CN116041015A - 一种性能优良的自密实水泥配重块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种性能优良的自密实水泥配重块，其由下列重量份的原料制成：70～90份水泥、5～20份矿粉、5～15份粉煤灰、5～15份石英砂、1～3份多孔陶粒、1～2份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.1～0.4份减水剂、1～4份消泡剂。本发明水泥配重块具有高密实性、高强度等优点，同时制备工艺简单方便，制备成本低。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种性能优良的自密实水泥配重块。
背景技术
配重块也叫平衡块，加重块等，是用于增加自身重量来保持平衡的重物。在很多产品中都需要利用到，是不可或缺的。目前所使用的配重块有采用铸铁制造，也有采用水泥制造，但是由于水泥基材料的脆性，在受到大载荷或冲击时易产生裂缝等脆性破坏，现有大多的水泥配重块都不能达到使用需求。水泥材料的性能主要是由水泥水化时水化产物决定的，所以现有的技术人员一直在进行对水泥水化的研究，希望通过添加适当的矿物质从而形成更密实的产物，提高它的性能。
人们由于对环境保护意识的提高，对绿色建材非常重视，例如利用污泥或有害废渣为原料来制造水泥，这样不仅能够保护环境，还能充分利用材料、改善水泥配重块的性能。现在技术人员常常会在制备水泥配重块过程中添加聚合物，这可能有一定的性能改造作用，但是在制备过程中可能会带入很多气体从而在水泥砂浆中形成大量气孔，严重影响改性砂浆的力学性能；因此需要研究如何在制备改性水泥配重块时减少气孔的数量。
CN111606731A公开了一种高性能自密实水泥配重块及其制备方法，包括水泥、石英砂、粉煤灰、多孔陶粒、改性石墨烯/海藻酸钠复合凝胶纤维、减水剂、消泡剂；其中，多孔陶粒是采用生物污泥、秸秆灰、粘土来制备，使其掺入到水泥配重块中虽有一定的增强性能，但是由于其材料的选取及其制备方法的限制，所制得的多孔陶粒比表面积及强度较低，并没有充分提高水泥配重块的性能；凝胶纤维是采用改性石墨烯与海藻酸钠复合制备，使其掺入到水泥配重块中虽有一定的增强性能，但是其对水泥配重块的力学性能增强有限且增强效果不够稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能优良的自密实水泥配重块，该水泥配重块具有高密实性、高强度等优点，同时制备工艺简单方便，制备成本低。
针对上述目的，本发明提供的自密实水泥配重块由以下重量份的原料制成：70～90份水泥、5～20份矿粉、5～15份粉煤灰、5～15份石英砂、1～3份多孔陶粒、1～2份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.1～0.4份减水剂、1～4份消泡剂。
上述的多孔陶粒是由污泥、赤泥、钢渣、粘土按质量比为1：2：1～2：8混合造粒后采用预热阶段和烧结阶段分步烧结制得，制得的多孔陶粒的颗粒密度为0.75～0.77g/cm3，堆积密度为0.31～0.34g/cm3，比表面积为3317～3320cm2/g。优选所述预热阶段的预热温度为300～350℃，预热时间为12～15min，所述烧结阶段的烧结温度为900～1000℃，烧结时间为8～10min。
上述的消泡剂为有机硅类消泡剂。
上述的减水剂为聚羧酸类减水剂。
本发明自密实水泥配重块的制备方法包括以下步骤：
(1)将污泥、赤泥、钢渣、粘土在110℃下恒温干燥3h，之后用粉碎机粉碎并用100目筛筛分，然后将原料按照质量比例进行配比，加入适量的水调匀后在造粒机内滚至成球，用筛孔直径为4～5mm的筛子对生料球进行筛分并自然干燥8～20h。之后采用两段烧结法(预热阶段和烧结阶段分步进行)对干燥后的成型生料进行烧结处理，制得多孔陶粒；
(2)将海藻酸钠加入水中搅拌至完全溶解，之后缓慢滴加二甲基丙烯酰胺，接着加入硫酸钾、四甲基乙二胺，反应18～24h后，将得到的中间产物浸入30～40mM钙离子溶液中，浸泡10～12h后采用湿法纺丝工艺进行纺丝，喷丝孔径为60～80μm，制得改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维。其中，优选所述海藻酸钠与二甲基丙烯酰胺、硫酸钾、四甲基乙二胺的摩尔比为4：3：0.1～0.3：0.02～0.04。所述钙离子溶液为氯化钙水溶液、乙酸钙水溶液、硝酸钙水溶液中任意一种；
(3)将水泥、粉煤灰、矿粉混合搅拌均匀，然后加入石英砂继续搅拌，加入多孔陶粒、改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维继续搅拌混合均匀后，继续加入水、消泡剂、减水剂，搅拌混合后制得拌合料；将拌合料装模成型，养护24h后脱模；脱模后的试样自然湿润环境下养护处理，制得性能优良的自密实水泥配重块。
本发明的有益效果如下：
本发明在水泥配重块中加入多孔陶粒和改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维作为改性剂；多孔陶粒是由污泥、赤泥、钢渣、粘土混合造粒后采用两段烧结法烧结制得，能充分利用材料且绿色环保，其比表面积大，强度大；改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维具有高强度和耐疲劳性能；在材料制备过程中，多孔陶粒以及改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维可以填充水泥水化形成的孔隙，提高水泥配重块的密实度和强度。本发明制得的水泥配重块具有高密实性、高强度等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
下述实施例中采用的水泥均为42.5级普通硅酸盐水泥；聚羧酸类减水剂均为西卡(中国)有限公司所生产的Sika ViscoCrete-540P；有机硅类消泡剂均为广东绿洁化工科技有限公司所生产的LDS-800；石英砂的细度模数为2.3～2.8。
实施例1
本实施例的水泥配重块的重量份组成为：70份水泥、5份矿粉、5份粉煤灰、5份石英砂、1份多孔陶粒、1份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.1份聚羧酸类减水剂、1份有机硅类消泡剂，其制备方法如下：
(1)将污泥、赤泥、钢渣、粘土在110℃下恒温干燥3h，之后用粉碎机粉碎并用100目筛筛分，然后按照污泥、赤泥、钢渣、粘土的质量比为1：2：1：8进行配料，加入适量的水调匀后在造粒机内滚至成球，用筛孔直径为4mm的筛子对生料球进行筛分并自然干燥8h。之后采用两段烧结法(预热阶段和烧结阶段分步进行)对干燥后的成型生料进行烧结处理，预热阶段的预热温度为300℃，预热时间为12min，烧结阶段的烧结温度为900℃，烧结时间为8min，制得多孔陶粒；
(2)将海藻酸钠放于水中搅拌至完全溶解，之后将二甲基丙烯酰胺溶液缓慢滴加至海藻酸钠溶液中，接着加入硫酸钾、四甲基乙二胺，反应18h后，将得到的中间产物浸入30mM氯化钙水溶液中，浸泡10h后采用湿法纺丝工艺进行纺丝，喷丝孔径为60μm，制得改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维；所述海藻酸钠与二甲基丙烯酰胺、硫酸钾、四甲基乙二胺的摩尔比为：4：3：0.1：0.02；
(3)将水泥、粉煤灰、矿粉混合搅拌均匀，然后加入石英砂继续搅拌，加入多孔陶粒、改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维继续搅拌混合均匀后，继续加入水、消泡剂、减水剂，搅拌混合后制得拌合料；将拌合料装模成型，养护24h后脱模；脱模后的试样自然湿润环境下养护处理，制得水泥配重块。
实施例2
本实施例的水泥配重块的重量份组成为：90份水泥、20份矿粉、15份粉煤灰、15份石英砂、3份多孔陶粒、2份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.4份聚羧酸类减水剂、4份有机硅类消泡剂，其制备方法如下：
(1)将污泥、赤泥、钢渣、粘土等原料在110℃下恒温干燥3h，之后用粉碎机粉碎并用100目筛筛分，然后按照污泥、赤泥、钢渣、粘土的质量比为1：2：2：8进行配料，加入适量的水调匀后在造粒机内滚至成球，用筛孔直径为5mm的筛子对生料球进行筛分并自然干燥20h。之后采用两段烧结法(预热阶段和烧结阶段分步进行)对干燥后的成型生料进行烧结处理，预热阶段的预热温度为350℃，预热时间为15min，烧结阶段的烧结温度为1000℃，烧结时间为10min，制得多孔陶粒；
(2)将海藻酸钠放于水中搅拌至完全溶解，之后将二甲基丙烯酰胺溶液缓慢滴加至海藻酸钠溶液中，接着加入硫酸钾、四甲基乙二胺，反应24h后，将得到的中间产物浸入40mM乙酸钙水溶液中，浸泡12h后采用湿法纺丝工艺进行纺丝，喷丝孔径为80μm，制得改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维；所述海藻酸钠与二甲基丙烯酰胺、硫酸钾、四甲基乙二胺的摩尔比为4：3：0.3：0.04；
(3)将水泥、粉煤灰、矿粉混合搅拌均匀，然后加入石英砂继续搅拌，加入多孔陶粒、改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维继续搅拌混合均匀后，继续加入水、消泡剂、减水剂，搅拌混合后制得拌合料；将拌合料装模成型，养护24h后脱模；脱模后的试样自然湿润环境下养护处理，制得水泥配重块。
实施例3
本实施例的水泥配重块的重量份组成为：85份水泥、12.5份矿粉、10份粉煤灰、10份石英砂、2份多孔陶粒、1.5份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.25份聚羧酸类减水剂、2.5份有机硅类消泡剂，其制备方法如下：
(1)将污泥、赤泥、钢渣、粘土等原料在110℃下恒温干燥3h，之后用粉碎机粉碎并用100目筛筛分，然后按照污泥、赤泥、钢渣、粘土的质量比为1：2：1.5：8进行配料，加入适量的水调匀后在造粒机内滚至成球，用筛孔直径为4.5mm的筛子对生料球进行筛分并自然干燥14h。之后采用两段烧结法(预热阶段和烧结阶段分步进行)对干燥后的成型生料进行烧结处理，预热阶段的预热温度为325℃，预热时间为13min，烧结阶段的烧结温度为950℃，烧结时间为9min，制得多孔陶粒；
(2)将海藻酸钠放于水中搅拌至完全溶解，之后将二甲基丙烯酰胺溶液缓慢滴加至海藻酸钠溶液中，接着加入硫酸钾、四甲基乙二胺，反应24h后，将得到的中间产物浸入35mM硝酸钙水溶液中，浸泡11h后采用湿法纺丝工艺进行纺丝，喷丝孔径为70μm，制得改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维；所述海藻酸钠与二甲基丙烯酰胺、硫酸钾、四甲基乙二胺的摩尔比为：4：3：0.2：0.03；
(3)将水泥、粉煤灰、矿粉混合搅拌均匀，然后加入石英砂继续搅拌，加入多孔陶粒、改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维继续搅拌混合均匀后，继续加入水、消泡剂、减水剂，搅拌混合后制得拌合料；将拌合料装模成型，养护24h后脱模；脱模后的试样自然湿润环境下养护处理，制得水泥配重块。
对比例1
水泥配重块中没有添加多孔陶粒，其他条件和实施例3相同。
对比例2
水泥配重块中没有添加改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维，其他条件和实施例3相同。
对比例3
水泥配重块中没有添加多孔陶粒、改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维，其他条件和实施例3相同。
对上述实施例1～3及对比例1～3制备的水泥配重块进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下：
(1)抗压强度试验：采用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，在20℃±3℃、95％湿度养护条件下养护，测试其7天、28天龄期的抗压强度，测试方法符合国标GB-175-1999要求。
(2)体积密度试验：按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70-2009)测试。
测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，与对比例相比，本发明制得的水泥配重块拆模时间大幅度缩短，拆模强度明显改善，密度明显提高，抗压强度大幅度提高。
Claims (6)
1.一种性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于，由以下重量份的原料制成：70～90份水泥、5～20份矿粉、5～15份粉煤灰、5～15份石英砂、1～3份多孔陶粒、1～2份改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维、0.1～0.4份减水剂、1～4份消泡剂；
所述多孔陶粒是由污泥、赤泥、钢渣、粘土按质量比为1：2：1～2：8混合造粒后采用预热阶段和烧结阶段分步烧结制得，制得的多孔陶粒的颗粒密度为0.75～0.77g/cm3，堆积密度为0.31～0.34g/cm3，比表面积为3317～3320cm2/g；
所述改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维的制备方法为：将海藻酸钠加入水中搅拌至完全溶解，之后缓慢滴加二甲基丙烯酰胺，接着加入硫酸钾、四甲基乙二胺，反应18～24h后，将得到的中间产物浸入30～40mM钙离子溶液中，浸泡10～12h后采用湿法纺丝工艺进行纺丝，喷丝孔径为60～80μm，制得改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维。
2.根据权利要求1所述的性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于，所述预热阶段的预热温度为300～350℃，预热时间为12～15min，所述烧结阶段的烧结温度为900～1000℃，烧结时间为8～10min。
3.根据权利要求1所述的性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于：所述改性二甲基丙烯酰胺/海藻酸钠复合凝胶纤维的制备方法中，海藻酸钠与二甲基丙烯酰胺、硫酸钾、四甲基乙二胺的摩尔比为4：3：0.1～0.3：0.02～0.04。
4.根据权利要求1所述的性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于，所述钙离子溶液为氯化钙水溶液、乙酸钙水溶液、硝酸钙水溶液中任意一种。
5.根据权利要求1所述的性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
6.根据权利要求1所述的性能优良的自密实水泥配重块，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
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