CN117567058A - 一种混凝土用改性煤矸石掺合料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域,公开了一种混凝土用改性煤矸石掺合料及其制备方法和应用。本发明首先提供了一种混凝土用改性煤矸石,主要由煤矸石、硼酸、氢氟酸在高温环境下反应后降温过滤制得。然后用本发明制备的改性煤矸石与硫酸钙、纳米硅酸钙乳浊液、助磨剂、和硅烷偶联剂混匀后粉磨制备混凝土用改性煤矸石掺合料。本发明制备的混凝土用改性煤矸石掺合料活性指数高,可作为代替部分水泥的掺合料加入水泥混凝土中,成本低,工艺简单,有利于工业化生产。

Description

一种混凝土用改性煤矸石掺合料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种混凝土用改性煤矸石掺合料及其制备方法和应用。
背景技术
在煤炭生产过程中,以硅氧化合物为主的煤矸石成为废弃物,其产量约占煤炭开采量的10%-15%,由于利用率较小,大量堆存的煤矸石严重污染环境。以前针对煤矸石的主要处理手段是填埋,虽然近年来为了达到环保要求,煤矸石正在被逐渐广泛利用,但其利用率仍然小于30%,大部分处于露天堆放状态,容易造成土壤污染、矸石山自燃爆炸、空气污染等环境问题。因此,对硅氧废弃物的资源化利用至关重要。
建筑材料是其资源化利用的主要手段,包括砌块、掺合料等。但是,目前煤矸石活性激发的手段主要通过机械粉磨、高温激发、酸碱硫酸盐等化学激发等,但这些激发手段的激发效果受限于煤矸石本身活性,且煤矸石的活性指数本身就明显低于水泥,又无法单独使用,掺量有限。所以有必要对煤矸石进行改性以提高其活性上限,以提高其在建筑材料中的使用价值。
发明内容
针对现有技术中存在的问题和不足,本发明的目的在于提供一种混凝土用改性煤矸石掺合料及其制备方法和应用。
基于上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明第一方面提供了一种混凝土用改性煤矸石的制备方法,包括如下步骤:将煤矸石粉料、硼酸粉料、氢氟酸溶液加入反应器中搅拌均匀后,得到混合物;在密闭条件下,将混合物于600-800℃进行反应,反应结束后得到反应物;将冰水混合物加入反应物中进行降温过滤后,收集滤出物,得到混凝土用改性煤矸石。
优选地,所述煤矸石粉料、硼酸粉料的比表面积为350m2/kg及以上。
优选地,所述煤矸石粉料与硼酸粉料的质量比为10∶(2-3)。
优选地,所述氢氟酸溶液的质量分数为40%-50%;所述氢氟酸溶液中的氢氟酸与煤矸石粉料的质量比为(2-3)∶20。
优选地,所述反应时间为6-8h。
优选地,所述降温过滤过程采用冰水混合物进行;所述降温过滤过程具体为:先将冰水混合物加入反应物中预冷,过滤收集滤出物后继续加入冰水混合物降至常温,再次过滤。
本发明第二方面提供了上述第一方面任一制备方法制备的混凝土用改性煤矸石。
本发明第三方面提供了一种混凝土用改性煤矸石掺合料,主要由以下质量份的组分混匀后粉磨而成:100份上述第二方面所述的混凝土用改性煤矸石、4-6份硫酸钙、0.5-2份纳米硅酸钙乳浊液、1-2份助磨剂、3-5份硅烷偶联剂。
优选地,所述纳米硅酸钙乳浊液由质量比为20∶(3-5):(70-90)的纳米硅酸钙、粉体减水剂、水经超声分散均匀后制得;所述粉体减水剂为聚羧酸粉体。
优选地,所述硅烷偶联剂为氨基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷或脲丙基三乙氧基硅烷中的其中一种。
优选地,所述助磨剂为醇胺类助磨剂。
优选地,所述改性煤矸石掺合料的比表面积为400-600m2/kg。
本发明第四方面提供了上述第三方面所述的混凝土用改性煤矸石掺合料在混凝土中的应用。
本发明制备的混凝土用改性煤矸石掺合料可代替部分水泥加入混凝土中,可以明显改善水泥混凝土中生产的硬化物的韧性、抗压和抗冻融性能,提高二氧化硅类物质反应过程中的强度,具体表现为其活性的大幅度提升。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)本发明首先提供了一种混凝土用改性煤矸石,主要利用高温下硼酸分解出的熔融态氧化硼,溶解煤矸石中的铁、钙、铝等的金属氧化物形成液态硼酸复盐物,从而将煤矸石中的硅氧化物释放出来;被释放出来的硅氧化物又与体系中的氢氟酸快速发生反应释放气体四氟化硅脱离固液体系,从而进一步促进上述溶解过程和反应过程的进行;反应结束后采用冰水混合物使密封容器内温度快速降低,一方面使硼酸复盐物迅速崩解形成碎颗粒,另一方面使气体四氟化硅快速溶解形成硅酸沉淀,过滤后得到改性煤矸石。
(2)本发明还利用制备的改性煤矸石制备了混凝土用改性煤矸石掺合料,由于煤矸石的熔融物在淬冷条件下快速硬化造成自身结构缺陷增多活性变高,将其在粉磨过程中掺入纳米硅酸钙乳浊液,通过纳米颗粒的晶核作用,促进煤矸石中的少量硅氧化物和氧化钙等金属氧化物发生水化反应生成硅酸钙,从而增加氧化钙的消耗,促进粉磨过程中活性金属氧化物的进一步溶出,提高改性煤矸石掺合料的活性;同时,由于氧化钙易与硅氧化物反应生成硅酸钙聚合物,同时用硫酸钙适量补充钙离子,控制改性煤矸石中硼酸-钙氧化物中钙离子的溶出速度;进一步通过氨基丙基三甲氧基硅烷对硅氧化合物颗粒表面修饰作用,提高了硅氧化合物的表面活性,促进了整体掺合料的活性。在其中一项实施例中,本发明制备的混凝土用改性煤矸石掺合料7天活性指数高达158%,28天活性指数高达152%,比未改性煤矸石制备的掺合料的活性指数高出1倍之多。本发明制备的改性煤矸石掺合料不仅有利于废物再利用,还可作为掺合料代替部分水泥制备混凝土,且能提高混凝土中硬化物的强度、韧性和抗冻融性能。在其中一项实施例中,本发明利用上述改性煤矸石掺合料制备的混凝土的抗折强度明显提高了42%,抗压强度提高了8.7%,抗冻融性能提高了27倍。而且本发明制备的改性煤矸石及其掺合料和以其制备的混凝土同时还具有成本低,工艺简单等优点,十分有利于工业化生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下通过实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明中所用未改性煤矸石原料基本化学组成如下表1所示:
(一)探讨改性煤矸石的影响因素
为了探讨改性煤矸石的影响因素,制备了实施例1-3和对比例1-15,然后按照GB/T18046《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》附录A的测试方法,将其制备的混凝土用煤矸石掺合料作为矿渣粉制备试验样品,检测其7天和28天的活性指数,结果如下表2所示。
实施例1
本实施例提供一种混凝土用改性煤矸石,其制备方法包括如下步骤:将100份煤矸石粉料(比表面积为350m2/kg)、25份硼酸粉料(比表面积为350m2/kg)、30份氢氟酸溶液(质量分数40%,含有效成分氢氟酸12份)加入反应器中搅拌均匀后,得到混合物;在密闭条件下,将混合物于700℃进行反应7h,反应结束后得到反应物;快速将冰水混合物加入反应物中预冷至冰融化后,立即过滤收集滤出物,然后继续向滤出物中加入冰水混合物降至常温,再次过滤收集滤出物即得混凝土用改性煤矸石。
本实施例还提供了一种混凝土用改性煤矸石掺合料,其制备方法包括如下步骤:将本实施例制备的100份混凝土用改性煤矸石、5份硫酸钙、1份纳米硅酸钙乳浊液、1.5份三乙醇胺助磨剂(购自贵州醇胺水泥助磨剂有限责任公司)、4份氨基丙基三甲氧基硅烷混匀后粉磨至比表面积为500m2/kg,得到混凝土用改性煤矸石掺合料。所述纳米硅酸钙乳浊液由质量比为20∶3∶90的纳米硅酸钙、聚羧酸粉体、水经超声分散均匀后获得。
实施例2
本实施例提供一种混凝土用改性煤矸石,其制备方法包括如下步骤:将100份煤矸石粉料(比表面积为350m2/kg)、20份硼酸粉料(比表面积为350m2/kg)、30份氢氟酸溶液(质量分数50%,含有效成分氢氟酸15份)加入反应器中搅拌均匀后,得到混合物;在密闭条件下,将混合物于600℃进行反应6h,反应结束后得到反应物;快速将冰水混合物加入反应物中预冷至冰融化后,立即过滤收集滤出物,然后继续向滤出物中加入冰水混合物降至常温,再次过滤收集滤出物即得混凝土用改性煤矸石。
本实施例还提供了一种混凝土用改性煤矸石掺合料,其制备方法包括如下步骤:将本实施例制备的100份混凝土用改性煤矸石、6份硫酸钙、0.5份纳米硅酸钙乳浊液、2份醇胺类助磨剂(购自济南盛鑫新材料科技有限公司,主要成分为三乙醇胺和异丙醇胺等)、3份氨基丙基三甲氧基硅烷混匀后粉磨至比表面积为600m2/kg,得到混凝土用改性煤矸石掺合料。所述纳米硅酸钙乳浊液由质量比为20∶5∶70的纳米硅酸钙、聚羧酸粉体、水经超声分散均匀后获得。
实施例3
本实施例提供一种混凝土用改性煤矸石,其制备方法包括如下步骤:将100份煤矸石粉料(比表面积为400m2/kg)、30份硼酸粉料(比表面积为400m2/kg)、20份氢氟酸溶液(质量分数为50%,含有效成分氢氟酸10份)加入反应器中搅拌均匀后,得到混合物;在密闭条件下,将混合物于800℃进行反应8h,反应结束后得到反应物;快速将冰水混合物加入反应物中预冷至冰融化后,立即过滤收集滤出物,然后继续向滤出物中加入冰水混合物降至常温,再次过滤收集滤出物即得混凝土用改性煤矸石。
本实施例还提供了一种混凝土用改性煤矸石掺合料,其制备方法包括如下步骤:将本实施例制备的100份混凝土用改性煤矸石、4份硫酸钙、2份纳米硅酸钙乳浊液、1份三乙醇胺助磨剂(购自阿克苏诺贝尔化学品(宁波)有限公司)、5份氨基丙基三甲氧基硅烷混匀后粉磨至比表面积为400m2/kg,得到混凝土用改性煤矸石掺合料。所述纳米硅酸钙乳浊液由质量比为20∶4∶80的纳米硅酸钙、聚羧酸粉体、水经超声分散均匀后获得。
对比例1
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述硼酸粉料。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例2
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述硼酸粉料的加入量为35份。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例3
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述氢氟酸溶液。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例4
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述氢氟酸溶液的加入量为20份,含有效成分氢氟酸5份。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例5
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述硼酸粉料,不加所述氢氟酸溶液。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例6
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述煤矸石粉料和硼酸粉料的比表面积均为200m2/kg。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例7
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述反应温度为500℃。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例8
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:采用室温水代替所述冰水混合物对所述反应物进行预冷和滤出物的降温。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:所述混凝土用改性煤矸石为本对比例制备的混凝土用改性煤矸石。
对比例9
不制备所述混凝土用改性煤矸石。
一种混凝土用煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:用未改性煤矸石代替所述混凝土用改性煤矸石制备煤矸石掺合料。
对比例10
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述硫酸钙。
对比例11
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述纳米硅酸钙乳浊液。
对比例12
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述氨基丙基三甲氧基硅烷。
对比例13
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述硫酸钙,不加所述纳米硅酸钙乳浊液。
对比例14
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述纳米硅酸钙乳浊液,不加所述氨基丙基三甲氧基硅烷。
对比例15
一种混凝土用改性煤矸石内容与实施例1的内容相同。
一种混凝土用改性煤矸石掺合料内容与实施例1的内容基本相同,其不同之处在于:不加所述硼酸粉料,不加所述氢氟酸溶液,不加所述硫酸钙,不加所述纳米硅酸钙乳浊液。
由上表可知,将实施例1与对比例1和2对比可以看出,不加或多加硼酸粉料后,活性指数快速下降,不加甚至降低近1倍。这主要是因为,不加硼酸,无法溶解金属氧化物,也就不利于后续的活性激发;而过量的硼酸会将溶解的金属氧化物形成硼酸复盐,使体系中金属氧化物含量降低,导致在水泥水化反应中金属氧化物溶出量和溶出难度增加,造成煤矸石中参与水泥水化反应活性物质减少,活性下降。
将实施例1与对比例3和4对比可以看出,不加或少加氢氟酸,活性指数也在快速下降。这主要是因为,不加氢氟酸,高温条件下金属氧化物的溶解速度和硅氧化物的生成速度缓慢,后期的活性下降;而少加氢氟酸又会促进硅氧化物实现较好的溶解,不利于活性进一步的提升。
进一步地将实施例1与对比例1、3、5对比可以看出,单不加氢氟酸或单不加硼酸或两者都不加,对煤矸石的激发效果几乎保持一致,但是二者复合使用,则明显提升了煤矸石活性。因此,氢氟酸和硼酸复配,达到了协同效果。
将实施例1分别与对比例6、7、8对比可以看出,粉料过粗、温度过低和冷却温度不够低温且恒定,都不利于活性指数的提高。这是因为,粉料过粗比表面积下降,反应速率也会下降;温度过低,无法实现硼酸对金属氧化物的较好溶解;室温水温度较高且在降温过程中会升高自身温度,淬冷效果差,而冰水混合物由于有冰的存在,有利于保持低温且恒定的淬冷环境,导致产物的晶型在转变过程中生成的缺陷增加,从而保证淬冷条件下活性的激发效果,实现活性增加。
将实施例1与对比例10、11、13对比可以看出,单不加硫酸钙或单不加纳米硅酸钙或两者都不加,都不利于在二次粉末过程中活性的保持和提高。这是因为,纳米硅酸钙主要作为晶核起降低水泥水化过程中硅酸钙成核势垒的作用,可降低成核条件要求,促进氧化钙与二氧化硅反应生成硅酸钙,然后进一步使改性煤矸石中溶出的钙离子浓度降低,从而可以激发硼酸复盐中钙离子和其他金属氧化物的进一步溶出,有利于激发硼酸复盐活性,提高煤矸石整体活性。但是如果单独使用纳米硅酸钙则会出现无法控制硅酸钙反应程度的现象,有可能导致煤矸石中活性物质过量溶出反应,提前生产大量硅酸钙,反而造成煤矸石中能够参与到水泥的活性物质减少,不利于煤矸石活性提高。而在体系中添加硫酸盐,则可以增加体系中钙离子溶度,来减缓煤矸石中硼酸复盐中钙离子的溶解速度,在激发其活性的同时,避免提前反应造成活性下降。因此,单加硫酸钙不加纳米硅酸钙不利于硼酸复盐活性激发,不能促进改性煤矸石中钙离子和其他金属氧化物的溶出和硅酸钙的生成,不利于煤矸石活性提高。所以硫酸钙和纳米硅酸钙复配使用才能达到协同效果。
将实施例1与对比例11、12、14对比可以看出,单不加氨基丙基三甲氧基硅烷或单不加纳米硅酸钙或两者都不加,都不利于增加其活性。这是因为,添加氨基丙基三甲氧基硅烷通过对二氧化硅表面的修饰和改进,有利于增加其活性。而且将对比例11、12、14之间互相比较可以看出,氨基丙基三甲氧基硅烷对活性的影响,甚至比纳米硅酸钙的影响更大。
将实施例1与对比例9、15对比可以看出,硼酸粉料、氢氟酸溶液、硫酸钙和纳米硅酸钙乳浊液均不加的活性几乎和未改性煤矸石的活性相同,煤矸石活性无法得到较好激发。因此,硼酸粉料、氢氟酸溶液、硫酸钙和纳米硅酸钙乳浊液的加入对煤矸石的改性效果影响极大。
(二)探讨改性煤矸石掺合料对混凝土性能的影响
为了探讨改性煤矸石掺合料对混凝土性能的影响,制备了实施例4和对比例16-17,然后测定了混凝土的抗折强度和抗压强度,结果如下表3所示。
实施例4
本实施例提供了一种利用改性煤矸石掺合料制备的C30混凝土,其制备方法为:将170份实施例1制备的改性煤矸石掺合料、125份水泥、55份粉煤灰、880份砂子、960份石子、7份聚羧酸减水剂和157份水混合搅拌均匀获得C30混凝土。
对比例16
一种利用改性煤矸石掺合料制备的C30混凝土内容与实施例4的内容基本相同,其不同之处在于:所述改性煤矸石掺合料为对比例1制备的。
对比例17
一种利用改性煤矸石掺合料制备的C30混凝土内容与实施例4的内容基本相同,其不同之处在于:不加入改性煤矸石掺合料,所述水泥掺量为295份。
对比例18
一种利用改性煤矸石掺合料制备的C30混凝土内容与实施例4的内容基本相同,其不同之处在于:所述实施例1制备的改性煤矸石掺合料为85份,所述水泥为210份。
对比例19
一种利用改性煤矸石掺合料制备的C30混凝土内容与实施例4的内容基本相同,其不同之处在于:所述实施例1制备的改性煤矸石掺合料为255份,所述水泥为40份。
由上表3可知,将实施例4与对比例16、对比例17中的混凝土对比可以看出,相比于不加改性煤矸石掺合料的对比例17,,实施例4掺入改性煤矸石替代水泥的混凝土其抗折强度明显提高,提高了31.5%,说明其韧性明显增强;而其抗压强度也有轻微的升高,说明改性煤矸石也有利于混凝土抗压强度的改善;同时比较其抗冻性,可以看到50次冻融循环后,实施例4制备的混凝土质量损失率仅为0.5%,远远低于对比例17的2.8%,说明本发明制备的改性煤矸石掺合料混凝土同时具有抗冻性能。而在实施例4和对比例16中可以看出,缺少硼酸的使用,混凝土的抗折抗压强度、抗冻性均出现明显的下降,甚至低于用水泥代替的未加改性煤矸石掺合料的混凝土,这表明制备改性煤矸石掺合料的过程中,硼酸的加入能够明显提高混凝土的强度、韧性和耐久性。
进一步比较实施例4和对比例17、18、19可以看出,在混凝土中掺入改性煤矸石掺合料替代水泥,无论掺量高低均可以提高混凝土的抗折强度,提高混凝土韧性,提高混凝土的抗压强度和抗冻性;而且随着改性煤矸石掺合料掺入比例的增加呈现出先升高后降低的趋势。
综上所述,本发明有效克服了现有技术中的不足,且具高度产业利用价值。上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容,但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (10)

1.一种混凝土用改性煤矸石的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将煤矸石粉料、硼酸粉料、氢氟酸溶液加入反应器中搅拌均匀后,得到混合物;在密闭条件下,将混合物于600-800℃进行反应,反应结束后得到反应物;将冰水混合物加入反应物中进行降温过滤后,收集滤出物,得到混凝土用改性煤矸石。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述煤矸石粉料与硼酸粉料的质量比为10∶(2-3)。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述氢氟酸溶液的质量分数为40%-50%;所述氢氟酸溶液中的氢氟酸与煤矸石粉料的质量比为(2-3)∶20;所述降温过滤过程采用冰水混合物进行。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述降温过滤过程具体为:先将冰水混合物加入反应物中预冷,过滤收集滤出物后继续加入冰水混合物降至常温,再次过滤;所述煤矸石粉料、硼酸粉料的比表面积为350m2/kg及以上。
5.权利要求1-4任一所述的制备方法制备的混凝土用改性煤矸石。
6.一种混凝土用改性煤矸石掺合料,其特征在于,主要由以下质量份的组分混匀后粉磨而成:100份权利要求5所述的混凝土用改性煤矸石、4-6份硫酸钙、0.5-2份纳米硅酸钙乳浊液、1-2份助磨剂、3-5份硅烷偶联剂。
7.根据权利要求6所述的混凝土用改性煤矸石掺合料,其特征在于,所述纳米硅酸钙乳浊液由质量比为20∶(3-5)∶(70-90)的纳米硅酸钙、粉体减水剂和水经超声分散均匀后制得。
8.根据权利要求7所述的混凝土用改性煤矸石掺合料,其特征在于,所述硅烷偶联剂为氨基丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷或脲丙基三乙氧基硅烷中的其中一种。
9.根据权利要求8所述的混凝土用改性煤矸石掺合料,其特征在于,所述改性煤矸石掺合料的比表面积为400-600m2/kg;所述助磨剂为醇胺类助磨剂。
10.权利要求6-9任一所述的混凝土用改性煤矸石掺合料在混凝土中的应用。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES256928A1 (es) * 1959-04-27 1960-07-01 United States Borax Chem Metodo para la producciën de borato sëdico de bajo contenido en hierro
FR2049986A5 (zh) * 1969-06-06 1971-03-26 Eagle Picher Ind Inc
BR9105035A (pt) * 1991-11-14 1993-05-18 Mineracao Da Trindade Samitri Aperfeicoamento em processo de reducao dos teores de p e outras gangas em minerios de ferro e seus aglomerados
CN101921079A (zh) * 2010-01-19 2010-12-22 赤峰华益水泥有限责任公司 一种新的水泥粉磨工艺
CN103626191A (zh) * 2013-12-20 2014-03-12 贵州万方铝化科技开发有限公司 纳米级二氧化硅的制备方法
CN104743560A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 贵州大学 一种以煤矸石为原料制备硅、铝系列产品的方法
CN106082914A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 安徽金丰新型建材有限公司 一种质轻高强度的煤矸石免烧砖
EP3805177A1 (en) * 2019-10-10 2021-04-14 Khan, Abbas A method of producing lightweight ceramic sand from lignite fly ash, composition and use thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES256928A1 (es) * 1959-04-27 1960-07-01 United States Borax Chem Metodo para la producciën de borato sëdico de bajo contenido en hierro
FR2049986A5 (zh) * 1969-06-06 1971-03-26 Eagle Picher Ind Inc
BR9105035A (pt) * 1991-11-14 1993-05-18 Mineracao Da Trindade Samitri Aperfeicoamento em processo de reducao dos teores de p e outras gangas em minerios de ferro e seus aglomerados
CN101921079A (zh) * 2010-01-19 2010-12-22 赤峰华益水泥有限责任公司 一种新的水泥粉磨工艺
CN103626191A (zh) * 2013-12-20 2014-03-12 贵州万方铝化科技开发有限公司 纳米级二氧化硅的制备方法
CN104743560A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 贵州大学 一种以煤矸石为原料制备硅、铝系列产品的方法
CN106082914A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 安徽金丰新型建材有限公司 一种质轻高强度的煤矸石免烧砖
EP3805177A1 (en) * 2019-10-10 2021-04-14 Khan, Abbas A method of producing lightweight ceramic sand from lignite fly ash, composition and use thereof

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李发闯等: ""煤矸石酸浸除杂合成SiC的研究"", 《河南工学院学报》, vol. 29, no. 6, 30 November 2021 (2021-11-30), pages 6 - 11 *
李晓艳;许零;王秀腾;张作泰;王习东;: "消解方法对煤矸石中砷含量测定的影响", 环境化学, no. 09, 15 September 2013 (2013-09-15), pages 1779 - 1784 *
陈志鹏: ""煤矸石烧结轻质墙体材料的试验研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》, 15 August 2013 (2013-08-15), pages 1 - 64 *

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