CN105293957A - 一种混凝土胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土胶凝材料及其制备方法,由以下质量份数的原料制得:废渣40-50份、尾矿30-40份、脱硫石膏0.5-0.8份、硅粉1-2份、合成树脂0.5-1份、粉体2-4份和活化剂2-4份;并公开了制备方法。本发明的有益效果是:①原材料(粉煤灰、废渣、尾矿等)来源广泛,易于获得,成本低廉;②大比例50%取代混凝土中的水泥用量,具有惊人的经济效益与环保效益;③加入胶凝材料的混凝土,后期(28天后)的强度有持续显著的提升;④加入胶凝材料的混凝土,强度保持优良,其耐久性有了大幅提高;⑤本发明得到的胶凝材料配置的混凝土具有低水热化、耐腐蚀、高密实度、高强度、防微缩等特点。
Description
技术领域
本发明涉及工业矿业技术领域,特别涉及一种混凝土胶凝材料及其制备方法。
背景技术
混凝土掺合料是为了改善混凝土性能,节约用水,调节混凝土强度等级,在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。应市场的发展,各种的掺合料应运而生,由于掺合料的性能以及成分的区别,导致了混合料的性能参差不齐,并且工作效果也不尽相同。再者,现有掺合料的原料品质不稳定,加重了混凝土搅拌站的成本压力。
因此,如何通过添加一些物质对混凝土本身的性能及特性进行优良改善,是本领域一直以来研究的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种混凝土胶凝材料及其制备方法。
为了实现上述发明目的,本发明提供了一种混凝土胶凝材料,由以下质量份数的原料制得:废渣40-50份、尾矿30-40份、脱硫石膏0.5-0.8份、硅粉1-2份、合成树脂0.5-1份、粉体2-4份和活化剂2-4份。
进一步,由以下质量份数的原料制得:废渣45份、尾矿35份、脱硫石膏0.6份、硅粉1份、合成树脂0.6份、粉体3份和活化剂3份。
进一步,所述废渣由粉煤灰和冶金废渣组成,其中,粉煤灰与冶金废渣的质量份数比为:2:0.5-1;和/或,所述尾矿为高铝硅酸盐型尾矿、镁铁硅酸盐型尾矿和硅质岩型尾矿的混合物,其中,高铝硅酸盐型尾矿、镁铁硅酸盐型尾矿和硅质岩型尾矿的质量份数比为:1:0.5-1:1。
进一步,所述粉体的主要成分为40-50%的碎砖和30-35%的渣土;和/或,所述合成树脂为聚四氟乙烯、环氧树脂和聚氨酯组成,其中,聚四氟乙烯、环氧树脂和聚氨酯的质量份数比为:0.5-1:0.1-0.5:0.5-1。
进一步,所述活化剂由以下成分制得:氢氧化钠2-10份、偏硅酸钠1-8份、硫酸钙10-30份、酰胺类混合物0.1-2份、纤维素醚0.1-0.3份、丙烯酸0.5-1份、环烃混合物1-2份、高分子分散剂0.1-1份和水15-30份。
进一步,所述活化剂由以下成分制得:氢氧化钠5份、偏硅酸钠7份、硫酸钙20份、酰胺类混合物0.5份、纤维素醚0.2份、丙烯酸0.7份、环烃混合物1份、高分子分散剂0.4份和水20份。
进一步的,所述酰胺类混合物由N-乙基乙酰胺、甲酰胺和2,4-二羟基苯甲酰胺组成,其质量份数比为:1:1:0.5-1;和/或,所述纤维素醚由羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素四种成分组成,其中,各成分的质量份数为:羟乙基纤维素1-2份、羧甲基羟乙基纤维素0.5-1份、乙基纤维素0.5-1份和羧甲基纤维素1-2份。
进一步的,环烃混合物由环己烯和环己烷组成,其质量份数比为:1:0.5-1;和或,所述高分子分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯酸铵组成,其质量份数比为:0.5-1:1。
其中,活化剂的制备方法包括以下步骤:
第一步、将除水、氢氧化钠、偏硅酸钠、硫酸钙以外的各种原料按照各质量份数比分别加入反应釜中,设定压力为4MPa、温度为55℃下进行反应,同时开启搅拌装置,进行搅拌,持续2小时,制得混合物;
第二步、将氢氧化钠、偏硅酸钠、硫酸钙按照质量份数比加入水中,并加入第一步得到的混合物,进行混合和搅拌,持续30分钟,得到活化剂。
为了达到上述目的,本发明还提供了所述混凝土胶凝材料的制备方法,其中,
第一步、将除合成树脂和活化剂以外的所述其他原料分别经由带变频的旋转供料器分别喂料到超细立磨机中进行研磨,使得各原料的粒径达到8-12um,并筛选将粒径达不到要求的原料重新进入超细立磨机中研磨,直到粒径达到8-12um;
第二步、将第一步处理后的各原料分别送至混合机中进行机械混合,混合时间为3-4小时,再加入活化剂,混合1-2小时,在400℃的温度下进行加热30分钟-1小时,然后冷却2小时得到混料;
第三步、将第二步得到的混料加入合成树脂,混合1小时,得到复合掺合料。
本发明的有益效果是:①原材料(粉煤灰、废渣、尾矿等)来源广泛,易于获得,成本低廉;②大比例50%取代混凝土中的水泥用量,具有惊人的经济效益与环保效益;③加入胶凝材料的混凝土,后期(28天后)的强度有持续显著的提升;④加入胶凝材料的混凝土,强度保持优良,其耐久性有了大幅提高;⑤本发明得到的胶凝材料配置的混凝土具有低水热化、耐腐蚀、高密实度、高强度、防微缩等特点。
具体实施方式
以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1活化剂
本发明使用的活化剂,其制备方法包括以下步骤:
第一步、将5kg酰胺类混合物、2kg纤维素醚、7kg丙烯酸、10kg环烃混合物和4kg高分子分散剂分别加入反应釜中,设定压力为4MPa、温度为50℃下进行反应,同时开启搅拌装置,进行搅拌,持续2小时,制得混合物;
第二步、将50kg氢氧化钠、70kg偏硅酸钠和200kg硫酸钙加入200kg水中,并加入第一步得到的混合物,进行混合和搅拌,持续30分钟,得到活化剂。
其中,酰胺类混合物由1.875kgN-乙基乙酰胺、0.625kg甲酰胺和2.5kg2,4-二羟基苯甲酰胺组成。
其中,纤维素醚由0.73kg羟乙基纤维素、0.39kg羧甲基羟乙基纤维素、0.15kg乙基纤维素和0.73kg羧甲基纤维素四种成分组成。
其中,环烃混合物由6.5kg环己烯和3.5kg环己烷组成。
其中,高分子分散剂为2.6kg脂肪醇聚氧乙烯醚和1.4kg聚四氟乙烯酸铵组成。
实施例2混凝土胶凝材料I
本发明提供了一种混凝土胶凝材料,由以下原料制得:废渣40kg、尾矿30kg、脱硫石膏0.5kg、硅粉1kg、合成树脂0.5kg、粉体2kg和活化剂2kg。
废渣由32kg粉煤灰和8kg冶金废渣组成;尾矿为12kg高铝硅酸盐型尾矿、6kg镁铁硅酸盐型尾矿和12kg硅质岩型尾矿的混合物。
粉体的主要成分为0.8kg碎砖和0.6kg渣土;合成树脂为0.91kg聚四氟乙烯、0.18kg环氧树脂和0.91kg聚氨酯组成。
其中,使用的活化剂为实施例1得到的活化剂。
制备过程为:
第一步、将除合成树脂和活化剂以外的所述其他原料分别经由带变频的旋转供料器分别喂料到超细立磨机中进行研磨,使得各原料的粒径达到8um,并筛选将粒径达不到要求的原料重新进入超细立磨机中研磨,直到粒径达到8um;
第二步、将第一步处理后的各原料分别送至混合机中进行机械混合,混合时间为3小时,再加入活化剂,混合1小时,在400℃的温度下进行加热1小时,然后冷却2小时得到混料;
第三步、将第二步得到的混料加入合成树脂,混合1小时,得到复合掺合料。
实施例3混凝土胶凝材料II
本发明提供了一种混凝土胶凝材料,由以下原料制得:废渣50kg、尾矿40kg、脱硫石膏0.8kg、硅粉2kg、合成树脂1kg、粉体4kg和活化剂4kg。
废渣由33.33kg粉煤灰和16.67kg冶金废渣组成;尾矿为13.33kg高铝硅酸盐型尾矿、13.33kg镁铁硅酸盐型尾矿和13.34kg硅质岩型尾矿的混合物。
粉体的主要成分为1kg碎砖和0.7kg渣土;合成树脂为0.4kg聚四氟乙烯、0.2kg环氧树脂和0.4kg聚氨酯组成。
其中,使用的活化剂为实施例1得到的活化剂。
制备过程为:
第一步、将除合成树脂和活化剂以外的所述其他原料分别经由带变频的旋转供料器分别喂料到超细立磨机中进行研磨,使得各原料的粒径达到12um,并筛选将粒径达不到要求的原料重新进入超细立磨机中研磨,直到粒径达到12um;
第二步、将第一步处理后的各原料分别送至混合机中进行机械混合,混合时间为4小时,再加入活化剂,混合2小时,在400℃的温度下进行加热1小时,然后冷却2小时得到混料;
第三步、将第二步得到的混料加入合成树脂,混合1小时,得到复合掺合料。
实施例4混凝土胶凝材料III
本发明提供了一种混凝土胶凝材料,由以下原料制得:废渣45kg、尾矿35kg、脱硫石膏0.6kg、硅粉1kg、合成树脂0.6kg、粉体3kg和活化剂3kg。
废渣由34.6kg粉煤灰和10.4kg冶金废渣组成;尾矿为13.46kg高铝硅酸盐型尾矿、8.08kg镁铁硅酸盐型尾矿和13.46kg硅质岩型尾矿的混合物。
粉体的主要成分为1.35kg碎砖和0.96kg渣土;所述合成树脂为0.3kg聚四氟乙烯、0.15kg环氧树脂和0.15kg聚氨酯组成。
其中,使用的活化剂为实施例1得到的活化剂。
制备过程为:
第一步、将除合成树脂和活化剂以外的所述其他原料分别经由带变频的旋转供料器分别喂料到超细立磨机中进行研磨,使得各原料的粒径达到10um,并筛选将粒径达不到要求的原料重新进入超细立磨机中研磨,直到粒径达到10um;
第二步、将第一步处理后的各原料分别送至混合机中进行机械混合,混合时间为3小时,再加入活化剂,混合1小时,在400℃的温度下进行加热1小时,然后冷却2小时得到混料;
第三步、将第二步得到的混料加入合成树脂,混合1小时,得到复合掺合料。
项目对比试验
针对临沂天元混凝土工程有限公司混凝土项目进行数据分析。
对照组为不使用掺合料搀和得到的C30混凝土;第一组使用胶凝材料(I)搀和的C30混凝土。第二组使用胶凝材料(II)搀和的C30混凝土。第三组使用胶凝材料(III)搀和的C30混凝土。
表1为原料基本信息表
材料 | 型号规格 | 价格 | 备注 |
水泥 | Po42.5 | 225元/吨 | |
矿粉 | 140元/吨 | ||
粉煤灰 | 三级 | 100元/吨 | |
砂 | 30元/吨 | ||
石子 | 5-25粒径 | 45元/吨 | |
外加剂 | 1700元/吨 | ||
胶凝材料(I) | 76.7元/吨 | ||
胶凝材料(II) | 76.6元/吨 | ||
胶凝材料(III) | 76.3元/吨 |
(一)选择3个试验组和1个对照组进行1M3混凝土用料及其性能的改进对比。
表2为4个组的成本对比
每m3用料 | 水泥(kg) | 水(kg) | 砂(kg) | 石子(kg) | 粉煤灰 | 矿粉 | 外加剂(kg) | 复合掺合料(kg) | 成本(元) |
对照组 | 310 | 168 | 779 | 1032 | 90 | -- | 10.5 | -- | 166.41 |
第一组 | 160 | 145 | 779 | 1032 | -- | -- | 10.5 | 230 | 141.3 |
第二组 | 160 | 145 | 779 | 1032 | -- | -- | 10.5 | 230 | 141.03 |
第三组 | 160 | 145 | 779 | 1032 | -- | -- | 10.5 | 230 | 141.21 |
通过表2可以得知,每方混凝土用料的4个组的用量及对比,可以得知,与对照组相比,3个实施例组的水泥用量大大减少至50%,且三个实施例组的成本相对于对照组的成本分别约减少了24.5元、25.4元和25.2元。
(二)针对4个组分别进行塌落度以及1天、3天、7天、14天和28天的强度检测。
结果如表3。
由表3可以得知,3个实施例组添加本发明活化剂的胶凝材料用于混凝土生产,能使混凝土初始抗压强度提高20-27MPa,并实现28天后抗压强度进一步提高约33MPa,大大提高了混凝土的性能。
(三)比较四个组的混凝土的孔隙率及碳化深度的影响。并在3年后同条件对4组的混凝土进行强度检测及开裂情况。
表4为结果
组别 | 孔隙率 | 强度(MPa) | 碳化深度及外观 |
对照组 | 20.2% | 48.4 | 12mm,有细微裂纹 |
第一组 | 9.2% | 61.2 | 5mm,无掉砂现象,无裂纹 |
第二组 | 9.0% | 62.5 | 5mm,无掉砂现象,无裂纹 |
第三组 | 9.0% | 61.8 | 5mm,无掉砂现象,无裂纹 |
由表4可以看出,3个实施例组的孔隙率明显小于对照组。并且混凝土制品的强度和密实度一直保持较好性能,耐久性有很大的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土胶凝材料,其特征在于,由以下质量份数的原料制得:废渣40-50份、尾矿30-40份、脱硫石膏0.5-0.8份、硅粉1-2份、合成树脂0.5-1份、粉体2-4份和活化剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,由以下质量份数的原料制得:废渣45份、尾矿35份、脱硫石膏0.6份、硅粉1份、合成树脂0.6份、粉体3份和活化剂3份。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,所述废渣由粉煤灰和冶金废渣组成,其中,粉煤灰与冶金废渣的质量份数比为:2:0.5-1;和/或,所述尾矿为高铝硅酸盐型尾矿、镁铁硅酸盐型尾矿和硅质岩型尾矿的混合物,其中,高铝硅酸盐型尾矿、镁铁硅酸盐型尾矿和硅质岩型尾矿的质量份数比为:1:0.5-1:1。
4.根据权利要求1至3任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,所述粉体的主要成分为40-50%的碎砖和30-35%的渣土;和/或,所述合成树脂为聚四氟乙烯、环氧树脂和聚氨酯的混合,其中,聚四氟乙烯、环氧树脂和聚氨酯的质量份数比为:0.5-1:0.1-0.5:0.5-1。
5.根据权利要求1至4任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,所述活化剂由以下成分制得:氢氧化钠2-10份、偏硅酸钠1-8份、硫酸钙10-30份、酰胺类混合物0.1-2份、纤维素醚0.1-0.3份、丙烯酸0.5-1份、环烃混合物1-2份、高分子分散剂0.1-1份和水15-30份。
6.根据权利要求1至5任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,所述活化剂由以下成分制得:氢氧化钠5份、偏硅酸钠7份、硫酸钙20份、酰胺类混合物0.5份、纤维素醚0.2份、丙烯酸0.7份、环烃混合物1份、高分子分散剂0.4份和水20份。
7.根据权利要求1至5任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,所述酰胺类混合物由N-乙基乙酰胺、甲酰胺和2,4-二羟基苯甲酰胺组成,其质量份数比为:0.5-1:0.1-0.5:0.7-1;和/或,所述纤维素醚由羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素四种成分组成,其中,各成分的质量份数为:羟乙基纤维素1-2份、羧甲基羟乙基纤维素0.5-1份、乙基纤维素0.1-0.5份和羧甲基纤维素1-2份。
8.根据权利要求1至5任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,环烃混合物由环己烯和环己烷组成,其质量份数比为:1-2:0.5-1;和/或,所述高分子分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯酸铵组成,其质量份数比为:1-2:0.5-1。
9.根据权利要求1至5任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,活化剂的制备方法包括以下步骤:
第一步、将除水、氢氧化钠、偏硅酸钠、硫酸钙以外的各种原料按照各质量份数比分别加入反应釜中,设定压力为4MPa、温度为50℃下进行反应,同时开启搅拌装置,进行搅拌,持续2小时,制得混合物;
第二步、将氢氧化钠、偏硅酸钠、硫酸钙按照质量份数比加入水中,并加入第一步得到的混合物,进行混合和搅拌,持续30分钟,得到活化剂。
10.根据权利要求1至9任一项所述的混凝土胶凝材料,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、将除合成树脂和活化剂以外的所述其他原料分别经由带变频的旋转供料器分别喂料到超细立磨机中进行研磨,使得各原料的粒径达到8-12um,并筛选将粒径达不到要求的原料重新进入超细立磨机中研磨,直到粒径达到8-12um;
第二步、将第一步处理后的各原料分别送至混合机中进行机械混合,混合时间为3-4小时,再加入活化剂,混合1-2小时,在400℃的温度下进行加热30分钟-1小时,然后冷却2小时得到混料;
第三步、将第二步得到的混料加入合成树脂,混合1小时,得到复合掺合料。
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