CN112537917B - 一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，该煤矸石促凝剂的制备方法如下：先将煤矸石破碎后干磨得到粒径100～500μm的煤矸石粉，再按重量份数，将煤矸石粉20～30份、水150～160份、研磨体240～300份、表面钝化剂0.01～0.05份加入湿磨设备中研磨40min～60min，得到0.3μm以下的煤矸石浆体。该促凝剂在支座砂浆的应用：普通硅酸盐水泥25～45份、水7～20份、煤矸石促凝剂2～10份、石英砂40～60份、高效减水剂0.1～0.25份、膨胀剂3～5.5份、消泡剂0.03～0.2份、复合纤维0.05～0.3份。其制得的支座砂浆早期强度2h可达22.9～24.8MPa，后期强度可达70MPa以上且不倒缩，流动度提高了40～60％。

Description

一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法
技术领域
本发明属于建材领域，具体涉及一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法。
背景技术
当前中国的经济建设以前所未有的高速度迅猛发展，基础设施建设以波澜壮阔的态势向前发展，因此对提高基建工程的使用寿命提出了较高要求，尤其是高速铁路和铁路客运专线。在铁路客运专线的桥梁施工设计中，为了提高其使用寿命，已开始改变传统的箱梁架设支座锚固施工工艺，采用早强砂浆进行支座锚固。大量研究表明，传统早强砂浆材料主要存在新拌浆体流动性不好、硬化浆体小时强度低、收缩变形大、抗裂性能差和后期抗折强度低等缺点。目前大多数的支座砂浆使用的是硫铝酸盐水泥成本就相应的提高。
CN108147754A公开的一种由水泥、矿粉、石英砂、高强集料、陶瓷微珠、锂基膨润土、缓凝型减水剂、分散剂、膨胀剂、早强剂、消泡剂、复合纤维制成的支座砂浆。上述发明砂浆具有高流态、匀质性好、不泌水、不分层、微膨胀、高早强等特性，且充分利用了钢渣、镍渣等工业废渣，具有良好的生态环保效应。但组成成分多达12种，过于复杂。
CN104370511A公开的一种由级配石英砂、42.5硫铝酸盐水泥、42.5普硅水、U型膨胀剂、减水剂、保水剂、早强剂、缓凝、消泡剂制成的支座砂浆。上述发明砂浆浆体流动度高、初终凝间隔时间短、强度发展快。由于目前市场上的硫铝酸盐水泥的价格较高，所以相应的增加了成本。
CN108164176A公开的一种促凝剂的制备方法：依次称取4～6份偏铝酸钠，3～5份氧化钙，8～10份改性海泡石，15～20份混合液，10～12份添加料，0.4～0.8乳化剂和0.2～0.3倍的分散剂；先将偏铝酸钠，氧化钙和改性海泡石混合于搅拌机中，于温度为20～35℃，转速为300～380r/min的条件下搅拌混合10～20min后，得混合坯料，再将混合坯料与混合液混合于混料机中，并向混料机中加入添加料，乳化剂和分散剂，于转速为400～600r/min的条件下搅拌混合4～8min后，即得混凝土促凝剂。上述发明的促凝剂具有优异的凝结速度和强度，但1d强度低于14MPa，早期强度较低。
CN109384412A公开的一种促凝剂的制备方法：钙盐10％～25％，醇胺类物质0.4％～5％，阴离子聚合物1％～4％，余量为水，总量100％。上述发明制备的促凝剂与聚羧酸减水剂协同性好，可有效缩短混凝土凝结时间但不至于速凝，但流动度较小。
现有技术制备支座砂浆存在着制备复杂、早期强度不够、成本高、流动性较差的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种制作简单，早期强度高，成本低的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂及应用方法。
本发明目的的实现方式为，一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂及应用方法，其煤矸石促凝剂的制备具体材料组成按重量份计；
步骤(1)工业固废煤矸石置于破碎机中进行破碎，得到粒径大约5～20mm煤矸石颗粒，再将该煤矸石颗粒进行干磨，得到粒径100～500μm的煤矸石粉；
步骤(2)支座砂浆促凝剂的制备：取步骤(1)中煤矸石粉20～30份，水150～160份，氧化锆研磨体240～300份，表面钝化剂0.01～0.05份置于湿磨设备中湿磨40min～60min，制备得到0.3μm以下的煤矸石浆体；
步骤(3)：制备支座砂浆，支座砂浆的制备按照重量份计数如下：
普通硅酸盐水泥25～45份、水7-20份、煤矸石促凝剂2～10份、石英砂40～60份、高效减水剂0.1～0.2份、膨胀剂3～4.5份、消泡剂0.03～0.2份、复合纤维0.05～0.3混合，搅拌制成支座砂浆。
在具体实施过程中，所述的高效减水剂，高效减水剂使用的是固含为40％的聚羧酸系高性能减水剂、固含为40％的HSB脂肪族高效减水剂中的一种。
在具体实施过程中，所述的膨胀剂，膨胀剂为UEA膨胀剂、AEA膨胀剂和HEA膨胀剂中的一种。
在具体实施过程中，所述的消泡剂，消泡剂为有机硅酸类消泡剂。
在具体实施过程中，所述的复合纤维，复合纤维为聚丙烯纤维。
在具体实施过程中，所述的煤矸石为采煤、洗煤过程中留下的固体废渣，所述煤矸石具有火山灰活性。
在具体实施过程中，其中湿磨设备的转速为300～400r/min。
在具体实施过程中，所述的表面钝化剂，钝化剂为羧酸钙和磺酸钙中的一种。加入钝化剂的目的是：湿磨可以实现颗粒的超细化，但是颗粒超细化后粒子的比表面积急剧增大，极大的比表面积意味着拥有极大的表面能，表面能太大，导致颗粒容易团聚，因此在湿磨最后是颗粒是细化和团聚的平衡，这里加入表面钝化剂可以将纳米粒子表面钝化，防止团聚，然后再进一步细化。纳米粒子一旦钝化，则没有活性。但是当纳米粒子加入到水泥中后，水泥水化产生的强碱性环境可以是吸附在上面的钝化剂脱吸附，这一过程为“激活”。
有益效益
本发明采用的煤矸石煤矿工业生产的固废煤矸石，本身其化学成分为CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3、MgO等等。在建材行业具有极其重要的利用前景，经过试验得出的数据表明在水泥砂浆中掺入湿磨过后煤矸石可以增加其早期强度。是由于其主要成分为氧化铝和氧化硅都是具有水化活性的成分，且经过湿法粉磨处理后的煤矸石表面玻璃体被破坏，Si、Al等离子在水泥浆中快速溶出，表现出较高的活性，辅以减水剂，早强剂和膨胀剂等，制备的支座砂浆早期强度高，不泌水，施工方便以及成本低。
本发明对煤矸石进行湿磨之后，辅助胶凝材料煤矸石表面会吸附水分子，形成一层水膜，水膜的作用会降低煤矸石颗粒的表面能，并且加速煤矸石颗粒表面网络状玻璃体溶解。就湿法粉磨粉煤灰而言，煤矸石经湿法粉磨和放置待处理的过程中，煤矸石表面玻璃体网络逐渐解聚以及Si-O键、Al-O键断裂，溶出大量的Al、Si等金属离子增加了煤矸石的活性，此外煤矸石经湿法粉磨处理后，硅氧四面体从高聚合度向低聚合度转化，增加了煤矸石活性反应基团的数目。
湿磨之后的煤矸石可以达到纳米级，在水泥水化过程中起到了晶核作用，充当水泥水化产物(如钙矾石和水化硅酸钙凝胶)的成核点。同时，纳米煤矸石可填充水泥颗粒与界面形成的空隙，使胶凝材料的颗粒级配更加合理，水泥硬化浆体的孔隙率降低，密实度增加，从而提高水泥基体的抗压强度。
具体实施方式
下面用具体实施例详述本发明。实施例中的采用的煤矸石,市售；水泥为普通硅酸盐水泥；水为自来水；所用的减水剂为固含为40％的聚羧酸系高性能减水剂、固含为40％HSB的脂肪族高效减水剂的一种，市售；所用的膨胀剂为UEA膨胀剂、AEA膨胀剂和HEA膨胀剂中的一种；所用的复合纤维为聚丙烯纤维；所用的消泡剂为有机硅酸类消泡剂。所用的钝化剂为羧酸钙和磺酸钙中的一种
实施案例一:
由以下重量份数的原料组成：
将工业固废煤矸石放入破碎机中进行破碎，经过处理之后的煤矸石的粒径大约5～20mm，再将破碎后的煤矸石进行干磨，得到粒径100～500μm的煤矸石粉末，再将得到的煤矸石粉末、水、氧化锆按照质量比m1:m2:m3＝1:5:8，表面钝化剂0.03份，加入湿磨设备湿磨40～60min，得到粒径0.3μm以下的煤矸石浆体。
支座砂浆的制备按重量份数如下：普通硅酸盐水泥39份、煤矸石促凝剂6份、30～40目石英砂20份、40～50目石英砂30份、聚羧酸高效减水剂0.2份、UEA膨胀剂4.55份、有机硅酸类消泡剂0.15份、聚丙烯纤维0.1份。将配比好的物料进行搅拌装模成型，测试的指标参数如表1所示。
实施案例二:
将工业固废煤矸石放入破碎机中进行破碎，经过处理之后的煤矸石的粒径大约5～20mm，再将破碎后的煤矸石进行干磨，得到粒径100～500μm的煤矸石粉末，再将得到的煤矸石粉末、水、氧化锆按照质量比m1:m2:m3＝1:5:8，表面钝化剂0.03份，加入湿磨设备湿磨40～60min，得到粒径0.3μm以下的煤矸石浆体。
支座砂浆的制备按重量份数如下：普通硅酸盐水泥43份、煤矸石促凝剂2份、30～40目石英砂15份、40～50目石英砂35份、聚羧酸高效减水剂0.25份、UEA膨胀剂4.45份、有机硅酸类消泡剂0.17份、聚丙烯纤维0.13份。将配比好的物料进行搅拌装模成型，测试的强度如表1所示。
实施案例三:
将工业固废煤矸石放入破碎机中进行破碎，经过处理之后的煤矸石的粒径大约5～20mm，再将破碎后的煤矸石进行干磨，得到粒径100～500μm的煤矸石粉末，再将得到的煤矸石粉末、水、氧化锆按照质量比m1:m2:m3＝1:5:8，表面钝化剂0.03份，加入湿磨设备湿磨40～60min，得到粒径0.3μm以下的煤矸石浆体。
支座砂浆的制备按重量份数如下：普通硅酸盐水泥35份、煤矸石促凝剂10份、30～40目石英砂15份、40～50目石英砂35份、聚羧酸高效减水剂0.15份、UEA膨胀剂4.50份、有机硅酸类消泡剂0.25份、聚丙烯纤维0.1份。将配比好的物料进行搅拌装模成型，测试的强度如表1所示。
对照案例:
将工业固废煤矸石放入破碎机中进行破碎，经过处理之后的煤矸石的粒径大约5～20mm，再将破碎后的煤矸石进行干磨，得到粒径20～40μm的煤矸石粉末，再将得到的煤矸石粉末、水、氧化锆按照质量比m1:m2:m3＝1:5:8，表面钝化剂0.03份，加入湿磨设备湿磨40～60min，得到粒径0.3μm以下的煤矸石浆体。
支座砂浆的制备按重量份数如下：普通硅酸盐水泥45份、煤矸石促凝剂0份、30～40目石英砂25份、40～50目石英砂25份、聚羧酸高效减水剂0.25份、UEA膨胀剂4.45份、有机硅酸类消泡剂0.18份、聚丙烯纤维0.12份。将配比好的物料进行搅拌装模成型，测试的各个指标参数如下表所示。
表1
Figure BDA0002846075010000051
Figure BDA0002846075010000061
由表1可知：添加该促凝剂制得的支座砂浆早期强度2h可达22.9～24.8MPa，较对照组提高了一倍的强度，后期强度可达70MPa以上且不倒缩，流动度较对照组提高了40～60％。
本发明的的实施案例仅仅具有示例性，并不能表示这是该发明专利的范围限制。值得注意的是，对于本领域的技术人员来说，在不偏离该发明的范围和构思的前提下，做出的改善方案以及修改，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤（1）工业固废煤矸石置于破碎机中进行破碎，得到粒径大约5～20mm煤矸石颗粒，再将该煤矸石颗粒进行干磨，得到粒径100～500μm的煤矸石粉；
步骤（2）支座砂浆促凝剂的制备：取步骤（1）中煤矸石粉20～30份，水 150～160份，氧化锆研磨体240～300份，表面钝化剂0.01～0.05份置于湿磨设备中湿磨40min～60min，制备得到0.3μm以下的煤矸石浆体；
步骤（3）：制备支座砂浆，支座砂浆的制备按照重量份计数如下：
普通硅酸盐水泥25～45份、水7-20份、煤矸石促凝剂2～10份、石英砂40～60份、高效减水剂0.1～0.2份、膨胀剂3～4.5份、消泡剂0.03～0.2份、复合纤维0.05～0.3混合，搅拌制成支座砂浆。
2.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中表面钝化剂为羧酸钙和磺酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中采用的高效减水剂是固含为40%的聚羧酸系高性能减水剂、固含为40%的HSB脂肪族高效减水剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中煤矸石为采煤、洗煤过程中留下的固体废渣，所述煤矸石具有火山灰活性。
5.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中湿磨设备的转速为300～400r/min。
6.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中所述的膨胀剂为UEA膨胀剂、AEA膨胀剂和HEA膨胀剂中的一种。
7.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中所述消泡剂为有机硅酸类消泡剂。
8.根据权利要求1所述的由煤矸石制备的支座砂浆促凝剂的应用方法，其中所述复合纤维为聚丙烯纤维。
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