CN115010414A - 一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，属于碱激发混凝土材料制备技术领域，包括如下重量份的原料：维生素1～46份，激发剂10～60份，硅铝前驱体80～430份，石子10～436份，砂10～436份，纤维0～32份，化学外加剂0～20份，水泥熟料0～100份、水50～420份。本发明通过维生素作为碱激发混凝土的性能调节剂，可实现高效调节碱激发混凝土凝结时间、收缩和强度。维生素可从植物、蔬菜、动物内脏等提取，无需化学制备过程，绿色环保，本发明制备方法简单、高效、绿色和材料来源广泛，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于碱激发混凝土材料制备技术领域，具体涉及一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料。
背景技术
碱激发混凝土通常是指以矿渣、粉煤灰、炉渣灰等固废为前驱体，利用碱性或中性盐激发制得的一种类似陶瓷的材料，具有无定形到半结晶的三维硅铝酸盐结构。碱性溶液混合富含硅和铝的原材料后，溶解的AlO4和SiO4四面体通过共享一个氧原子而结合成单体。单体相互作用形成低聚物，然后合成含硅铝酸盐的三维网状结构。近年来，由于碱激发混凝土在生产过程中产生的能耗和二氧化碳排放量较低，引起了学术界和工业界越来越多的关注，认为其是最有潜力替代水泥的胶凝材料。碱激发混凝土有许多优异的性能，如较低的水化热和较高的力学性能，并且还具有耐腐蚀，抗冻融，防火和降低氯离子扩散能力，以及能够在骨料和砂浆间形成较强的界面粘结。
然而，碱激发混凝土也面临一些问题，如流动性差、凝结时间短和收缩较大等。如何解决上述碱激发混凝土材料缺点成为发展和应用这种绿色胶凝材料的关键问题。目前，学者和工业界在尝试使用化学外加剂调控碱激发混凝土的新拌性能和收缩性能，但效果有限。这主要是因为所使用的化学外加剂是针对水泥基混凝土开发出来的，这种化学外加剂在碱激发混凝土和水泥混凝土中的作用机制不同，导致在碱激发混凝土中效果较差。目前，缺乏针对碱激发混凝土开发的专门外加剂，碱激发混凝土的性能调节问题仍然未能得到解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，用以解决上述背景技术中所面临的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：维生素1～46份，激发剂10～60份，硅铝前驱体80～430份，石子10～436份，砂10～436份，纤维0～32份，化学外加剂0～20份，水泥熟料0～100份、水50～420份。
进一步的，所述维生素是颗粒状或液体状维生素，所述维生素是维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素P、维生素B4、维生素B5、维生素B6、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素M、维生素T、维生素U、维生素V的一种或几种混合物。
进一步的，所述激发剂是碱性或中性盐，所述激发剂是碱性或中性盐，所述激发剂是NaOH、Na2CO3、Na2SO4、Na2SiO3、水玻璃、KOH、K2CO3、K2SO4、K2SiO3、钾水玻璃、LiOH、Li2CO3、Li2SO4、Li2SiO3、锂水玻璃、MgO、Mg(OH)2、Mg2CO3、Mg2SO4、镁水玻璃、CaO、Ca(OH)2、CaSO4、CaCl、CaF的一种或几种混合物。
进一步的，所述硅铝前驱体是富含铝硅的粉体材料，所述硅铝前驱体是矿渣、粉煤灰、偏高岭土、炉渣灰、铁尾矿砂、铜尾矿砂、镍尾矿砂、金尾矿砂、钢渣、铜渣、金渣、镍渣、煤矸石的一种或几种混合物。
进一步的，所述硅铝前驱体的细度大于50目。
进一步的，所述石子是市售普通石子，所述石子是10～40mm连续级配。
进一步的，所述砂是普通河砂或机制砂，所述砂的细度模数为1.5～3.2。
进一步的，所述纤维是钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维、PP纤维的一种或几种混合物。
进一步的，所述化学外加剂是混凝土减水剂、缓凝剂、减缩剂的一种或几种混合物。
进一步的，所述水泥熟料是强度等级为32.5、42.5、52.5、62.5水泥熟料的一种或几种混合物。
本发明的有益效果：
本发明通过维生素作为碱激发混凝土的性能调节剂，可实现高效调节碱激发混凝土凝结时间、收缩和强度。维生素可从植物、蔬菜、动物内脏等提取，无需化学制备过程，绿色环保，本发明制备方法简单、高效、绿色和材料来源广泛，应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的碱激发混凝土的自收缩曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，包括维生素C，NaOH，矿渣，粉煤灰，河砂，聚丙烯纤维，水。具体配比如表1所示，
表1
其中：维生素C纯度为97％；NaOH为片状分析纯药剂；矿渣为S105级高炉矿渣，表观密度2800kg/m3，BET比表面积，425m2/kg；粉煤灰是市售低钙一级粉煤灰；河砂的细度模数是2.5；聚丙烯纤维长度为6mm；水为城市普通自来水；石子100份；水泥熟料40份；化学外加剂为混凝土减水剂，5份。
按照表1所示配比制备混凝土，使用维卡仪测试其初凝和终凝时间。使用跳桌测试其扩展度。同时，将其浇筑在边长为150mm的立方体钢模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。之后，将试块拆模，并分别养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期超细含硫尾砂混凝土的抗压强度，3个试块为一组，测试结果取平均值。另外，按照ASTM C191《水泥基材料自收缩测试标准方法》采用波纹管法测试各组的自收缩。
表2为5个基准组的凝结时间(min)和扩展度(mm)；表3为5个基准组的抗压强度(MPa)。附图1是5个基准组在28天测试龄期内的自收缩。
表2
表3
| 3天 | 7天 | 28天 | |
| 基准组1 | 27 | 35 | 44 |
| 基准组2 | 32 | 40 | 50 |
| 基准组3 | 34 | 38 | 52 |
| 基准组4 | 33 | 37 | 51 |
| 基准组5 | 31 | 36 | 50 |
我们可以看到，使用维生素C对碱激发混凝土的凝结时间、扩展度和抗压强度的影响均具有明显的规律性。具体看，随着维生素C掺量的增大，碱激发混凝土的凝结时间不断增大，通过掺入15kg维生素C，碱激发混凝土的终凝时间为150min，这为碱激发混凝土的实际使用提供了充足的时间。另外，随着维生素C掺量的增大，碱激发混凝土的扩展度也随之增大，这说明碱激发混凝土的工作性随维生素C的掺入而逐渐变好。从抗压强度看，在碱激发混凝土中掺入维生素C后，其各个龄期抗压强度均明显增大，在各个龄期呈现出随着维生素C掺量的增大，抗压强度先增大后降低的趋势。从附图1可以看出，维生素C显著减小了碱激发混凝土的自收缩，维生素C掺量越大，则自收缩越小，这相应地可以显著降低碱激发混凝土的开裂风险。维生素C的这种可同时调节碱激发混凝土凝结时间、扩展度、抗压强度和收缩的能力充分证实了本发明所提出一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料的技术可靠性。
实施例2：
本发明提供的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，包括维生素A，Na2SiO3，矿渣，粉煤灰，河砂，玄武岩纤维，水。具体配比如表4所示，
表4
其中：维生素A纯度为90％；Na2SiO3为粒装分析纯药剂；矿渣为S105级高炉矿渣，表观密度2800kg/m3，BET比表面积，425m2/kg；粉煤灰是市售低钙一级粉煤灰；河砂的细度模数是2.5；玄武岩纤维长度为6mm；水为城市普通自来水；石子130份；水泥熟料40份；化学外加剂为缓凝剂，5份。
按照表4所示配比制备混凝土，使用维卡仪测试其初凝和终凝时间。使用跳桌测试其扩展度。同时，将其浇筑在边长为150mm的立方体钢模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。之后，将试块拆模，并分别养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期超细含硫尾砂混凝土的抗压强度，3个试块为一组，测试结果取平均值。
表5为5个基准组的凝结时间(min)和扩展度(mm)。表6为5个基准组的抗压强度(MPa)。
表5
表6
| 3天 | 7天 | 28天 | |
| 基准组1 | 43 | 58 | 61 |
| 基准组2 | 49 | 59 | 69 |
| 基准组3 | 50 | 61 | 72 |
| 基准组4 | 51 | 60 | 68 |
| 基准组5 | 46 | 60 | 67 |
由数据可知，与实施例1相比，使用维生素C对碱激发混凝土的凝结时间、扩展度和抗压强度的影响均具有明显的规律性。具体看，随着维生素C掺量的增大，碱激发混凝土的凝结时间不断增大，通过掺入21kg维生素C，碱激发混凝土的终凝时间为164min，这为碱激发混凝土的实际使用提供了充足的时间。另外，随着维生素C掺量的增大，碱激发混凝土的扩展度也随之增大，这说明碱激发混凝土的工作性随维生素C的掺入而逐渐变好。从抗压强度看，在碱激发混凝土中掺入维生素C后，其各个龄期抗压强度均明显增大，在各个龄期呈现出随着维生素C掺量的增大，抗压强度先增大后降低的趋势。维生素C的这种可同时调节碱激发混凝土凝结时间、扩展度、抗压强度和收缩的能力充分证实了本发明所提出一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料的技术可靠性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：维生素1～46份，激发剂10～60份，硅铝前驱体80～430份，石子10～436份，砂10～436份，纤维0～32份，化学外加剂0～20份，水泥熟料0～100份、水50～420份。
2.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述维生素是颗粒状或液体状维生素，所述维生素是维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素P、维生素B4、维生素B5、维生素B6、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素M、维生素T、维生素U、维生素V的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述激发剂是碱性或中性盐，所述激发剂是NaOH、Na2CO3、Na2SO4、Na2SiO3、水玻璃、KOH、K2CO3、K2SO4、K2SiO3、钾水玻璃、LiOH、Li2CO3、Li2SO4、Li2SiO3、锂水玻璃、MgO、Mg(OH)2、Mg2CO3、Mg2SO4、镁水玻璃、CaO、Ca(OH)2、CaSO4、CaCl、CaF的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述硅铝前驱体是富含铝硅的粉体材料，所述硅铝前驱体是矿渣、粉煤灰、偏高岭土、炉渣灰、铁尾矿砂、铜尾矿砂、镍尾矿砂、金尾矿砂、钢渣、铜渣、金渣、镍渣、煤矸石的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述硅铝前驱体的细度大于50目。
6.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述石子是市售普通石子，所述石子是10～40mm连续级配。
7.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述砂是普通河砂或机制砂，所述砂的细度模数为1.5～3.2。
8.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述纤维是钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维、PP纤维的一种或几种混合物。
9.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述化学外加剂是混凝土减水剂、缓凝剂、减缩剂的一种或几种混合物。
10.根据权利要求1所述的一种利用维生素为外加剂制备的碱激发混凝土材料，其特征在于，所述水泥熟料是32.5、42.5、52.5、62.5的一种或几种混合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220906 |
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