CN112624697B - 一种基于改性石英石粉的减缩混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于改性石英石粉的减缩混凝土，各组分及其所占用量包括：水泥190～250kg/m3，粉煤灰120～170kg/m3，改性石英石粉72～120kg/m3，水洗砂674～750kg/m3，卵石1070～1205kg/m3，水120～170kg/m3，外加剂6.5～9.2kg/m3；所述改性石英石粉通过对石英石粉依次进行热活化和NaOH改性而成。本发明通过将石英石粉依次进行热活化和NaOH球磨改性，所得改性石英石粉可有效改善所得混凝土的收缩性能，并可兼顾良好工作性能、力学强度和耐久性能；且无需额外引入其他膨胀或减缩组分，可为减缩混凝土的制备及其配方优化提供一条新思路。

Description

一种基于改性石英石粉的减缩混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于改性石英石粉的减缩混凝土及其制备方法。
背景技术
以粉煤灰和矿渣粉为代表的掺合料为混凝土的重要组分，可显著改善混凝土的工作性能，提高混凝土强度，增加混凝土的耐久性。但随着我国城市建设的迅猛发展，对粉煤灰和矿渣粉的需求量日益增大，存在资源紧缺等问题。而石粉作为石材开采、骨料加工过程中产生的废弃物，是一种廉价、易得且“绿色”的材料。石粉作混凝土矿物掺合料的研究对解决混凝土行业面临的高能耗、资源紧缺、环保等问题具有重要的现实意义。
目前，石粉作为矿物掺合料得到了较为广泛的研究，其中石英石粉由于其电位绝对值较小等问题，对减水剂的吸附率高于石灰石粉、凝灰岩石粉、花岗岩石粉等其他石粉，一定程度上限制了其具体应用。此外，目前对石英石粉的处理手段主要为进行机械球磨，用于调控石英石粉的比表面积，进而对混凝土强度和水化热进行改性；且所得混凝土体系需进一步引入减缩组分以解决其收缩、抗裂等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种基于改性石英石粉的减缩混凝土，可有效降低混凝土收缩，并有效兼具良好的强度和耐久性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于改性石英石粉的减缩混凝土，各组分及其所占用量包括：水泥190～250kg/m3，粉煤灰120～170kg/m3，改性石英石粉72～120kg/m3，水洗砂674～750kg/m3，卵石1070～1205kg/m3，水120～170kg/m3，外加剂6.5～9.2kg/m3；所述改性石英石粉通过对石英石粉依次进行热活化和NaOH改性而成。
上述方案中，所述改性石英石粉的密度为2.9～3.1g/cm3，比表面积为500～550m2/kg，28d胶砂强度活性指数为80％以上。
上述方案中，所述水泥为42.5级或42.5R级普通硅酸盐水泥；粉煤灰为F类II级或或F类I级。
上述方案中，所述水洗砂的细度模数为3.1～3.3，含泥量低于1.2wt％。
上述方案中，所述卵石的粒径为5～10mm，含泥量低于0.5wt％，压碎值小于5％。
上述方案中，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
上述方案中，所述改性石英石粉的制备方法包括如下步骤：
1)将石英石粉在1050～1150℃温度条件下进行热活化处理30～45min，形成活性石英石粉；
2)将所得活性石英石粉与NaOH混合，球磨进行二次活化，得改性石英石粉。
上述方案中，所述NaOH的掺入量为活性石英石粉质量的3～8％。。
上述方案中，所述球磨步骤采用的YXQM-4L型行星式球磨机，在200～300r/min的条件下球磨10～15min；球磨二次活化的作用包括如下：1)提供水泥水化过程中碱性环境，使得水泥水化进程加快，进行更彻底；2)提供二次水化过程中Na+，快速进行二次水化，生成钠长石，从而形成蜂窝状的团粒结构，使混凝土结构更加密实；3)可促进所得改性石英石粉替代部分水泥，降低混凝土水化热，进一步减小混凝土自身收缩。
上述一种基于改性石英石粉的减缩混凝土的制备方法，包括如下步骤：采用强制式搅拌机，首先加入水洗砂与卵石搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰和改性石英石粉搅拌均匀，最后加入水与外加剂继续搅拌均匀。
本发明的原理为：
本发明通过对石英石粉进行热活化，控制其热活化温度和时间，提升所得热处理产物的活性，尤其可提升其减缩性能，再通过氢氧化钠进行二次球磨激发，制备出具有较高活性和减缩性能的活性改性石英石粉；且所得改性石英石粉与高性能减水剂适应性良好，将其应用于混凝土中，可同步改善所得混凝土的力学性能和收缩性能，保证所得混凝土制品的力学性能和耐久性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明通过将石英石粉依次进行热活化和NaOH球磨改性，所得改性石英石粉可有效改善所得混凝土的收缩性能，并可进一步保证所得混凝土的工作性能、力学强度耐久性能；
2)本发明首次提出采用改性石英石粉制备减缩混凝土，无需额外引入其他膨胀或减缩组分，可有效兼顾所得混凝土的力学性能和收缩抗裂性能，并可一定程度替代水泥和粉煤灰等胶凝组分，降低制备成本和水泥水化热，可为大体积混凝土或其他对减缩有特定要求的工程混凝土的制备及其配方优化提供一条新思路。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
以下实施例中，采用的水泥为新疆青松水泥有限责任公司提供的P·O 42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为乌鲁木齐华阳常顺商贸有限公司提供的F·II级粉煤灰；外加剂为乌鲁木齐科汇达化工建材有限公司提供的高性能减水剂(聚羧酸减水剂)，其减水率为27％。
以下实施例中，采用的石英石粉由新疆金盛镁业有限公司提供；其主要成分SiO2含量为60～65wt％，Al2O3含量为15～18wt％，MgO含量为2.1～3.5wt％。
采用的水洗砂的细度模数为3.1，含泥量低于1.2wt％；卵石的粒径为5～20mm，含泥量低于0.5wt％，压碎值小于5％。
实施例1
一种基于改性石英石粉的减缩混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)改性石英石粉的制备：将石英石粉在1150℃温度条件下进行热活化处理40min，冷却，得活性石英石粉；将所得活性石英石粉与NaOH混合，其中NaOH的掺入量为活性石英石粉质量的3.0％；然后置于YXQM-4L型行星式球磨机中，以280r/min的转速球磨15min，进行二次活化，得改性石英石粉，其密度为2.9g/cm3，比表面积为525m2/kg，28d胶砂强度活性指数为82％；
2)按配比称取各原料；各组分及其所占用量包括：水泥240kg/m3，粉煤灰124kg/m3，改性石英石粉96kg/m3，水洗砂720kg/m3，卵石1075kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂8.3kg/m3；
3)采用强制式搅拌机，先将水洗砂与卵石共同搅拌30s，再加入水泥、粉煤灰和改性石英石粉共同搅拌30s，最后加入水与聚羧酸的混合物继续搅拌60s，即得所述减缩混凝土，搅拌时室内温度为20±5℃，相对湿度为50％以上。
对本实施例所得减缩混凝土分别进行强度和非接触收缩试件成型，强度试件和收缩试件的制备方法和养护条件分别包括如下步骤：
收缩试件；混凝土成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面，并放入温度为20±5℃，相对湿度50％以上的无振动实验室，混凝土初凝后进行非接触收缩初步测量，实验室保持温度和相对湿度，直至7d试验结束；
强度试件；强度试件放在温度为20±5℃的环境中静置两昼夜，然后编号、拆模；拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的标准养护室中养护；标准养护室内的试件应放在支架上，彼此间隔10～20mm，试件表面应保持潮湿。
实施例2～3
实施例2～3所述减缩混凝土的制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，采用的配方条件分别如下：
实施例2中各组分及其用量为：水泥250kg/m3，粉煤灰134kg/m3，改性石英石粉73kg/m3，砂721kg/m3，石1077kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂8.6kg/m3；
实施例3中各组分及其用量为：水泥230kg/m3，粉煤灰114kg/m3，改性石英石粉120kg/m3，砂719kg/m3，石1073kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂7.4kg/m3。
对比例1～4
为进一步体现本发明所述改性石英石粉的特殊改性效果，引入对比例1～4对比采用不同石英石粉、石英石改性条件等对混凝土的改性效果，其中对比例1～4与实施例1的制备方法大致相同，不同之处在于采用的配方条件具体如下：
对比例1中各组分及其用量为：水泥240kg/m3，粉煤灰124kg/m3，石英石粉96kg/m3，砂720kg/m3，石1075kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂8.3kg/m3；
对比例2中各组分及其用量为：水泥240kg/m3，粉煤灰124kg/m3，热活化石英石粉(实施例1步骤1)经热活化所得活性石英石粉)96kg/m3，砂720kg/m3，石1075kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂8.3kg/m3；
对比例3中各组分及其用量为：水泥240kg/m3，粉煤灰220kg/m3，砂720kg/m3，石1075kg/m3，水155kg/m3，聚羧酸减水剂8.3kg/m3。
对比例4中各组分及其用量为：水泥240kg/m3，粉煤灰124kg/m3，石英石粉96kg/m3，砂720kg/m3，石1075kg/m3，水155kg/m3；氧化镁型膨胀剂9.2kg/m3，聚羧酸减水剂8.3kg/m3。
本发明实施例1和对比例1～4所得混凝土的性能测试结果见表2。
表2实施例1和对比例1～4所得混凝土的性能测试结果
Figure GDA0002942023590000041
上述结果表明：实施例1改性石英石粉混凝土的非接触收缩率小于对比例1、2所得混凝土体系，说明单纯的石英石粉和热活化石英石粉对混凝土的收缩性能改善效果有限，尤其直接应用热活化石英石粉将导致混凝土力学性能的快速降低，影响在混凝土中的具体使用；与对比例3相比，说明将本发明所述改性混凝土可部分取代粉煤灰矿物掺合料，达到相当的力学性能，并可显著提升所得混凝土的收缩性能；与对比例4采用的氧化镁型膨胀剂相比(对比例4中的氧化镁型膨胀剂的用量为根据本发明石英石粉中MgO等可能对收缩性能产生贡献的化学组成及其含量折算得到的)，本发明所述改性石英石粉在无需额外引入其他减缩改性组分的前提下即可保证良好的力学性能和减缩效果，而采用常规的氧化镁型膨胀剂需进一步提升其掺量以实现本发明相当的改性效果。
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于改性石英石粉的减缩混凝土，其特征在于，各组分及其所占用量包括：水泥190~250 kg/m3，粉煤灰120~170 kg/m3，改性石英石粉72~120 kg/m3，水洗砂674~750 kg/m3，卵石1070~1205 kg/m3，水120~170 kg/m3，外加剂6.5~9.2 kg/m3；所述改性石英石粉通过对石英石粉依次进行热活化和NaOH改性而成；
所述改性石英石粉的制备方法包括如下步骤：
1）将石英石粉在1050~1150℃温度条件下进行热活化处理30~45min，得活性石英石粉；
2）将所得活性石英石粉与NaOH混合，球磨进行二次活化，得改性石英石粉；
所述水泥为42.5级或42.5R级普通硅酸盐水泥；
所述石英石粉其主要成分SiO2含量为60~65wt%，Al2O3含量为15~18wt%，MgO含量为2.1~3.5wt%。
2.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述NaOH的掺入量为石英石粉质量的3~8%。
3.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，采用的球磨速率为200~300r/min，时间为10~15min。
4.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述改性石英石粉的密度为2.9~3.1g/cm3，比表面积为500~550m2/kg，28d胶砂强度活性指数为80%以上。
5.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类II级或F类I级。
6.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述水洗砂的细度模数为3.1~3.3，含泥量低于1.2wt%。
7.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述卵石的粒径为5~20mm，含泥量低于0.5wt%，压碎值小于5%。
8.根据权利要求1所述的减缩混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
9.权利要求1~8任一项所述基于改性石英石粉的减缩混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用强制式搅拌机，首先加入水洗砂与卵石搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰和改性石英石粉搅拌均匀，最后加入水与外加剂继续搅拌均匀。
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