CN112430036B - 一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，将珊瑚砂、海砂等海洋地区资源作为主要原料就地制备远海地区基础建设用胶凝材料。采用移动式湿磨机对原料进行超细化处理，将珊瑚砂和海砂作为原料制备纳微米级超细掺和料，纳米级珊瑚砂浆料作为早强剂，促进混凝土形成最紧密堆积，提高混凝土密实性。本发明降低了远海地区混凝土基础设施建设用胶凝材料运输量，解决了胶凝材料运输成本高，建造周期长和碳排放量大的问题。为远海地区基础建设用胶凝材料的制备方法及应用提供了一种新的思路。

Description

一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法。
背景技术
现有技术中制备远海地区基础建设用胶凝材料原材料通常为硅酸盐水泥(P·I52.5)、珊瑚砂、海砂、聚羧酸高性能减水剂等，生产成本与普通混凝土相差不大。在大多数工程中，传统混凝土可以满足要求，而远海地区环境复杂，原材料获取不便、运输成本高，采用就地制备远海胶凝材料的方法，在一定程度上降低建设成本，就地取材缩短工程建设周期。本发明中，纳微米级粉料浆料作为掺和料；将瑚砂粉料湿法研磨至纳米级，取代部分胶凝材料，一定程度上能够达到相应力学性能，发挥纳米级珊瑚砂粉末浆料的微集料效应，弥补远海地区混凝土胶凝材料运输、储存成本高等问题，同时减少了天然砂石等原材料的开采，降低了建造过程中碳排放量大的问题，对于保护自然环境，增加社会效益和经济效益等具有重大意义。
公开号为CN110451853A的专利申请公开了一种碱激发工业废渣海水珊瑚骨料混凝土及其制备方法，该混凝土由工业废渣、珊瑚砂、珊瑚礁石、海水以及碱激发剂混合得到，碱激发剂有效成分与工业废渣的比值即碱掺量为12％-16％。该发明在一定程度上通过碱激发促进固废资源再利用，但远海地区固废胶凝材料运输成本较高，成本明显偏高。
公开号为CN110272221A的专利申请公开了一种改性珊瑚砂混凝土的制备方法。本发明制备的珊瑚砂混凝土，不仅增强珊瑚砂骨料混凝土的抗压抗折性能，而且有效延缓甚至是约束珊瑚砂中氯离子的外渗，从而有效的保护混凝土内的钢筋，提高混凝土结构的使用年限。该发有利于珊瑚砂混凝土的工程性应用，但对珊瑚砂材料处置方式较为传统。
本发明拟提供一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，来满足远海地区建设基础设施长足发展的需要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、选用连续级配含海水的硅质惰性原料，将硅质惰性原料冲洗风干，得到风干硅质惰性原料；
步骤2、将尺寸不同的钙质原料破碎，得到钙质集料；再将钙质集料送入卧式球磨机中研磨，得到钙质粉料；
步骤3、将钙质集料和风干硅质惰性原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料；
步骤4、将钙质粉料和海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级钙质浆料；
步骤5、将步骤1中风干硅质惰性原料和步骤2中得到的钙质集料、钙质粉料进行风冷后加入搅拌机中，再将步骤3中得到的纳微米级钙硅质粉料浆料、步骤4中得到的纳米级钙质浆料与硅酸盐水泥、海水加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂成型得到混凝土，作为远海地区基础建设用胶凝材料。
所述步骤1中，硅质惰性原料为连续级配的海砂且通过冲洗风干制得，海砂平均粒径为2-4mm。
所述步骤2中，钙质集料为破碎珊瑚骨，将尺寸不同珊瑚骨破碎至4.5-10mm，得到珊瑚砂集料，将珊瑚砂集料加入卧式球磨机内研磨30-40min，得到1-5μm珊瑚砂粉料。
所述步骤3中，钙硅质粉料为纳微米级珊瑚砂和海砂粉料，将珊瑚砂集料和海砂原料送入卧式球磨机中研磨50-60min，得到钙硅质粉料，平均粒径为1-2μm。
所述步骤4中，纳米级钙质浆料由相应比例的珊瑚砂粉料和海水进行湿法研磨制得，具体为将珊瑚砂粉料和海水以相应比例(珊瑚砂粉料与海水比为1:4)混合后湿法研磨25-35min，静停5-10min，重复至少3次，总研磨时间为85min-125min，得到纳米级钙质浆料，粒径为100-300nm。
所述步骤2中，卧式球磨机转速为40rad/min。
所述步骤4中行星式球磨机转速为400rad/min。
所述步骤5中搅拌机转速为15rad/min。
步骤5中，钙质集料掺量约为硅酸盐水泥质量的15％-25％，钙质粉料和风干硅质惰性原料掺量约为硅酸盐水泥质量的40％-60％，纳微米级钙硅质粉料浆料掺量占胶凝材料质量的10％-20％，聚羧酸高性能减水剂的加入总量占胶凝材料比例为0.2％-0.7％，将步骤2得到的珊瑚砂粉料1200-1400质量份、步骤3得到的纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4得到的纳米级钙质浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土。
步骤2中，将尺寸不同的珊瑚骨破碎，得到粒径为4.5-10mm的珊瑚砂集料；再将粒径为4.5-10mm的珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨至1-5μm，得到珊瑚砂粉料；步骤2中考虑到珊瑚砂本身具有疏松多孔的性质，对原料先进行破碎、干磨处理，使珊瑚砂集料、纳微米级钙硅质粉料浆料具有较好的填充效应；步骤4中在采用湿法研磨方式，使纳米级珊瑚砂粉末浆料具有更好的填充效应，且湿磨后的纳米级珊瑚砂粉末浆料可作为早强剂使用，提高珊瑚砂混凝土早期强度；考虑到珊瑚砂的物理性质表现为轻质多孔，将步骤4中珊瑚砂粉料与海水进行湿法研磨，制备超细珊瑚砂粉末浆料，促进珊瑚砂混凝土内养护作用，并提高其抗裂性能；并且发明人还发现步骤2和步骤3干磨过程中，摩擦力做功，温度上升，温度太高对机器本身有损耗，使得材料粒径偏大；因此，在步骤4中优先采用湿法研磨。
湿法研磨的设计理论基于掺和料超细化处理，采用湿磨处理方式无需烘干且湿磨中的水分还能起到助磨作用，降低能耗。将珊瑚砂粉料和海水湿法研磨，制备纳米级珊瑚砂粉末浆料，考虑了最紧密堆积理论，掺和料和集料采用连续级配颗粒以相应比例形成最紧密堆积。
本发明具有如下优点：
1.本发明所涉及的湿法研磨工艺，利用了湿法研磨效率高，能耗低且优化了颗粒的粒径分布；
2.本发明中将珊瑚砂粉料和海水进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料，纳米级珊瑚砂粉末浆料在一定程度上填充了胶凝材料在混凝土中所产生的微小孔隙，在混凝土中形成各级填充，增大混凝土内部密实度；
3.将珊瑚砂粉料和海水进行湿法研磨，便于远海地区制备超细活性浆料；集料为破碎珊瑚骨；
4.本发明中采用反复冲洗的海砂，一定程度上降低了海砂中氯离子含量，同时提升了远海地区建筑材料就地利用的途径；
5.本发明制备方法采用湿法研磨，纳米级珊瑚砂粉末浆料替代硅灰，纳微米级珊瑚砂和海砂粉料(含部分贝壳)替代石英砂，不仅节约建造成本，还减少了硅灰、水泥和天然砂石材料用量，从而降低原材料运输成本，一定程度上推动了水泥基材料的可持续发展；
6.本发明拓展了湿法研磨掺和料在远海地区基础建设中胶凝材料就地制备中的应用。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
实施例1
一种远海地区基础建设用胶凝材料，由珊瑚砂、硅酸盐水泥(P·I 52.5)、海水、海砂、聚羧酸高性能减水剂按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
1)选用连续级配含海水的海砂原料，将海砂原料冲洗风干，得到风干海砂原料；
2)将尺寸不同的珊瑚骨原料破碎，得到珊瑚砂集料；再将珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨，得到珊瑚砂粉料；
3)将珊瑚砂集料和风干海砂原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料，掺量为5％；
4)将珊瑚砂粉料和海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料；
5)将步骤2)得到的珊瑚骨集料1200-1400质量份、步骤3)纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4)纳米级珊瑚砂粉末浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土；
实施例2
一种远海地区基础建设用胶凝材料，由珊瑚砂、硅酸盐水泥(P·I 52.5)、海水、海砂、聚羧酸高性能减水剂按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
1)选用连续级配含海水的海砂原料，将海砂原料冲洗风干，得到风干海砂原料；
2)将尺寸不同的珊瑚骨原料破碎，得到珊瑚砂集料；再将珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨，得到珊瑚砂粉料；
3)将珊瑚砂集料和风干海砂原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料，掺量为10％；
4)将珊瑚砂粉料和海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料；
5)将步骤2)得到的珊瑚骨集料1200-1400质量份、步骤3)纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4)纳米级珊瑚砂粉末浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土；
实施例3
一种远海地区基础建设用胶凝材料，由珊瑚砂、硅酸盐水泥(P·I 52.5)、海水、海砂、聚羧酸高性能减水剂按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
1)选用连续级配含海水的海砂原料，将海砂原料冲洗风干，得到风干海砂原料；
2)将尺寸不同的珊瑚骨原料破碎，得到珊瑚砂集料；再将珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨，得到珊瑚砂粉料；
3)将珊瑚砂集料和风干海砂原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料，掺量为15％；
4)将将珊瑚砂粉料与海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料；
5)将步骤2)得到的珊瑚骨集料1200-1400质量份、步骤3)纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4)纳米级珊瑚砂粉末浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土；
实施例4
一种远海地区基础建设用胶凝材料，由珊瑚砂、硅酸盐水泥(P·I 52.5)、海水、海砂、聚羧酸高性能减水剂按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
1)选用连续级配含海水的海砂原料，将海砂原料冲洗风干，得到风干海砂原料；
2)将尺寸不同的珊瑚骨原料破碎，得到珊瑚砂集料；再将珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨，得到珊瑚砂粉料；
3)将珊瑚砂集料和风干海砂原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料，掺量为20％；
4)将将珊瑚砂粉料和海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料；
5)将步骤2)得到的珊瑚骨集料1200-1400质量份、步骤3)纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4)纳米级珊瑚砂粉末浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土；
实施例5
一种远海地区基础建设用胶凝材料，由珊瑚砂、硅酸盐水泥(P·I 52.5)、海水、海砂、聚羧酸高性能减水剂按照质量比配制而成，制备方法包括如下步骤：
1)选用连续级配含海水的海砂原料，将海砂原料冲洗风干，得到风干海砂原料；
2)将尺寸不同的珊瑚骨原料破碎，得到珊瑚砂集料；再将珊瑚砂集料送入卧式球磨机中研磨，得到珊瑚砂粉料；
3)将珊瑚砂集料和风干海砂原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料，掺量为25％；
4)将将珊瑚砂粉料与海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级珊瑚砂粉末浆料；
5)将步骤2)得到的珊瑚骨集料1200-1400质量份、步骤3)纳微米级钙硅质粉料浆料400-500质量份、将硅酸盐水泥650-800质量份、步骤4)纳米级珊瑚砂粉末浆料125质量份、海水300-400质量份加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂20-25质量份成型后得到珊瑚砂混凝土；
空白组0-0，不添加纳微米级珊瑚砂和海砂粉末浆料的水泥，其余同实施例1。
性能测试：珊瑚砂混凝土的工作性能参照《自密实混凝土应用技术》(JHJT283-2012)、《轻骨料混凝土应用技术标准》(JGJ/T 12-2019)中规定的方法进行；
力学性能测试按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护28d的抗压强度。
经测试，所得数据如下表：
表1各实施例性能测试结果
Figure BDA0002807812780000061
由表1可知，随着纳微米级珊瑚砂粉料浆料的质量份数增加，珊瑚砂混凝土的流动度呈下降趋势；纳微米级珊瑚砂粉料浆料在添加400-500质量份时，对混凝土1d强度具有提升作用，这是由于纳微米级珊瑚砂粉料浆料提升了混凝土早期强度；随着质量份数增加，水泥质量份数降低，珊瑚砂混凝土的电阻率及电通量均呈下降趋势，这是由于纳米级珊瑚砂粉末浆料提升了混凝土的内养护性能,同时改善了混凝土的抗氯离子渗透性能，提升了珊瑚砂混凝土的耐久性。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、选用连续级配含海水的硅质惰性原料，将硅质惰性原料冲洗风干，得到风干硅质惰性原料；
步骤2、将尺寸不同的钙质原料破碎，得到钙质集料；再将钙质集料送入卧式球磨机中研磨，得到钙质粉料；
步骤3、将钙质集料和风干硅质惰性原料送入卧式球磨机中研磨，得到纳微米级钙硅质粉料；再将纳微米级钙硅质粉料与海水拌和，制得纳微米级钙硅质粉料浆料；
步骤4、将钙质粉料和海水以相应比例混合后送入星式球磨机进行湿法研磨，得到纳米级钙质浆料；
步骤5、将步骤1中风干硅质惰性原料和步骤2中得到的钙质集料、钙质粉料进行风冷后加入搅拌机中，再将步骤3中得到的纳微米级钙硅质粉料浆料、步骤4中得到的纳米级钙质浆料与硅酸盐水泥、海水加入搅拌机中搅拌均匀，持续搅拌并加入聚羧酸高性能减水剂成型得到混凝土，作为远海地区基础建设用胶凝材料；
所述步骤1中，硅质惰性原料为连续级配的海砂且通过冲洗风干制得，海砂平均粒径为2-4mm；
所述步骤2中，钙质集料为破碎珊瑚骨，将尺寸不同珊瑚骨破碎至4.5-10mm，得到珊瑚砂集料，将珊瑚砂集料加入卧式球磨机内研磨30-40min，得到1-5μm珊瑚砂粉料。
2.如权利要求1所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：所述步骤3中，钙硅质粉料为纳微米级珊瑚砂和海砂粉料，将珊瑚砂集料和海砂原料送入卧式球磨机中研磨50-60min，得到钙硅质粉料，平均粒径为1-2μm。
3.如权利要求1所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：所述步骤4中，纳米级钙质浆料由相应比例的珊瑚砂粉料和海水进行湿法研磨制得，具体为将珊瑚砂粉料和海水以相应比例混合后湿法研磨25-35min，静停5-10min，重复至少3次，总研磨时间为85min-125min，得到纳米级钙质浆料，粒径为100-300nm。
4.如权利要求3 所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：将珊瑚砂粉料和海水以1：4比例混合。
5.如权利要求1所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：所述步骤2中，卧式球磨机转速为40rad/min。
6.如权利要求1所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：所述步骤4中行星式球磨机转速为400rad/min。
7.如权利要求1所述的一种远海地区基础建设用胶凝材料的就地制备方法，其特征在于：所述步骤5中搅拌机转速为15rad/min。
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