CN114735980B - 一种塑性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑性混凝土，其组成按重量份数计如下：膨润土5‑20份、赤泥4‑15份、壳聚糖0.1‑5份、水泥10‑30份、多孔骨料25‑45份、再生砂20‑40份、外加剂0.2‑6份；水15‑35份；将膨润土、赤泥干燥后通过筛网筛分，去掉尺寸大于0.075mm颗粒；在搅拌装置中，将多孔骨料、再生砂混合搅拌均匀；然后将筛分所得膨润土、赤泥以及水泥加入搅拌装置中搅拌混合均匀；将水与壳聚糖搅拌混合均匀，有助于壳聚糖分散，同外加剂一起加入到搅拌装置中搅拌混合均匀；转移至模具中振压或插捣成型，养护得到塑性混凝土；本发明所得塑性混凝土同时具有优良的抗渗性能、韧性、强度。

Description

一种塑性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，具体涉及一种塑性混凝土及其制备方法。

背景技术

中国混凝土防渗墙的应用始于20世纪50年代后期，并在60多年的历史中得到了很大的发展。这类刚性混凝土防渗墙的发展在我国水利水电工程中得到了广泛的应用，带来了良好的效益。然而，随着混凝土防渗墙的广泛使用，刚性混凝土防渗墙也出现了一些不可避免的问题，如刚性混凝土的弹性模量较大(一般可达到10000MPa)，这一弹性模量远高于周围土体的弹性模量，土体与防渗墙无法保持变形协调，这样一来，防渗墙顶受到的压力增大，两个侧面也会受到很大的摩擦力，导致墙体出现裂缝，降低混凝土防渗墙的防渗效果，甚至严重威胁大坝的安全。塑性混凝土就是在这种时代背景下应运而生。塑性混凝土是指采用膨润土(或黏土)、粉煤灰等掺和料取代部分水泥，配制成的具有一定强度、低弹性模量、高抗渗性和较好耐久性，能适应较大变形，具有较高抗裂能力的一种防渗墙体材料。

近年，随着经济高速增长，产生的大量工业固废不仅侵占了宝贵的土地资源，而且给土壤、水体和大气带来了不同程度的污染.未经处理的工业固废对生态环境构成了巨大威胁，同时作为“放错了地方的资源”，对其简单处置也是一种资源浪费.如何提高工业固废的处置水平、利用能力，将关系到经济的高质量发展。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排放的污染性废渣，具有碱性强、比表面积大(一般为64.09～186.9m²/g)等特点，综合利用难度大；多孔骨料多采用工业固体废弃物；再生砂为破碎混凝土生产或机制砂。将上述工业废弃物应用于塑性混凝土中，不仅减少了水泥用量，更符合建筑行业的绿色可持续发展战略，符合“碳中和，碳达标”理念

发明内容

本发明目的在于提供一种塑性混凝土以及制备方法，使其同时具有优良的抗渗性能、韧性、强度。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种塑性混凝土，其组成按重量份数计如下：

膨润土5-20份、赤泥4-15份、壳聚糖0.1-5份、水泥10-30份、多孔骨料25-45份、再生砂20-40份、外加剂0.2-6份；水15-35份。

按上述方案，所述的膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土、铝基膨润土中的一种或任意几种的组合。

按上述方案，所述的赤泥为制铝工业提取氧化铝时的排放的工业废渣，具体为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的一种或任意几种的组合。

按上述方案，所述的壳聚糖为羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖以及N,O-羧甲基壳聚糖中的一种或几种任意组合。

按上述方案，所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥、矿渣基地聚合物水泥、碱激发矿渣水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或几种的任意组合，其用量为10-30份。

按上述方案，所述的多孔骨料为重钛矿渣、高炉矿渣、炉渣、钢渣、再生粗骨料中的一种或几种任意组合，其用量为25-45份。

按上述方案，所述的再生砂为破碎混凝土生产的再生细砂、机制砂中的一种或两种任意组合，其用量为20-40份。

按上述方案，所述的外加剂为减水剂、引气剂、消泡剂以及早强剂的组合；减水剂为萘系高效减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的25～60wt％；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基类引气剂、磺盐酸类引气剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15～30wt％；消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的5～20wt％；早强剂为亚硝酸盐、甲酸钙、复合型早强剂、三乙醇胺中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15～30wt％。

上述塑性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将膨润土、赤泥干燥后通过筛网筛分，去掉尺寸大于0.075mm颗粒；

(2)在搅拌装置中，将多孔骨料、再生砂混合搅拌均匀；然后将筛分所得膨润土、赤泥以及水泥加入搅拌装置中搅拌混合均匀；

(3)将水与壳聚糖搅拌混合均匀，有助于壳聚糖分散，同外加剂一起加入到搅拌装置中搅拌混合均匀；

(4)转移至模具中振压或插捣成型，养护得到塑性混凝土。

按上述方案，所述多孔骨料在混合搅拌前加水预湿。

膨润土主要由蒙脱石类的粘土矿物组成，最常见的工业粘土之一，属于天然火山灰质材料。其具有成本低、吸附性好，与水泥、砂浆、混凝土具有良好的相容性和化学惰性。但由于膨润土属于粘土类矿物活性较低，因此本发明采用的膨润土经过煅烧处理，来激发其火山灰活性。

赤泥具有比表面积、分散性好的特点，将其作为矿物掺合料应用与塑性混凝土中，可以提高塑性混凝土结构的致密性，提高塑性混凝土的抗渗能力。

壳聚糖是一种具有良好增韧效果的有机物质，加入壳聚糖会增强胶凝材料浆体的韧性，且其成本低廉，但是由于壳聚糖不易溶于水和酸性溶液，因此选择了壳聚糖的衍生物—羧甲基壳聚糖及其衍生物，它具有良好的水溶性和绿色环保性等。

与现有技术不同，本发明采用多孔骨料，它具有多孔和吸水率高的特点。对多孔骨料进行预湿处理，使得这种塑性混凝土存在内养护功能，使界面过渡区得到有效改善的同时，部分粉料会进入多孔骨料内部，提高浆体与骨料之间的粘结力，整体提高了塑性混凝土的强度。同时赤泥与壳聚糖都具有较强的吸附特性，有助于塑性混凝土的水分保持和对外界水分的吸附，减少混凝土内部有害孔隙结构，三者协同形成一种具有较强泵吸作用的塑性混凝土材料，吸附大量水和有害物质，这些吸附物质且能在多孔骨料中进行迁移，形成泵送管道，增强了塑性混凝土的抗渗能力，提高了塑性混凝土的使用寿命。大批量的使用工业固废，可以有效消纳废弃物，降低生产成本，具有良好经济与社会效益。

在天然砂资源日益匮乏和禁止开采的情况下，使用再生砂是建筑行业绿色可持续发展的必由之路。

相对于现有技术相比，本发明有益效果如下：

采用了工业固废赤泥作为矿物掺合料，可以消纳大批量赤泥同时，利用赤泥比表面积大、分散性良好的特点，起到填充密实作用，提高了塑性混凝土的抗渗性能。

掺加壳聚糖来增韧改性胶凝材料，利用了壳聚糖具有良好的增韧效果，使得塑性混凝土的韧性明显改善。

粗集料采用多孔骨料，利用多孔骨料结构多孔、吸水率高的特点，采用类似轻集料的处理方法，使得该塑性混凝土具有内养护功能，改善界面过渡区的同时，提高了骨料与浆体的粘结力，使得塑性混凝土强度提高。

细集料采用再生砂，在天然砂资源日益匮乏和禁止开采的情况下，探索新的发展方向，有助于建筑行业绿色可持续发展，降低生产成本，具有良好经济与社会效益。

具体实施方式

具体实施例仅是对本发明的解释，以下参照具体实施方式来进一步描述本发明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施,本发明保护范围并不受制于本发明的实施方式。

具体实施方式中，本发明提供了一种塑性混凝土，其组成按重量份数计如下：

膨润土5-20份、赤泥4-15份、壳聚糖0.1-5份、水泥10-30份、多孔骨料25-45份、再生砂20-40份、外加剂0.2-6份；水15-35份。

具体地，所述的膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土、铝基膨润土中的一种或任意几种的组合。

具体地，所述的赤泥为制铝工业提取氧化铝时的排放的工业废渣，具体为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的一种或任意几种的组合。

具体地，所述的壳聚糖为羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖以及N,O-羧甲基壳聚糖中的一种或几种任意组合。

具体地，所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥、矿渣基地聚合物水泥、碱激发矿渣水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或几种的任意组合。

具体地，所述的多孔骨料为重钛矿渣、高炉矿渣、炉渣、钢渣、再生粗骨料中的一种或几种任意组合。

具体地，所述的再生砂为破碎混凝土生产的再生细砂、机制砂中的一种或两种任意组合。

具体地，所述的外加剂为减水剂、引气剂、消泡剂以及早强剂的组合；减水剂为萘系高效减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的25～60wt％；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基类引气剂、磺盐酸类引气剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15～30wt％；消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的5～20wt％；早强剂为亚硝酸盐、甲酸钙、复合型早强剂、三乙醇胺中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15～30wt％。

具体实施方式中还提供了塑性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)在搅拌前，将所述的膨润土、赤泥进行晾晒烘干，将其中固结成块的膨润土、赤泥进行分散后，将上述干燥的膨润土和赤泥通过筛网筛分，去掉尺寸大于0.075mm颗粒。

(2)在搅拌装置中，将所述的多孔骨料、再生砂混合搅拌均匀，搅拌时间不低于30s；然后将所述的膨润土、赤泥、水泥加入搅拌装置中，搅拌时间不少于30s；

(3)将所述水与壳聚糖搅拌混合均匀后同外加剂一起加入到搅拌装置中，30s内完成，使其充分搅拌，搅拌时间不低于2min；

(4)搅拌完成后，将搅拌好的混凝土倒出，进行工作性测试后，分层装料振压或插捣成型，养护后得到塑性混凝土。

对比例1

生产塑性混凝土(重量)：15份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、5份粉煤灰、30份碎石粗骨料、25份天然砂、18份水、0.2份减水剂、0.2份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

对比例2

生产塑性混凝土(重量)：18份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、5份粉煤灰、30份碎石粗骨料、22份天然砂、18水、0.2减水剂、0.2引气剂、0.2消泡剂以及1.4份早强剂。

实施例1

生产塑性混凝土(重量)：15份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、4份赤泥、0.1份羧甲基壳聚糖、30份重钛矿渣、25份再生砂、18份水、0.2份减水剂、0.1份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

实施例2

生产塑性混凝土(重量)：11份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、7份赤泥、2份羧甲基壳聚糖、30份重钛矿渣、25份再生砂、18份水、0.2份减水剂、0.2份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

实施例3

生产塑性混凝土(重量)：10份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、10份赤泥、5份壳聚糖、30份重钛矿渣、20份再生砂、18份水、0.2份减水剂、0.2份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

实施例4

生产塑性混凝土(重量)：11份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、7份赤泥、2份壳聚糖、30份炉渣、25份机制砂、18份水、0.2份减水剂、0.2份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

实施例5

生产塑性混凝土(重量)：10份普通硅酸盐水泥、5份膨润土、10份赤泥、5份壳聚糖、30份炉渣、20份机制砂、18份水、0.2份减水剂、0.2份引气剂、0.2份消泡剂以及1.4份早强剂。

测试数据列于下表：

如表所示，实施例1、2、3、4、5其工作性较对比例1、2较差，但抗压强度、弹性模量和抗渗性能优于对比例1、2。这是因为对比例1和2采用的普通碎石和天然砂以及粉煤灰作为矿物掺合料，其制备的塑性混凝土具有较好的工作性；而实施例1、2、3、4、5采用多孔骨料和再生砂、机制砂以及赤泥作为矿物掺合料，采用机制砂或再生砂制备混凝土，因机制砂、再生砂中石粉含量较高，颗粒级配较差，结构疏松多孔，易吸附大量的水，使得混凝土黏度增大，流动性下降，工作性变差；但其制备的塑性混凝土力学性能、弹性模量及抗渗性均优于对比例1、2，这是因为采用赤泥作为矿物掺合料，利用其比表面积大、分散性好的特点，利用壳聚糖作为有机物改性材料，提高浆体韧性，使整体结构更加致密，同时多孔骨料预湿，在胶材水化时，孔洞中又释放一部分水，起到促进水化的作用，改善了界面过渡区，增大了粘结强度，同时赤泥与壳聚糖都具有较强的吸附特性，有助于塑性混凝土的水分保持和对外界水分的吸附，减少混凝土内部有害孔隙结构，三者协同形成一种具有较强泵吸作用的塑性混凝土材料，吸附大量水和有害物质，这些吸附物质且能在多孔骨料中进行迁移，形成泵送管道，增强了塑性混凝土的抗渗能力。采用本专利样品其水泥用量可大幅下降，同时可消纳大量工业固废、建筑固废，起到降低成本，这与上述本发明的优点和创新性相对应。

对所公开的实施例以及上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种塑性混凝土，其特征在于组成按重量份数计如下：

膨润土5-20份、赤泥4-15份、壳聚糖0.1-5份、水泥10-30份、多孔骨料25-45份、再生砂20-40份、外加剂0.2-6份；水15-35份；

所述膨润土经过煅烧处理；

所述的赤泥为制铝工业提取氧化铝时的排放的工业废渣，具体为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的一种或任意几种的组合；

所述的壳聚糖为羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖以及N,O-羧甲基壳聚糖中的一种或几种任意组合；

所述的多孔骨料为重钛矿渣、高炉矿渣、炉渣、钢渣中的一种或几种任意组合。

2.如权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于所述的膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土、铝基膨润土中的一种或任意几种的组合。

3.如权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥、矿渣基地聚合物水泥、碱激发矿渣水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或几种的任意组合，其用量为10-30份。

4.如权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于所述的再生砂为破碎混凝土生产的再生细砂、机制砂中的一种或两种任意组合，其用量为20-40份。

5.如权利要求1所述的塑性混凝土，其特征在于所述的外加剂为减水剂、引气剂、消泡剂以及早强剂的组合；减水剂为萘系高效减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的25~60wt%；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基类引气剂、磺盐酸类引气剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15~30wt%；消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的5~20wt%；早强剂为亚硝酸盐、甲酸钙、复合型早强剂、三乙醇胺中的一种或几种的任意组合，其用量占外加剂的15~30wt%。

6.权利要求1所述塑性混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将膨润土、赤泥干燥后通过筛网筛分，去掉尺寸大于0.075mm颗粒；

（2）在搅拌装置中，将多孔骨料、再生砂混合搅拌均匀；然后将筛分所得膨润土、赤泥以及水泥加入搅拌装置中搅拌混合均匀；

（3）将水与壳聚糖搅拌混合均匀，有助于壳聚糖分散，同外加剂一起加入到搅拌装置中搅拌混合均匀；

（4）转移至模具中振压或插捣成型，养护得到塑性混凝土。

7.如权利要求6所述塑性混凝土的制备方法，其特征在于所述多孔骨料在混合搅拌前加水预湿。