CN106431065A - 一种粉煤灰改性剂及其改性低品质粉煤灰活性掺和料 - Google Patents

一种粉煤灰改性剂及其改性低品质粉煤灰活性掺和料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粉煤灰改性剂以及改性低品质粉煤灰活性掺和料，先将赤泥75份～80份、磷石膏20份～25份、助磨增强组份0.1份～0.3份混合均匀后，粉磨至比表面积不低于6000cm2/g，得到粉煤灰改性剂；将所得粉煤灰改性剂与Ⅲ级粉煤灰充分混合均匀后，得到改性低品质粉煤灰活性掺和料；各原料所占质量份数如下：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、粉煤灰改性剂19份～25份。本发明所述粉煤灰改性剂以及改性低品质粉煤灰活性掺和料，解决了低品质Ⅲ级粉煤灰在C30及以上预拌钢筋混凝土中的应用问题，且可消耗赤泥和磷石膏等工业废渣；可在混凝土中等质量取代100wt％Ⅱ级粉煤灰，改善混凝土的和易性以及提高混凝土的抗渗性能。

Description

一种粉煤灰改性剂及其改性低品质粉煤灰活性掺和料
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰改性剂及其改性低品质粉煤灰活性掺和料，属于建筑材料领域。
背景技术
混凝土是当今世界上用量最大的建筑材料之一。众所周知，混凝土行业是一个能源和资源型消耗行业，不管是生产水泥所用矿石还是混凝土用砂石材料都在逐步地消耗地球可贵的资源。随着现代混凝土技术的发展，在配制混凝土时，常采用某些工业废渣(如粉煤灰、矿粉、磷渣等)取代部份水泥，作为辅助胶凝材料。随着混凝土技术发展，优质粉煤灰已经越来越被人们所接受并大量应用于混凝土中。目前，我国可用于混凝土的优质粉煤灰产量不足，能供应优质粉煤灰的电厂少，Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰只占5％左右，多为Ⅲ级灰或等外灰，而Ⅲ级灰或等外灰早期强度低，阻碍了其在混凝土中的应用。
目前低品质粉煤灰的改性方式主要有物理改性和化学改性，通过粉磨方式的物理改性虽然可以提高其活性，但作用有限，难以提升一个等级的品质；而通过碱激发或硫酸盐激发的方式改性低品质粉煤灰，其效果不明显，且成本较高。目前，还没有一个完善的解决方法或方式去最大化的利用低品质粉煤灰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术存在的不足而提供一种粉煤灰改性剂及其改性低品质粉煤灰活性掺和料，所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料可等质量取代100wt％Ⅱ级粉煤灰，改善混凝土的和易性，提高混凝土的早期和后期强度，提高混凝土的抗渗性能。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种粉煤灰改性剂，按质量份数计，它包括如下组份：赤泥75份～80份、磷石膏20份～25份、助磨增强组份0.1份～0.3份。
按上述方案，所述粉煤灰改性剂用于改性低品质粉煤灰时，将两者按比例混合均匀即可；其中，各原料所占质量份数如下：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、粉煤灰改性剂19份～25份。
本发明同时还提供一种改性低品质粉煤灰活性掺和料，按质量份数计，它包括如下组份：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、上述粉煤灰改性剂19份～25份。
本发明中，所述Ⅲ级粉煤灰、赤泥、磷石膏分别为经过烘干处理的Ⅲ级粉煤灰、赤泥、磷石膏，即Ⅲ级粉煤灰、赤泥、磷石膏的质量均以烘干后的质量计。
本发明中，所述的赤泥为氧化铝冶炼工业生产过程中溶出铝土矿得到的泥渣，SiO2含量不低于25wt％，CaO含量不低于40wt％，碱含量不大于2.5wt％。
本发明中，所述的磷石膏为工业湿法生产磷复肥时产生的一种工业副产石膏，CaSO4·2H2O含量不低于75wt％，可溶性P2O5含量不高于1wt％，F-不大于0.5wt％。
本发明中，所述的助磨增强组份为聚醚醇胺、糖醚、三乙醇胺、三异丙醇胺等多种的混合物。优选地，所述的助磨增强组份按质量份数计为聚醚醇胺5份～15份、糖醚5份～15份、三乙醇胺30份～50份、三异丙醇胺30份～50份，在这个优选范围内可以使粉煤灰改性剂在较短的时间内达到较大的比表面积。更优选地，所述的助磨增强组份按质量份数计为聚醚醇胺5份～10份、糖醚5份～10份、三乙醇胺35份～45份、三异丙醇胺35份～45份。
本发明中，所述粉煤灰改性剂的制备方法，它包括如下步骤：
(1)将赤泥、磷石膏进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：赤泥75份～80份、磷石膏20份～25份、助磨增强组份0.1份～0.3份；其中，赤泥、磷石膏的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，先将赤泥、磷石膏与助磨增强组份混合均匀后，粉磨至比表面积不低于6000cm2/g，得到粉煤灰改性剂。
按上述方案，所述步骤(1)中Ⅲ级粉煤灰、赤泥、磷石膏在温度95℃～105℃下烘干。
按上述方案，所述步骤(3)中粉磨时间为30min～60min。
本发明中，改性低品质粉煤灰活性掺和料的制备方法，它包括如下步骤：
(1)将Ⅲ级粉煤灰、上述粉煤灰改性剂进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、上述粉煤灰改性剂19份～25份；其中，Ⅲ级粉煤灰、粉煤灰改性剂的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将粉煤灰改性剂与Ⅲ级粉煤灰充分混合均匀后，得到改性低品质粉煤灰活性掺和料。
本发明所述改性低品质粉煤灰活性掺和料主要适用于水泥-粉煤灰体系混凝土，其可100wt％取代Ⅱ级粉煤灰，掺量不大于胶凝材料用量的40wt％，优选为胶凝材料用量的5～40wt％。
本发明的技术原理如下：以赤泥作为主要改性材料，并辅以少量磷石膏，并掺入助磨增强组份，磨细后与低品质粉煤灰充分混合均匀，对低品质粉煤灰进行改性，得到一种改性低品质粉煤灰活性掺和料。
按上述技术原理，通过增加助磨增强组份可以提高粉煤灰改性剂的易磨性，改善改性低品质粉煤灰矿物掺和料在混凝土中分散性，提高强度；通过对低品质粉煤灰改性，可以改善低品质粉煤灰单独作为矿物掺和料产生的负面效应及不能用于C30及以上强度和钢筋混凝土的缺点；赤泥可以与水泥水化早期生成的氢氧化钙相互结合，促进水泥水化进程；赤泥中的C2S在后期水化反应，可以补充水化产物氢氧化钙，促进粉煤灰的火山灰反应，从而提高低品质粉煤灰混凝土的早期和后期强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以赤泥作为主要改性材料，并辅以少量磷石膏，并掺入助磨增强组分，磨细后与低品质粉煤灰充分混合均匀，对低品质粉煤灰进行改性；可以改善低品质粉煤灰单独作为矿物掺和料产生的负面效应及不能用于C30及以上强度钢筋混凝土的缺点；
(2)本发明所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料在“水泥+粉煤灰”胶凝材料体系混凝土中，可等质量取代100wt％Ⅱ级粉煤灰，改善高品质粉煤灰资源日益紧缺及低品质粉煤灰不能充分利用的现状；在充分利用低品质粉煤灰的同时，可以提高混凝土的早期和后期强度，改善混凝土的抗渗性能；
(3)本发明在充分利用低品质粉煤灰的同时，可以有效的利用诸如赤泥、磷石膏等工业废渣，具有节约资源，保护环境的效果，且还可以取得明显的经济效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，符合本发明的原理和特点的相关技术均在本专利保护范围。
实施例1
一种粉煤灰改性剂，按质量份数计，它包含以下组份：赤泥75份，磷石膏25份，助磨增强组份0.1份；所述助磨增强组份为聚醚醇胺5份～15份、糖醚5份～15份、三乙醇胺30份～50份、三异丙醇胺30份～50份，其具体组份如表1所示。将上述赤泥和磷石膏在105℃干燥后混合均匀，得到混合料；然后分别按表1所述助磨增强组份配比将助磨增强组分0～4(助磨增强组分0对应于表2中未掺助磨增强组分的情况)加入所得混合料中，接着分别置于球磨机中，粉磨20-60min，测量其不同粉磨时间内的比表面积，见表2。
表1助磨增强组份配比
表2粉煤灰改性剂的比表面积
由表2可以看出，掺入助磨增强组份时，在相同粉磨时间内，粉煤灰改性剂的比表面积均高于未掺入助磨增强组份粉磨时的比表面积，掺入助磨增强组份可以在较短的粉磨时间获得相同的比表面积。因此，助磨增强组份具有较好的助磨效果。对比四种助磨增强组份可知，助磨增强组份3和助磨增强组份4相较于助磨增强组份1和助磨增强组份2具有更好的助磨效果，因此，助磨增强组份中各组份存在一个合适的比例，本发明优选的组份比例下，可以获得更好的助磨效果。
实施例2
一种粉煤灰改性剂，按质量份数计，它包含以下组份：赤泥75份，磷石膏25份，助磨增强组份0.1份；所述的赤泥和磷石膏均为烘干后的质量；所述的助磨增强组份按质量百分比由聚醚醇胺10wt％、糖醚10wt％、三乙醇胺45wt％及三异丙醇胺35wt％组成。
上述粉煤灰改性剂的制备方法，它包括如下步骤：
(1)将赤泥、磷石膏进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：赤泥75份，磷石膏25份，助磨增强组份0.1份；所述的助磨增强组份按质量百分比由聚醚醇胺10wt％、糖醚10wt％、三乙醇胺45wt％及三异丙醇胺35wt％组成；其中，赤泥、磷石膏的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将赤泥、磷石膏与助磨增强组份混合均匀后，使得混合粉料至于球磨机中球磨40min，测得其比表面积达到6080cm2/g，球磨完毕后得到粉煤灰改性剂；
一种改性低品质粉煤灰活性掺和料，按质量份数计，它包含以下组份：Ⅲ级粉煤灰80份，本实施例所述的粉煤灰改性剂20份；所述的Ⅲ级粉煤灰和粉煤灰改性剂均为烘干后质量。
上述改性低品质粉煤灰活性掺和料的制备方法，他包括如下步骤：
(1)将Ⅲ级粉煤灰、本实施例制备的粉煤灰改性剂进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：Ⅲ级粉煤灰80份、本实施例制备的粉煤灰改性剂20份；其中，Ⅲ级粉煤灰、粉煤灰改性剂的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将粉煤灰改性剂与Ⅲ级粉煤灰充分混合均匀后，得到改性低品质粉煤灰活性掺和料。
实施例2所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料，应用于水泥中其砂浆抗压强度和活性指数见表2，其中基准样1、对比例1及对比例2的组成见表3，改性低品质粉煤灰活性掺和料(实施例2)的掺入比例为30wt％，试验所用水泥为P·O42.5R水泥。
表3水泥胶砂配比(％)
注：表3中的改性掺和料代表实施例2所制的改性低品质粉煤灰活性掺和料。
表4水泥胶砂试验结果
由表4可知，掺入30wt％的本发明所述改性低品质粉煤灰活性掺和料与单掺Ⅱ级粉煤灰和Ⅲ级粉煤灰相比，改性低品质粉煤灰活性掺和料具有更好的活性，水泥胶砂28d抗压强度也更高。因此，通过赤泥、磷石膏及助磨增强组份混合粉磨的低品质粉煤灰改性剂，与Ⅲ级粉煤灰混合制备的改性低品质粉煤灰活性掺和料，具有比Ⅱ级粉煤灰更好的活性。
实施例3
一种粉煤灰改性剂，按质量份数计，它包含以下组份：赤泥80份，磷石膏20份，助磨增强组份0.2份；所述的赤泥和磷石膏均为烘干后的质量；所述的助磨增强组份按质量百分比由聚醚醇胺10wt％、糖醚10wt％、三乙醇胺40wt％及三异丙醇胺40wt％组成。
上述粉煤灰改性剂制备方法，它包括如下步骤：
(1)赤泥、磷石膏进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：赤泥80份，磷石膏20份，助磨增强组份0.2份；所述的助磨增强组份按质量百分比由聚醚醇胺10wt％、糖醚10wt％、三乙醇胺40wt％及三异丙醇胺40wt％组成；其中，赤泥、磷石膏的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将赤泥、磷石膏与助磨增强组份混合均匀后，使得混合粉料至于球磨机中球磨60min，测得其比表面积达到6530cm2/g，球磨完毕后得到粉煤灰改性剂。
一种改性低品质粉煤灰活性掺和料，按质量份数计，它包含以下组份：Ⅲ级粉煤灰75份，本实施例制备的粉煤灰改性剂25份；所述的Ⅲ级粉煤灰和粉煤灰改性剂均为烘干后的质量。
上述改性低品质粉煤灰活性掺和料的制备方法，他包括如下步骤：
(1)将Ⅲ级粉煤灰、本实施例制备的粉煤灰改性剂进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：Ⅲ级粉煤灰75份、粉煤灰改性剂25份；其中，Ⅲ级粉煤灰、粉煤灰改性剂的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将所得粉煤灰改性剂与Ⅲ级粉煤灰充分混合均匀后，得到改性低品质粉煤灰活性掺和料。
将实施例3中制备的改性低品质粉煤灰活性掺和料按表5所示C30混凝土配合比进行试配，根据掺和料种类的不同，分别对应对比例3、对比例4和实施例3，试验所用水泥为P·O42.5R水泥，所配混凝土性能指标如表6所示。
表5混凝土配合比(kg/m3)
编号 水 水泥 Ⅱ级粉煤灰 Ⅲ级粉煤灰 改性掺和料 机制砂 碎石 减水剂
对比例3 165 230 90 0 0 950 960 3.1
对比例4 165 230 0 90 0 950 960 3.2
实施例3 165 230 0 0 90 950 960 3.5
注：表5中的改性掺和料代表实施例3所制的改性低品质粉煤灰活性掺和料。
表6混凝土性能试验结果
C30混凝土试验结果由表6可知，在“水泥+粉煤灰”混凝土体系中，本发明所述改性低品质粉煤灰活性掺和料可以提高单掺Ⅲ级粉煤灰混凝土的工作性能、力学性能和抗渗性能，且工作性能和力学性能略好于单掺Ⅱ级粉煤灰混凝土，具有更好的抗渗性能；采用本发明所制备的改性低品质粉煤灰活性掺和料可100wt％取代Ⅱ级粉煤灰在混凝土中的应用，使得Ⅲ级粉煤灰和部分工业废渣得到充分利用。
实施例4
将实施例3中制备的改性低品质粉煤灰活性掺和料按表7所示C40混凝土配合比进行试配，根据掺和料种类的不同，分别对应对比例5、对比例6和实施例4，试验所用水泥为P·O42.5R水泥，所配混凝土性能指标如表8所示。
表7混凝土配合比(kg/m3)
编号 水 水泥 Ⅱ级粉煤灰 Ⅲ级粉煤灰 改性掺和料 机制砂 碎石 减水剂
对比例5 160 280 110 0 0 880 980 4.3
对比例6 160 280 0 110 0 880 980 4.5
实施例4 160 280 0 0 110 880 980 4.8
注：表7中的改性掺和料代表实施例3所制的改性低品质粉煤灰活性掺和料。
表8混凝土性能试验结果
C40混凝土试验结果由表8可知，在“水泥+粉煤灰”混凝土体系中，本发明所述改性低品质粉煤灰活性掺和料应用于C40混凝土的试验规律和应用于C30混凝土的试验规律类似，都可以提高单掺Ⅲ级粉煤灰混凝土的工作性能、力学性能和抗渗性能，且工作性能和力学性能略好于单掺Ⅱ级粉煤灰混凝土，具有更好的抗渗性能；采用本发明所制备的改性低品质粉煤灰活性掺和料在C40混凝土可100wt％取代Ⅱ级粉煤灰在混凝土中的应用，使得Ⅲ级粉煤灰和部分工业废渣得到充分利用；本发明提供的一种改性低品质粉煤灰活性掺和料，对混凝土性能有较大改善，并且可获得较好的经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种粉煤灰改性剂，其特征在于按质量份数计，它包括如下组份：赤泥75份～80份、磷石膏20份～25份、助磨增强组份0.1份～0.3份。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰改性剂，其特征在于所述的助磨增强组份为聚醚醇胺、糖醚、三乙醇胺、三异丙醇胺按任意比例的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的粉煤灰改性剂，其特征在于所述的助磨增强组份按质量份数计为聚醚醇胺5份～15份、糖醚5份～10份、三乙醇胺35份～45份、三异丙醇胺35份～45份。
4.权利要求1所述的粉煤灰改性剂的应用方法，其特征在于将所述粉煤灰改性剂与低品质粉煤灰按比例混合均匀即可；其中各原料所占质量份数如下：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、粉煤灰改性剂19份～25份。
5.一种粉煤灰改性剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)将赤泥、磷石膏进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：赤泥75份～80份、磷石膏20份～25份、助磨增强组份0.1份～0.3份；其中，赤泥、磷石膏的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，先将赤泥、磷石膏与助磨增强组份混合均匀后，粉磨至比表面积不低于6000cm2/g，得到粉煤灰改性剂。
6.一种改性低品质粉煤灰活性掺和料，其特征在于按质量份数计，它包括如下组份：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、权利要求1所述的粉煤灰改性剂19份～25份。
7.权利要求6所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料在混凝土中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料100wt％取代Ⅱ级粉煤灰，掺量不高于混凝土中胶凝材料质量的40wt％。
9.一种包含权利要求6所述的改性低品质粉煤灰活性掺和料的混凝土。
10.一种改性低品质粉煤灰活性掺和料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)将Ⅲ级粉煤灰、权利要求1所述的粉煤灰改性剂进行烘干后，备用；
(2)按各原料所占质量份数计，称取如下组份：Ⅲ级粉煤灰75份～81份、粉煤灰改性剂19份～25份；其中，Ⅲ级粉煤灰、粉煤灰改性剂的质量均以烘干后的质量计；
(3)按步骤(2)所述配比，将权利要求1所述的粉煤灰改性剂与Ⅲ级粉煤灰充分混合均匀后，得到改性低品质粉煤灰活性掺和料。
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