CN113929347A - 一种钙质砂改性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钙质砂改性剂及其制备方法，所述钙质砂改性剂包括以下重量份原料：纳米粘土0.3～0.4份、纳米氧化镁1～2份、纳米石墨炔1.5～1.8份、椰壳纤维0.1～0.2份、香蕉纤维0.4～0.5份、甲基纤维素2～3份。采用本发明钙质砂改性剂，在使用较少改进剂的基础上，改性后钙质砂的抗压强度和抗剪强度有显著提升，有效降低改性剂对储存空间、运力要求，更好应用于钙质砂改性。

Description

一种钙质砂改性剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙质砂领域，特别涉及一种钙质砂改性剂及其制备方法。
背景技术
钙质砂(简称“CS”)广泛分布在我国南海海域，特殊的沉积环境使得钙质砂具有易破碎、高压缩性和强度低等特征，难以满足实际工程的需求。水泥作为常用的胶凝剂，可以提高钙质砂的强度，但水泥加固钙质砂(简称“CCS”)的强度提高有限。
与陆源砂相比，钙质砂形状不规则且多棱角，主要分为树枝状骨架砂颗粒、块状砂颗粒、片状砂颗粒和贝壳及海螺等生物碎屑。钙质砂和陆源砂在力学性能和工程性能都有着巨大的差异。钙质砂的强度往往难以满足岛礁吹填工程建设的需求，因此需要对钙质砂改性进行深入研究。工程建设需要改性大量钙质砂，导致需要使用大批量改进剂，在一定程度上增加了运力、仓储负担，在保障一定改性效果同时降低改进剂用量，具有重大意义。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种钙质砂改性剂及其制备方法，解决上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种钙质砂改性剂，包括以下重量份原料：纳米粘土0.3～0.4份、纳米氧化镁1～2份、纳米石墨炔1.5～1.8份、椰壳纤维0.1～0.2份、香蕉纤维0.4～0.5份、甲基纤维素2～3份。
进一步的，所述椰壳纤维的长度为50mm～100mm。
进一步的，所述香蕉纤维的长度为100mm～150mm。
进一步的，所述纳米氧化镁的粒径为40nm～60nm，纯度为99.9％。
进一步的，所述的钙质砂改性剂包括以下重量份原料：纳米粘土0.35份、纳米氧化镁1.5份、纳米石墨炔1.6份、椰壳纤维0.15份、香蕉纤维0.43份、甲基纤维素2.4份。
本发明还提供钙质砂改性剂的制备方法，包括以下步骤：先纳米粘土和纳米氧化镁混匀，第一次球磨，球磨温度25～35℃，球磨转速40～50r/min，球磨时间25～35min；再加入纳米石墨炔，第二次球磨，球磨温度43～48℃，球磨转速 100～200r/min，球磨时间40～50min；最后加入甲基纤维素、椰壳纤维和香蕉纤维，第三次球磨，球磨温度52～58℃，球磨转速300～400r/min，球磨时间10～20min，得到钙质砂改性剂。
进一步的，所述第一次球磨，球磨温度30℃，球磨转速45r/min，球磨时间 30min；所述第二次球磨，球磨温度45℃，球磨转速150r/min，球磨时间45min；所述第三次球磨，球磨温度55℃，球磨转速380r/min，球磨时间15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用本发明钙质砂改性剂配方结合梯度球磨工艺，制成目标钙质砂改性剂。实现在使用较少改进剂的基础上，改性后钙质砂的抗压强度和抗剪强度有显著提升。
(2)采用本发明改进剂，使用较少改性剂，有效降低改进剂对储存空间、运力要求，更好应用于钙质砂改性。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种钙质砂改性剂，原料按重量份计：纳米粘土0.35份、纳米氧化镁1.5 份、纳米石墨炔1.6份、椰壳纤维0.15份、香蕉纤维0.43份、甲基纤维素2.4 份；所述纳米氧化镁的粒径为40nm～60nm，纯度为99.9％；所述椰壳纤维的长度为50mm～100mm；所述香蕉纤维的长度为100mm～150mm。
上述钙质砂改性剂制备方法：先纳米粘土和纳米氧化镁置于球磨机中混匀，进行第一次球磨，在球磨温度30℃、球磨转速45r/min条件下，球磨时间30min；再加入纳米石墨炔，进行第二次球磨，在球磨温度45℃、球磨转速150r/min条件下，球磨时间45min；最后加入甲基纤维素、椰壳纤维和香蕉纤维，进行第三次球磨，在球磨温度55℃、球磨转速380r/min条件下，球磨时间15min，得到目标钙质砂改性剂。
实施例2
一种钙质砂改性剂，原料按重量份计：纳米粘土0.4份、纳米氧化镁1份、纳米石墨炔1.8份、椰壳纤维0.2份、香蕉纤维0.4份、甲基纤维素2份；所述纳米氧化镁的粒径为40nm～60nm，纯度为99.9％；所述椰壳纤维的长度为 50～100mm；所述香蕉纤维的长度为100～150mm。制备方法与实施例1一致。
实施例3
一种钙质砂改性剂，原料按重量份计：纳米粘土0.3份、纳米氧化镁2份、纳米石墨炔1.5份、椰壳纤维0.1份、香蕉纤维0.5份、甲基纤维素3份；所述纳米氧化镁的粒径为40nm～60nm，纯度为99.9％；所述椰壳纤维的长度为 50～100mm；所述香蕉纤维的长度为100～150mm。制备方法与实施例1一致。
实施例4
一种钙质砂改性剂，配方与实施例1一致，调整梯度球磨工艺条件。与实施例1区别：先纳米粘土和纳米氧化镁置于球磨机中混匀，进行第一次球磨，在球磨温度25℃、球磨转速40r/min条件下，球磨时间35min；再加入纳米石墨炔，进行第二次球磨，在球磨温度43℃、球磨转速100r/min条件下，球磨时间50min；最后加入甲基纤维素、椰壳纤维和香蕉纤维，进行第三次球磨，在球磨温度52℃、球磨转速300r/min条件下，球磨时间20min，得到钙质砂改性剂。
实施例5
一种钙质砂改性剂，配方与实施例1一致，调整梯度球磨工艺条件。与实施例1区别：先纳米粘土和纳米氧化镁置于球磨机中混匀，进行第一次球磨，在球磨温度35℃、球磨转速50r/min条件下，球磨时间25min；再加入纳米石墨炔，进行第二次球磨，在球磨温度48℃、球磨转速200r/min条件下，球磨时间 40min；最后加入甲基纤维素、椰壳纤维和香蕉纤维，进行第三次球磨，在球磨温度58℃、球磨转速400r/min条件下，球磨时间10min，得到钙质砂改性剂。
对比例1
一种钙质砂改性剂，原料按重量份计：纳米粘土1份、纳米氧化镁1份、椰壳纤维1份、香蕉纤维0.4份；所述纳米氧化镁的粒径为40nm～60nm，纯度为99.9％；椰壳纤维、香蕉纤维选材与实施例1一致。与实施例1主要不同在于配方中不含纳米石墨炔、甲基纤维素。
上述钙质砂改性剂制备方法：先纳米粘土和纳米氧化镁置于球磨机中混匀，进行第一次球磨，在球磨温度30℃，球磨转速45r/min条件下，球磨时间30min；再进行第二次球磨，在球磨温度45℃，球磨转速150r/min条件下，球磨时间 45min；最后加入椰壳纤维和香蕉纤维，进行第三次球磨，在球磨温度55℃，球磨转速380r/min条件下，球磨时间15min，得到钙质砂改性剂。
对比例2
一种钙质砂改性剂，原料按重量份计：纳米粘土1份、纳米氧化镁1份、纳米石墨炔1份、椰壳纤维1份、香蕉纤维1份、甲基纤维素1份。原料及其制备方法与实施例1一致。与实施例1主要不同在于，原料配比与实施例1不同。
对照例1
采用纳米氧化镁作为钙质砂改性剂。
试验例
选择海南省三沙市永兴岛钙质砂，为松散未胶结的砂颗粒，钙质砂的粒径为0.25mm～1mm，不均匀系数为3.53，曲率系数为1.45，风干含水率为0.81％，比重为2.702，在元素组成方面，主要包含Ca和Mg元素，对风干过后的钙质砂再次烘干，过2mm筛，备用。
分别将实施例1-5、对比例1-2以及对照例钙质砂改性剂，分别与水泥加入钙质砂的搅拌锅内混合，钙质砂改性剂掺入量为钙质砂重量的0.1％，水泥掺入量为钙质砂重量的10％；于1000r/min搅拌20min，搅拌过程加入水，置于模具中养护28天，制成含水率为30％的改性钙质砂。检测各试验例(实施例1-5、对比例1-2)制得改性钙质砂的抗压强度、抗剪强度峰值应力(围压400kPa)等，并与对照例1进行对比，计算提高百分比。
抗压强度提升百分比＝(试验例改性钙质砂抗压强度-对照例1改性钙质砂抗压强度)/对照例1改性钙质砂抗压强度*100％
抗剪强度峰值应力提升百分比＝(试验例改性钙质砂峰值应力-对照例1改性钙质砂峰值应力)/对照例1改性钙质砂峰值应力*100％
结果如下：
Figure BDA0003288107950000051
上述结果表明，相比对照例，采用实施例1-5钙质砂改性剂制的改性钙质砂，抗压强度和抗剪强度有显著提升。采用本发明改进剂，可以使用较少改性剂则能够提升改性钙质砂性能，降低储存空间、运力要求，更好应用于钙质砂改性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钙质砂改性剂，其特征在于，包括以下重量份原料：纳米粘土0.3～0.4份、纳米氧化镁1～2份、纳米石墨炔1.5～1.8份、椰壳纤维0.1～0.2份、香蕉纤维0.4～0.5份、甲基纤维素2～3份。
2.根据权利要求1所述的钙质砂改性剂，其特征在于，所述椰壳纤维的长度为50～100mm。
3.根据权利要求1所述的钙质砂改性剂，其特征在于，所述香蕉纤维的长度为100～150mm。
4.根据权利要求1所述的钙质砂改性剂，其特征在于，所述纳米氧化镁的粒径为40～60nm，纯度为99.9％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钙质砂改性剂，其特征在于，包括以下重量份原料：纳米粘土0.35份、纳米氧化镁1.5份、纳米石墨炔1.6份、椰壳纤维0.15份、香蕉纤维0.43份、甲基纤维素2.4份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钙质砂改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先纳米粘土和纳米氧化镁混匀，第一次球磨，球磨温度25～35℃，球磨转速40～50r/min，球磨时间25～35min；再加入纳米石墨炔，第二次球磨，球磨温度43～48℃，球磨转速100～200r/min，球磨时间40～50min；最后加入甲基纤维素、椰壳纤维和香蕉纤维，第三次球磨，球磨温度52～58℃，球磨转速300～400r/min，球磨时间10～20min，得到钙质砂改性剂。
7.根据权利要求6所述的钙质砂改性剂的制备方法，其特征在于，
所述第一次球磨，球磨温度30℃，球磨转速45r/min，球磨时间30min；
所述第二次球磨，球磨温度45℃，球磨转速150r/min，球磨时间45min；
所述第三次球磨，球磨温度55℃，球磨转速380r/min，球磨时间15min。
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