CN112121884A - 基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，涉及人工火山灰质材料制备技术领域，其技术方案要点是：包括以下步骤：S1、采用破碎机将开采的天然火山岩块破碎至细小颗粒状，得天然火山岩颗粒(其二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝总含量大于70％)；S2、采用球磨机对天然火山岩颗粒进行球磨，以多个不同重量的磨料钢球为研磨介质；S3、在球磨过程中，以三乙醇胺为助磨剂，球磨30～60min后得天然火山岩粉末；S4、将天然火山岩粉末取出，得混凝土矿物外加剂。该制备方法能制得可直接使用的混凝土矿物外加剂，有效缓解人工混凝土矿物外加剂的需求量；同时，制备工艺简单，制备效率高，且制得的混凝土矿物外加剂的不抱团，分散性好，质量优良。

Description

基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法
技术领域
本发明涉及人工火山灰质材料制备技术领域，更具体地说，它涉及基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法。
背景技术
天然火山岩材料的开发利用，可以就地取材，有效缓解当地对人工混凝土矿物外加剂(掺合料)的需求量，节省大量的水泥，不仅减少了因水泥生产的CO2的排放，起到了减排环保的作用，而且避免大宗材料运输，大大降低了建设成本。生产基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂，应用于无人工混凝土矿物外加剂(掺合料)可用地区的混凝土结构当中，其社会和经济效益均是巨大的。
目前，寻找一种容易获取，存储量大，性能优良的天然火山灰质材料有着非常重要的意义。以和田吉音水利枢纽工程为例，由于工程地处昆仑山腹地，克里雅河出山口的偏远地区，周围无火电厂和其他工业，没有合适的粉煤灰和其它人工火山灰质材料资源。目前，工程用粉煤灰为库车电厂产粉煤灰，长距离运输到工地价格900元/吨；已经超过了水泥的价格，导致工程混凝土成本增加很多。但当地有丰富的天然火山岩资源，经加工磨细后，运输到工地价格180元/吨，此外本工程混凝土总方量为16.78万方，粉煤灰用量达1.43万吨，若用磨细天然火山岩粉等量替代，可节约资金约1029.6万元。由此可见，天然火山岩如果能够通过适当的加工磨细，并合理利用，就能够极大的降低工程的成本。
因此，本发明旨在设计提供一种于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，该制备方法以开采天然火山岩(多孔玄武岩)作为原材料，能够就地取材，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂，有效缓解对人工混凝土矿物外加剂(掺合料)的需求量，节省大量的水泥，减排环保，避免大宗材料运输；同时，该混凝土矿物外加剂制备方法的制备工艺简单，可操作性强，通过球磨机，并按照磨料钢珠的粒径配制磨料，配合助磨剂对天然火山岩颗粒进行球磨，使该混凝土矿物外加剂的制备效率高，且制得的混凝土矿物外加剂的不抱团，分散性好，质量优良。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，包括以下步骤：
S1、开采天然火山岩，并采用破碎机将开采的天然火山岩块破碎至细小颗粒状，得天然火山岩颗粒，其中，天然火山岩中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝总含量大于70％；
S2、采用球磨机对步骤S1中的天然火山岩颗粒进行球磨，将天然火山岩颗粒放入至球磨机罐中，并在球磨机罐中装入多个不同重量的磨料钢球作为研磨介质，对球磨机罐中的火山岩颗粒进行球磨；
S3、在步骤S2对天然火山岩颗粒进行球磨过程中，将三乙醇胺作为助磨剂加入至球磨机罐中进行球磨，其中，三乙醇胺的重量为天然火山岩颗粒的总重量的3％，球磨30～60min后制得天然火山岩粉末；
S4、将步骤S3中制得的天然火山岩粉末由球磨机罐中倒出，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂。
进一步地，步骤S2中多个不同重量的磨料钢球的颗粒级配的比例为：钢球一30％，钢球二5％，钢球三24％，钢球四42％，其中，钢球一的直径大于等于16mm，钢球二的直径为10mm～16mm，钢球三的直径为5mm～10mm，钢球四的直径为2.5mm～5mm。
进一步地，步骤S1中所述的天然火山岩颗粒的粒径小于等于5mm。
进一步地，步骤S1中所述的天然火山岩为颜色呈深灰色的多孔玄武岩，多孔玄武岩中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝总含量大于70％。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过步骤S1至S4的制备方法，以开采天然火山岩(多孔玄武岩)作为原材料，能够就地取材，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂，有效缓解对人工混凝土矿物外加剂(掺合料)的需求量，节省大量的水泥，减排环保，避免大宗材料运输；同时，该混凝土矿物外加剂制备方法的制备工艺简单，可操作性强，通过球磨机，并按照磨料钢珠的粒径配制磨料，配合助磨剂对天然火山岩颗粒进行球磨，使该混凝土矿物外加剂的制备效率高，且制得的混凝土矿物外加剂的不抱团，分散性好，质量优良。
附图说明
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中天然火山岩的化学成分组成表；
图3是本发明实施例中天然火山岩粉的物理化学性能检测结果表。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
实施例：基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、开采天然火山岩，其中，天然火山岩二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝总含量大于70％，采用颚破机或反击式破碎机将开采的天然火山岩块破碎至细小颗粒状，制得天然火山岩颗粒，其中，制得的天然火山岩颗粒的粒径小于等于5mm，便于后续对天然火山岩颗粒的细磨操作；
S2、采用球磨机对制得天然火山岩颗粒进行球磨，将天然火山岩颗粒放入至球磨机罐中，并在球磨机罐中装入多个不同重量的磨料钢球作为研磨介质(磨料的级配根据球磨的天然火山岩颗粒的量进行配制)，对放入球磨机罐中的火山岩颗粒进行细磨；
S3、在对天然火山岩颗粒进行球磨过程中，将三乙醇胺作为助磨剂加入至球磨机罐中进行球磨，便于使得球磨过程中天然火山颗粒不易抱团，分散性好，从而便于提高球磨效率，其中，助磨剂三乙醇胺的重量为需球磨的天然火山岩颗粒的总重量的3％，球磨30～60min后制得天然火山岩粉末(球磨时间的长短可根据球磨出的天然火山岩粉体的细度要求而调整)；
S4、将步骤S3中制得的天然火山岩粉末由球磨机罐中倒出，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂。
在本实施例中，通过步骤S1至S4的制备方法，以开采天然火山岩(多孔玄武岩)作为原材料，能够就地取材，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂，有效缓解对人工混凝土矿物外加剂(掺合料)的需求量，节省大量的水泥，减排环保，避免大宗材料运输；同时，该混凝土矿物外加剂制备方法的制备工艺简单，可操作性强，通过球磨机，并按照磨料钢珠的粒径配制磨料，配合助磨剂对天然火山岩颗粒进行球磨，使该混凝土矿物外加剂的制备效率高，且制得的混凝土矿物外加剂的不抱团，分散性好，质量优良。
步骤S2中多个不同重量的磨料钢球的颗粒级配的比例为：钢球一30％，钢球二5％，钢球三24％，钢球四42％，其中，钢球一的直径大于等于16mm，钢球二的直径为10mm～16mm，钢球三的直径为5mm～10mm，钢球四的直径为2.5mm～5mm。
步骤S1中所述的天然火山岩颗粒的粒径小于等于5mm。
步骤S1中所述的天然火山岩为颜色呈深灰色的多孔玄武岩。
在本实施例中，经岩矿分析鉴定本制备方法中采用的天然火山岩为多孔玄武岩，颜色呈深灰色，气孔构造，其主要矿物成分为中拉长石和普通辉石及少量橄榄石和磁铁矿，其化学成份如图2所示。
按本发明进行加工和球磨后的基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂，其中检测结果详见图3所示，可见其各技术指标均符合JG/T315—2011和DL/T5273-2012标准要求。
工作原理：火山岩又称喷出岩是火山爆发时喷射出来的大量尘埃或微粒，其在喷发的过程中由于喷发能量和风向的不同，火山岩的颗粒分布也不同，距火山口较近的位置大部分为熔岩经冷却后形成玄武岩、安山岩或流纹岩等。玄武岩是基性喷出岩，SiO2含量为45％～52％；本发明的火山岩粉其氧化物，SiO2+Al2O3+Fe2O3的含量达到79.75％，其中的活性部分可产生火山灰反应。所谓火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙则来源于水泥的水化反应。反应方程式见：方程式1及方程式2。
SiO2+xCa(OH)2+mH2O＝xCaO·SiO2：nH2O(水化硅酸钙)(方程式1)，Al2O3+yCa(OH)2+mH2O＝yCaO·Al2O3:nH2O(水化铝酸钙)(方程式2)
由上述化学反应分析可知，含有大量活性氧化物的火山岩粉作为混凝土矿物外加剂，在含Ca(OH)2的硅酸盐水泥体系中，将产生有利于水化的火山灰反应；同时，由于火山岩粉颗粒小于水泥颗粒，可均匀分散于水泥石中，填充水泥石的孔隙，改善水泥石结构，起到了微细料的作用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，其特征是：包括以下步骤：
S1、开采天然火山岩，并采用破碎机将开采的天然火山岩块破碎至细小颗粒状，得天然火山岩颗粒，其中，天然火山岩中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝总含量大于70％；
S2、采用球磨机对步骤S1中的天然火山岩颗粒进行球磨，将天然火山岩颗粒放入至球磨机罐中，并在球磨机罐中装入多个不同重量的磨料钢球作为研磨介质，对球磨机罐中的火山岩颗粒进行球磨；
S3、在步骤S2对天然火山岩颗粒进行球磨过程中，将三乙醇胺作为助磨剂加入至球磨机罐中进行球磨，其中，三乙醇胺的重量为天然火山岩颗粒的总重量的3％，球磨30～60min后制得天然火山岩粉末；
S4、将步骤S3中制得的天然火山岩粉末由球磨机罐中倒出，制得可直接使用的混凝土矿物外加剂。
2.根据权利要求1所述的基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，其特征是：步骤S2中多个不同重量的磨料钢球的颗粒级配的比例为：钢球一30％，钢球二5％，钢球三24％，钢球四42％，其中，钢球一的直径大于等于16mm，钢球二的直径为10mm～16mm，钢球三的直径为5mm～10mm，钢球四的直径为2.5mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，其特征是：步骤S1中所述的天然火山岩颗粒的粒径小于等于5mm。
4.根据权利要求1所述的基于天然火山岩的混凝土矿物外加剂制备方法，其特征是：步骤S1中所述的天然火山岩为颜色呈深灰色的多孔玄武岩，多孔玄武岩中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝总含量大于70％。
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