CN112094068A - 一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料及其制备方法，涉及建筑材料领域。将钢渣150～180份、矿渣160～200份、水150～180份、功能外加剂5～9份置于球配比为10～20份粒径为0.6～1.0mm，80～120份粒径为1.0～1.7mm，140～160份粒径为1.7～2.5mm的磨机中研磨40～60min得到浆状矿物掺合料。将其应用构件混凝土材料中，具有较高的工作性能，有效减少孔洞、麻面等缺陷，1d抗压强度可达20MPa以上，满足拆模强度要求，28d抗压强度满足C40混凝土要求可满足异形构件的性能需求。本发明提供的技术方案可促进建材绿色化发展，同时推动装配式建筑技术的进步，具有显著社会和环境意义。

Description

一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种适用于异形预制构件混凝土的浆状矿物掺合料及其制备方法。

背景技术

装配式建筑具有节能、节地、节水、节材和环境保护“五节一环保”的优点，符合我国环境友好型、资源节约型的发展理念。国家和地方正在积极推动装配式建筑的发展，力争10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30％，目前装配式建筑已在房建、水利等行业得到广泛应用。对于我国建筑以混凝土结构为主，混凝土预制构件的高效生产是发展装配式建筑的基础，预制混凝土是生产混凝土构件的关键原材料，其性能直接影响构件的绿色化。

随着建筑个性化的设计与发展，异形混凝土构件需求日益显著，如楼梯、带窗墙板等。异形构件由于其不规则性，在制备和生产过程中要求混凝土具有较好的工作性及密实性，尤其对于较为复杂的异形构件，无法提供振捣空间，采用普通混凝土材料易造成孔洞、麻面等缺陷，影响混凝土预制构件的使用。

混凝土构件为了达到快速脱模的目的，一般需要蒸汽养护，40-60℃养护环境促进水泥水化，从而快速达到拆模强度。为了保证生产效率，目前胶凝材料中固废的掺量控制的较低或不掺加固废矿物掺合料，而目前普通混凝土材料中固废的掺量一般为30％的水平，因此，在推动装配式建筑发展的同时，提升预制构件中的固废掺量既是促进建筑材料绿色发展，同时可有效消纳固体废弃物，缓解煤电、冶金行业的固废体废弃物带来的环境压力。

钢渣是炼钢过程中的一种副产品，由于热历史及组分特性，钢渣在利用过程中存在难磨难活化、活性低及存在潜在安定性问题，因此我国钢渣的综合利用率不足30％，目前钢渣主要应用于道路及水泥生产。而矿渣作为一种炼铁废渣，由于其具有较好的活性和易磨特性，目前在普通混凝土材料中得到已广泛应用的，在混凝土构件中得到部分应用。如：文献“C40 级钢渣砂自密实混凝土及其制备方法、预制构件”(CN107298591A)通过2-10份钢渣、2-10 玻璃微珠、2-10水泥、7-10天然骨料、2-6份再生骨料、2-10份砂和0.5-1.1份粉煤灰等材料制备了自密实混凝土材料，应用于混凝土构件，在此仅作为集料使用，未充分利用其潜在活性特征，同时由于颗粒较大存在潜在安定性问题。文献“免蒸养活性粉末混凝土”(CN200910310966.4)中报道了利用常温下进行养护的活性粉末混凝土材料，水泥、超细钢铁矿渣粉、天然砂、钢纤维、减水剂水1；0.10～0.25、1.25～1.45、0～0.25、0.01～0.04、0.15～0.28 材料制备得到免蒸养混凝土材料，仅仅用到了矿渣材料，其利用率为9-20％，仍未达到普通商品混凝土材料的固废掺量水平。在异形构件方面，一种轻质陶粒混凝土装配式预制空心楼梯及制备方法(CN201711006219.2)报道了利用括水泥，矿粉，粉煤灰，粉煤灰陶粒，水淬矿渣，珠光砂，水，外加剂及陶粒等材料制备得到一种空心楼梯，未见钢渣在此类型应用领域的报道。

发明内容

本发明的目的在于基于钢渣在构件混凝土中的应用不足，针对异形构件的性能需求，结合钢渣活性低、难磨难活化及存在潜在安定性，矿渣易磨、活性高的特性，提出一种钢渣- 矿渣协同处置的浆状矿物掺合料及其制备方法

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料的制备方法，将钢渣150～180份、矿渣160～200份、水150～180份、功能外加剂5～9份置于球配比为10～20份粒径为0.6～1.0mm， 80～120份粒径为1.0～1.7mm，140～160份粒径为1.7～2.5mm的磨机中研磨40～60min得到浆状矿物掺合料。

优选地，所述钢渣和矿渣的粒径为1～5mm。

优选地，所述的钢渣为炼钢排放的废渣，游离氧化钙含量≤4％，含水率为5-20％；所述的矿渣为炼铁所排放的废渣，氧化钙含量≥35％，碱度＞1.0，含水率5-20％。

优选地，所述功能外加剂由三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1混合得到，所述聚羧酸分子量≤1200。

优选地，所得的浆状矿物掺合料中值粒径为5-12μm。

本发明的另一目的是提供一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料，采用上述的方法制备得到。

本发明还有一个目的是提供一种适用于异形构件的混凝土，包括水泥700～850份，砂 750-800份，碎石1050-1100份，水220～250份，减水剂1-5份，浆状掺合料465～569份，其中所述浆状掺合料为权利要求6所述的浆状掺合料。

优选地，所述水泥为市售42.5普通硅酸盐水泥；砂为河砂，含泥量＜2％；碎石为5-20mm 连续集配碎石，针、片状颗粒含量＜8％；减水剂为聚羧酸减水剂、萘系、三聚氰胺类减水剂中的一种。

本发明的技术效果在于：

(1)高能效粉磨，实现高活性浆状矿物掺合料。首先，采用湿磨工艺，利于钢渣和矿渣中的活性成分溶出，研磨介质为功能组分改性的水溶液，有效降低了颗粒的表面能；其次，由于两种材料的硬度区别及活性差异，在协同粉磨过程中硬度较大钢渣颗粒(主要为RO相) 发挥磨球效应，活性较高的矿渣实现超细化，而钢渣易磨组分也得到了充分研磨，充分发挥其活性组分；第三，钢渣、矿渣等固废材料均为湿排放固废，本发明提供的技术手段可避免原料的烘干工艺，减少能耗，因此可实现高能效粉磨。

(2)所制备的混凝土具有较好的流变性、结构密实性以及安定性。由于浆状矿物掺合料在改性水溶液介质中，由于颗粒表面的水膜，可有效降低其表面能，在混凝土中相比普通掺合料具有流变性，同时掺合料细度较大，在混凝土材料中可充分发挥堆积效应、火山灰效应及诱导效应，加速水泥水化，优化混凝土硬化体的孔隙结构，从而减少构件表面的孔洞及麻面现象，可满足异形混凝土构件拆模强度及耐久性要求。

具体实施方式

下面我们结合具体的实施案例来对本发明的浆状矿物掺合料及其应用方法作进一步的详细阐述，力求从理论设计和实践应用方面更为清楚的理解本发明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

取块状钢渣150份(含水率10％)，矿渣160份(含水率8％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1配置功能外加剂5份、水150份置于球配比为10份粒径为0.6～1.0mm、80份粒径为1.0～1.7mm、140份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨45分钟，得到的浆状矿物掺合料中值粒径为11.5μm，与700份425普通硅酸盐水泥、750份砂、1050份碎石、2份聚羧酸减水剂、140份水搅拌得到混凝土材料，经8h40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

实施例2

取块状钢渣180份(含水率15％)，矿渣200份(含水率8％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1.5配置功能外加剂9份、水180份置于球配比为15份粒径为0.6～1.0mm、70份粒径为1.0～1.7mm、120份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨60分钟，得到的浆状矿物掺合料中值粒径为9.5μm，与850份425普通硅酸盐水泥、800份砂、1100份碎石、5份萘系减水剂、250份水搅拌得到混凝土材料，经8h40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

实施例3

取块状钢渣160份(含水率8％)，矿渣180份(含水率10％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1.3配置功能外加剂7份、水170份置于球配比为20份粒径为0.6～1.0mm、120份粒径为1.0～1.7mm、160份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨50分钟，得到的浆状矿物掺合料中值粒径为7μm，与800份425普通硅酸盐水泥、780份砂、1080份碎石、3份三聚氰胺减水剂、250份水搅拌得到混凝土材料，经8h40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

实施例4

取块状钢渣150份(含水率8％)，矿渣200份(含水率10％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1.3配置功能外加剂7份、水170份置于球配比为20份粒径为0.6～1.0mm、120份粒径为1.0～1.7mm、140份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨60分钟，得到的浆状矿物掺合料中值粒径为5.1μm，与850份425普通硅酸盐水泥、750份砂、1050份碎石、5份聚羧酸减水剂、245份水搅拌得到混凝土材料，经8h40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

对比例1

取块状钢渣150份(含水率10％)，矿渣160份(含水率8％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，与700份425普通硅酸盐水泥、750份砂、1050份碎石、2份聚羧酸减水剂、 290份水搅拌得到混凝土材料，经8h 40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

对比例2

取矿渣160份(含水率8％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1配置功能外加剂5份、水150份置于球配比为10份粒径为0.6～1.0mm、80份粒径为1.0～1.7mm、140份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨45分钟，与700份425普通硅酸盐水泥、750份砂、1050份碎石、2份聚羧酸减水剂、290份水搅拌得到混凝土材料，经8h 40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

对比例3

取块状钢渣150份(含水率10％)，经颚式破碎机破碎至最大粒径1mm，三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1配置功能外加剂5份、水150份置于球配比为10份粒径为0.6～1.0mm、 80份粒径为1.0～1.7mm、140份粒径为1.7～2.5mm的球磨机中粉磨45分钟，与700份425 普通硅酸盐水泥、750份砂、1050份碎石、2份聚羧酸减水剂、290份水搅拌得到混凝土材料，经8h 40℃蒸养养护，拆模后，标准养护(20℃，湿度95％)，其性能指标如表1所示。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料的制备方法，其特征在于，将钢渣150～180份、矿渣160～200份、水150～180份、功能外加剂5～9份置于球配比为10～20份粒径为0.6～1.0mm，80～120份粒径为1.0～1.7mm，140～160份粒径为1.7～2.5mm的磨机中研磨40～60min得到浆状矿物掺合料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣和矿渣的粒径为1～5mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的钢渣为炼钢排放的废渣，游离氧化钙含量≤4％，含水率为5-20％；所述的矿渣为炼铁所排放的废渣，氧化钙含量≥35％，碱度＞1.0，含水率5-20％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能外加剂由三异丙醇胺与聚羧酸减水剂按照1:1混合得到，所述聚羧酸分子量≤1200。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得的浆状矿物掺合料中值粒径为5-12μm。

6.一种适用于异形构件混凝土的浆状矿物掺合料，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到。

7.一种适用于异形构件的混凝土，其特征在于，包括水泥700～850份，砂750-800份，碎石1050-1100份，水220～250份，减水剂1-5份，浆状掺合料465～569份，其中所述浆状掺合料为权利要求6所述的浆状掺合料。

8.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于，所述水泥为市售42.5普通硅酸盐水泥；砂为河砂，含泥量＜2％；碎石为5-20mm连续集配碎石，针、片状颗粒含量＜8％；减水剂为聚羧酸减水剂、萘系、三聚氰胺类减水剂中的一种。