CN112851187A - 一种增强型混凝土掺合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种增强型混凝土掺合料及其制备方法，其中，增强型混凝土掺合料包括改性大理石‑矿渣粉、硅灰和早强剂；其中，所述改性大理石‑矿渣粉为大理石原料、矿渣粉和助磨剂进行粉磨制得；所述助磨剂为：将醇胺、糖蜜、尿素及甘油滴入水中进行反应，反应完之后得到所述助磨剂；所述述改性大理石‑矿渣粉的比表面积在1000～1200m2/kg，需水量比小于85％，28d强度活性指数大于90％。本发明提供的增强型混凝土掺合料能够将废弃的大理石石料在混凝土进行再利用，且能够保证对混凝土的稳定性和后期强度，既解决了石粉废料的处理问题，又能够为混凝土提供廉价的原料，具有巨大的经济效益和广阔的市场应用价值。

Description

一种增强型混凝土掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种增强型混凝土掺合料及其制备方法。
背景技术
随着现代科技的发展与进步，基础性工程建设规模日益扩大，现代建设工程向高层、超高层、大跨度框架工程发展，对混凝土的需求越来越大，对混凝土的泵送、抗离析等性能要求越来越高。
近年来，随着现代施工工艺的不断提升、人工成本的增加、装配式建筑的大力推广，对预制构件混凝土的早期强度提出了很高的要求，这将直接影响混凝预制构件的生产效率。
国内已有人提出增强型复合掺合料，中国专利CN103553412A公开了一种高速铁路无砟轨道双块式轨枕专用增强型复合掺合料，公开日为2014年02月05日，其主要成分为超细矿渣粉和高活性硅灰，可改善轨枕混凝土的和易性，提高轨枕混凝土的脱模强度和后期强度，同时显著改善轨枕混凝土的耐久性，提高其服役寿命。但是其制备成本较为高昂，不适合进行广泛的推广使用。
福建南安是国内石材行业核心区域，但其在为地方经济做出巨大贡献的同时每年会产生预计100多万吨的石粉废料。不仅造成水质、空气受到严重污染，而且造成了大片的土地板结，存在很多亟待解决的问题。目前处理石粉废料的主要措施有：生产加气混凝土砌块、蒸压砖，腻子粉生产添加料，生产仿石涂料。通过以上方法南安每年对废弃石粉的消耗量约70万吨左右，但仍无法将石粉废料完全处理。
石粉废料主要由大理石石粉为主，现有技术中，将废弃的石粉废料直接掺入到混凝土中，混凝土的和易性和早期强度都将受到较大不利的影响，如何将废弃石粉废料在混凝土进行再利用，且能够保证对混凝土的和易性和早期强度，是本发明所要解决的问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的废弃的石粉废料直接混合在混凝土中，混凝土的和易性和早期强度都将受到较大的不利影响的问题，本发明提供一种增强型混凝土掺合料，包括改性大理石-矿渣粉、硅灰和早强剂；
其中，所述改性大理石-矿渣粉为石粉废料、矿渣粉和助磨剂进行粉磨制得；
所述助磨剂为：将醇胺、糖蜜、尿素及甘油滴入水中进行反应，反应完之后得到所述助磨剂。通过本发明提供的助磨剂通过不同原料的官能团共聚反应，可以提高助磨剂在石粉废料和矿渣粉表面的吸附作用，使颗粒的表面选择性吸附而呈电中性，减小颗粒间的静电作用，有效促进石粉废料和矿渣粉颗粒的分散，阻止颗粒在研磨介质及颗粒之间的团聚，同时可以有效提高颗粒的流动性，避免颗粒的过度粉磨，使颗粒分布呈宽化分布,提高密实度；
所述述改性大理石-矿渣粉的比表面积在1000～1200m2/kg，通过粉磨提高了石粉废料和矿渣粉的细度，可以促进水泥的水化速度，需水量比小于85％，28d强度活性指数大于90％，保证混凝土的和易性和后期强度。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述石粉废料、矿渣粉和助磨剂的重量比为700：300～320：0.1～1，本发明选择该比例范围的原料比例，利用石粉废料和矿渣分的易磨性差异，能够使大理石-矿渣粉在混合研磨后，达到较为合理的颗粒级配，提高混凝土的密实度，因此该比例在充分利用石粉废料的基础上，可以保证混凝土的后期强度和耐久性。
在上述技术方案的基础上，进一步地，包括以下重量份数的组分：
改性大理石—矿渣粉 60～80份
硅灰 10～20份
早强剂 10～20份。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所用水的总量使得该反应产物的质量浓度为5～35％，所述醇胺与所述糖蜜质量比为1：0.5～1，所述尿素的用量为所述醇胺与所述糖蜜溶液的5～20％，所述甘油的用量为所述醇胺与所述糖蜜溶液的1～5％。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述硅灰活性指数大于105％，比表面积大于20m2/g。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述大理石原料含水率小于1.0％，比表面积在600～800m2/kg，CaO含量在43.0％～50.0％，SiO2含量在4.0～7.0％；
所述矿渣粉比表面积在400～600m2/kg、28d强度活性指数大于95％。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、N，N二甲基乙醇胺、N,N-二苄基乙醇胺中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述早强剂采用硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾其中的至少一种以及纤维素醚、表面活性剂混合制得。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述硫酸钠或硫酸钙或硫酸钾中的至少一种和所述纤维素醚、所述表面活性剂的质量比为：1:0.01～0.02:0.02～0.04。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述纤维素醚为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、三萜皂甙、异构十醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
本发明还提供一种如上任意所述增强型混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：
将早强剂与硅灰同时加入混料器搅拌10～20分钟，再添加改性大理石-矿渣粉再搅拌20～30分钟，混合均匀之后制得增强型混凝土掺合料。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述助磨剂的制备方法为：将醇胺、糖蜜、尿素及甘油滴入水中进行反应，滴加反应时间为0.5～2h，反应温度为40～55℃，反应完毕之后制得助磨剂。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述改性大理石-矿渣粉的制备方法为：将大理石石粉与粒化高炉矿渣粉添加进入球磨机，粉磨20～45分钟，粉磨过程中滴加助磨剂，温度保持60～65℃，制得改性大理石-矿渣粉。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述早强剂的制备方法为：将硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾其中的至少一种、纤维素醚、表面活性剂通过混料器，搅拌混合20～30分钟，制得早强剂。
本发明提供的增强型混凝土掺合料能够将废弃的大理石石料在混凝土进行再利用，且能够保证对混凝土的稳定性和后期强度，具有巨大的经济效益和广阔的市场应用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下所示增强型混凝土掺合料的制备实施例：
实施例1
(1)助磨剂制备：将三乙醇胺50.00g、三乙丙醇胺50.00g、糖蜜60.00g、尿素溶液(尿素16.00g、水84.00g)、甘油(甘油2.00g、水98.00g)，滴加进入640.00g水中反应，升温至50℃反应，滴加时间为1h，制得助磨剂。
(2)改性大理石—矿渣粉制备：将废弃大理石石粉3500g、粒化高炉矿渣粉1500g和助磨剂1.00g加入球磨机，粉磨20分钟，过程保持60℃，制得改性大理石—矿渣粉；比表面积为1100m2/kg，需水量比为82％，28d强度活性指数为95％。
(3)早强剂制备：将硫酸钠100.00g、羧甲基纤维素2.00g、羟乙基纤维素2.00g、十二烷基磺酸钠2.00g，混合制得早强剂。
(4)按照以下重量比(份)备料
改性大理石—矿渣粉 80
硅灰 15
早强剂 10；
将上述制得早强剂100.00g、硅灰150.00g混合搅拌10分钟，再加入改性大理石—矿渣粉800.00g，搅拌30分钟，制得增强型混凝土掺合料。
实施例2
(1)助磨剂制备：将N，N二甲基乙醇胺60.00g、二乙醇单异丙醇胺40.00g、糖蜜70.00g、尿素溶液(尿素20.00g、水80.00g)、甘油(甘油2.50g、水97.50g)，滴加进入630.00g水中反应，升温至45℃反应，滴加时间为0.75h，制得助磨剂。
(2)改性大理石—矿渣粉制备：将废弃大理石石粉3500g、粒化高炉矿渣粉1500g和助磨剂1.20g加入球磨机，粉磨25分钟，过程保持60℃，制得改性大理石—矿渣粉；比表面积为1150m2/kg，需水量比为83％，28d强度活性指数为98％。
(3)早强剂制备：将硫酸钙100.00g、羧甲基纤维素1.00g、羟丙基纤维素1.00g、三萜皂甙1.00g，混合制得早强剂。
(4)按照以下重量比(份)备料
改性大理石—矿渣粉 80
硅灰 15
早强剂 20；
将上述制得早强剂200.00g、硅灰150.00g混合搅拌10分钟，再加入改性大理石—矿渣粉800.00g，搅拌30分钟，制得增强型混凝土掺合料。
实施例3
(1)助磨剂制备：将N,N-二苄基乙醇胺60.00g、二乙醇胺20.00g、二乙醇单异丙醇胺20.00g、糖蜜70.00g、尿素溶液(尿素20.00g、水80.00g)、甘油(甘油3.50g，水96.50g)，滴加进入630.00g水中反应，升温至45℃反应，滴加时间为1.5h，制得助磨剂。
(2)改性大理石—矿渣粉制备：将废弃大理石石粉3500g、粒化高炉矿渣粉1500g和助磨剂1.50g加入球磨机，粉磨25分钟，过程保持60℃，制得改性大理石—矿渣粉；比表面积在1180m2/kg，需水量比为80％，28d强度活性指数为93％。
(3)早强剂制备：将硫酸钠100.00g、羧甲基纤维素1.60g、羟乙基甲基纤维素1.40g、十二烷基磺酸钠1.60g、异构十醇聚氧乙烯醚1.00g，混合制得早强剂。
(4)按照以下重量比(份)备料
改性大理石—矿渣粉 75
硅灰 15
早强剂 12；
将上述制得早强剂120.00g、硅灰150.00g混合搅拌10分钟，再加入改性大理石—矿渣粉750.00g，搅拌30分钟，制得增强型混凝土掺合料。
对比例1
在实施例1的基础上，将助磨剂换成一般的助磨剂，具体为三乙醇胺；其余条件与实施例1相同。
对比例2
在实施例1的基础上，将废弃大理石石粉和粒化高炉矿渣粉比例替换为废弃大理石石粉4000g、粒化高炉矿渣粉1000g；其余条件与实施例1相同。
对比例3
在实施例1的基础上，将早强剂剔除；其余条件与实施例1相同。
对实施例1、实施例2、实施例3以及对比例所制得的增强型混凝土掺合料，按照JG/T 486-2015《混凝土用复合掺合料》测试细度、流动度比、活性指数，试验结果如表1所示。
表1增强型混凝土掺合料试验测试结果
Figure BDA0002921347660000071
从表1可看出，本发明以大理石石粉为主的增强型混凝土掺合料符合JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》早强型的要求。对比例1中采用一般的助磨剂，不仅在细度方面和实施例相比存在不足，且流动性和活性指数都受到了较大影响；而对比例2中，废弃大理石石粉和粒化高炉矿渣粉的比例为4:1，采用的大理石石粉和粒化高炉矿渣粉的比例过高，流动性和活性指数都受到了较大影响；对比例3未加入早强剂，混凝土掺合料在流动性和活性指方面也有明显不足。由上可知，本发明中特定的助磨剂、合适的原料比以及早强剂之间相互配合，缺一不可，对本发明的技术效果有着重要的影响。
使用时，将实施例1、实施例2、实施例3和实施例所制得的增强型混凝土掺合料按10％的比例替代混凝土中的水泥，按正常的混凝土搅拌工艺搅拌。
混凝土的配合比为(kg/m3)：空白样：P·O42.5水泥279；S95矿粉44；F类II级粉煤灰44；中砂750；碎石1053；减水剂6.7；水175。实施例1～3：P·O42.5水泥242；S95矿粉44；F类II级粉煤灰44；增强型混凝土掺合料37；中砂750；碎石1053；减水剂6.7；水175。
试验结果如表2所示。
表2增强型混凝土掺合料混凝土试验测试结果
Figure BDA0002921347660000081
由上表中的测试结果可以看出，本发明中特定的助磨剂、合适的原料比以及早强剂之间相互配合，缺一不可，所得到的掺合料进行制备得到的混凝土在抗压强度、收缩率和碳化深度方面有着显著的进步。
本发明提供的增强型混凝土掺合料用于预制构件混凝土中，可有效提高混凝土早期强度，并且不会对后期强度造成不良影响，可以有效缩短拆模时间，提高生产效率，其用量为混凝土胶凝材料总重量的5％～10％。
本发明提供的增强型混凝土掺合料用于中低标号混凝土中，可提高中低标号混凝土的水化速度，改善混凝土气孔连续性及稳定性，提高中低标号混凝土粘聚性，且通过连续气孔阻断混凝土中的毛细孔，提高混凝土强度，且混凝土匀质性良好，掺合料用量为混凝土胶凝材料总重量的5％～10％。
本发明提供的增强型混凝土掺合料能够直接将废弃的石料，如废弃大理石石料作为混凝土进行利用，既解决了石粉废料的处理问题，又能够为混凝土提供廉价的原料，具有巨大的经济效益，还克服了现有技术中废弃石料应用在混凝土中存在的强度低和稳定性差的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种增强型混凝土掺合料，其特征在于：
包括改性大理石-矿渣粉、硅灰和早强剂；
其中，所述改性大理石-矿渣粉为石粉废料、矿渣粉和助磨剂进行粉磨制得；
所述助磨剂为：将醇胺、糖蜜、尿素及甘油滴入水中进行反应，反应完之后得到所述助磨剂；
所述述改性大理石-矿渣粉的比表面积在1000～1200m2/kg，需水量比小于85％，28d强度活性指数大于90％。
2.根据权利要求1所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述石粉废料、矿渣粉和助磨剂的重量比为700:300～320：0.1～1。
3.根据权利要求1所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
改性大理石—矿渣粉 60～80份
硅灰 10～20份
早强剂 10～20份。
4.根据权利要求1所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所用水的总量使得该反应产物的质量浓度为5～35％，所述醇胺与所述糖蜜质量比为1：0.5～1，所述尿素的用量为所述醇胺与所述糖蜜溶液的5～20％，所述甘油的用量为所述醇胺与所述糖蜜溶液的1～5％。
5.根据权利要求3所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述硅灰活性指数大于105％，比表面积大于20m2/g。
6.根据权利要求1所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述大理石原料含水率小于1.0％，比表面积在600～800m2/kg，CaO含量在43.0％～50.0％，SiO2含量在4.0～7.0％；
所述矿渣粉比表面积在400～600m2/kg、28d强度活性指数大于95％。
7.根据权利要求3所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、N，N二甲基乙醇胺、N,N-二苄基乙醇胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于，所述早强剂采用硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾其中的至少一种以及纤维素醚、表面活性剂混合制得。
9.根据权利要求6所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾其中的至少一种和所述纤维素醚、所述表面活性剂的质量比为：1:0.01～0.02:0.02～0.04。
10.根据权利要求7所述的增强型混凝土掺合料，其特征在于：所述纤维素醚为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的至少一种，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、三萜皂甙、异构十醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
11.一种根据权利要求1-10任一项所述增强型混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将早强剂与硅灰同时加入混料器搅拌10～20分钟，再添加改性大理石-矿渣粉再搅拌20～30分钟，混合均匀之后制得增强型混凝土掺合料。
12.根据权利要求11所述的增强型混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述助磨剂的制备方法为：将醇胺、糖蜜、尿素及甘油滴入水中进行反应，滴加反应时间为0.5～2h，反应温度为40～55℃，反应完毕之后制得助磨剂。
13.根据权利要求11所述的增强型混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述改性大理石-矿渣粉的制备方法为：将大理石石粉与粒化高炉矿渣粉添加进入球磨机，粉磨20～45分钟，粉磨过程中滴加助磨剂，温度保持60～65℃，制得改性大理石-矿渣粉。
14.根据权利要求11所述的增强型混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，所述早强剂的制备方法为：将硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾其中的至少一种、纤维素醚、表面活性剂通过混料器，搅拌混合20～30分钟，制得早强剂。
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