CN115073028A - 一种环保型轻质胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型轻质胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。其包括以下重量份数的组分：水泥：高硅钙质活性粉体材料：轻质活性超微细材料：轻质有机微细粉：组合纤维：YZ‑1型有机‑无机复合匀质调节剂：NJ‑1型凝结时间调节剂=250～1600：50～300：100～350：127.7～552.2：2.0～4.0：1.0～2.0：3.0～5.0。其制备方法的步骤如下：将称好的水称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ‑1型有机‑无机复合匀质调节剂、NJ‑1型凝结时间调节剂置于混料机中混合1‑2min得到一种环保型轻质胶凝材料。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种环保型轻质胶凝材料及其制备方法。
背景技术
随着经济与建筑技术的不断发展，建筑绿色化、低碳化和功能性需求的不断提升，从材料本体出发，研发集轻质、保温、节能、利废、低碳和绿色环保于一体轻质建筑材料意义重大。但目前主要的轻质建筑材料有陶粒、加气砌块、轻骨料混凝土等，并不能满足现代建筑的需要。同时，对轻质胶凝材料的研究开发较少。因此，研究开发一种符合现代建筑使用的环保型轻质胶凝材料具有重要的意义。
例如，现有技术一，申请号：CN202010776647.9，公开号：CN111995268A，公开了一种辅助胶凝材料及其制备方法、胶凝材料及应用和水泥砂浆，其技术方案如下：
“一种辅助胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
提供粒度为120目～200目的干燥的余泥渣土；及
将所述余泥渣土在700℃～800℃下进行煅烧，得到辅助胶凝材料。
在其中一个实施例中，所述提供粒度为120目～200目的干燥的余泥渣土的步骤包括：对所述余泥渣土进行干燥，然后粉碎，控制所述余泥渣土的粒度在120目～200目之间。
在其中一个实施例中，所述对所述余泥渣土进行干燥的步骤包括：将所述余泥渣土在100℃～110℃下干燥7h～8h。
在其中一个实施例中，所述将所述余泥渣土在700℃～800℃下进行煅烧的步骤包括：将所述余泥渣土以5℃/min～15℃/min的速率升温至700℃～800℃下进行煅烧，并保温1h～2h。
一种辅助胶凝材料，由上述的辅助胶凝材料的制备方法制备得到。
一种胶凝材料，包括水泥和上述的辅助胶凝材料。
在其中一个实施例中，在所述胶凝材料中，所述辅助胶凝材料的质量百分含量为10％～20％。
上述的胶凝材料在制备水泥砂浆或混凝土中的应用。
一种水泥砂浆，包括上述的胶凝材料。
在其中一个实施例中，所述水泥砂浆还包括砂和水。
在其中一个实施例中，所述水泥砂浆的振动流动度大于180mm。
在其中一个实施例中，所述水泥砂浆的28天抗压强度的相对活性指数大于75％”。
例如，现有技术二，申请号：CN201710036191.0，公开号：CN108314373B，公开了一种辅助胶凝材料和胶凝材料及其应用和混凝土，其技术方案如下：
“根据本发明的第一方面，本发明提供了一种辅助胶凝材料，该辅助胶凝材料含有粉煤灰，所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在45μm以下。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种胶凝材料，该胶凝材料含有辅助胶凝材料和水泥，所述辅助胶凝材料为本发明所述的辅助胶凝材料。
根据本发明的第三方面，本发明提供了本发明所述的胶凝材料或辅助胶凝材料在砂浆和/或混凝土中的应用。
根据本发明的第四方面，本发明提供了一种混凝土，所述混凝土用胶凝材料含本发明所述的胶凝材料。
本发明描述的辅助胶凝材料含粉煤灰，可以以大于总胶凝材料的45重量％的用量使用，且能够保证胶凝后材料的强度，例如将辅助胶凝材料用于混凝土和/或砂浆，仍能保证混凝土和砂浆的强度”。
例如，现有技术三，申请号：CN202110607946.4，公开号：CN113354312A，公开了一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝材料，其技术方案如下：
“一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、将含钙工业废渣及含硅工业废渣放入球磨机中，进行研磨和混合均匀，得到工业废渣粉末；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的工业废渣粉末和水加入带搅拌的耐高温高压装置中，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液进行搅拌至少30min，加入石灰或NaOH控制悬浊液的pH值为9～12，得到反应物混合液；记为悬浊液A；
步骤四、在所述步骤三中，使反应物混合液在100～300℃下进行水热反应，反应时间为0.5-6h，得到产物混合液；记为悬浊液B；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗至少两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在400-800℃下，进行低温活化处理2～6h，得到活性胶凝材料。
优选地，在所述步骤一中，按照钙硅摩尔比为2:1～3:1的比例含钙工业废渣及含硅工业废渣进行研磨和混合均匀。
优选地，在所述步骤一中，所述工业废渣研磨至直径不大于100微米。
优选地，在所述步骤一中，以氧化钙的质量计，所述含钙工业废渣为含钙质量百分比不低于20wt.％的工业废物。
优选地，在所述步骤一中，所述含钙工业废渣为电石渣、白云石泥、生活垃圾焚烧飞灰、水泥窑灰中的至少一种。
优选地，在所述步骤一中，所述含硅工业废渣为钢渣、污泥焚烧灰、粉煤灰、硫酸铝渣、煤渣中的至少一种。
优选地，在所述步骤二中，按照固体与液体质量比为1:(5～10)的比例，将工业废渣粉末及适量水混合制成悬浊液。
优选地，在所述步骤三中，采用搅拌速度为50～150r/min的低速搅拌对悬浊液进行均匀分散处理。
优选地，在所述步骤四中，所述水热反应过程中在保持密闭环境下进行。
优选地，在所述步骤四中，使反应物混合液在50～500rpm/min的转速条件下进行水热反应。
一种活性胶凝材料，采用本发明利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法制备而成，本发明的方法适用于工业废渣制备活性胶凝材料。按矿渣活性指数法测定，本发明方法制备的胶凝材料活性指数：7d，78-88％；28d，89-95％”。
发明内容
本申请提供了一种环保型轻质胶凝材料及其制备方法，解决上述提出的问题，同时解决环保型轻质胶凝材料在使用过程中各组分材料分层、混合不均、强度低等技术问题。
本发明的技术方案是：一种环保型轻质胶凝材料，各组分质量比如下：水泥：高硅钙质活性粉体材料：轻质活性超微细材料：轻质有机微细粉：组合纤维：YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂：NJ-1型凝结时间调节剂＝250～1600：50～300：100～350：127.7～552.2：2.0～4.0：1.0～2.0：3.0～5.0。
进一步的，所述水泥为符合GB175的P.O42.5水泥、符合GB20472的R.SAC42.5水泥的混合物，比表面积360～450m2/kg，其质量比百分比为60～80：20～40。
进一步的，所述高钙硅质活性粉体材料为F类II粉煤灰、L85磷渣粉、S95矿粉、废弃玻璃粉、氧化钙粉体质量比百分比20～40：20～30：10～30：20～40：10～30混合物经过球磨机球磨5-15分钟而得，含水率≤0.05％，比表面积500～800m2/kg，28d活性≥85％。
进一步的，所述轻质活性超微细材料为空心玻璃微珠、漂珠、硅灰的混合物，含水率≤0.1％，其中空心玻璃微珠的颗粒粒径≤80μm，空心玻璃微珠、漂珠、硅灰质量比百分比为30～40：20～50：20～50置于混料机中混合1min得到表观密度为500-800kg/m3轻质活性超微细材料。
进一步的，所述轻质有机微细粉为废弃硬质塑料粉，主要为ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等一种或多种的粉体混合物，40μm≤粒径≤80μm，含水率≤0.1％，表观密度为900-1200kg/m3。
进一步的，所述组合纤维为木质纤维、聚丙烯纤维的混合物，质量比百分比为30～60：40～70。
进一步的，所述YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂为壳聚糖、葡聚糖、聚合硫酸铁的混合粉体，其中，壳聚糖为低分子量壳聚糖，各组分质量比百分比为20～40：20～30：30～60。
进一步的，所述NJ-1型凝结时间调节剂为硼砂、无水二磷酸四钠、蔗糖、葡萄糖的混合粉体物混合物，质量百分比为10～20：10～30：20～30：30～60。
一种环保型轻质胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按比例称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂。
步骤二：将称好的水称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂置于混料机中混合1-2min得到一种环保型轻质胶凝材料。
步骤三：所得到一种环保型轻质胶凝材料在1h内装入密封袋内，储存在通风、阴凉、干燥处。
本发明的有益效果：通过利用粉煤灰、磷渣粉、矿粉、废弃玻璃粉等无机固体废弃物，废弃硬质塑料粉有机固体废弃物，通过各组分系列协同技术、调节技术，得到了一种环保型轻质胶凝材料。解决了轻质胶凝材料各组分材料分层、混合不均、强度低等技术问题的同时，进一步加大了无机固体废弃物、有机固体废弃物等的综合利用，绿色环保。
本发明的作用机理是：
1、P.O42.5水泥与R.SAC42.5水泥组合协同作用，水泥与高硅钙质活性粉体材料的协同作用，即R.SAC42.5水泥主要提供早期强度，P.O42.5水泥主要提高后期强度，二者的组合，可以根据需要，灵活调整比例，使得强度满足工程需要。同时高硅钙质活性粉体材料加入，其比表面积大于水泥的，其对水泥的微核填充作用、微核诱导作、二次水化作用，密实结果体系，进一步提高强度。
2、组合纤维中木质纤维、聚丙烯纤维的“1+1＞2”等互补增效作用，具体是两种纤维组合后，聚丙烯纤维从多方向、多维度插在木质纤维宏观三维网状结构中，弥补了木质纤维宏观三维网状结构牵拉作用力不足，聚丙烯纤维网捕力不足。提高了组合纤维粉体胶凝材料及其成团状物的宏观网捕、牵拉作用。
3、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂，壳聚糖分子链上分布着许多羟基、氨基，还有些N-乙酰氨基，他们会形成各种分子内和分子间氢键。同时链上的活性基团很多，可以进行接枝、共聚反应。使得葡聚糖分子在物理化学作用下，通过接枝、共聚连接壳聚糖分子链上，葡聚糖独特的三重超微螺旋结构与壳聚糖多活性基团作用，提高对水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉吸附、网捕。聚合硫酸铁、壳聚糖、葡聚糖在螯合作用下形成多维网状复杂结构，更具吸附、网捕力。
4、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、组合纤维的协同技术作用，主要表现为有机-无机复合匀质调节剂对水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉吸附、网捕的微观絮凝作用，快速絮凝成团状物。然后组合纤维其宏观三维网状结构将团状物牵拉在一起，使得各组分在拌制过程中充分均匀混合，因此创新性的微观吸附、网捕及宏观的牵拉协同作用，解决了过程中轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉的上浮问题，使得整体更加匀质。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
环保型轻质胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按比例称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂。
步骤二：将称好的水称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂置于混料机中混合1-2min得到一种环保型轻质胶凝材料。
步骤三：所得到一种环保型轻质胶凝材料在1h内装入密封袋内，储存在通风、阴凉、干燥处。
实施例1-8的成分质量配比如下表：
实施例1-8的水泥各组分材料质量指标如下表：
实施例1-8的组合纤维各组分材料质量指标如下表：
| 木质纤维％ | 聚丙烯纤维％ | |
| 实施例1 | 30 | 70 |
| 实施例2 | 40 | 60 |
| 实施例3 | 50 | 50 |
| 实施例4 | 60 | 40 |
| 实施例5 | 45 | 55 |
| 实施例6 | 50 | 50 |
| 实施例7 | 60 | 40 |
| 实施例8 | 45 | 55 |
实施例1-8YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂各成分质量百分比如下表：
| 壳聚糖％ | 葡聚糖％ | 聚合硫酸铁％ | |
| 实施例1 | 20 | 30 | 50 |
| 实施例2 | 30 | 30 | 40 |
| 实施例3 | 40 | 30 | 30 |
| 实施例4 | 25 | 30 | 45 |
| 实施例5 | 20 | 25 | 55 |
| 实施例6 | 40 | 30 | 30 |
| 实施例7 | 25 | 30 | 45 |
| 实施例8 | 30 | 30 | 40 |
实施例1-8NJ-1型凝结时间调节剂各成分质量百分比如下表：
| 硼砂 | 无水二磷酸四钠 | 蔗糖 | 葡萄糖 | |
| 实施例1 | 10 | 20 | 20 | 50 |
| 实施例2 | 10 | 10 | 25 | 55 |
| 实施例3 | 15 | 15 | 20 | 50 |
| 实施例4 | 20 | 10 | 30 | 40 |
| 实施例5 | 15 | 30 | 25 | 30 |
| 实施例6 | 20 | 10 | 20 | 50 |
| 实施例7 | 20 | 20 | 30 | 30 |
| 实施例8 | 10 | 10 | 20 | 60 |
对比实施例1-11的成分质量配比如下表：
对比实施例1-11的组合纤维各组分材料质量指标如下表：
| 木质纤维％ | 聚丙烯纤维％ | |
| 对比例1 | 0 | 0 |
| 对比例2 | 100 | 0 |
| 对比例3 | 0 | 100 |
| 对比例4 | 50 | 50 |
| 对比例5 | 50 | 50 |
| 对比例6 | 50 | 50 |
| 对比例7 | 50 | 50 |
| 对比例8 | 50 | 50 |
| 对比例9 | 50 | 50 |
| 对比例10 | 50 | 50 |
| 对比例11 | 50 | 50 |
实施例1-11YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂各成分质量百分比如下表：
| 壳聚糖％ | 葡聚糖％ | 聚合硫酸铁％ | |
| 对比例1 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例2 | 25 | 30 | 45 |
| 对比例3 | 25 | 30 | 45 |
| 对比例4 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例5 | 50 | 0 | 50 |
| 对比例6 | 0 | 50 | 50 |
| 对比例7 | 50 | 50 | 0 |
| 对比例8 | 30 | 30 | 40 |
| 对比例9 | 25 | 30 | 45 |
| 对比例10 | 30 | 30 | 40 |
| 对比例11 | 30 | 30 | 40 |
实施例1-11NJ-1型凝结时间调节剂各成分质量百分比如下表：
| 硼砂 | 无水二磷酸四钠 | 蔗糖 | 葡萄糖 | |
| 对比例1 | 15 | 15 | 20 | 50 |
| 对比例2 | 15 | 15 | 20 | 50 |
| 对比例3 | 15 | 15 | 20 | 50 |
| 对比例4 | 15 | 15 | 20 | 50 |
| 对比例5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例6 | 20 | 10 | 20 | 50 |
| 对比例7 | 20 | 10 | 20 | 50 |
| 对比例8 | 0 | 15 | 25 | 60 |
| 对比例9 | 15 | 0 | 25 | 60 |
| 对比例10 | 20 | 20 | 0 | 40 |
| 对比例11 | 30 | 30 | 40 | 0 |
实施例1-8的环保型轻质胶凝材料性能指标如下表：
对比实施例1-11的性能指标如下表：
其中，按照《水泥砂浆流动度测定方法》(GB/T2419)、《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346)、《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671)等方法检测环保型轻质胶凝材料的砂浆流动度、3d、28d强度、标准稠度用水量、凝结时间等指标，在进行砂浆制备时，需要掺入环保型轻质胶凝材料质量2.0％的高效减水剂。对照组用P.O42.5水泥进行试验，在进行砂浆制备时未加高效减水剂。
由上表可以明显的看出，实施例1-8，掺入高效减水剂后砂浆扩展度在210-240mm，比对照组为240mm，未掺入高效减水剂，说明本发明的胶凝材料需水量较大。3d强度在8.0-29.7MPa，28d强度在15.4-40.5MPa。
从对比实施例1中可以看出，用水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉时，拌制过程严重分层，无法检测及使用，说明组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂等具有突出的调节作用，能有效保证拌制、成型过程不出现分层现象。从对比实施例3到从对比实施例11和实施例3可以看出，木质纤维和聚丙烯纤维在宏观抗分层方面，具有较优异的协同作用。壳聚糖、葡聚糖、聚合硫酸铁在微观抗分层方面，具有较良好的协同作用，同时微观抗分层技术与宏观抗分层技术也具有良好协同作用。硼砂、无水二磷酸四钠、蔗糖、葡萄糖在调节凝结世界上有良好协同作用。
以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (10)
1.一种环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
以重量份计，包括以下组分：
水泥 250份-1600份；
高硅钙质活性粉体材料 50份-300份；
轻质活性超微细材料 100份-350份；
轻质有机微细粉 127.7份-552.2份；
组合纤维 2份-4份；
YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂 1份-2份；
NJ-1型凝结时间调节剂 3份-5份。
2.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
以重量份计，包括以下组分：
水泥 250份；
高硅钙质活性粉体材料 150份；
轻质活性超微细材料 350份；
轻质有机微细粉 143.1份；
组合纤维 2份；
YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂 1.5份；
NJ-1型凝结时间调节剂 3份。
3.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
以重量份计，包括以下组分：
水泥 500份；
高硅钙质活性粉体材料 200份；
轻质活性超微细材料 100份；
轻质有机微细粉 552.2份；
组合纤维 3.5份；
YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂 1.8份；
NJ-1型凝结时间调节剂 3.2份。
4.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
以重量份计，包括以下组分：
水泥 1200份；
高硅钙质活性粉体材料 50份；
轻质活性超微细材料 200份；
轻质有机微细粉 180.8份；
组合纤维 3.5份；
YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂 2份；
NJ-1型凝结时间调节剂 4份。
5.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
以重量份计，包括以下组分：
水泥 1600份；
高硅钙质活性粉体材料 50份；
轻质活性超微细材料 150份；
轻质有机微细粉 236.9份；
组合纤维 4份；
YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂 1.5份；
NJ-1型凝结时间调节剂 3.2份。
6.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
所述高钙硅质活性粉体材料为F类II粉煤灰、L85磷渣粉、S95矿粉、废弃玻璃粉、氧化钙粉体质量比百分比20～40：20～30：10～30：20～40：10～30混合物经过球磨机球磨5-15min而得，含水率≤0.05%，比表面积500~800m2/kg，28d活性≥85%。
7.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
所述轻质活性超微细材料为空心玻璃微珠、漂珠、硅灰的混合物，其中空心玻璃微珠颗粒粒径≤80μm，空心玻璃微珠、漂珠、硅灰质量比百分比为30~40：20~50：20~50；
所述组合纤维为木质纤维、聚丙烯纤维的组合物，质量比百分比为30~60：40~70。
8.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
所述YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂为壳聚糖、葡聚糖、聚合硫酸铁的混合粉体物，其中，壳聚糖为低分子量壳聚糖，各组分质量比百分比为20~40：20~30：30~60。
9.根据权利要求1所述的环保型轻质胶凝材料，其特征在于：
所述NJ-1型凝结时间调节剂为硼砂、无水二磷酸四钠、蔗糖、葡萄糖的混合粉体物混合物，质量百分比为10~20：10~30：20~30：40~60。
10.一种环保型轻质胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按比例称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂；
步骤二：将称好的水称量好水泥、高硅钙质活性粉体材料、轻质活性超微细材料、轻质有机微细粉、组合纤维、YZ-1型有机-无机复合匀质调节剂、NJ-1型凝结时间调节剂置于混料机中混合1-2min得到一种环保型轻质胶凝材料；
步骤三：所得到一种环保型轻质胶凝材料在1h内装入密封袋内，储存在通风、阴凉、干燥处。
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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: 20220920 |
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