CN114956676B - 一种含有大理石锯泥的高强度混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及C04B建筑材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土及其制备方法。本发明向混凝土中加入了大理石锯泥，实现了工业废料的回收再利用，在变废为宝的同时，还降低了大理石锯泥对环境的危害，同时与β‑萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物、三乙醇胺等助剂相互协同作用，制备得到的混凝度具有优异的抗压性能、耐磨性能和抗渗性能，并且整个制备工艺简单高效，有利于工业级大规模生产。

Description

一种含有大理石锯泥的高强度混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及C04B建筑材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土及其制备方法。
背景技术
石材因其多样化的种类和特点，被广泛的应用于装饰设计、公共设施建设、城市道路建设等各个领域。随着市场对石材的需要量不断增加，导致制备石材时产生了大量的边角料、锯泥。现有技术中对大量边角料和锯泥的处理大多都是进行堆放填埋，对生态环境造成一定程度的危害。
另一方面，随着建筑加工领域的飞速发展，对混凝土的综合性能要求也不断提升。在此背景下，为了实现石料锯泥的回收再利用，降低其对环境的污染，如何将其引入到混凝土中成为近年来建筑加工材料研发技术人员们的研究热点之一。
专利公开号为CN107540404A的中国发明专利公开了一种掺用大理石锯泥生产的加气混凝土板及其制备方法，在本公开专利中以生石灰粉、水泥、大理石锯泥、石英砂等原料，着重提升了混凝土的抗压强度和透气性，但其混凝土的耐磨度、抗渗透性未得到突出体现，限制了其在建筑加工领域的应用范围。
专利公开号为CN11960746A的中国发明专利公开了一种轻质高强度混凝土的制备方法，在本公开专利以四氧化三铁、改性粉煤灰、硅酸铝陶瓷纤维等为原料，着重解决了现有技术中加气混凝土在施工过程中以破碎的问题，但其制备方法步骤繁多复杂，不符合现代工业的研发思路，不利于其作为建筑加工原料的大规模生产推广。
因此，开发一种简单高效制备具有优异抗压性能、耐磨性能、抗渗透性能的混凝土的方法具有深远的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥100-150份，大理石锯泥65-85份，粉煤灰50-70份，改性碳纳米管0.2-0.5份，花岗岩40-80份，引气剂0.2-1份，高效减水剂1-3 份，可溶性有机改性剂0.5-2份，碱金属盐类化合物0.1-0.5份，水30-60份。
在一些优选的实施例中，所述大理石锯泥为平邑县建远石材有限公司产生的大理石锯泥。
在一些优选的实施例中，所述改性碳纳米管为巯基硅烷化多臂碳纳米管、氨基化多臂碳纳米管、羟基石墨化碳纳米管、短羧基化多臂碳纳米管中的至少一种。
在一些优选的实施例中，所述改性碳纳米管为羟基石墨化碳纳米管，羟基石墨化碳纳米管的比表面积为100-150m2/g，长度为30-60μm。
在一些优选的实施例中，所述羟基石墨化碳纳米管的比表面积为117m2/g，长度为50 μm。
在一些优选的实施例中，所述花岗岩的表观密度为1000-2000kg/m3。
在一些优选的实施例中，所述花岗岩的表观密度为1500kg/m3。
在一些优选的实施例中，所述引气剂包括十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠、脂肪醇硫酸钠、三萜皂苷中的至少一种。
在一些更优选的实施例中，所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为(0.2-0.8)：(0.9-1.5)。
在一些最优选的实施例中，所述十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为0.6：1.2。
本申请人意外发现，当向体系中加入质量比为0.6：1.2的十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠时，在改善本体系中表面张力和气泡分布均匀度的同时，还其可以与本体系中大理石锯泥相互作用，形成一层吸附于气泡表面的保护膜，增强了气泡的稳定性，保证了混凝土内部结构的稳定性，在增强混凝土抗压性能和耐久性能的同时，避免了在实际施工过程中混凝土易开裂的问题。
在一些优选的实施例中，所述高效减水剂包括β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物、磺化酮醛缩聚物、对氨基班磺酸甲醛缩聚物中的至少一种。
在一些更优选的实施例中，所述高效减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物，β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物的质量比为(0.2-0.4)：(0.5-0.7)。
为了改善本体系混凝土内部孔隙率，降低体系的水灰比，改善本体系中特定种类花岗岩与水泥间的界面结构，同时促进体系中水化产物的生成，在保证增加混凝土强度的同时，还提升混凝土的耐磨性，在一些最优选的实施例中，所述β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物的质量比为0.3：0.6。
在一些优选的实施例中，所述可溶性有机改性剂包括三乙醇胺、草酸、丙酸钙、尿素、甲酸钙中的至少一种。
在一些更优选的实施例中，所述可溶性有机改性剂为三乙醇胺、甲酸钙，三乙醇胺、甲酸钙的质量比为(1-1.5)：(0.5-1)。
在一些最优选的实施例中，所述三乙醇胺、甲酸钙的质量比为1.3：0.8。
本申请人发现，向体系中加入三乙醇胺时可以显著的提升混凝土的早期强度和抗渗性，本申请人还意外发现，当向体系中加入甲酸钙，并且三乙醇胺和甲酸钙的质量比为1.3： 0.8时，在提升混凝土的和易性的基础上，与本体系中的砖混再生骨料通过协同作用，增强了混凝土的抗压性和抗渗性，制备得到的混凝土在年平均降雨量大于400mm的区域有着潜在的应用前景。
在一些优选的实施例中，所述碱金属盐类化合物包括苯甲酸钠、木质素磺酸钠、氟铝酸钠、亚硝酸钠中的至少一种。
在一些更优选的实施例中，所述碱金属盐类化合物为苯甲酸钠、亚硝酸钠，苯甲酸钠、亚硝酸钠的质量比为(0.9-1.3)：(0.4-0.8)。
在一些最优选的实施例中，所述苯甲酸钠、亚硝酸钠的质量比为1：0.6。
本发明第二方面提供一种含有大理石锯泥的高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥，大理石锯泥，粉煤灰，改性碳纳米管，花岗岩，碱金属盐类化合物，水依次加入搅拌机，干拌均匀；
(2)将引气剂，高效减水剂，可溶性有机改性剂，水加入搅拌机，搅拌均匀，即得所述高强度混凝土。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到高强度混凝土，通过使用比表面积为117m2/g，长度为50μm的羟基石墨化碳纳米管，由于其特有的空间结构，作用与本体系中的大理石锯泥和水泥颗粒表面，有效改善混凝土塌落度和粘聚性，增强了混凝土的和易性，同时其可以与本体系中的水化产物间具有良好的桥联效应，增强混凝土内部结构的稳定性，与本体系中其它组分通过协同作用，提升混凝土的抗压性能、耐磨性能、抗渗透性能；
2、本发明制备得到的高强度混凝土，通过向体系中加入质量比为0.6：1.2的十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，与本体系中大理石锯泥相互作用，有效改善了体系中气泡的稳定性，同时提升了体系中气泡分布的均匀度，使得制备得到的混凝土具有稳定的内部结构，保证混凝土在具有优异抗压性和耐久性的基础上，有效解决了现有技术中混凝土在实际使用过程中易开裂的问题；
3、本发明制备得到的高强度混凝土，当向体系中加入质量比为0.3：0.6的β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物，与本体系中其它组分相互作用，在改善本体系混凝土内部孔隙率的同时，降低体系水灰比，改善本体系中特定种类花岗岩与水泥间的界面结构，在保证增加混凝土强度的同时，还提升混凝土的耐磨性能；
4、本发明制备得到的高强度混凝土，当向体系中加入质量比为1.3：0.8的三乙醇胺、甲酸钙时，可以避免大理石锯泥在本体系中的凝聚现象，增强体系的和易性，在提升混凝土抗渗性能的基础上，提升混凝土的强度和抗压性能；
5、本发明制备得到的高强度混凝土，向混凝土中加入了大理石锯泥，实现了工业废料的回收再利用，在变废为宝的同时，还降低了大理石锯泥对环境的危害，同时与β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物、三乙醇胺等助剂相互协同作用，制备得到的混凝度具有优异的抗压性能、耐磨性能和抗渗性能，并且整个制备工艺简单高效，有利于工业级大规模生产。
具体实施方式
实施例
实施例1
实施例1提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥100份，大理石锯泥65份，粉煤灰50份，改性碳纳米管0.2份，花岗岩40 份，引气剂0.2份，高效减水剂1份，可溶性有机改性剂0.5份，碱金属盐类化合物0.1份，水30份。
所述水泥购自三河鼎轩领晟商贸有限公司；
所述大理石锯泥为平邑县建远石材有限公司产生的大理石锯泥；
所述粉煤灰购自河北宝延工程建设有限公司；
所述改性碳纳米管为羟基石墨化碳纳米管，购自北京德科岛科技有限公司，型号为 CNT223，比表面积为117m2/g，长度为50μm；
所述花岗岩购自灵寿县泽旭矿产品贸易有限公司，表观密度为1500kg/m3；
所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为0.6：1.2；所述十二烷基苯磺酸钠的CAS号为25155-30-0；松香酸钠的CAS号为 14351-66-7；
所述高效减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物，β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物的质量比为0.3：0.6；所述β-萘磺酸盐甲醛缩合物购自济南千奇化工有限公司，磺化三聚氰胺缩合物购自苏州市鑫龙化学建材有限责任公司；
所述可溶性有机改性剂为三乙醇胺、甲酸钙，三乙醇胺、甲酸钙的质量比为1.3：0.8；所述三乙醇胺的CAS号为102-71-6，甲酸钙的CAS号为544-17-2；
所述碱金属盐类化合物为苯甲酸钠、亚硝酸钠，苯甲酸钠、亚硝酸钠的质量比为1：0.6；所述苯甲酸钠的CAS号为532-32-1，亚硝酸钠的CAS号为7632-00-0；
所述高强度混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥，大理石锯泥，粉煤灰，改性碳纳米管，花岗岩，碱金属盐类化合物，水依次加入搅拌机，干拌均匀；
(2)将引气剂，高效减水剂，可溶性有机改性剂，水加入搅拌机，搅拌均匀，即得所述高强度混凝土。
实施例2
实施例2提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥150份，大理石锯泥85份，粉煤灰70份，改性碳纳米管0.5份，花岗岩80 份，引气剂1份，高效减水剂3份，可溶性有机改性剂2份，碱金属盐类化合物0.5份，水60份。
所述水泥购自三河鼎轩领晟商贸有限公司；
所述大理石锯泥为平邑县建远石材有限公司产生的大理石锯泥；
所述粉煤灰购自河北宝延工程建设有限公司；
所述改性碳纳米管为羟基石墨化碳纳米管，购自北京德科岛科技有限公司，型号为 CNT223，比表面积为117m2/g，长度为50μm；
所述花岗岩购自灵寿县泽旭矿产品贸易有限公司，表观密度为1500kg/m3；
所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为0.6：1.2；所述十二烷基苯磺酸钠的CAS号为25155-30-0；松香酸钠的CAS号为 14351-66-7；
所述高效减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物，β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物的质量比为0.3：0.6；所述β-萘磺酸盐甲醛缩合物购自济南千奇化工有限公司，磺化三聚氰胺缩合物购自苏州市鑫龙化学建材有限责任公司；
所述可溶性有机改性剂为三乙醇胺、甲酸钙，三乙醇胺、甲酸钙的质量比为1.3：0.8；所述三乙醇胺的CAS号为102-71-6，甲酸钙的CAS号为544-17-2；
所述碱金属盐类化合物为苯甲酸钠、亚硝酸钠，苯甲酸钠、亚硝酸钠的质量比为1：0.6；所述苯甲酸钠的CAS号为532-32-1，亚硝酸钠的CAS号为7632-00-0；
所述高强度混凝土的制备方法同实施例1。
实施例3
实施例3提供了一种含有大理石锯泥的高强度混凝土，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥130份，大理石锯泥75份，粉煤灰75份，改性碳纳米管0.3份，花岗岩50 份，引气剂0.5份，高效减水剂2份，可溶性有机改性剂1份，碱金属盐类化合物0.3份，水45份。
所述水泥购自三河鼎轩领晟商贸有限公司；
所述大理石锯泥为平邑县建远石材有限公司产生的大理石锯泥；
所述粉煤灰购自河北宝延工程建设有限公司；
所述改性碳纳米管为羟基石墨化碳纳米管，购自北京德科岛科技有限公司，型号为 CNT223，比表面积为117m2/g，长度为50μm；
所述花岗岩购自灵寿县泽旭矿产品贸易有限公司，表观密度为1500kg/m3；
所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为0.6：1.2；所述十二烷基苯磺酸钠的CAS号为25155-30-0；松香酸钠的CAS号为 14351-66-7；
所述高效减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物，β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物的质量比为0.3：0.6；所述β-萘磺酸盐甲醛缩合物购自济南千奇化工有限公司，磺化三聚氰胺缩合物购自苏州市鑫龙化学建材有限责任公司；
所述可溶性有机改性剂为三乙醇胺、甲酸钙，三乙醇胺、甲酸钙的质量比为1.3：0.8；所述三乙醇胺的CAS号为102-71-6，甲酸钙的CAS号为544-17-2；
所述碱金属盐类化合物为苯甲酸钠、亚硝酸钠，苯甲酸钠、亚硝酸钠的质量比为1：0.6；所述苯甲酸钠的CAS号为532-32-1，亚硝酸钠的CAS号为7632-00-0；
所述高强度混凝土的制备方法同实施例1。
对比例1
对比例1具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入引气剂。
对比例2
对比例2具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，用木质素磺酸钙代替β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物。
对比例3
对比例3具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入可溶性有机改性剂
性能评价
(1)无侧限抗压强度测试
将实施例1-3、对比例1-3制备得到的高强度混凝土按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中圆柱试件制作方法成型无侧限抗压强试件，在标准条件下养护7天后取出，进行无侧限抗压强度试验，测得数据见表1；
(2)耐磨性能测试
将实施例1-3、对比例1-3制备得到的高强度混凝土按照JC/T906-2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》进行耐磨性能的测试，耐磨度比越大，说明产品的耐磨性能越好。
表1
无侧限抗压强度(MPa) 耐磨度比(％)
实施例1 70 329
实施例2 68 328
实施例3 70 330
对比例1 59 263
对比例2 60 266
对比例3 61 265

Claims (7)

1.一种含有大理石锯泥的高强度混凝土，其特征在于，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥100-150份，大理石锯泥65-85份，粉煤灰50-70份，改性碳纳米管0.2-0.5份，花岗岩40-80份，引气剂0.2-1份，高效减水剂1-3份，可溶性有机改性剂0.5-2份，碱金属盐类化合物0.1-0.5份，水30-60份；
所述引气剂为十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠，十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠的质量比为（0.2-0.8）：（0.9-1.5）；
所述高效减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺缩合物。
2.根据权利要求1所述高强度混凝土，其特征在于，所述改性碳纳米管为巯基硅烷化多臂碳纳米管、氨基化多臂碳纳米管、羟基石墨化碳纳米管、短羧基化多臂碳纳米管中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述高强度混凝土，其特征在于，所述改性碳纳米管为羟基石墨化碳纳米管，羟基石墨化碳纳米管的比表面积为100-150m2/g，长度为30-60μm。
4.根据权利要求1所述高强度混凝土，其特征在于，所述花岗岩的表观密度为1000-2000 kg/m3。
5.根据权利要求1所述高强度混凝土，其特征在于，所述可溶性有机改性剂包括三乙醇胺、草酸、丙酸钙、尿素、甲酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述高强度混凝土，其特征在于，所述可溶性有机改性剂为三乙醇胺、甲酸钙，三乙醇胺、甲酸钙的质量比为（1-1.5）：（0.5-1）。
7.一种如权利要求1-6任一项所述高强度混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将水泥，大理石锯泥，粉煤灰，改性碳纳米管，花岗岩，碱金属盐类化合物，水依次加入搅拌机，干拌均匀；
（2）将引气剂，高效减水剂，可溶性有机改性剂，水加入搅拌机，搅拌均匀，即得所述高强度混凝土。
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