CN112374838B - 一种锂渣混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种锂渣混凝土及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。一种锂渣混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥40‑70份，粉煤灰10‑20份，水30‑50份，砂子170‑230份，石子240‑300份；所述混凝土原料还包括外加料和改性锂渣料，所述外加料包括以下重量份原料：减水剂1.5‑3份，聚乙烯醇纤维1.2‑3份；所述改性锂渣料主要由包括以下重量份的原料制成：锂渣粉10‑20份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.2‑1份，乙基纤维素0.1‑0.4份。其具有抗折性能好的优点。其制备方法包括以下步骤：混料和混凝土制备等。其制备方法具有可改善产品抗折性能的优点。

Description

一种锂渣混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种锂渣混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子、外加剂和矿物掺合料配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土因具有硬度高、施工方便等优点，广泛应用于建筑领域。锂渣是锂矿加工生产过程中产生的废弃物，锂矿产生的大量锂渣给生态环境带来一定的负担，若将锂渣用于混凝土生产将有助于减轻环境负担，有利于废弃物回收利用。
CN111574139A公开了一种锂渣再生混凝土、其制备方法及建筑构件，锂渣再生混凝土包括以下按照重量份计的组分：再生粗骨料800-1200份、细骨料300-700份、水泥200-500份、锂渣35-100份、引气剂15-35份、发泡剂2-12份、减水剂3-8份、水200-500份。该技术方案通过将锂渣添加至混凝土中，有助于减轻环境负担，有利于废弃物回收利用。
针对上述相关技术，发明人认为，锂渣中无定形二氧化硅等组分含量较高，吸水率大，影响塌落度与和易性，在锂渣混凝土制备过程中需要加大水用量，水胶比大，容易出现泌水和板结等现象，给锂渣混凝土的抗折性能带来一定的不利影响。
发明内容
为了改善锂渣混凝土的抗折性能，本申请提供一种锂渣混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种锂渣混凝土，采用如下的技术方案：
一种锂渣混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥40-70份，粉煤灰10-20份，水30-50份，砂子170-230份，石子240-300份；所述混凝土原料还包括外加料和改性锂渣料，所述外加料包括以下重量份原料：减水剂1.5-3份，聚乙烯醇纤维1.2-3份；所述改性锂渣料主要由包括以下重量份的原料制成：锂渣粉10-20份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.2-1份，乙基纤维素0.1-0.4份。
通过采用上述技术方案，本申请用废旧锂渣制成的改性锂渣料作混凝土骨料，有助于减轻环境负担，有助于废弃物回收利用，有助于提高产品环保性能；本申请用环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素对锂渣粉进行改性，环己胺基甲基三乙氧基硅烷可改变锂渣粉的表面性能，降低锂渣粉的吸水率，加入乙基纤维素可在锂渣粉中形成网状结构，有助于提高环己胺基甲基三乙氧基硅烷与锂渣粉之间的相容性，更好地改善锂渣粉表面性能，改善塌落度与和易性，改善锂渣混凝土的抗折性能；加入聚乙烯醇纤维，一方面聚乙烯醇纤维在锂渣混凝土中形成层状结构，另一方面聚乙烯醇纤维与改性锂渣料中的环己胺基甲基三乙氧基硅烷具有良好的粘附作用，有助于改善产品抗折性能和抗裂性能。
优选的，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥52-58份，粉煤灰10-20份，水30-50份，砂子195-205份，石子265-275份，减水剂2-2.5份，聚乙烯醇纤维1.8-2.4份，锂渣粉10-20份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.5-0.7份，乙基纤维素0.1-0.4份。更优的，水泥54份，粉煤灰16份，水39份，砂子202份，石子269份，减水剂2.2份，聚乙烯醇纤维2.1份，锂渣粉15份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.6份，乙基纤维素0.25份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于提高锂渣混凝土各组分之间的粘附强度，有助于改善产品抗压性能和抗折性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，使用聚羧酸减水剂有助于水泥充分水化，有助于减少空鼓和裂纹，有助于改善锂渣混凝土的抗裂性能和抗折性能。
优选的，所述砂子为0.25-0.5mm的机制砂，所述石子为5-25mm连续粒级级配鹅卵碎石。
通过采用上述技术方案，使用合适粒径大小的石子和砂子，有助于提高锂渣混凝土各组分之间的粘附强度，有助于改善产品机械性能。
优选的，所述锂渣粉的比表面积不小于400㎡/kg，所述锂渣粉的粒径不大于150μm。
通过采用上述技术方案，使用合适粒径大小和比表面积的锂渣粉，有助于环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素均匀分散在锂渣粉表面，更好地改善锂渣粉的表面性能，提高锂渣混凝土的抗折性能。
优选的，所述改性锂渣料的制备方法为：取环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素，加入15-30倍环己胺基甲基三乙氧基硅烷重量的乙醇，搅拌不少于10min，加入锂渣粉，混合均匀，将物料于50-70℃干燥不少于100min，制得改性锂渣料。
通过采用上述技术方案，将环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素溶解在乙醇中，再通过干燥脱除乙醇，环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素粘附在高比表面积的锂渣粉表面，更好地改善锂渣粉的表面性能，更好地改善锂渣混凝土抗折性能。
优选的，所述外加料还包括1.5-3重量份的羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯。
通过采用上述技术方案，加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，有助于调节体系粘度，有助于防止发生泌水离析等问题，更好地改善锂渣混凝土的机械性能。
优选的，所述外加料还包括0.6-1.2重量份的羧甲基纤维素醚。
通过采用上述技术方案，加入羧甲基纤维素醚，具有一定的保水功能，有助于防止发生泌水离析等问题，更好地改善锂渣混凝土的机械性能。
第二方面，本申请提供一种锂渣混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种锂渣混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1混料：按设定的比例称取石子，加入砂子、粉煤灰和改性锂渣料，混合均匀，制得粉料；
S2混凝土制备：按设定的比例称取水，搅拌，加入外加料和步骤S1制得的粉料，搅拌2-8min，再加入水泥，继续搅拌3-10min，制得锂渣混凝土。
通过采用上述技术方案，先将改性锂渣料与砂子、石子、粉煤灰等物料混合均匀，有助于改性锂渣料均匀分散在锂渣混凝土中，有助于更好地改善锂渣混凝土的抗裂性能和抗折性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请用废旧锂渣制成的改性锂渣料作混凝土骨料，有助于减轻环境负担，有助于废弃物回收利用，有助于提高产品环保性能；本申请用环己胺基甲基三乙氧基硅烷可改变锂渣粉的表面性能，降低锂渣粉的吸水率，加入乙基纤维素可在锂渣粉中形成网状结构，有助于提高环己胺基甲基三乙氧基硅烷与锂渣粉之间的相容性，更好地改善锂渣粉表面性能，改善塌落度与和易性，改善锂渣混凝土的抗折性能；加入聚乙烯醇纤维，一方面聚乙烯醇纤维在锂渣混凝土中形成层状结构，另一方面聚乙烯醇纤维与改性锂渣料中的环己胺基甲基三乙氧基硅烷具有良好的粘附作用，有助于改善产品抗折性能和抗裂性能；
2.本申请将环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素溶解在乙醇中，再通过干燥脱除乙醇，环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素粘附在高比表面积的锂渣粉表面，更好地改善锂渣粉的表面性能，更好地改善锂渣混凝土的抗折性能；
3.本申请在锂渣混凝土中加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯和羧甲基纤维素醚，有助于防止发生泌水离析等问题，更好地改善锂渣混凝土的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
具体实施方式
锂渣是锂矿加工生产过程中产生的废弃物，锂矿产生的大量锂渣给生态环境带来一定的负担。用锂渣作原料制备混凝土有助于减轻环境负担，锂渣中无定形二氧化硅等组分含量较高，吸水率大，影响塌落度与和易性，在锂渣混凝土制备过程中需要加大水用量，水胶比大，容易出现泌水和板结等现象，给锂渣混凝土的抗折性能带来一定的不利影响。本申请用废旧锂渣制成的改性锂渣料作混凝土骨料，有助于减轻环境负担，有助于废弃物回收利用，有助于提高产品环保性能；本申请用环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素对锂渣粉进行改性，环己胺基甲基三乙氧基硅烷可改变锂渣粉的表面性能，降低锂渣粉的吸水率，加入乙基纤维素可在锂渣粉中形成网状结构，有助于提高环己胺基甲基三乙氧基硅烷与锂渣粉之间的相容性，更好地改善锂渣粉表面性能，改善塌落度与和易性，改善锂渣混凝土的抗折性能；加入聚乙烯醇纤维，一方面聚乙烯醇纤维在锂渣混凝土中形成层状结构，另一方面聚乙烯醇纤维与改性锂渣料中的环己胺基甲基三乙氧基硅烷具有良好的粘附作用，有助于改善产品抗折性能和抗裂性能。
实施例
本申请所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002812888450000051
Figure BDA0002812888450000061
实施例1：一种锂渣混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1混料：取0.6kg环己胺基甲基三乙氧基硅烷和0.25kg乙基纤维素，加入12kg乙醇，封闭搅拌20min，加入15kg锂渣粉，继续搅拌5min，混合均匀，将物料于60℃干燥150min，制得改性锂渣料。称取269kg石子，加入202kg砂子、16kg粉煤灰和改性锂渣料，混合均匀，制得粉料。
S2混凝土制备：称取39kg水，以150转/分钟的转速搅拌，加入2.1kg聚乙烯醇纤维、2.2kg聚羧酸减水剂、0.9kg羧甲基纤维素醚和2kg羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌5min，再加入54kg水泥，继续搅拌6min，制得锂渣混凝土。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入羧甲基纤维素醚，其它均与实施例1保持一致。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4直接将环己胺基甲基三乙氧基硅烷、乙基纤维素和锂渣粉加入石子中，不经乙醇改性步骤，其它均与实施例1保持一致。
实施例5-12
实施例5-12与实施例1的区别在于，实施例5-12各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例5-12各原料的添加量见表2。
表2实施例5-12的各原料的添加量
Figure BDA0002812888450000062
Figure BDA0002812888450000071
实施例13-16
实施例13-16与实施例1的区别在于，实施例13-16各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例13-16各步骤工艺参数见表3。
表3实施例13-16各步骤中的参数
Figure BDA0002812888450000072
Figure BDA0002812888450000081
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加环己胺基甲基三乙氧基硅烷、乙基纤维素和聚乙烯醇纤维，对比例1不经乙醇改性步骤，对比例1直接将锂渣粉加入石子中，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，对比例2不加入了环己胺基甲基三乙氧基硅烷，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，对比例3不加入乙基纤维素和聚乙烯醇纤维，其它均与对比例1保持一致。
性能检测
1、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护21天，进行抗压强度测试，实验结果如表4。
2、抗折强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，制作成若干尺寸为150mm*150mm*600mm的标准试块，室温养护21天，进行抗折强度测试，实验结果如表4。
表4不同混凝土产品性能测试结果对比表
Figure BDA0002812888450000082
Figure BDA0002812888450000091
对比例1未加入环己胺基甲基三乙氧基硅烷、乙基纤维素和聚乙烯醇纤维，对比例1不经乙醇改性步骤，制得的锂渣混凝土产品的抗压强度和抗折强度均不高，抗折性能不佳，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。对比例2未加入环己胺基甲基三乙氧基硅烷，加入了乙基纤维素和聚乙烯醇纤维，制得的锂渣混凝土产品的抗折强度稍有提高，抗折性能依然不佳。对比例3未加入乙基纤维素和聚乙烯醇纤维，制得的锂渣混凝土产品的抗压强度和抗折强度偏低，抗折性能不佳，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-3的实验结果，可以看出，在制备锂渣混凝土的过程中，用环己胺基甲基三乙氧基硅烷、乙基纤维素和乙醇按本申请公开的方法对锂渣粉进行改性，再加入聚乙烯醇纤维，制得的锂渣混凝土产品具有优异的抗压性能和抗折性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，制得的锂渣混凝土产品的抗压性能和抗折性能均有所降低。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入羧甲基纤维素醚，制得的锂渣混凝土产品的抗压性能和抗折性能均稍有降低。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4不经乙醇改性步骤，直接将环己胺基甲基三乙氧基硅烷、乙基纤维素和锂渣粉加入石子中，制得的锂渣混凝土产品的抗压强度明显降低，抗折性能明显降低，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。
相比于实施例1，实施例5-12中各原料的添加量不同，实施例13-16中各步骤工艺参数有所不同，制得的锂渣混凝土产品均具有优异的抗压性能和抗折性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂渣混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥40-70份，粉煤灰10-20份，水30-50份，砂子170-230份，石子240-300份；所述混凝土原料还包括外加料和改性锂渣料，所述外加料包括以下重量份原料：减水剂1.5-3份，聚乙烯醇纤维1.2-3份；所述改性锂渣料主要由包括以下重量份的原料制成：锂渣粉10-20份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.2-1份，乙基纤维素0.1-0.4份；
所述改性锂渣料的制备方法为：取环己胺基甲基三乙氧基硅烷和乙基纤维素，加入15-30倍环己胺基甲基三乙氧基硅烷重量的乙醇，搅拌不少于10min，加入锂渣粉，混合均匀，将物料于50-70℃干燥不少于100min，制得改性锂渣料。
2.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥52-58份，粉煤灰10-20份，水30-50份，砂子195-205份，石子265-275份，减水剂2-2.5份，聚乙烯醇纤维1.8-2.4份，锂渣粉10-20份，环己胺基甲基三乙氧基硅烷0.5-0.7份，乙基纤维素0.1-0.4份。
3.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于：所述砂子为0.25-0.5mm的机制砂，所述石子为5-25mm连续粒级级配鹅卵碎石。
5.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于：所述锂渣粉的比表面积不小于400㎡/kg，所述锂渣粉的粒径不大于150μm。
6.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于：所述外加料还包括1.5-3重量份的羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种锂渣混凝土，其特征在于：所述外加料还包括0.6-1.2重量份的羧甲基纤维素醚。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的锂渣混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1混料：按设定的比例称取石子，加入砂子、粉煤灰和改性锂渣料，混合均匀，制得粉料；
S2混凝土制备：按设定的比例称取水，搅拌，加入外加料和步骤S1制得的粉料，搅拌2-8min，再加入水泥，继续搅拌3-10min，制得锂渣混凝土。
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