CN115784661A - 一种保水石灰石粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将石灰石原料与溶解液混合进行第一球磨，得到粗糙化石灰石粉；(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料混合，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，并对分级后的亲水石灰石粉进行级配处理，得到所述保水石灰石粉。所述制备方法大幅提高了石灰石粉表面的保水性，可有效抑制石灰石粉混凝土的泌水开裂问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种石灰石粉的制备方法，尤其涉及一种保水石灰石粉的制备方法。
背景技术
石灰石是我国储量较为丰富的矿产资源，每年开采量超过30亿吨。而石灰石在破碎过程中会产生大量的固体废渣废粉，难以利用，堆积如山，污染环境。如将石灰石的废渣废粉磨细后，作为一种混凝土用矿物掺合料使用，具有资源丰富、成本低廉、绿色低碳且经济实用等优点。
有研究指出，石灰石粉在水泥砂浆或混凝土中主要起到微集料填充作用，并具有一定的化学活性，但是存在保水性差的缺点。特别是掺石灰石粉的水泥砂浆或混凝土如果泌水，易造成收缩开裂，严重影响水泥砂浆或混凝土的耐久性，阻碍了石灰石粉在水泥砂浆或混凝土中的应用。究其原因，是因为石灰石粉的表面致密光滑，结构完整，缺陷少，级配单一，石灰石粉与水分子的极性差别大，因此石灰石粉表面不易吸附水。
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因此，针对石灰石粉保水性差以及性价比的问题，有必要开发出一种低成本高保水性的改性石灰石粉，其制备工艺简单、原材料成本低，便于大规模推广应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法大幅提高了石灰石粉表面的保水性，可有效抑制石灰石粉混凝土的泌水开裂问题。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种保水石灰石粉的制备方法所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液混合进行第一球磨，得到粗糙化石灰石粉；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料混合，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，并对分级后的亲水石灰石粉进行级配处理，得到所述保水石灰石粉。
本发明中，使用石灰石原料与溶解液发生化学反应，使石灰石粉表面粗糙化，降低了石灰石粉粒表面的接触角；同时反应生成的钙盐也是一种混凝土早强剂，促进早期水泥水化物的生成，进一步提高了石粉混凝土的保水性。通过使用亲水材料在石灰石粉表面附着亲水膜，降低了石灰石粉-水界面的界面张力，从而进一步降低了石灰石粉表面的接触角θ。通过对石灰石粉进行分级和级配，得到一种级配更合理的石灰石粉，降低了石灰石粉颗粒间的空隙率，能够阻断更多混凝土内部的毛细孔和水分的上浮通道。通过三种改善方法的协同作用，大幅提高了石灰石粉表面的保水性，降低了石灰石粉混凝土的泌水率。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述石灰石原料与所述溶解液的质量比为95～100:1，如95:1、96:1、97:1、98:1、99:1或100:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述石灰石原料包括岩石破碎生产砂石时形成的废弃石粉石渣。
优选地，所述溶解液包括酸液。
优选地，所述酸液包括H2SO4、H3PO4、H2C2O4或CH3COOH中的任意一种或至少两种的组合的水溶液，所述组合典型但非限制性实例有：H2SO4和H3PO4的组合、H3PO4和H2C2O4的组合、H2C2O4和CH3COOH的组合、CH3COOH和H2SO4的组合或H2SO4、H3PO4和H2C2O4的组合等。
优选地，所述酸液的质量浓度为0.5～2.0％，如0.5％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、1.8％或2.0％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述粗糙化石灰石粉的粒径为200～800目，如200目、300目、400目、500目、600目、700目或800目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料的质量比为95～100:1，如95:1、96:1、97:1、98:1、99:1或100:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述亲水材料包括淀粉醚、预糊化淀粉或麦芽糊精中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：淀粉醚和预糊化淀粉的组合、预糊化淀粉和麦芽糊精的组合、麦芽糊精和淀粉醚的组合或淀粉醚、预糊化淀粉和麦芽糊精的组合等。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述亲水材料为亲水材料的水溶液，所述亲水材料的水溶液的质量浓度为0.1～0.2％，0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％或0.19％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述分级不少于3级，如3级、4级、5级、6级、7级、8级、9级或10级等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述级配处理的方法包括：使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，并根据质量比进行混合。
本发明中，按照粒径对石灰石粉进行分级，例如可以是分为3级，各级粒径分别为200～400目，400～600目和600～800目，上述分级方式仅为简单举例，可以根据石灰石粉在应用时的具体要求，对分级的级数和各级粒径进行调整。
本发明中，第一球磨以及第二球磨的条件可以根据石灰石原料的性质以及粒径的需要进行具体选择，在此不做具体限定。
作为本发明优选的技术方案，保水石灰石粉的制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液按照质量比95～100:1混合并进行第一球磨，得到粒径为200～800目的粗糙化石灰石粉；
所述溶解液包括酸液，所述酸液的质量浓度为0.5～2％，所述酸液包括H2SO4、H3PO4、H2C2O4或CH3COOH中的任意一种或至少两种的组合的水溶液；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料按照质量比95～100:1混合，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
所述亲水材料为亲水材料的水溶液，所述亲水材料的水溶液的质量浓度为0.1～0.2％，所述亲水材料包括淀粉醚、预糊化淀粉或麦芽糊精中的任意一种或至少两种的组合；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，所述分级不少于3级，使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，并根据质量比进行混合，得到所述保水石灰石粉。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法大幅提高了石灰石粉表面的保水性，降低了石灰石粉混凝土的泌水率；
(2))本发明提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法工艺简单，成本低廉，极大的促进了石灰石粉在混凝土中的应用。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液按照质量比99:1混合并进行第一球磨，以粉磨球与粉体的比例(质量比)1.5:1，连续球磨2h，得到粒径为200～800目的粗糙化石灰石粉；
所述溶解液为质量浓度1％的H3PO4和H2SO4混合水溶液；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料按照质量比99:1混合，以粉磨球与粉体的比例(质量比)2:1，连续球磨1h，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
所述亲水材料为质量浓度为0.1％的淀粉醚水溶液；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，所述分级为3级，各级粒径分别为200～400目，400～600目和600～800目，使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，级配方式如表1所示，并根据质量比进行混合，得到所述保水石灰石粉。
表1
| 石粉粒径分布 | 200～400目 | 400～600目 | 600～800目 |
| 配比1(％) | 0 | 70 | 30 |
| 配比2(％) | 25 | 60 | 15 |
| 配比3(％) | 65 | 35 | 0 |
实施例2和3以及对比例1～7的制备方法与实施例1相似，与实施例1的具体区别如表2所示。
表2
实施例4
本实施例提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液按照质量比95:1混合并进行第一球磨，所述溶解液为质量浓度为0.5％的H3PO4，得到粒径为200～800目的粗糙化石灰石粉；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料按照质量比95:1混合，所述亲水材料为质量浓度为0.15％的预糊化淀粉水溶液，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，所述分级为3级，各级粒径分别为200～400目，400～600目和600～800目，使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，级配方式如表1所示，并根据质量比进行混合，得到所述保水石灰石粉。
实施例5
本实施例提供一种保水石灰石粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液按照质量比100:1混合并进行第一球磨，所述溶解液为质量浓度为2.0％的H2C2O4，得到粒径为200～800目的粗糙化石灰石粉；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料按照质量比100:1混合，所述亲水材料为质量浓度为0.2％的麦芽糊***溶液，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，所述分级为3级，各级粒径分别为200～400目，400～600目和600～800目，使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，级配方式如表1所示，并根据质量比进行混合，得到所述保水石灰石粉。
以上实施例1～5和对比例1～7中的改性石灰石粉分别按照表3中混凝土的组分和配比(重量份)制成混凝土。
表3
| 硅酸盐水泥 | 改性石灰石粉 | 中粗河砂 | 5～31.5石子 | 减水剂 | 水 |
| 359 | 80 | 748 | 1035 | 4.35 | 164 |
将上述制得的混凝土按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行的各组混凝土试件的泌水率性能测试，结果见表4。
表4
根据表4中的测试结果可以看出，只球磨不做任何处理的石灰石粉制备的混凝土的泌水率高达12.8％，而石灰石粉经表面粗糙化、附着亲水膜、粒径分布的优化3步处理后制得的改性石灰石粉混凝土的泌水率低至2％以下，泌水率大幅下降，明显低于只做1种或2种保水性处理的石灰石粉混凝土，因此，同时采用石灰石溶解液粗糙化处理、亲水分子水溶液亲水性处理，以及软件EMMA颗粒级配优化3种处理方法可以明显改善石灰石粉的保水性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种保水石灰石粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液混合进行第一球磨，得到粗糙化石灰石粉；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料混合，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，并对分级后的亲水石灰石粉进行级配处理，得到所述保水石灰石粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石灰石原料与所述溶解液的质量比为95～100:1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石灰石原料包括岩石破碎生产砂石时形成的废弃石粉石渣；
优选地，所述溶解液包括酸液；
优选地，所述酸液包括H2SO4、H3PO4、H2C2O4或CH3COOH中的任意一种或至少两种的组合的水溶液；
优选地，所述酸液的质量浓度为0.5～2.0％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粗糙化石灰石粉的粒径为200～800目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料的质量比为95～100:1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述亲水材料包括淀粉醚、预糊化淀粉或麦芽糊精中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述亲水材料为亲水材料的水溶液，所述亲水材料的水溶液的质量浓度为0.1～0.2％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述分级不少于3级。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述级配处理的方法包括：使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，并根据质量比进行混合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石灰石原料与溶解液按照质量比95～100:1混合并进行第一球磨，得到粒径为200～800目的粗糙化石灰石粉；
所述溶解液包括酸液，所述酸液的质量浓度为0.5～2.0％，所述酸液包括H2SO4、H3PO4、H2C2O4或CH3COOH中的任意一种或至少两种的组合的水溶液；
(2)将步骤(1)所述粗糙化石灰石粉与亲水材料按照质量比95～100:1混合，进行第二球磨得到亲水石灰石粉；
所述亲水材料为亲水材料的水溶液，所述亲水材料的水溶液的质量浓度为0.1～0.2％，所述亲水材料包括淀粉醚、预糊化淀粉或麦芽糊精中的任意一种或至少两种的组合；
(3)将步骤(2)所述亲水石灰石粉以粒径为标准进行分级，所述分级不少于3级，使用级配优化软件EMMA计算出各级所述亲水石灰石粉的质量比，并根据质量比进行混合，得到所述保水石灰石粉。
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