而达到减少裂缝产生的效果。更重要的是松针凋落物含有稳定碳，能够吸附碱性物质，防止混凝土返碱。
优选地，利用地沟油，油脂中C3H5(OOCR)3与氢氧化物发生反应，生成物填充于混凝土孔隙中达到降低混凝土的收缩值，同时防止泛碱现象的发生。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)耐久性高；本发明的减缩剂能够填充在混凝土内部毛细孔中，抑制了加气混凝土孔隙率的增大进而保证了抗压强度，提高混凝土制品的耐久性能。
(2)抑碱性。
(3)温控型；本发明膨胀剂能够降低水化热。
(4)低能耗、低成本。本发明不仅利用了废弃物，实现了资源最大化利用，还降低了工艺条件，减少了能耗和成本。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
本实施例以及对比例中蛇纹石，其组成如下：SiO238.97％，MgO38.13％，Fe2O313.15％，Al2O30.38％，CaO0.11％，NiO0.35％，Cr2O31.52％。
实施例1
一种加气混凝土用减缩剂，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石24份、改性松针凋落物16份；
所述煅烧蛇纹石，其制作方法为：将蛇纹石经球磨机研磨至过600目筛，然后将其置于240W条件下微波辐照15min，再将其与氢氧化钠混匀后，加入管式炉中进行以18℃/min的速率升温至420℃，保温12min，待冷却至室温后，用78℃的水浸泡21min，过滤后，将固形物经高温脱水、冷却即得煅烧蛇纹石；其中，蛇纹石粉与氢氧化钠的质量比为1：2.5；
所述高温脱水，是将固形物置于管式炉中，以13℃/min的速率升温至220℃，保温15min，然后再以25℃/min的速率升温至400℃，保温12min；
所述改性松针凋落物，其改性方法，包括如下步骤：
(1)将松针凋落物装入蒸汽爆破罐中蒸汽爆破，得蒸汽爆破松针凋落物；
(2)将蒸汽爆破松针凋落物经等离子体处理后，再与醋酸于55℃进行混合14min，即得改性松针掉落物；
步骤(1)所述蒸汽爆破过程为向蒸汽爆破罐中通入温度为150℃的水蒸气至压力为2.0MPa，保压150s瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，泄压至常压后取出；
步骤(2)所述等离子体处理，采用氧气为处理氛围，处理功率为45w，氧气流为0.15L/min，处理时间130s；
步骤(2)所述醋酸，其用量为松针凋落物质量的5％；
步骤(2)所述混合，是在75℃下，以240转/min的速率搅拌反应15min。
实施例2
一种加气混凝土用减缩剂，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石30份、改性松针凋落物19份；
所述煅烧蛇纹石，其制作方法为：将蛇纹石经球磨机研磨至过600目筛，然后将其置于320W条件下微波辐照20min，再将其与氢氧化钠混匀后，加入管式炉中进行以20℃/min的速率升温至420℃，保温15min，待冷却至室温后，用80℃的水浸泡25min，过滤后，将固形物经高温脱水、冷却即得煅烧蛇纹石；其中，蛇纹石粉与氢氧化钠的质量比为1：2.7；
所述高温脱水，是将固形物置于管式炉中，以15℃/min的速率升温至220℃，保温20min，然后再以30℃/min的速率升温至400℃，保温15min；
所述改性松针凋落物，其改性方法，包括如下步骤：
(1)将松针凋落物装入蒸汽爆破罐中蒸汽爆破，得蒸汽爆破松针凋落物；
(2)将蒸汽爆破松针凋落物经等离子体处理后，再与醋酸于60℃进行混合15min，即得改性松针掉落物；
步骤(1)所述蒸汽爆破过程为向蒸汽爆破罐中通入温度为160℃的水蒸气至压力为2.3MPa，保压180s瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，泄压至常压后取出；
步骤(2)所述等离子体处理，采用氧气为处理氛围，处理功率为50w，氧气流为0.2L/min，处理时间150s；
步骤(2)所述醋酸，其用量为松针凋落物质量的7％；
步骤(2)所述混合，是在80℃下，以300转/min的速率搅拌反应15min。
实施例3
一种加气混凝土用减缩剂，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石20份、改性松针凋落物13份；
所述煅烧蛇纹石，其制作方法为：将蛇纹石经球磨机研磨至过600目筛，然后将其置于160W条件下微波辐照10min，再将其与氢氧化钠混匀后，加入管式炉中进行以15℃/min的速率升温至420℃，保温10min，待冷却至室温后，用75℃的水浸泡20min，过滤后，将固形物经高温脱水、冷却即得煅烧蛇纹石；其中，蛇纹石粉与氢氧化钠的质量比为1：2.1；
所述高温脱水，是将固形物置于管式炉中，以10℃/min的速率升温至220℃，保温10min，然后再以20℃/min的速率升温至400℃，保温10min；
所述改性松针凋落物，其改性方法，包括如下步骤：
(1)将松针凋落物装入蒸汽爆破罐中蒸汽爆破，得蒸汽爆破松针凋落物；
(2)将蒸汽爆破松针凋落物经等离子体处理后，再与醋酸于45℃进行混合10min，即得改性松针掉落物；
步骤(1)所述蒸汽爆破过程为向蒸汽爆破罐中通入温度为130℃的水蒸气至压力为1.5MPa，保压120s瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，泄压至常压后取出；
步骤(2)所述等离子体处理，采用氧气为处理氛围，处理功率为40w，氧气流为0.1L/min，处理时间120s；
步骤(2)所述醋酸，其用量为松针凋落物质量的3％；
步骤(2)所述混合，是在70℃下，以200转/min的速率搅拌反应15min。
实施例4
在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石21份、改性松针凋落物17份。
实施例5
在实施例2的基础上，与实施例1的区别在于：按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石29份、改性松针凋落物14份。
对比例1
在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：蛇纹石未经微波辐照。
对比例2
在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：蛇纹石研磨至过200目筛。
对比例3
在实施例2的基础上，与实施例2的区别在于：将松针凋落物未经醋酸浸泡。
对比例4
在实施例3的基础上，与实施例3的区别在于：将松针凋落物未经等离子体处理。
对比例5
所述减缩剂为实施例3中煅烧蛇纹石。
对比例6
所述减缩剂为实施例2中改性松针凋落物。
对比例7
所述减缩剂为蛇纹石。
对比例8
所述减缩剂为松针凋落物。
在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：蛇纹石研磨至过200目筛。
应用例1
将上述实施例或对比例的减缩剂用于加气混凝土中，其中原材料(除减缩剂外)与《减缩剂与聚丙烯纤维对加气混凝土收缩性能的影响研究》(雷晓亮于2018年发表)相同，胶凝质量比如表1所示：
表1
普通硅酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 粉煤灰 硬脂酸钠粉 高锰酸钾 碳酸锂
1 0.12 0.3 0.024 0.0012 0.00036
加气混凝土配合比见表2所示；
表2
水 双氧水 减缩剂 减水剂
0.4 3％ 3％ 0.4％
同时以未加入减缩剂的加气混凝土作为对照组；
实验方法：先将混合均匀的减缩剂加入至胶凝材料中，于室温下混合5min后，再依次加入其他助剂、水充分混合搅拌2min后，迅速倒入相应的模具进行成型。随后将试件放入养护室养护，养护室温度为(20±2)℃，相对湿度大于90％，养护1d后脱模；
检测方法：参照《减缩剂与聚丙烯纤维对加气混凝土收缩性能的影响研究》(雷晓亮于2018年发表)第二章第3节的方法对自收缩、干燥收缩、抗压强度进行测试；返碱测试：试件尺寸为10cm×10cm×40cm，把各方案试块放入5％的硫酸钠溶液中,观察混凝土正面、侧面、背面渗水高度的变化，分别记录21d每个面上的泛碱高度，计算总泛碱量；
实验结果：
1.自收缩
与对照组相比，实施例及对比例的自收缩减少率如表3所示；
表3
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
减少率/％ 80.2 77.5 75.9 79.3 42.6 44.7
项目 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
减少率/％ 54.6 50.3 23.7 17.8 17.1 5.4
实施例5结果在实施例2与实施例4之间；
2.干燥收缩
与对照组相比，实施例及对比例的56天干燥收缩减少率如表4所示；
表4
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
减少率/％ 87.4 82.5 83.6 85.1 52.5 55.4
项目 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
减少率/％ 42.8 39.9 30.7 22.1 20.8 7.8
实施例5结果在实施例3与实施例4之间；
3.抗压强度
加气混凝土各领期抗压强度值如表5所示；
表5
Figure BDA0002534854810000101
Figure BDA0002534854810000111
实施例5结果与实施例1相近；
4.泛碱情况
对照组与实施例的21天总泛碱量情况如表6所示：
—————————————————————————————————
项目 对照组1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
泛碱量/g 6.13 0.45 0.74 0.92 0.56 0.63
应用例2
在应用例1的基础上，实验方法：先将减缩剂、地沟油加入至胶凝材料中，于室温下混合5min后，再依次加入其他助剂、水充分混合搅拌2min后，迅速倒入相应的模具进行成型。随后将试件放入养护室养护，养护室温度为(20±2)℃，相对湿度大于90％，养护1d后脱模；所述减缩剂与地沟油按照质量比1：0.02的比例共同掺入胶凝材料中；
实验结果：
1.自收缩
与对照组相比，实施例及对比例的自收缩减少率如表7所示；
表7
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
减少率/％ 85.2 81.6 79.5 83.4 47.5 48.8
项目 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
减少率/％ 56.3 53.7 28.1 21.6 19.2 10.1
实施例5的结果与实施例2相近；
2.干燥收缩
与对照组相比，实施例及对比例的56天干燥收缩减少率如表8所示；
表8
——————————————————————————————————
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
减少率/％ 88.3 84.7 86.1 88.7 54.1 55.6
项目 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
减少率/％ 46.3 41.5 32.2 25.5 22.7 8.6
实施例5的结果在实施例2与实施例3之间；
3.抗压强度
加气混凝土各领期抗压强度值如表9所示；
表9
Figure BDA0002534854810000121
Figure BDA0002534854810000131
实施例5的结果与实施例3相近。

Claims (8)

1.一种加气混凝土用减缩剂，其特征在于，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石20-30份、改性松针凋落物13-19份；
所述煅烧蛇纹石，其制作方法为：将蛇纹石经球磨机研磨至过600目筛，然后将其置于160-320W条件下微波辐照10-20min，再将其与氢氧化钠混匀后，加入管式炉中进行以15-20℃/min的速率升温至420℃，保温10-15min，待冷却至室温后，用75-80℃的水浸泡20-25min，过滤后，将固形物经高温脱水、冷却即得煅烧蛇纹石；其中，蛇纹石粉与氢氧化钠的质量比为1：(2.1-2.7)；
所述改性松针凋落物，其改性方法，包括如下步骤：
(1)将松针凋落物装入蒸汽爆破罐中蒸汽爆破，得蒸汽爆破松针凋落物；
(2)将蒸汽爆破松针凋落物经等离子体处理后，再与醋酸于45-60℃进行混合10-15min，即得改性松针掉落物。
2.如权利要求1所述加气混凝土用减缩剂，其特征在于，按重量份计包括如下组分：煅烧蛇纹石24份、改性松针凋落物16份。
3.如权利要求1所述加气混凝土用减缩剂，其特征在于，所述高温脱水，是将固形物置于管式炉中，以10-15℃/min的速率升温至220℃，保温10-20min，然后再以20-30℃/min的速率升温至400℃，保温10-15min。
4.如权利要求1所述加气混凝土用减缩剂，其特征在于，步骤(1)所述蒸汽爆破过程为向蒸汽爆破罐中通入温度为130-160℃的水蒸气至压力为1.5-2.3MPa，保压120-180s瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，泄压至常压后取出。
5.如权利要求1所述加气混凝土用减缩剂，其特征在于，步骤(2)所述等离子体处理，采用氧气为处理氛围，处理功率为40-50w，氧气流为0.1-0.2L/min，处理时间120-150s。
6.如权利要求1或2所述加气混凝土用减缩剂的应用方法，其特征在于，其应用方法为：先将改性松针凋落物与煅烧蛇纹石混合均匀后，加入胶凝材料于室温下混合3-7min后，再依次加入其他助剂、水充分混合后，进行施工。
7.如权利要求1或2所述加气混凝土用减缩剂的应用方法，其特征在于，其应用方法为：所述加气混凝土用减缩剂与地沟油按照质量比1：(0.01-0.02)的比例共同掺入胶凝材料中。
8.如权利要求6或7所述加气混凝土用减缩剂的应用方法，其特征在于，所述加气混凝土用减缩剂的用量为胶凝材料重量的3-5％。
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