CN112551936A - 一种混凝土掺合料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种混凝土掺合料的制备方法。本发明以铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿形成的混合矿渣作为基础原料，通过利用硅酸钠、添加剂等进行混合，再加入碳酸氢铵，随后进行煅烧，使其形成了纳米氧化铝、纳米氧化铜为主的金属氧化颗粒，沉积在矿渣表面，实现了纳米可以、粗颗粒的有机统一，利用纳米颗粒作用，实现了微集料填充效应，同时利用粗颗粒表面的凹凸性能，实现了与混凝土之间的嵌合力度，增加了力学性能，利用聚丙二醇、二乙醇胺形成的增效剂，利用增效剂与纳米颗粒之间的键合作用，进行了结合，通过增效剂的作用，可以有效增加混凝土掺合料的分散性能，以及与混凝土之间的结合性能，进一步增强了力学性能。

Description

一种混凝土掺合料的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种混凝土掺合料的制备方法。
背景技术
随着基础设施的建设，在建筑工程中混凝土成为用量最大的、用途最广的建筑材料之一。如此大量的材料就需要考虑到使用的耐久性问题，在建筑物或者构筑物的使用周期内可能会出现质量问题，致使建筑结构的可靠性降低。为此每年都需要大量的费用去修补即将失去安全性和适用性的建筑物。如果不能继续使用，则会强行拆除，成为了不可利用的大宗垃圾，不仅导致巨大经济的损失，还占用了土地，破坏了环境，这也是全球普遍存在的现象。中国现处于发展中国家，能源资源短缺，财力有限，所以，在混凝土的使用过程中，不仅仅需要考虑到它的工作性，承载力，变形的设计计算，还需要考虑到耐久性的设计，并结合实际应用环境才去有效的措施去不断地改善混凝土的耐久性。
现今，混凝土耐久性的改善一般通过掺加矿物掺合料。国内外学者对于矿物掺合料对耐久性的影响已取得了大量的研究成果。一般将矿物掺合料分为活性掺合料和非活性掺合料。对于活性掺合料，一般认为粉煤灰、矿渣、硅灰属于活性掺合料，其材料本身不具备胶凝性，但是具有一定的火山灰反应性，当掺入到水泥基材料中后，其内部的活性组分Al2O3和SiO2能与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应，生成性能更优的低钙硅比的C-S-H凝胶，使得水泥基材料的抗压强度得到进一步提升和耐久性得到了进一步的改善。
然而，目前常用的矿物掺合料火山灰活性一般较低，在早期形成的胶凝材料的质量较差，形貌较为松散，在掺加量较大时，对水泥基材料的早期性能影响较大，导致早期力学性能较低，早期抗冻性抗氯离子渗透性较差。另一方面，矿物掺合料颗粒一般较粗，其微集料填充效应、晶核效应以及对微观孔隙及结构的改善仍然较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对的矿物掺合料一般较粗，其微集料填充效应较差，导致力学性能降低的问题，提供一种混凝土掺合料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120～130份混合矿渣、20～25份硅酸钠、10～13份硫酸钠、5～8份添加剂及1～3份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中进行碾磨；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3～6进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1～2倍的乙醇溶液，搅拌均匀，静置；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2～4倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2～4％的辅助剂，搅拌，加热，冷却，静置，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧，控制温度为800～900℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1～3进行球磨，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
优选地，所述步骤（1）中混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3～6:2～5混合而成。
优选地，所述步骤（1）中添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
优选地，所述步骤（1）中表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
优选地，所述步骤（3）中辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
优选地，所述步骤（4）中增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1～3混合而成。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明以铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿形成的混合矿渣作为基础原料，通过利用硅酸钠、添加剂等进行混合，利用碾磨，使其进行活化，随后通过利用浓硝酸对其内部的金属离子进行提取，扩大孔隙度，再加入碳酸氢铵，将金属离子进行沉降在孔隙内部，实现了对孔隙的填充，但是保持了表面的凹凸性，增加了与混凝土的嵌合性能，随后进行煅烧，使其形成了纳米氧化铝、纳米氧化铜为主的金属氧化颗粒，沉积在矿渣表面，实现了纳米可以、粗颗粒的有机统一，利用纳米颗粒作用，实现了微集料填充效应，同时利用粗颗粒表面的凹凸性能，实现了与混凝土之间的嵌合力度，进一步增加了力学性能，随后利用聚丙二醇、二乙醇胺形成的增效剂，利用增效剂与纳米颗粒之间的键合作用，进行了结合，通过增效剂的作用，可以有效增加混凝土掺合料的分散性能，以及与混凝土之间的结合性能，进一步增强了力学性能。
具体实施方式
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3～6:2～5混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1～3混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120～130份混合矿渣、20～25份硅酸钠、10～13份硫酸钠、5～8份添加剂及1～3份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨30～40min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3～6进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1～2倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2～4倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2～4％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至25～28℃，加热2h，冷却至室温，静置6～8h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为800～900℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1～3以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
实施例1
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比6:5混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:3混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取130份混合矿渣、25份硅酸钠、13份硫酸钠、8份添加剂及3份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨40min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:6进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积2倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量4倍的碳酸氢铵及碾磨物质量4％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至28℃，加热2h，冷却至室温，静置8h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为900℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:3以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
实施例2
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比4:3混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:2混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取125份混合矿渣、23份硅酸钠、12份硫酸钠、7份添加剂及2份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨35min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:5进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1.5倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量3倍的碳酸氢铵及碾磨物质量3％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至27℃，加热2h，冷却至室温，静置7h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为850℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:2以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
实施例3
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3:2混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120份混合矿渣、20份硅酸钠、10份硫酸钠、5份添加剂及1份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨30min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至25℃，加热2h，冷却至室温，静置6h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为800℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
对比例1
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120份混合矿渣、1份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨30min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至25℃，加热2h，冷却至室温，静置6h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为800℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
对比例2
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3:2混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120份混合矿渣、20份硅酸钠、10份硫酸钠、5份添加剂及1份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨30min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2倍的碳酸氢铵，以600r/min搅拌，加热至25℃，加热2h，冷却至室温，静置6h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为800℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1以900r/min进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
对比例3
混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3:2混合而成。
添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
一种混凝土掺合料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120份混合矿渣、20份硅酸钠、10份硫酸钠、5份添加剂及1份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中以900r/min进行碾磨30min；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨20min，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1倍的1.1mol/L乙醇溶液，搅拌均匀，静置6h；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2％的辅助剂，以600r/min搅拌，加热至25℃，加热2h，冷却至室温，静置6h，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧2h，控制温度为800℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒进行球磨20min，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
将实施例1～3和对比例1～3中的混凝土掺合料掺入设定强度为C50的拌混凝土中，加入量为混凝土质量的25％，测定对混凝土坍落度和28d抗压强度的影响。
在制备混凝土时，混凝土的拌合、成型、养护均按照标GB50081-2005进行，混凝土试件的尺寸为100mm×100mm×100mm，混凝土试件的抗压强度按照公式fcc=F/A计算，式中：fcc—混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；F—试件破坏荷载（N）；A—试件承压面积（mm2）。
检测结果如下表：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
坍塌度/cm 5.3 5.6 5.2 8.9 7.1 6.1
抗压强度/MPa 73.6 72.6 74.9 56.2 64.3 70.3
综上所述，本发明制备的混凝土掺合料具有较好的性能。

Claims (6)

1.一种混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计，取120～130份混合矿渣、20～25份硅酸钠、10～13份硫酸钠、5～8份添加剂及1～3份表面活性剂，首先将混合矿渣、硅酸钠、添加剂及表面活性剂放入碾磨机中进行碾磨；
（2）待碾磨结束后，再加入硫酸钠继续碾磨，收集碾磨物，将碾磨物、浓硝酸按质量比1:3～6进行混合，搅拌，再加入浓硝酸体积1～2倍的乙醇溶液，搅拌均匀，静置；
（3）待静置结束后，加入碾磨物质量2～4倍的碳酸氢铵及碾磨物质量2～4％的辅助剂，搅拌，加热，冷却，静置，喷雾干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入煅烧炉中进行煅烧，控制温度为800～900℃，收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒与增效剂按质量比9:1～3进行球磨，收集球磨物，即得混凝土掺合料。
2.根据权利要求1所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中混合矿渣为铝土矿浮选尾矿、铜矿浮选尾矿按质量比3～6:2～5混合而成。
3.根据权利要求1所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中添加剂为明矾、石膏按质量比9:2混合而成。
4.根据权利要求1所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中表面活性剂为硬脂酸镁、硬质酸钠中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中辅助剂为丙烯酰胺、N,N-亚甲基丙烯酰胺按质量比6:5混合而成。
6.根据权利要求1所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中增效剂为聚丙二醇、二乙醇胺按质量比7:1～3混合而成。
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