CN112047666B - 一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，其由以下质量份的组分组成，300‑600份高炉镍铁渣粉，200‑400份沸石粉，50‑100份电石渣，30‑90份氢氧化钠，20‑60份硅酸钠，30‑50份调凝剂，10‑20份ASA树脂乳液，600‑1100份机制砂，100‑300份水渣，3‑6份增稠剂，1‑20份钢纤维，170‑300份水。本发明喷射混凝土水泥用量少、韧性高、耐久性好，且使用大量工业废弃物，有利于环保。

Description

一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土
技术领域
本发明属于喷射混凝土技术领域，具体涉及一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土。
背景技术
喷射混凝土是使用混凝土喷射机械，以压缩空气为动力，将水泥、石子、砂、水、掺合料及外加剂(主要为速凝剂)按预先设计的配合比混合，通过软管或管道将其直接喷射到待喷表面的一种快速施工材料。喷射混凝土与浇筑混凝土相比，具有终凝时间快、早期强度高、施工方便灵活等特点，主要应用在隧道、矿井、地下工程、边坡等混凝土难以浇筑成型的施工环境。近年来，随着我国大量建筑进入老化期，大量建筑物需要进行改造、修复、加固，喷射混凝土作为加固修补材料已越来越受到重视，尤其在军事抢修抢建方面，喷射混凝土也具有十分广阔的应用前景。然而目前抢修抢建用喷射混凝土存在早期强度相对较低、后期强度较低、韧性相对较差、后期干燥收缩大易开裂、孔隙率较高、耐久性和环境适应性较差等问题。
中国发明专利201410394916.X采用普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水、精细骨料、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、可再分散乳胶粉、改性膨润土、羟丙基甲基纤维素、聚羧酸系减水剂和聚乙烯醇纤维配制了能用于喷射的超高韧性水泥基复合材料。该复合材料没有利用速凝剂，而是利用铝酸盐水泥改进了普通硅酸盐水泥的凝结时间，但是铝酸盐水泥存在后期强度倒缩的问题，不利于混凝土的耐久性。
由于普通混凝土凝结时间较长，而喷射混凝土要求的凝结时间较短，一般初凝时间小于3分钟，终凝时间小于8分钟，为达到这个目的，喷射混凝土中往往要加速凝剂，使普通混凝土的凝结时间由几个小时缩短到几分钟，改变了水泥混凝土的整个水化过程，提高了混凝土的孔隙率，不利于混凝土的耐久性，特别是混凝土后期强度会倒缩，而加固工程对于加固材料的耐久性要求较高，并且为使喷射混凝土具有较低的回弹量(回弹量主要指的是在混凝土喷射过程中，集料、水或已经拌好的混凝土喷射到被加固的工程上，由于混凝土不能及时凝结，部分掉落的混凝土就是喷射混凝土的回弹量)，水泥用量都非常高，每方混凝土水泥用量达到了450～480kg，使得喷射混凝土的成本很高，而且水泥的生产会排放大量CO2，利用大量水泥不利于环保。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中普通超高韧性喷射混凝土存在的水泥用量大、耐久性差的问题，提供一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土。
技术方案
一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，由以下质量份的组分组成：
300-600份高炉镍铁渣粉，200-400份沸石粉，50-100份电石渣，30-90份氢氧化钠，20-60份硅酸钠，30-50份调凝剂，10-20份ASA树脂乳液，600-1100份机制砂，100-300份水渣，3-6份增稠剂，1-20份钢纤维，170-300份水。
所述高炉镍铁渣粉的CaO含量大于40％，MgO含量大于10％；所述机制砂粒径小于10mm。
所述沸石粉是由天然沸石粉在300-600℃煅烧30-60min后制得的。
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分是将40-70份锂渣、10-30份煤矸石粉、20-40份偏高岭土、1-10份铁粉和1-10份铝粉混合后，在700-1100℃下煅烧30-90min后制得；所述B组分由30-50份硝酸钙、10-30份氯化钙、20-40份硫酸钙、5-10份葡萄糖酸钙混合而成；所述A组分与B组分的重量比为8：(3-16)。
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
所述水渣的粒径为0.15-1.2mm。
所述增稠剂为淀粉磷酸钠。
所述钢纤维长度为5-15mm。
上述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，混合均匀，即得。
本发明的有益效果：
1)本发明没有利用水泥，而是利用固体废弃物高炉镍铁渣制备喷射混凝土，由于高炉镍铁渣中含有大量的活性氧化镁，在碱激发条件下可以生成水滑石等相，提高了喷射混凝土的耐久性。
2)利用高温处理沸石粉，可以提高沸石粉中SiO2与Al2O3的活性，同时利用电石渣调整碱激发高炉镍铁渣中的体系中的CaO含量，可以提高碱激发高炉镍铁渣的强度。
3)本发明利用高温煅烧40～70份锂渣、10～30份煤矸石粉、20～40份偏高岭土、1～10份铁粉、1-10份铝粉组成，来制备调凝剂A组分，利用30～50份硝酸钙、10-30份氯化钙、20～40份硫酸钙、5～10份葡萄糖酸钙来制备调凝剂B组分，可以有效改善碱激发材料的凝结时间，同时对喷射混凝土后期强度的不利作用较小。
4)ASA树脂是丙烯腈由丙烯腈(A)、苯乙烯(S)和丙烯酸丁酯(A)组成的熔融共混物，也称为AAS树脂，具有耐候、耐腐蚀等性能。本发明利用ASA树脂的优良耐久性能，采用丙烯酸钠、硫酸胺、三乙醇胺、双丙烯酰胺等，通过乳液聚合法改性ASA树脂，制备亲水性ASA树脂乳液，可以填充混凝土的孔径、提高混凝土的匀致性、粘聚性与稠度。另外，丙烯酸乳液除了调整本发明的稠度外，还可以与ASA树脂发生聚合反应，从而可以调整、缩短喷射混凝土的凝结时间，从而减少无机调凝剂的使用，减少无机调凝剂对强度的不利影响。
5)机制砂一般小粒径比较少，在使用过程中需要提高浆体含量来提高混凝土的工作性与流动性。本发明利用小粒径水渣与机制砂搭配，来调整碱激发高炉镍铁渣的骨料集配，可以减少胶凝材料的使用，同时，水渣的主要成分主要为矿渣，在碱激发条件下可以与碱反应，增强浆体与骨料的界面结合力，从而提高混凝土的强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
下述实施例中，所用高炉镍铁渣粉的比表面积大于400m2/kg，高炉镍铁渣粉中CaO含量大于40％，MgO含量大于10％；水渣的粒径为0.15-1.2mm；电石渣中CaO含量大于15％；高炉镍铁渣粉、水渣和电石渣均由江苏融达新材料有限公司提供，但不限于此。
实施例1
一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，由以下质量份的组分组成：
600份高炉镍铁渣粉，沸石粉200份，电石渣50份，氢氧化钠溶液90份，硅酸钠溶液20份，调凝剂50份，ASA树脂乳液20份，机制砂1100份，水渣300份，增稠剂淀粉磷酸钠6份，钢纤维20份，水170份。
所述沸石粉是由天然沸石粉在600℃煅烧40min后制得的；钢纤维长度为5-15mm。
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分由70份锂渣、10份煤矸石粉、40份偏高岭土、1份铁粉、10份铝粉组成，烧成温度在1100℃；所述B组分由50份硝酸钙、10份氯化钙、20份硫酸钙、5份葡萄糖酸钙组成；所述A组分与B组分的比例为8:3。
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
上述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，搅拌30s混合均匀，即得。
实施例2
一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土由以下质量份组成：
高炉镍铁渣粉300份、沸石粉400份、电石渣100份、氢氧化钠溶液30份、硅酸钠溶液60份、调凝剂30份、ASA树脂乳液10份、机制砂600份、水渣100份、增稠剂淀粉磷酸钠3份、钢纤维1份、水300份。
所述沸石粉是由天然沸石粉在300℃煅烧50min后制得的；钢纤维长度为5-15mm。
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分由40份锂渣、30份煤矸石粉、20份偏高岭土、10份铁粉、1份铝粉组成，烧成温度在700℃；所述B组分由30份硝酸钙、30份氯化钙、40份硫酸钙、10份葡萄糖酸钙组成；所述A组分与B组分的比例为1:2。
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
上述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，搅拌60s混合均匀，即得。
实施例3
一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土由以下质量份组成：
高炉镍铁渣粉500份、沸石粉300份、电石渣80份、氢氧化钠溶液70份、硅酸钠溶液50份、调凝剂40份、ASA树脂乳液15份、机制砂800份、水渣200份、增稠剂淀粉磷酸钠5份、钢纤维15份、水200份。
所述沸石粉是由天然沸石粉在500℃煅烧35min后制得的；钢纤维长度为5-15mm。
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分由50份锂渣、20份煤矸石粉、30份偏高岭土、5份铁粉、5份铝粉组成，烧成温度在1000℃；所述B组分由40份硝酸钙、20份氯化钙、30份硫酸钙、7份葡萄糖酸钙组成；所述A组分与B组分的比例为2:1。
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
上述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，搅拌40s混合均匀，即得。
实施例4
一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土由以下质量份组成：
高炉镍铁渣粉400份、沸石粉300份、电石渣70份、氢氧化钠溶液60份、硅酸钠溶液60份、调凝剂50份、ASA树脂乳液20份、机制砂900份、水渣200份、增稠剂淀粉磷酸钠5份、钢纤维15份、水250份。
所述沸石粉是由天然沸石粉在500℃煅烧40min后制得的；钢纤维长度为5-15mm。
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分由70份锂渣、30份煤矸石粉、40份偏高岭土、8份铁粉、8份铝粉组成，烧成温度在1100℃；所述B组分由30份硝酸钙、20份氯化钙、20份硫酸钙、10份葡萄糖酸钙组成；所述A组分与B组分的比例为1:2。
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
上述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，搅拌50s混合均匀，即得。
对比例1
某市售普通超高韧性喷射混凝，其组分配比如下：52.5水泥450份、硅灰45份、中砂800份、石子700、纤维素醚类增稠剂10份、硫铝酸钙类速凝剂10份、聚羧酸减水剂5份、水180份。
制备方法：将上述材料混合搅拌均匀即可。
性能测试：
测试实施例1-4的碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的力学性能和耐久性，并与对比例1的喷射混凝土进行对比，混凝土力学性能与耐久性能测试参照《普通混凝土力学试验方法》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)执行。测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002665167290000061
由表1可以看出，相同强度等级的普通超高韧性喷射混凝土和本发明实施例1-4的碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土相比：实施例1-4的碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土回弹率更低，耐久性远远高于普通超高韧性喷射混凝土。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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 (5)

1.一种碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，其特征在于，
由以下质量份的组分组成：
300-600份高炉镍铁渣粉，200-400份沸石粉，50-100份电石渣，30-90份氢氧化钠，20-60份硅酸钠，30-50份调凝剂，10-20份ASA树脂乳液，600-1100份机制砂，100-300份水渣，3-6份增稠剂，1-20份钢纤维，170-300份水；
所述高炉镍铁渣粉的CaO含量大于40％，MgO含量大于10％；
所述机制砂粒径小于10mm；
所述沸石粉是由天然沸石粉在300-600℃煅烧30-60min后制得的；
所述调凝剂由A组分与B组分两部分组成，所述A组分是将40-70份锂渣、10-30份煤矸石粉、20-40份偏高岭土、1-10份铁粉和1-10份铝粉混合后，在700-1100℃下煅烧30-90min后制得；
所述B组分由30-50份硝酸钙、10-30份氯化钙、20-40份硫酸钙、5-10份葡萄糖酸钙混合而成；
所述A组分与B组分的重量比为8：3-16；
所述ASA树脂乳液是在采用乳液聚合法制备ASA树脂过程中加入ASA树脂原材料丙烯腈摩尔份数0.5倍的丙烯酸钠、1.5倍的硫酸胺、0.2倍的三乙醇胺和1.8倍的双丙烯酰胺进行改性得到的，其中ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸丁酯组成的共聚物。
2.如权利要求1所述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，其特征在于，所述水渣的粒径为0.15-1.2mm。
3.如权利要求1所述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，其特征在于，所述增稠剂为淀粉磷酸钠。
4.如权利要求1所述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土，其特征在于，所述钢纤维长度为5-15mm。
5.如权利要求1-4任一项所述碱激发高炉镍铁渣喷射混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按计量比称取氢氧化钠、硅酸钠、水，搅拌混合均匀，得到混合溶液；
2)按计量比称取高炉镍铁渣粉、沸石粉、电石渣、调凝剂、机制砂、水渣、增稠剂、钢纤维，并搅拌均匀，得到混合料；
3)将步骤1)得到的混合溶液加入到步骤2)的混合料中，搅拌混合，并在搅拌的过程中加入ASA树脂乳液，混合均匀，即得。
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