一种混凝土掺和料、制备方法及含有该掺合料的混凝土

摘要

一种混凝土掺和料、制备方法及含有该掺合料的混凝土，所述的混凝土掺和料包括以下质量份数的组份：凝灰岩石粉0.5～5.5份，脱硫灰渣4～9份，活性激发剂0.01～0.1份，复合表面改性剂0.002～0.5份。混凝土掺和料的制备方法，包括以下步骤：(1)凝灰岩石粉、脱硫灰渣及活性激发剂的预处理；(2)复合表面改性剂的制备；(3)混凝土掺和料的制备。一种混凝土，含有水泥和掺合料，所述掺合料为本发明所述的混凝土掺和料。本发明所述的掺合料首次将凝灰岩石粉和脱硫灰渣结合，并通过合理配比和活性激化，充分发挥两者的叠加优势，产出的掺合料具有活性指数高、成本低的优势。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种混凝土掺和料、制备方法及含有该掺合料的混凝土。

背景技术

混凝土是工程建设应用最广泛的大宗建筑材料，已广泛用于工业与民用建筑、农林与城市建设、交通及海港等工程，这些基础设施所用混凝土必须是具有高性能化。在高性能混凝土中，矿物掺和料对混凝土高性能化起着重要作用。目前，常用的矿物掺和料主要是电厂的粉煤灰和冶金工业的矿渣、钢渣，然而粉煤灰、钢渣、矿渣属于地域性资源，同时优质粉煤灰资源都不丰富，基于成本考虑，结合地区本土资源，寻找现有矿物掺和料的替代品是工程建设的迫切需求。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种活性指数高、成本低的混凝土掺和料、该掺合料的制备方法及含有该掺合料的混凝土。

本发明采用的技术方案是：

一种混凝土掺和料，所述的混凝土掺和料包括以下质量份数的组份：

凝灰岩石粉0.5～5.5份，脱硫灰渣4～9份，活性激发剂0.01～0.1份，复合表面改性剂0.002～0.5份；

所述的活性激发剂为脱硫石膏、钛白石膏或生石灰中的一种或两种以上任意比例的混合物；

所述的复合表面改性剂包括如下重量配比的组份：聚羧酸盐分散剂(如RX-8，购自宁波润鑫混凝土外加剂公司)2～4.5份，糖蜜(如工业级全糖分≥48％的蜜糖，购自济南琳盛化工有限公司)1～3份，三乙醇胺(如工业级含量≥99％的三乙醇胺，购自济南铭亮化工有限公司)0.5～1份，水3～6份。

进一步，所述的混凝土掺和料由如下重量配比的组份组成：凝灰岩石粉0.5～5.5份，脱硫灰渣4～9份，活性激发剂0.01～0.1份，复合表面改性剂0.002～0.5份；

所述的复合表面改性剂由如下重量配比的组份组成：聚羧酸盐分散剂2～4.5份，糖蜜1～3份，三乙醇胺0.5～1份，水3～6份。

进一步，所述的凝灰岩石粉为机制砂生产过程中排放出的尾矿粉，且所述的凝灰岩石粉的亚甲蓝值小于1.4。

本发明所述的混凝土掺和料的制备方法，包括以下步骤：

(1)凝灰岩石粉、脱硫灰渣及活性激发剂的预处理：将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂分别放入烘箱中烘干，在60～105℃的温度下将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂均烘干至质量含水量为0.5％～2.5％，待用；

(2)复合表面改性剂的制备：将聚羧酸盐分散剂、糖蜜、三乙醇胺和水按质量份数比均匀混合，得到复合表面改性剂，待用；

(3)混凝土掺和料的制备：将步骤(1)得到的凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂按质量份数比均匀混合后，投入研磨装置中研磨，同时将步骤(2)得到的复合表面改性剂喷入研磨装置内研磨，直至粉体的比表面积≥450m²/kg时停止研磨，即得到混凝土掺和料。

进一步，所述研磨装置为球磨机。

一种混凝土，含有水泥和掺合料，所述掺合料为本发明所述的混凝土掺和料。

进一步，所述混凝土掺合料的质量占水泥质量的10～45％。

本发明的有益效果是：

凝灰岩石粉具有火山灰活性，脱硫灰渣具有微膨胀及水硬性，本发明所述的掺合料首次将两者结合，并通过合理配比和活性激化，充分发挥两者的叠加优势，产出的掺合料具有活性指数高、成本低的优势。

本发明所述的制备方法要求研磨至粉体的比表面积≥450m²/kg，使得混凝土掺和料的活性指数≥95％，而且还具有体积稳定及耐腐蚀的特点；同时通过补偿收缩，进而缓解工程中混凝土开裂难题，这不仅节约了水泥用量，而且由于利用了多种难以使用的工业废弃物，在物理、化学激发下共同研磨、协同作用得到混凝土掺和料，降低了生产成本。

所述的混凝土中添加了本发明所述的掺和料，不仅对混凝土高性能化起着重要作用，且混凝土因为水泥用量的降低及工业废弃物的利用，起到了节能减排保护环境的作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

本发明所述的凝灰岩石粉为机制砂(宁波奉化区西坞采石场的机制砂)生产所排放出的尾矿粉，其亚甲蓝值小于1.4。

本发明采用的脱硫石膏(购自浙江国华宁海发电厂)、钛白石膏(购自宁波新福钛白粉有限公司)均符合GB 6566-2010标准规定。

本发明采用的脱硫灰渣，购自宁波长丰热电有限公司。

本发明采用的生石灰型号为工业级95，购自建德市新安江永合塑胶厂。

本发明采用的聚羧酸盐分散剂型号为RX-8，购自宁波润鑫混凝土外加剂公司。

本发明采用的糖蜜型号为工业级全糖分≥48％，购自济南琳盛化工有限公司。

本发明采用的三乙醇胺型号为工业级含量≥99％，购自济南铭亮化工有限公司。

实施例1

一种混凝土掺和料，由以下重量配比的原料组成：凝灰岩石粉4kg、脱硫灰渣5.5kg、活性激发剂0.1kg、复合表面改性剂0.4kg，其中：活性激发剂由0.05kg脱硫石膏和0.05kg生石灰混合而成，复合表面改性剂由0.1kg聚羧酸盐分散剂、0.08kg糖蜜、0.02kg三乙醇胺、0.2kg水混合而成。

制备方法是：

(1)将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂分别放入烘箱中烘干，在60℃的温度下，将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂均烘干至质量含水量为2.5％，待用；

(2)将0.1kg聚羧酸盐分散剂、0.08kg糖蜜、0.02kg三乙醇胺和0.2kg水投入均化罐中搅拌10min，均匀混合，得到复合表面改性剂，待用；

(3)取用经步骤(1)得到的凝灰岩石粉4kg、脱硫灰渣5.5kg和活性激发剂0.1kg，并用螺旋送料机投入球磨机中；同时将由步骤(2)得到的复合表面改性剂喷入球磨机内一起研磨，并采用勃氏比表面积仪(型号DBT-127，购自无锡建仪仪器)按照《水泥比表面积测定方法勃氏法》对粉体的比表面积进行测试，当粉体的比表面积≥450m²/kg时停止研磨，即得到混凝土掺和料。

一种混凝土，由如下成分组成：水泥340kg、所述混凝土掺合料34kg、粉煤灰68kg、砂791kg、碎石972kg、水176kg、聚羧酸减水剂3kg。

实施例2：

一种混凝土掺和料，由以下重量配比的原料组成：凝灰岩石粉1kg、脱硫灰渣8.5kg、活性激发剂0.1kg、复合表面改性剂0.4kg，其中：活性激发剂由0.03kg钛白石膏和0.07kg生石灰混合而成，复合表面改性剂由0.12kg聚羧酸盐分散剂、0.04kg糖蜜、0.04kg三乙醇胺、0.2kg水混合而成。

制备方法是：

(1)将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂分别放入烘箱中烘干，在105℃的温度下将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂均烘干至质量含水量为0.5％，待用；

(2)分别将0.12kg聚羧酸盐分散剂、0.04kg糖蜜、0.04kg三乙醇胺、0.2kg水，投入均化罐中搅拌20min，均匀混合，得到复合表面改性剂，待用；

(3)取用经步骤(1)得到的凝灰岩石粉1kg、脱硫灰渣8.5kg和活性激发剂0.1kg，由由螺旋送料机投入球磨机中，同时将由步骤(2)得到的复合表面改性剂喷入球磨机内一起研磨，并采用勃氏比表面积仪按实施例1所述的方法，对粉体的比表面积进行测试，当粉体的比表面积≥450m²/kg时停止研磨，即得到混凝土掺和料。

一种混凝土，由如下成分组成：水泥295kg、所述混凝土掺合料90kg、粉煤灰68kg、砂791kg、碎石972kg、水176kg、聚羧酸减水剂3kg。

实施例3：

一种混凝土掺和料，由以下重量配比的原料组成：凝灰岩石粉3.4kg、脱硫灰渣6.5kg、活性激发剂0.05kg、复合表面改性剂0.05kg，其中：活性激发剂由0.015kg钛白石膏和0.035kg生石灰混合而成，复合表面改性剂由0.015kg聚羧酸盐分散剂、0.005kg糖蜜、0.005kg三乙醇胺、0.025kg水混合而成。

制备方法是：

(1)将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂分别放入烘箱中烘干，在80℃的温度下将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂均烘干至质量含水量为1％，待用；

(2)分别将0.015kg聚羧酸盐分散剂、0.005kg糖蜜、0.005kg三乙醇胺、0.025kg水，投入均化罐中搅拌30min，均匀混合，得到复合表面改性剂，待用；

(3)取用经步骤(1)得到的凝灰岩石粉3.4kg、脱硫灰渣6.5kg和活性激发剂0.05kg，并由螺旋送料机投入球磨机中，同时将步骤(2)得到的复合表面改性剂喷入球磨机内一起研磨，并采用勃氏比表面积仪按实施例1所述的方法，对粉体的比表面积进行测试，当粉体的比表面积≥450m²/kg时停止研磨，即得到混凝土掺和料。

一种混凝土，由如下成分组成：水泥280kg、所述混凝土掺合料105kg、粉煤灰68kg、砂791kg、碎石972kg、水176kg、聚羧酸减水剂2.6kg。

实施例4：

一种混凝土掺和料，由以下重量配比的原料组成：凝灰岩石粉1kg、脱硫灰渣8.5kg、活性激发剂0.1kg、复合表面改性剂0.4kg，其中：活性激发剂为0.1kg钛白石膏，复合表面改性剂由0.12kg聚羧酸盐分散剂、0.04kg糖蜜、0.04kg三乙醇胺、0.2kg水混合而成。

制备方法是：

(1)将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂分别放入烘箱中烘干，在60℃的温度下将凝灰岩石粉、脱硫灰渣和活性激发剂均烘干至质量含水量为1.5％，待用；

(2)分别将0.12kg聚羧酸盐分散剂、0.04kg糖蜜、0.04kg三乙醇胺、0.2kg水，投入均化罐中搅拌15min，均匀混合，得到复合表面改性剂，待用；

(3)取用由步骤(1)得到的凝灰岩石粉1kg、脱硫灰渣8.5kg和活性激发剂0.1kg，并由螺旋送料机投入球磨机中，同时将步骤(2)得到的复合表面改性剂喷入球磨机内一起研磨，并采用勃氏比表面积仪按实施例1所述的方法，对粉体的比表面积进行测试，当粉体的比表面积≥450m²/kg时停止研磨，即得到混凝土掺和料。

一种混凝土，由如下成分组成：水泥270kg、所述混凝土掺合料121.5kg、粉煤灰68kg、砂791kg、碎石972kg、水176kg、聚羧酸减水剂2.6kg。

对照试验

为了验证本发明所述的混凝土掺和料的技术效果，将实施例1、2、3、4所述的混凝土掺和料作为实验例(分别为M1、M2、M3和M4)，同时选用市场上传统矿物掺合料之一的矿粉(型号S95，购自宁波港建材科技有限公司)作为对照组(S0)，进行对比。

实施例和对照组的混凝土掺合料均按20％比例等量替代混凝土的水泥(型号P.O42.5普通硅酸盐水泥，购自宁波科环新型建材股份有限公司)，配制的配合比见表1。按照《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011》进行比表面积、胶砂流动度比、氯离子含量、活性指数测试及放射性的基本性能测试，测试结果见表2。

表1：配合比

组别编号水泥/g矿粉/g本发明/g标准砂/g水/g对照组S045022501350225实施例1M145002251350225实施例2M245002251350225实施例3M345002251350225实施例4M445002251350225

表2：基本性能试验结果

从上表数据可看出，S0、M1、M2、M3和M4均符合公路桥涵施工技术规范性能指标要求，但与S0相比，实施例1、2、3、4的核心指标：比表面积、活性指数、流动度比均优于对照组。

为了进一步说明本发明的混凝土掺和料在混凝土中应用的技术效果，将实施例1～4制备的混凝土与未掺本发明的混凝土进行比较。实施例和对照组的混凝土中采用的水泥(型号为P.O42.5，购自宁波科环新型建材股份有限公司),减水剂(型号为聚羧酸减水剂，减水率20％，购自宁波润鑫混凝土外加剂公司)，粉煤灰(型号为F类、II级，购自浙江国华宁海发电厂)，河砂(型号为细度模数为2.9的中粗沙，购自宁波市北仑永江海砂淡化场)，碎石(型号为5～25mm破碎石，购自宁波市高桥新欣采石场)。

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2011)进行抗压强度测试；按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》(GB/T50082-2009)之接触法进行28d收缩变形测试；按照《水泥砂浆和混凝土环式限制约收缩开裂测试标准方法》(ASTM C1581-04)评价早龄期混凝土的抗裂性；按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》(GB/T50082-2009)之强度耐蚀系数评价抗硫酸盐侵蚀性。试验混凝土配合比及测试结果见表3、表4。

表3：混凝土配合比 Kg/m³

组别水泥本发明粉煤灰河砂碎石水减水剂对照组S03850687919721763实施例134034687919721763实施例229590687919721763实施例3280105687919721762.6实施例4270121.5687919721762.6

表4：试验结果

项目对照组S0实施例1实施例2实施例3实施例47d抗压强度/MPa35.638.238.336.236.328d抗压强度/MPa43.249.149.746.248.628d收缩变形/10^-6367242206236200初始开裂时间/d34.56.55.56强度耐蚀系数/％98102108105110

从表4数据可看出，与对照组S0相比，实施例1、2、3、4的7d与28d强度均有所提高，28d干燥收缩变形分别下降了33.8％、43.6％、35.5％和45.6％，初始开裂时间均得到延长，且耐蚀系数得到提高，表明本发明所述的混凝土掺和料质量占水泥质量的10～45％掺量下具有较好的体积稳定性。

显然，上述实施例仅仅为清楚说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的权利要求保护所界定的范围之中。