CN114873980B - 基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及惰性材料在胶凝材料利用领域，具体涉及一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法。为了解决现有胶凝材料存在的固废惰性材料用量少，无法平衡固废惰性材料含量与性能之间的关系等问题，本发明提出一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法。以混凝土模型为基础，将惰性材料视为混凝土中骨料，超细活性组分为混凝土中的胶凝材料，惰性材料在胶凝材料体系中具有骨料增强效应，可有效的提高惰性材料在胶凝材料中的利用率和用量，既能提高固废利用量，又能赋予胶凝材料较好的力学性能。同时材料基于最大堆积设计，具有孔隙率低、抗渗和抗侵蚀性能优。

Description

基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法
技术领域
本发明涉及惰性材料在胶凝材料利用领域，具体涉及一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
现有胶凝材料存在以下问题：
(1)体系中的惰性材料成分含量较少，仅为水泥成分的20～30％左右，且加入惰性材料后强度降低明显，不利于固废惰性材料的再利用；
(2)传统胶凝材料中，如果单纯增加固废惰性材料含量，虽然能增加固废惰性材料利用率，但是得到的胶凝材料强度较低，仅适合做填充材料等对强度要求较低的产品；
(3)现有胶凝材料在使用过程中会与尺寸较大的骨料，例如沙砾、石子等制备混凝土，但该方法侧重点在于改善混凝土产品的性能，而非胶凝材料性能。
发明内容
为了解决现有胶凝材料存在的固废惰性材料用量少，无法平衡固废惰性材料含量与性能之间的关系等问题，本发明提出一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法。以混凝土模型为基础，将惰性材料视为混凝土中骨料，超细活性组分为混凝土中的胶凝材料，惰性材料在胶凝材料体系中具有骨料增强效应，可有效的提高惰性材料在胶凝材料中的利用率和用量，既能提高固废利用量，又能赋予胶凝材料较好的力学性能。同时材料基于最大堆积设计，具有孔隙率低、抗渗和抗侵蚀性能优。
具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
本发明第一方面，提供一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法，包括：
工序一：选取微米级水泥、矿渣、硅灰粉末；
工序二：选取尾矿粉使其尺寸大于水泥粉末、矿渣、硅灰粉末；
工序三：将微米级水泥、矿渣、硅灰粉末和尾矿粉按照不同比例混合得到最大压实密度；
工序四：加水搅拌，即可得到基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料；
所述工序一、二同时进行，或者分步进行，无先后顺序限定。
本发明第二方面，提供一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法制备得到的胶凝材料。
本发明第三方面，提供一种胶凝材料在建筑材料、承重材料、海工材料领域中的应用。
本发明第四方面，提供一种建筑材料或承重材料或海工材料，包括胶凝材料。
上述一个或多个技术方案具有以下有益效果：
1)不同于传统胶凝材料需要与较大粒径的骨料制备混凝土，本发明一些方案在胶凝材料中构筑类似混凝土的结构特点，通过将惰性成分的尺寸设计的比水泥、矿渣、硅灰尺寸大，将惰性材料视为混凝土中骨料，超细活性组分为混凝土中的胶凝材料，惰性材料在胶凝材料体系中具有骨料增强效应，可有效的提高惰性材料在胶凝材料中的利用。
2)一些方案通过合理调整原料尺寸，形成具有特定结构组成的胶凝材料，既能提高惰性固废材料的使用量，又能保证胶凝材料的力学性能，使其不仅限于填充材料利用领域，相对于现有技术中的胶凝材料在环保性、原料利用率和性能上均有较大优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决现有胶凝材料存在的固废惰性材料用量少，无法平衡固废惰性材料含量与性能之间的关系等问题，本发明提出一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法。以混凝土模型为基础，将惰性材料视为混凝土中骨料，超细活性组分为混凝土中的胶凝材料，惰性材料在胶凝材料体系中具有骨料增强效应，可有效的提高惰性材料在胶凝材料中的利用率和用量，既能提高固废利用量，又能赋予胶凝材料较好的力学性能。同时材料基于最大堆积设计，具有孔隙率低、抗渗和抗侵蚀性能优。
具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
本发明第一方面，提供一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法，包括：
工序一：选取微米级水泥、矿渣、硅灰粉末；
工序二：选取尾矿粉使其尺寸大于水泥粉末、矿渣、硅灰粉末；
工序三：将微米级水泥、矿渣、硅灰粉末和尾矿粉按照不同比例混合得到最大压实密度；
工序四：加水搅拌，即可得到基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料；
所述工序一、二同时进行，或者分步进行，无先后顺序限定。
在本发明中选取微米级水泥、矿渣、硅灰粉末通过正交试验得到超细活性组分，作为胶凝材料中的主要胶凝成分，尺寸较大的尾矿粉充当胶凝材料体系中的的骨料成分。
传统胶凝材料是将所有原料均制备成粒径很小的粉末，但是其存在至少两个问题：(1)体系中的惰性材料成分含量较少，仅为水泥成分的20～30％左右，不利于固废惰性材料的再利用；(2)传统胶凝材料中，如果单纯增加固废惰性材料含量，虽然能增加固废惰性材料利用率，但是得到的胶凝材料强度较低，仅适合做填充材料等对强度要求较低的产品。
在本发明一些实施方式中，通过在胶凝材料体系中引入两种尺寸的原料，分别充当胶凝成分和骨料成分。可以解决传统胶凝材料存在的问题。
所述微米级为0.1～999微米范围。
在本发明一个或多个实施方式中，所述尾矿粉选自惰性材料，其比表面积在200-400m2/Kg，包括但不限于石灰石尾矿、铁尾矿、黄金尾矿。
在本发明一个或多个实施方式中，所述工序三还包括加入减水剂的步骤。
在本发明一个或多个实施方式中，所述减水剂为萘系减水剂、氨基减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸减水剂中的至少一种。
在本发明一个或多个实施方式中，所述水泥、矿渣、硅灰粉末比表面积大于500m2/Kg。
优选的，硅灰的比表面积大于20-30m2/g。
在本发明一个或多个实施方式中，所述水泥选自硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的至少一种。
在本发明一个或多个实施方式中，按重量份数，尾矿粉50-80份、水泥15-25份、矿渣5-10份、硅灰5-10份、减水剂0.5-2份。
本发明第二方面，提供一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法制备得到的胶凝材料。
本发明第三方面，提供一种胶凝材料在建筑材料、承重材料、海工材料领域中的应用。
本发明第四方面，提供一种建筑材料或承重材料或海工材料，包括胶凝材料。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
首先将石灰石粉75kg(比表面积285m2/Kg)、超细硅酸盐水泥20kg(比表面积520m2/Kg)、超细矿渣(比表面积580m2/Kg)6kg、硅灰(比表面积28m2/g)6kg、聚羧酸减水剂0.8kg组分混合均匀，然后按照0.35的水灰比加水混合均匀得到大掺量惰性材料抗侵蚀胶凝材料。
实施例2
首先将黄金尾矿粉(比表面积278m2/Kg)75kg、超细硫铝酸盐水泥(比表面积523m2/Kg)16kg、超细矿粉(比表面积580m2/Kg)4.8kg、硅灰(比表面积28m2/g)4.8kg、聚羧酸减水剂0.7kg组分混合均匀，然后按照0.35的水灰比加水混合均匀得到大掺量惰性材料抗侵蚀胶凝材料。
性能测试：
将对比例和实施例制备的注浆材料装入16cm×4cm×4cm模具中测得其在标准条件下(20度正负2度，湿度：95％以上)养护24h后拆模，在养护到指定期龄进行相关测试。注浆材料的力学性能参照GBT 17671-1999，硫酸盐侵蚀参照GB/T 50082-2009，抗渗性参照JG/T 230-2007，凝结时间参照GB/T_1346-2011所得结果见表1。
表1实施例1和2胶凝材料参数
性能 实施例1 实施例2
抗压强度(7d)MPa 36.6 38.8
抗压强度(28d)MPa 57.8 59.7
凝结时间(终凝)min 98 53
防渗性cm 0.5 0.4
抗硫酸盐侵蚀系数 0.94 0.97
对比例1
与实施例1区别在于，石灰石粉、硅灰的粒径范围相同，硅酸盐水泥和矿渣的比表面积均为350m2/Kg。其他参数与实施例1相同。
对比例2
与实施例1区别在于，石灰石粉比表面积与超细水泥、超细矿渣、硅灰的比表面积互为调换，即石灰石粉75kg(比表面积523m2/Kg)、超细硅酸盐水泥20kg(比表面积350m2/Kg)、超细矿渣(比表面积367m2/Kg)6kg、硅灰(比表面积28m2/g)6kg、其他参数与实施例1相同。
对比例3
与实施例1区别在于，石灰石粉100kg，其他参数与实施例1相同。
性能测试：
将对比例和实施例制备的注浆材料装入16cm×4cm×4cm模具中测得其在标准条件下(20度正负2度，湿度：95％以上)养护24h后拆模，在养护到指定期龄进行相关测试。注浆材料的力学性能参照GBT 17671-1999，硫酸盐侵蚀参照GB/T 50082-2009，抗渗性参照JG/T 230-2007，凝结时间参照GB/T_1346-2011。所得结果见表2。
表2对比例1-3胶凝材料参数
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法，其特征在于，包括：
工序一：选取微米级水泥、矿渣、硅灰，其比表面积大于500m2/Kg；
工序二：选取尾矿粉使其尺寸大于水泥、矿渣、硅灰，其比表面积200-400 m2/Kg；
工序三：将微米级水泥、矿渣、硅灰和尾矿粉按照不同比例混合得到最大压实密度；
工序四：加水搅拌，即可得到基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料；
所述工序一、二同时进行，或者分步进行，无先后顺序限定；
所述尾矿粉选自惰性材料，包括但不限于石灰石尾矿、铁尾矿、黄金尾矿；
所述工序三还包括加入减水剂的步骤；
按重量份数，尾矿粉50-80份、水泥15-25份、矿渣5-10份、硅灰5-10份、减水剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、氨基减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸减水剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的至少一种。
4.权利要求1至3中任一项所述基于混凝土原理的大掺量惰性材料胶凝材料设计方法制备得到的胶凝材料。
5.权利要求4所述胶凝材料在建筑材料领域中的应用。
6.一种建筑材料，其特征在于，包括权利要求4所述胶凝材料。
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