CN109608080A - 一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂及一种混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂及一种混凝土，所述活性激发剂包括如下质量分数的组分：硅酸钠溶液75%~85%，硼砂0.5%~10%，蔗糖0.5%~5%，萘系减水剂0.5%~5%，氢氧化钠8%~15%；所述硅酸钠溶液的模数为1.0~2.0。本发明提供的活性激发剂活性激发效果好，能够配制出流动性高、早强高强、抗渗性高、抗酸碱腐蚀性高的高性能混凝土，且经济易用，适用面广，适合绝大多数废弃活性粉末。

Description

一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂及一种混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂及一种混凝土。
背景技术
随着工业的发展，火力发电厂和炼铁厂产生的废渣粉末也逐渐增多，据统计，每年国内火力发电厂产生的固体废弃物超过四千万吨，主要成分是粉煤灰；而炼铁厂全年共产生固体废弃物4.8亿～6.4亿吨，主要构成为冶炼过程形成的炉渣、含铁尘泥、烧结脱硫产物等，仅冶金渣就超过2亿吨。固体废弃物占用大量的土地资源，污染周边环境，为此，提高钢铁流程固体废弃物资源化高附加值利用是钢铁企业必须解决的重大问题。而对于这些固体废弃物的处置方法一直是工业发展的话题。
而对于这些粉末，可应用到建筑材料的制备，这些粉末大多具有较强的活性，如果可以把它们的活性激发出来，不仅能为环境质量作出突出贡献，还能制备出高性能的建筑材料，因此要想把它们的活性激发出来，就需要寻找到合适的活性激发剂。
激发粉煤灰活性的方法主要包括以下三种：化学活性激发、水热蒸压蒸养激发和粉磨轮碾物理激发。但受充填成本和技术与条件所限。现有的方法是加入生石灰和石膏，然后蒸汽养护或高压蒸汽养护。其机理是粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化铝与石灰、石膏在水热条件下生成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙，从而使砌块获得强度。对于矿渣粉，一般常用的是利用强碱激发活性，使其获得较高的早期强度。经检索也有相关的专利提出，例如CN1205314《水泥混合材活性激发剂》公开了一种利用磷肥厂的废渣--磷石膏加入少量粘土制成坯料(或成球)干燥后，入窑炉中煅烧，加温到700～900℃一个小时后可出炉，自然冷却后，粉碎成颗粒制备出一种激发剂。CN102643067A《一种煤灰矸石充填活性激发胶固料及其制备方法》公开了一种以氯盐和/或硫酸盐为原料的活性剂；由于Ca(OH)2是生成水化硅酸盐和水化铝酸盐的关键材料，该专利以氯盐和/或硫酸盐为激发材料，促进了基料、生石灰或钙镁粉生成的Ca(OH)2的溶解，提高了溶液的碱度，打开粉煤灰中SiO44-的共价键，促使该硅氧四面体解聚，加速了粉煤灰和矸石粉的活性激发，解决了粗粉煤灰与矸石粉混合充填的早凝、早强问题，提高了后期固化强度。
而以上所述的活性剂存在着的不足有：操作复杂；活性激发效果不佳；制备的混凝土其坍落度损失快，凝结时间短，对于实际施工有着很大的局限性。目前未发现能适合绝大多数废弃活性粉末的活性激发剂，对废弃粉末的高效利用。
因此，寻求一种更高效、更经济、更易用、适用面更广的活性激发剂迫在眉睫。另外，还需要一种使用该活性激发剂的混凝土。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的活性激发效果不佳、操作复杂的缺陷，提供一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂，提供的活性激发剂活性激发效果好，能够配制出流动性高、早强高强、抗渗性高、抗酸碱腐蚀性高的高性能混凝土，且经济易用，适用面广，适合绝大多数废弃活性粉末。
本发明的又一目的在于，提供一种含有上述活性激发剂的混凝土。
本发明的还一目的在于，提供上述混凝土的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂，包括如下质量分数的组分：
硅酸钠溶液75％～85％，硼砂0.5％～10％，蔗糖0.5％～5％，萘系减水剂0.5％～5％，氢氧化钠8％～15％；
所述硅酸钠溶液的模数为1.0～2.0。
本发明提供以硅酸钠溶液为基础原料，加入硼砂、蔗糖、萘系减水剂和氢氧化钠来调节活性激发剂的综合性能，促使活性粉末在合适的反应体系中尽快生成高强、抗反复荷载、抗酸碱腐蚀、抗冲击的高聚物凝胶。
其机理在于，硅酸钠主要提供碱性环境，其溶液体系中的OH-能够使矿渣粉或粉煤灰的CaO、Al2O3、MgO、SiO2等物质的活性被激发，高活性粉末材料在强碱的环境下活性材料会先发生解聚，在水介质中通过氢氧键重新聚合成高聚物而行成性能较高的凝胶体材料。而硼砂和蔗糖主要控制硅酸钠的电离速率，控制与活性粉末的接触，从而避免混凝土发生闪凝，导致无法实际应用。而萘系减水剂的作用则是吸附在活性粉末表面，在粉末和水之间充当滚珠的角色，宏观上可体现为增加混凝土的流动性。
本发明的突出成果在于：主利用此活性激发剂配制出高流动性，早强高强，抗渗性高，抗酸碱腐蚀性高的高性能混凝土。完全适合应急工程和军事工程的路用修补要求，实现了把废弃粉末配制成高性能混凝土，变废为宝，为各领域提供了一种制备高性能混凝土的有效途径。
与目前存在的活性激发剂相比，本发明的早强性能是其10倍左右，且省去高温高压养护的条件，进一步节约了成本；在保证早期强度的基础上，其凝结时间为30～40分钟，保证了施工的可行性。实验显示，最优配比的6h抗压强度＞30MPa、抗折强度>7MPa，28d抗压强度>80MPa，抗折强度>11MPa。
优选地，所述硼砂的质量分数为5％～7％。
优选地，所述蔗糖的质量分数为1％～3％。
优选地，所述萘系减水剂的质量分数为5％～8％。
优选地，所述氢氧化钠的质量分数为8％～12％。
优选地，所述硅酸钠溶液的模数为1.8～2.0。
本发明还保护一种混凝土，所述混凝土包括如下质量分数的组分：
粗骨料35％～43％，细骨料20％～30％，活性粉末15％～20％，水泥0％～3％，水1％～10％；余量为上述活性激发剂。
优选地，所述粗骨料为石。优选地，所述细骨料为砂。优选地，所述活性粉末为矿渣。
本发明同时保护上述混凝土的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
M1.配制活性激发剂：将硼砂和蔗糖溶于硅酸钠溶液，将萘系减水剂粉末溶于水得到减水剂溶液，均充分溶解后，减水剂溶液与硅酸钠溶液互溶；
M2.将步骤M1.的活性激发剂与均匀的复合干体混合均匀，得到所述混凝土；所述复合干体包括粗骨料，细骨料，活性粉末，水泥。
进一步地，发明人发现，上述活性激发剂制成双组份时，配制混凝土时效果更佳。
优选地，所述混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1.把萘系减水剂粉末和蔗糖溶于水，制成A液；
S2.将氢氧化钠溶于硅酸钠溶液，再掺入硼砂，制成B液；
S3.将步骤S2.中的B液与均匀的复合干体混合均匀；再加入步骤S1.中的A液并混合均匀，得到所述混凝土。
将混凝土注入模具在常温条件下养护至脱模，得到混凝土试件；在常温下浇水养护即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的活性激发剂活性激发效果好，能够配制出流动性高、早强高强、抗渗性高、抗酸碱腐蚀性高的高性能混凝土，且经济易用，适用面广，适合绝大多数废弃活性粉末。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
试验组1：硼砂在活性激发剂的作用
以矿渣粉为活性粉末，固定蔗糖1％、萘系减水剂粉末0.5％、氢氧化钠10％、硅酸钠溶液88.5％的掺量(质量分数)，按照一定梯度往活性激发剂中掺入硼砂，制备混凝土试件，测定凝结时间，在常温常压下养护6小时直至28天，测定6小时和28天的混凝土抗压强度，结果如表1所示：
表1 实试验组1的硼砂掺量与混凝土性能
混凝土的制备方法为：
S1.把萘系减水剂粉末和蔗糖溶于水，制成A液；
S2.将氢氧化钠溶于硅酸钠溶液，再掺入硼砂，制成B液；
S3.为了分散活性粉末颗粒，把B液先倒入均匀的骨料和活性粉末的复合干体，搅拌30s；倒入A液，搅拌一分钟；
S4.搅拌均匀后装入模具得到混凝土；
S5.将混凝土注入模具在常温条件下养护至脱模，得到混凝土试件；
S6.在常温下浇水养护。
试验组2：蔗糖对活性激发剂的作用
以矿渣粉为活性粉末，固定硼砂2％、萘系减水剂粉末0.5％、氢氧化钠10％、硅酸钠溶液87.5％的掺量(质量分数)，按照一定梯度往活性激发剂中掺入蔗糖，制备混凝土试件，测定凝结时间，在常温常压下养护6小时直至28天，测定6小时和28天的混凝土抗压强度，结果如表2所示：
表2 实试验组2的蔗糖掺量与混凝土性能
混凝土的制备方法同试验组1。
试验组3：减水剂对活性激发剂的作用
以矿渣粉为活性粉末，固定硼砂2％、蔗糖0.5％、氢氧化钠10％、硅酸钠溶液87.5％的掺量(质量分数)，按照一定梯度往活性激发剂中掺入减水剂，制备混凝土试件，测定凝结时间，在常温常压下养护6小时直至28天，测定6小时和28天的混凝土抗压强度，结果如表3所示：
表3 实试验组3的减水剂掺量与混凝土性能
减水剂掺量/g 凝结时间/min 坍落度/mm 6h抗压强度/MPa
0 34 106 22.31
46 46 225 24.78
137 47 189 21.76
227 48 103 17.03
混凝土的制备方法同试验组1。
试验组4：氢氧化钠对活性激发剂的作用
以矿渣粉为活性粉末，固定硼砂2％、蔗糖0.5％、减水剂2％、硅酸钠溶液95.5％的掺量(质量分数)，按照一定梯度往活性激发剂中掺入氢氧化钠，制备混凝土试件，测定凝结时间，在常温常压下养护6小时，测定6小时的混凝土抗压强度，结果如表4所示：
表4 实试验组4的氢氧化钠掺量与混凝土性能
氢氧化钠掺量/g 凝结时间/min 6h抗压强度/MPa
46 25 28.32
137 30 34.82
227 32 38.94
混凝土的制备方法同试验组1。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于绿色凝胶材料的高性能活性激发剂，其特征在于，包括如下质量分数的组分：
硅酸钠溶液75%~85%，硼砂0.5%~10%，蔗糖0.5%~5%，萘系减水剂0.5%~5%，氢氧化钠8%~15%；
所述硅酸钠溶液的模数为1.0~2.0。
2.根据权利要求1所述的活性激发剂，其特征在于，所述硼砂的质量分数为5%~7%。
3.根据权利要求1所述的活性激发剂，其特征在于，所述蔗糖的质量分数为1%~3%。
4.根据权利要求1所述的活性激发剂，其特征在于，所述萘系减水剂的质量分数为5%~8%。
5.根据权利要求1所述的活性激发剂，其特征在于，所述氢氧化钠的质量分数为8%~12%。
6.根据权利要求1所述的活性激发剂，其特征在于，所述硅酸钠溶液的模数为1.8~2.0。
7.一种混凝土，其特征在于，包括如下质量分数的组分：
权利要求1~6任一项所述的活性激发剂，粗骨料35%~43%，细骨料20%~30%，活性粉末15%~20%，水泥0%~3%，水1%~10%。
8.权利要求7所述混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
M1. 配制活性激发剂：将硼砂和蔗糖溶于硅酸钠溶液，将萘系减水剂粉末溶于水得到减水剂溶液，均充分溶解后，减水剂溶液与硅酸钠溶液互溶；
M2. 将步骤M1.的活性激发剂与均匀的复合干体混合均匀，得到所述混凝土；所述复合干体包括粗骨料，细骨料，活性粉末，水泥。
9.权利要求7所述混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 把萘系减水剂粉末和蔗糖溶于水，制成A液；
S2. 将氢氧化钠溶于硅酸钠溶液，再掺入硼砂，制成B液；
S3. 将步骤S2.中的B液与均匀的复合干体混合均匀；再加入步骤S1.中的A液并混合均匀，得到所述混凝土。
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