改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製法
2023-07-01 05:49:56 2
改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製法
【專利摘要】本發明提供一種改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製法，屬於混凝土製備【技術領域】。改性矽錳渣，包括如下原料：矽錳渣粉和有機鹽。採用有機鹽激發劑對矽錳渣進行化學激發，代替了現有技術中常用的無機鹼激發劑對矽錳渣進行的化學激發，採用本發明所述改性矽錳渣製備混凝土時，改性矽錳渣的摻量可達膠凝材料總量的44~80wt%，且3d抗壓強度可達11.4~33.0MPa、28d抗壓強度可達27.2~74.3MPa。且穩定性好，在降低混凝土成本的同時，大大提高了矽錳渣粉的利用率，有利於減少矽錳渣帶來的環境汙染問題。
【專利說明】改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製備方法，屬於混凝土【技術領域】。
【背景技術】
[0002]矽錳渣是鐵合金企業用錳礦、富錳渣、石灰、焦炭和矽石等原料在礦熱爐中冶煉矽錳合金時排放的高溫爐渣經過水淬或在空氣中自然冷卻形成的一種工業廢渣，其化學成分主要是SiO2和CaO，其次是Α1203、Μη0。據相關企業統計和報導，每生產It矽錳合金將產生1.2^1.3t矽錳渣，近10年來，每年約有300萬t矽錳渣產生，且大部分鐵合金企業排放的矽錳渣未經任何處理直接丟棄，或排入河、海中，或築壩堆置起來。任意排放和堆置的矽錳渣不僅佔用大量土地，而且還汙染環境，同時也造成可利用資源的浪費，因此綜合利用廢棄的矽錳渣，讓其變廢為寶已是當務之急。
[0003]目前，矽錳渣的資源利用主要集中於建築材料領域。矽錳渣中雖有較高的玻璃體，活性很高，但是活性必須在鹼性激發劑的存在下才能發揮。目前的鹼性激發劑主要有氧化鈣、無水硫酸鈉、氫氧化鈉或水玻璃等。諸如，中國專利文獻CN102180612A公開了一種用於水泥或高性能混凝土的複合摻合料，該複合摻合料包括矽錳渣50-70份、礦渣10-20份、石灰石8~15份；該複合摻合料的製備方法如下:將矽錳渣、高爐礦渣、分別烘乾或人工晾乾備用，將石灰石破碎備用；按所述組分質量份數比將矽錳渣、礦渣、石灰石配伍入球磨機粉磨，粉磨細度達勃氏比表面積不低於400m2/kg,或0.08mm方孔篩篩餘量不大於2%,或0.045mm方孔篩篩餘量不大於20% ，即製得用於水泥的矽錳渣基複合摻合料。
[0004]上述技術在粉磨過程中加入石灰石和礦渣，石灰石作為鹼性激發劑，在粉磨過程中可以對矽錳渣起到化學激發的作用，而礦渣和石灰石還均具有助磨作用，可以加速矽錳渣的粉磨，而粉磨又可以對矽錳渣起到機械活化的作用，這樣綜合作用可以提高矽錳渣的活性。經上述無機鹼氧化鈣的化學活化和共粉磨的機械活化的矽錳渣基複合摻合料用於混凝土時，隨著混凝土中的水泥水化產生Ca (OH)2，矽錳渣基複合摻合料中經活化的矽錳渣可以與產生的Ca (OH)2直接發生二次反應，產生多種新物質，使混凝土強度得到較大提高。由於二次反應的發生又可以加速水泥的水化，使得在早期混凝土中的水泥水化產生大量的Ca (OH)2，進而使混凝土的抗壓強度在早期(3d、7d)即得到較大提高。該矽錳渣基複合摻合料的摻量佔膠凝材料比例為30wt%時製備得到的混凝土的7d抗壓強度可達38.2MPa、28d的抗壓強度可達55.2MPa。
[0005]但是，當娃猛洛基複合摻合料的加入量佔混凝土中膠凝材料的總量大於30wt%時，由於混凝土中水泥用量的急劇減少，導致水泥水化生成的Ca (OH) 2等鹼性水化產物減少，尤其是在早期，水泥在矽錳渣的作用下快速水化釋放了大量的Ca (OH) 2等鹼性水化產物，使得混凝土的早期強度雖然可以得到一定提高，但是由於後期水泥水化生成的Ca (OH)2等鹼性水化產物更少，對後期無機鹼激發的矽錳渣基複合摻合料的活性發揮不利，會嚴重影響混凝土的後期抗壓強度(即28d的抗壓強度)。為了不影響混凝土的後期抗壓強度，需要控制複合摻合料的加入量佔膠凝材料總質量不能超過30wt%。由於矽錳渣基複合摻合料的加入量不大於30wt%，相當於矽錳渣用於混凝土的添加量更少，這樣會導致矽錳渣的利用率低，不利於解決矽錳渣排放量大而產生的堆積和環境汙染問題。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的是現有技術中採用無機鹼激發的矽錳渣用於混凝土時，為了保證混凝土的後期強度，矽錳渣的摻量不能超過膠凝材料總量的30wt%，從而導致矽錳渣的利用率低，不利於解決矽錳渣排放量大而產生的堆積和環境汙染問題，進而提供一種改性矽錳渣，其用於製備混凝土時摻量可以達到44~80被％，且製備得到的混凝土具有後期強度高、穩定性好的優點。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種改性矽錳渣，包括如下原料:矽錳渣粉和有機鹽。
[0008]由如下原料組成:矽錳渣粉、有機鹽。
[0009]所述有機鹽的添加量佔所述娃猛洛粉質量的0.2"0.5wt%。
[0010]所述有機鹽為含羥基的有機鹽或含氨基的有機鹽。
[0011]所述含羥基的有機鹽為檸檬酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽中的任意一種或幾種；所述含氨基的有機鹽為對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽中的任意一種或幾種。
[0012]所述矽錳渣粉的比表面積≥400m2/kg。
[0013]本發明還提供一種利用所述改性矽錳渣製備得到的混凝土，以每立方米混凝土計，包括如下質量的原料:水泥66~290kg、砂70(T925kg、石子930~1040kg、水155~175kg、佔膠凝材料總質量比為44、0wt%的改性矽錳渣、減水劑5~15kg。
[0014]優選地，所述改性矽錳渣佔膠凝材料總質量的6(T75wt%
本發明還提供了所述混凝土的製備方法，包括如下步驟:
(1)將一定量的矽錳渣粉和一定量的有機鹽混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入一定量的水泥、砂子、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入一定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0015]改性矽錳渣及利用該矽錳渣製備的混凝土及混凝土的製法與現有技術相比具有如下優點:
(I)本發明所述改性矽錳渣，採用有機鹽激發劑對矽錳渣進行化學激發，代替了現有技術中常用的無機鹼激發劑對矽錳渣進行的化學激發，因為無機鹼與矽錳渣粉相互作用時，只能單純的增強矽錳渣粉的活性，加快水泥的水化速度，而採用有機鹽對矽錳渣粉進行化學激發時，有機鹽與娃猛洛粉相互作用時，一方面有機鹽具有一定的鹼性，可以與娃猛洛粉中的玻璃體相互作用，起到化學激發作用；另一方面有機鹽中的長鏈結構可以對矽錳渣粉起到包覆作用，經有機鹽包覆後的矽錳渣粉用於混凝土時，可以減緩矽錳渣粉與水泥水化產生的Ca (OH)2的二次反應速度，進而可以控制水泥的水化速度，使得水泥的水化在混凝土整個保養期內均勻進行，從而保證了混凝土保養期內水泥的水化產物均可以與矽錳渣粉發生二次反應後，使得混凝土的早期強度和後期強度都可以都得到較大提高。在混凝土的力學性能均滿足施工要求的前提下，矽錳渣粉的摻量可以高達449T80wt%，大幅降低了水泥用量，降低了單方混凝土的成本。採用本發明所述改性矽錳渣製備混凝土時，3d抗壓強度可達11.4~33.0MPa、28d抗壓強度可達27.2^74.3MPa，且穩定性好，在降低混凝土成本的同時，大大提高了矽錳渣粉的利用率，有利於減少矽錳渣帶來的環境汙染問題。
[0016]( 2 )本發明所述改性矽錳渣，進一步選擇羥基有機鹽或氨基有機鹽對矽錳渣進行改性，因為羥基有機鹽或氨基有機鹽分子中含有-OH、-C00-或氨基(-NH2),而矽錳渣粉表面都吸附有水分子，羥基有機鹽或氨基有機鹽分子中含有的-OH、-C00-或氨基(-NH2)與水分子之間可以形成氫鍵，吸附在矽錳渣粉表面，延緩了矽錳渣粉與水泥水化產物的二次反應速度，進一步保證了混凝土保養期內水泥的水化產物均可以與矽錳渣粉發生二次反應，使得混凝土具有最佳的早期強度和後期強度，有利於混凝土的保坍性。
[0017](3)本發明所述混凝土的製備方法，先將矽錳渣粉與有機鹽混合均勻，使二者充分接觸，一方面便於有效激發矽錳渣粉的活性，另一方面也便於矽錳渣粉的表面被有機鹽包覆；再投入水泥、砂子和水充分攪拌均勻，水泥水化作用生成新的水化產物，與表面均勻包覆有有機鹽的矽錳渣粉均勻進行二次反應，即可以進一步激發矽錳渣粉的活性，又能夠使得二次反應均勻進行，避免水泥水化速度過快帶來的混凝土早期強度高、後期強度低，影響混凝土保坍性的問題。採用本發明所述製備方法製備得到的混凝土，改性矽錳渣粉的添加量可以高達42~80wt%，具有大幅降低水泥用量、且製備得到的混凝土的早期抗壓強度和後期抗壓強度高、穩定性好的優點。
[0018]【具體實施方式】
以下結合實施例，對本發明作進一步具體描述，但不局限於此。
[0019]本發明所述實施例中所用原材料如非特製，均為市售產品。原材料具體選擇如下:
娃猛洛粉:比表面積大於400m2/kg,產地大同豐宇；
水泥:市售P.042.5水泥；
石子:5~25mm連續級配碎石，產地河北三河。
[0020]砂子:中砂，細度模數為2.6~2.8，產地北京密雲；
減水劑:北京恆安聚羧酸高性能減水劑；
激發劑:市售檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉、對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽、酒石酸鉀。
[0021]水:自來水。
[0022]實施例1
本實施例所述改性矽錳渣A，由如下材料構成:100kg的比表面積為400m2/kg的矽錳渣粉、0.2kg的檸檬酸鈉。
[0023]實施例2
本實施例所述改性矽錳渣B，由如下材料構成:100kg的比表面積為500m2/kg的矽錳渣粉、0.45kg的葡萄糖酸鈉。
[0024]實施例3
本實施例所述改性矽錳渣C，由如下材料構成:100kg的比表面積為450m2/kg的矽錳渣粉、0.4kg的酒石酸鈉。[0025]實施例4
本實施例所述改性矽錳渣D，由如下材料構成:100kg的比表面積為450m2/kg的矽錳渣粉、0.5kg的氨基葡萄糖鹽酸鹽。
[0026]實施例5
本實施例所述改性矽錳渣E，由如下材料構成:100kg的比表面積為450m2/kg的矽錳渣粉、0.5kg的氨基葡萄糖硫酸鹽。
[0027]實施例6
本實施例所述改性矽錳渣F，由如下材料構成:100kg的比表面積為450m2/kg的矽錳渣粉、0.4kg的對氨基苯磺酸鈉。
[0028]實施例7
本實施例所述改性矽錳渣G，由如下材料構成:100kg的比表面積為450m2/kg的矽錳渣粉、0.5kg的酒石酸鉀。
[0029]進一步地， 本發明分別以上述實施例廣7中的改性矽錳渣AM為摻合料製備混凝土，具體如實施例8"14所示:
實施例8
本實施例所述C40混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為230kg、砂為799kg、石子為1013kg、改性矽錳渣A為180.36kg(其中矽錳渣粉180kg、檸檬酸鈉0.36kg)、水165kg、減水劑8.6kg。
[0030]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的檸檬酸鈉混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0031]實施例9
本實施例所述C30混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為120kg、砂為835kg、石子為974kg、改性矽錳渣B為286.28kg(其中矽錳渣粉285kg、葡萄糖酸鈉1.28kg)、水170kg、減水劑7.6kg。
[0032]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的葡萄糖酸鈉混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0033]實施例10
本實施例所述C60混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為290kg、砂為700kg、石子為1040kg、改性矽錳渣C為240.96kg(其中矽錳渣粉240kg、酒石酸鈉0.96kg)、水155kg、減水劑15kg。
[0034]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的酒石酸鈉混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0035]實施例U
本實施例所述C20混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為66kg、砂為925kg、石子為930kg、改性矽錳渣D為265.32kg(其中矽錳渣粉264kg、氨基葡萄糖鹽酸鹽1.32kg)、水175kg、減水劑5kg。
[0036]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的氨基葡萄糖鹽酸鹽混合均勻，得到改性矽錳渣
粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑、和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0037]實施例12 本實施例所述C35混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為145kg、砂為810kg、石子為988kg、改性矽錳渣E為271.355kg(其中矽錳渣粉270kg、氨基葡萄糖硫酸鹽
1.35kg)、水 169kg、減水劑 8.9kg。
[0038]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(O將特定量的矽錳渣粉和特定量的氨基葡萄糖硫酸鹽混合均勻，得到改性矽錳渣
粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0039]實施例13
本實施例所述C25混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為90kg、砂為890kg、石子為942kg、改性矽錳渣F為264.05kg (其中矽錳渣粉263kg、對氨基苯磺酸鈉1.05kg)、水173kg、減水劑6.2kg。
[0040]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的對氨基苯磺酸鈉混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0041]實施例14
本實施例所述C50混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為265kg、砂為732kg、石子為1022kg、改性矽錳渣G為241.2kg (其中矽錳渣粉240kg、酒石酸鉀1.2kg)、水 160kg、減水劑 11.8kg。
[0042]本實施例所述混凝土的製備方法如下:
(1)將特定量的矽錳渣粉和特定量的酒石酸鉀混合均勻，得到改性矽錳渣粉；
(2)向所述改性矽錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂子和水充分攪拌，得到水泥砂
漿；(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0043]對比例1
進一步地，本發明還採用【背景技術】中引用的專利文獻CN102180612A中所述的複合摻合料製備混凝土作為對比例，其中複合摻合料H的配比如下:娃錳渣50kg、高爐礦渣20kg、石灰石15kg ;混凝土的配比如下:水泥273kg、砂798kg、石子1082kg、水162kg、減水劑
7.8kg、複合摻合料H為182kg (複合摻合料H佔膠凝材料比例為40wt%、矽錳渣佔膠凝材料比例為23wt%)。
[0044]對比例2
此外，本發明還進一步以無水硫酸鈉為激發劑對矽錳渣進行激活後，採用該無水硫酸鈉激活的矽錳渣作為摻合料製備混凝土，混凝土配比如下:水泥273kg、砂798kg、石子1082kg、水162kg、減水劑7.8kg、矽錳渣為182kg、無水硫酸鈉5.46kg (矽錳渣佔膠凝材料比例 40wt%)。
[0045]對實施例8~14以及對比例中製備得到的混凝土進行性能測試，測試結果如表1所示。
[0046]表1混凝土的性能測試結果
【權利要求】
1.一種改性矽錳渣，其特徵在於，包括如下原料:矽錳渣粉和有機鹽。
2.根據權利要求1所述改性矽錳渣，其特徵在於，由如下原料組成:矽錳渣粉、有機鹽。
3.根據權利要求1或2所述改性矽錳渣，其特徵在於，所述有機鹽的添加量佔所述矽錳渣粉質量的0.2~0.5wt%。
4.根據權利要求1或2或3所述改性矽錳渣，其特徵在於，所述有機鹽為含羥基的有機鹽或含氨基的有機鹽。
5.根據權利要求4所述改性矽錳渣，其特徵在於，所述含羥基的有機鹽為檸檬酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽中的任意一種或幾種；所述含氨基的有機鹽為對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽中的任意一種或幾種。
6.根據權利要求1飛任一所述改性矽錳渣，其特徵在於，所述矽錳渣粉的比表面積^ 400m2/kg。
7.利用權利要求1飛任一所述改性矽錳渣製備得到的混凝土，其特徵在於，以每立方米混凝土計，包括如下質量的原料:水泥66~290kg、砂700~925kg、石子93(Tl040kg、水155~175kg、佔膠凝材料總質量比為44~80被％的改性矽錳渣、減水劑5~15kg。
8.根據權利要求7所述的混凝土，其特徵在於，所述改性矽錳渣佔膠凝材料總質量的60~75wt%。
9.權利要求任一所述混凝土的製備方法，包括如下步驟: (1)將一定量的矽錳渣粉和一定量的有機鹽混合均勻，得到改性矽錳渣粉； (2)向所述改性矽錳渣粉 中依次加入一定量的水泥、砂子、減水劑和水充分攪拌，得到水泥砂漿； (3)向所述水泥砂漿中加入一定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
【文檔編號】C04B5/06GK103755165SQ201310697437
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】武俊宇, 段遵莉, 李香, 苗向陽, 王安嶺, 張京濤, 李冀平 申請人:北京東方建宇混凝土科學技術研究院有限公司