CN112079599A - 一种增强型硅灰混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种增强型硅灰混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种增强型硅灰混凝土及其制备方法，属于硅灰混凝土领域，包括以下重量份的组分：水泥180‑300份；矿物微粉17‑42份；粗骨料750‑950份；细骨料600‑750份；水120‑180份；减水剂1‑3份；复合剂2‑5份；磷酸酯1‑3份；所述矿物微粉包括稻壳灰、硅灰、黑云母粉；所述复合剂包括磺化酚醛树脂、石油树脂、二氧化硅和聚酰亚胺纤维。具有强度高、抗渗性好和抗腐蚀性佳的优点。

Description

一种增强型硅灰混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及硅灰混凝土领域，更具体地说，它涉及一种增强型硅灰混凝土及其制备方法。
背景技术
硅灰是从金属硅或是硅铁等合金冶炼的烟气中回收的粉尘。硅灰平均粒径为0.15-0.2微米，比表面积为15000-20000m2/kg。其主要成分为二氧化硅，含量在80％-92％。杂质成分为氧化钠，氧化钙，氧化镁，氧化铁，氧化铁和活性炭等。
在以往的混凝土配合比设计中，主要考虑的是强度指标；对于海洋工程、喷洒化冰盐的公路与桥梁工程、盐渍地区的工程，由于氯盐侵入混凝土导致钢筋锈蚀，引起混凝土膨胀开裂，严重影响了建筑物使用寿命。而且在寒冷地区，特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损坏，耐久性差。
因此，亟需研发一种增强型混凝土，从根本上改善混凝土的强度、抗冻性、抗渗性和抗腐蚀性。
发明内容
针对相关技术存在的不足，本申请的第一个目的在于提供一种增强型硅灰混凝土，其具有强度高、抗冻性好、抗渗性好和耐腐蚀性佳的优点。
本申请的第二个目的在于提供一种增强型硅灰混凝土的制备方法，其具有改善混凝土的性能的优点。
为实现上述第一个目的，本申请提供了如下技术方案：
一种增强型硅灰混凝土，包括以下重量份的组分：
水泥 180-300份；
矿物微粉 17-42份；
粗骨料 750-950份；
细骨料 600-750份；
水 120-180份；
减水剂 1-3份；
复合剂 2-5份；
磷酸酯 1-3份；
所述矿物微粉包括稻壳灰、硅灰、黑云母粉；
所述复合剂包括磺化酚醛树脂、石油树脂、二氧化硅和聚酰亚胺纤维。
通过采用上述技术方案，复合剂与原料中的其他组分配合使用，主要用于降低混凝土的孔隙率，改善混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性能和抗腐蚀性。磺化酚醛树脂与磷酸酯协同作用，在混凝土表面可形成疏水膜，进一步提高混凝土的抗渗性能。聚酰亚胺纤维具有高弹高模的特性，不仅耐热性好，而且也可耐极低的温度，热膨胀系数极低，与原料配合作用可显著改善混凝土的抗冻性和强度；矿物微粉在拌制的混凝土中发挥填充效应和火山灰反应，使混凝土变得更加致密，从而提高混凝土的抗渗性能；矿物微粉的加入既能提高混凝土的密实度和强度，又能减少减水剂的用量，经济效益佳。
进一步地，所述稻壳灰的粒度为3-5.5μm，所述硅灰的粒度为2.5-5μm，所述黑云母粉的粒度为2-4.5μm。
进一步地，所述稻壳灰的重量份为5-12份；所述硅灰的重量份为8-17份；所述黑云母粉的重量份4-13份。
通过采用上述技术方案，优化矿物微粉的粒度与配比，以使得矿物微粉在拌制的混凝土中发挥填充效应和火山灰反应，使混凝土变得更加致密，从而改善混凝土的强度。
进一步地，所述磷酸酯由酚醚磷酸酯和脂肪醇醚磷酸酯中一种或两种组成。
通过采用上述技术方案，酚醚磷酸酯和脂肪醇醚磷酸酯对热和碱均具有良好的稳定性、耐腐蚀性，改善混凝土的抗腐蚀性；同时酚醚磷酸酯还具有良好的耐寒性，改善混凝土的抗冻性，与复合剂协同配合，可在混凝土表面形成疏水膜，进而提高混凝土的抗渗性能。
进一步地，所述磺化酚醛树脂的重量份为0.3-0.7份；所述石油树脂的重量份为0.5-1.5份；所述二氧化硅的重量份为0.8-2份；所述聚酰亚胺纤维的重量份为0.4-0.8份。
通过采用上述技术方案，优化复合剂组分的配比，与其他原料协同改善混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性能和强度。
进一步地，所述粗骨料为5-20mm连续级配碎石，所述细骨料为细度模数在2.2-2.6范围内的人工砂。
通过采用上述技术方案，优化粗骨料与细骨料，与其他组分配合，提高混凝土的强度。
为实现上述第二个目的，本申请提供了如下技术方案：
一种增强型硅灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备复合剂；
步骤二：按比例将水、步骤一制得的复合剂和矿物微粉混合均匀后，调节pH值至8.0-8.5，搅拌20-30min，得混合体系；
步骤三：向混合体系中一边搅拌一边按比例加入水泥、粗骨料、细骨料、减水剂和磷酸酯。
通过采用上述技术方案，水泥与水混合后发生水化，生石灰消解，低结晶度或无定形的C-S-H凝胶、Ca(OH)2及少量水化硫铝酸钙等。在碱激发条件下，复合剂中的SiO2组分开始表现出化学活性，与生石灰消解产生Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，降低水胶比，提高混凝土的密实度，从而改善混凝土的强度。采用特定的步骤将原料进行混合，以提高组分在体系中的分散均匀度，保证各个组分之间的配合作用，改善混凝土的性能。
进一步地，复合剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将石油树脂进行熔融，一边搅拌一边按比例加入二氧化硅和聚酰亚胺纤维，保温30-50min，然后冷却至50℃以下制得半成品；
步骤2：将半成品进行破碎，然后进行真空烧结，制得烧坯；
步骤3：将烧坯在气流磨中制成粒度为5-10μm的粉末，加入磺化酚醛树脂，混合搅拌均匀制得复合剂。
进一步地，所述步骤2中真空烧结过程的工艺按照2-3℃/min升温速率升温到700-850℃，并保温1-1.5小时，然后冷却至50℃以下。
通过采用上述技术方案，将石油树脂熔融，石油树脂混溶性好，对酸碱均具有良好的稳定性，再加入二氧化硅和聚酰亚胺纤维，提高两者之间的粘合力，通过真空烧结内部形成致密网络，通过气流磨磨细后与其他组分在混凝土体系中协同使用，降低混凝土内部的孔隙率，提高混凝土体系的抗腐蚀性能和抗渗性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
复合剂与原料中的其他组分配合使用，主要用于降低混凝土的孔隙率，改善混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗性能和抗腐蚀性。磺化酚醛树脂与磷酸酯协同作用，在混凝土表面可形成疏水膜，进一步提高混凝土的抗渗性能。聚酰亚胺纤维具有高弹高模的特性，不仅耐热性好，而且也可耐极低的温度，热膨胀系数极低，与原料配合作用可显著改善混凝土的抗冻性和强度；矿物微粉在拌制的混凝土中发挥填充效应和火山灰反应，使混凝土变得更加致密，从而提高混凝土的抗渗性能；矿物微粉的加入既能提高混凝土的密实度和强度，又能减少减水剂的用量，经济效益佳。
具体实施方式
本实施例与对比例中所用原料均为市售原料。
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种增强型硅灰混凝土，包括以下重量的组分：水泥260㎏，粗骨料870㎏，细骨料660㎏，水150㎏，聚羧酸减水剂2㎏，矿物微粉由稻壳灰8㎏、硅灰12㎏、黑云母粉8㎏组成，酚醚磷酸酯2㎏，复合剂由磺化酚醛树脂0.5㎏、石油树脂0.9㎏、二氧化硅1.7㎏和聚酰亚胺纤维0.7㎏组成；
增强型硅灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备复合剂；复合剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将石油树脂0.9㎏进行熔融，一边搅拌一边加入二氧化硅1.7㎏和聚酰亚胺纤维0.7㎏，混合均匀后保温40min，然后冷却至50℃以下制得半成品；
步骤2：将半成品进行破碎，破碎成粒度为4-5μm的粉末，然后进行真空烧结，真空烧结过程的工艺按照2-3℃/min升温速率升温到800℃，并保温1小时，然后冷却至50℃以下，制得烧坯；
步骤3：将烧坯在气流磨中制成粒度为5-7μm的粉末，加入磺化酚醛树脂0.5㎏，混合搅拌均匀制得复合剂；
步骤二：将水150㎏、步骤一制得的复合剂、稻壳灰8㎏、硅灰12㎏和黑云母粉8㎏混合均匀后，调节pH值至8.0，搅拌25min，得混合体系；
步骤三：向混合体系中，在100r/min的转速条件下，一边搅拌一边加入水泥260㎏、粗骨料870㎏、细骨料660㎏、聚羧酸减水剂2㎏和酚醚磷酸酯2㎏。
实施例2-10与实施例1的区别在于各组分的量不同，其余均与实施例1相同，实施例1-10中各组分的量如表1所示。
表1实施例1-10中各组分的量
Figure BDA0002687016340000041
Figure BDA0002687016340000051
实施例11
与实施例1的区别在于，增强型硅灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备复合剂；复合剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将石油树脂0.9㎏进行熔融，一边搅拌一边加入二氧化硅1.7㎏和聚酰亚胺纤维0.7㎏，混合均匀后保温30min，然后冷却至50℃以下制得半成品；
步骤2：将半成品进行破碎，破碎成粒度为6-8μm的粉末，然后进行真空烧结，真空烧结过程的工艺按照2-3℃/min升温速率升温到800℃，并保温1.5小时，然后冷却至50℃以下，制得烧坯；
步骤3：将烧坯在气流磨中制成粒度为8-10μm的粉末，加入磺化酚醛树脂0.5㎏，混合搅拌均匀制得复合剂；
步骤二：将水150㎏、步骤一制得的复合剂、稻壳灰8㎏、硅灰12㎏和黑云母粉8㎏、水泥260㎏、粗骨料870㎏、细骨料660㎏、聚羧酸减水剂2㎏和酚醚磷酸酯2㎏混合搅拌均匀。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，复合剂由二氧化硅2㎏和石油树脂1.8㎏组成，其余均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，不加入复合剂，其余均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，不加入磷酸酯，其余均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，复合剂的制备方法包括以下步骤：将石油树脂0.9㎏、二氧化硅1.7㎏和聚酰亚胺纤维0.7㎏、磺化酚醛树脂0.5㎏混合搅拌均匀，制得复合剂，其余均与实施例1相同。
对比例5
与实施例1的区别在于，增强型硅灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备复合剂；复合剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将石油树脂0.9㎏进行熔融，一边搅拌一边加入二氧化硅1.7㎏和聚酰亚胺纤维0.7㎏，混合均匀后保温40min，然后冷却至50℃以下制得半成品；
步骤2：将半成品进行破碎，破碎成粒度为4-5μm的粉末，然后进行真空烧结，真空烧结过程的工艺按照2-3℃/min升温速率升温到800℃，并保温1小时，然后冷却至50℃以下，制得烧坯；
步骤3：将烧坯在气流磨中制成粒度为5-7μm的粉末，加入磺化酚醛树脂0.5㎏，混合搅拌均匀制得复合剂；
步骤二：将水150㎏、步骤一制得的复合剂、稻壳灰8㎏、硅灰12㎏和黑云母粉8㎏、水泥260㎏、粗骨料870㎏、细骨料660㎏、聚羧酸减水剂2㎏和酚醚磷酸酯2㎏搅拌混合均匀。
性能检测试验
将实施例1-11和对比例1-5所得的混凝土，根据GB/T 50080-2011《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》、GB/T 50081-2011《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行28d强度、抗冻等级、抗渗等级和氯离子扩散系数的试验，结果如表2所示。
表2试验结果
Figure BDA0002687016340000061
Figure BDA0002687016340000071
由表2可以看到，实施例1-11的混凝土的强度、抗冻等级、抗渗等级以及抗腐蚀性均优于对比例1-5的混凝土的各项性能。通过本申请制得的混凝土其强度高、抗冻性好、抗渗性好和耐腐蚀性佳，具有很高的创新性和良好的推广应用前景。
结合实施例1-6可以看出，调整矿物微粉中稻壳灰、硅灰和黑云母粉的用量，可以改善混凝土的强度，选用酚醚磷酸酯和脂肪醇醚磷酸酯配合使用，可保证混凝土的抗冻等级并降低氯离子扩散系数，提高混凝土的抗腐蚀性能，对比实施例1和对比例3可以看到，未加入磷酸酯的混凝土，其强度、抗渗等级、抗冻性和抗腐蚀性能均有所下降，可见磷酸酯和本申请中的其他组分协同改善混凝土的性能。通过实施例5与实施例7-10可以看到，复合剂的组分配比对混凝土的性能也有一定的影响，对比实施例1和对比例1-2可以看到，不加或少加部分复合剂的组分，对混凝土的性能影响较大。结合实施例1和对比例4-5可以看到，不管是复合剂的制备方法还是混凝土的制备步骤，均对形成的混凝土的强度、抗渗等级、抗冻性和抗腐蚀性均有一定的影响。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：
水泥 180-300份；
矿物微粉 17-42份；
粗骨料 750-950份；
细骨料 600-750份；
水 120-180份；
减水剂 1-3份；
复合剂 2-5份；
磷酸酯 1-3份；
所述矿物微粉包括稻壳灰、硅灰、黑云母粉；
所述复合剂包括磺化酚醛树脂、石油树脂、二氧化硅和聚酰亚胺纤维。
2.根据权利要求1所述的一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，所述稻壳灰的粒度为3-5.5μm，所述硅灰的粒度为2.5-5μm，所述黑云母粉的粒度为2-4.5μm。
3.根据权利要求2所述的一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，所述稻壳灰的重量份为5-12份；所述硅灰的重量份为8-17份；所述黑云母粉的重量份4-13份。
4.根据权利要求1所述的一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，所述磷酸酯由酚醚磷酸酯和脂肪醇醚磷酸酯中一种或两种组成。
5.根据权利要求4所述的一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，所述磺化酚醛树脂的重量份为0.3-0.7份；所述石油树脂的重量份为0.5-1.5份；所述二氧化硅的重量份为0.8-2份；所述聚酰亚胺纤维的重量份为0.4-0.8份。
6.根据权利要求1所述的一种增强型硅灰混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-20mm连续级配碎石，所述细骨料为细度模数在2.2-2.6范围内的人工砂。
7.权利要求1-6任一所述的一种增强型硅灰混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备复合剂；
步骤二：按比例将水、步骤一制得的复合剂和矿物微粉混合均匀后，调节pH值至8.0-8.5，搅拌20-30min，得混合体系；
步骤三：向混合体系中一边搅拌一边按比例加入水泥、粗骨料、细骨料、减水剂和磷酸酯。
8.权利要求7所述的一种增强型硅灰混凝土的制备方法，其特征在于，复合剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将石油树脂进行熔融，一边搅拌一边按比例加入二氧化硅和聚酰亚胺纤维，保温30-50min，然后冷却至50℃以下制得半成品；
步骤2：将半成品进行破碎，然后进行真空烧结，制得烧坯；
步骤3：将烧坯在气流磨中制成粒度为5-10μm的粉末，加入磺化酚醛树脂，混合搅拌均匀制得复合剂。
9.权利要求8所述的一种增强型硅灰混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤2中真空烧结过程的工艺按照2-3℃/min升温速率升温到700-850℃，并保温1-1.5小时，然后冷却至50℃以下。
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