高強混凝土摻合料及其製備方法與應用與流程
2023-12-01 03:34:16
本發明涉及建築材料領域。更具體地說，本發明涉及一種高強混凝土摻合料及其製備方法與應用。
背景技術：
在高強混凝土生產配製中，往往水泥用量較高，水化熱較大，溫度應力和自身收縮給高強混凝土的開裂帶來隱患，國內外的研究結果表明，礦物摻合料能有效地降低高強混凝土的脆性係數，提高其抗裂性，在高強混凝土中使用礦物摻合料取代水泥是緩解這一問題的有效手段。
高爐礦渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種矽酸鹽質材料的廢渣。高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質組成的，是一種易熔混合物。高爐礦渣是一種常用的混凝土礦物摻合料，由於其具有成本低廉的優點，我國普通混凝土的製備中多頻繁使用。然而，單純採用高爐礦渣來代替水泥在混凝土中的比例，其效果差強人意，且由於現代選礦和煉鐵技術的提高，每噸生鐵產出的高爐礦渣量已經大大下降。
有研究表明，不同礦物外加劑在混凝土中的作用機理不盡相同，礦物外加劑在提高混凝土某方面性能的同時，也會影響其他方面的性能。有國內外相關的研究表明：礦物外加劑之間相互複合可產生疊加效應或超疊效應，即不同種類礦物外加劑複合可以發揮各自的優點以達到優勢互補效果。因此，在常用的高爐礦渣基礎上，研發一種能促進其混凝土抗壓性能更優、脆性小的摻合料具有廣闊的市場前景。
技術實現要素：
本發明的一個目的是解決至少上述問題，並提供至少後面將說明的優點。
本發明還有一個目的是通過在適宜溫度下引入廢棄物食用菌菌渣與高爐礦渣以及石膏、片麻巖、頁巖共混處理，在外加劑的調和下，製得一種脆性小的高強混凝土摻合料。
本發明還有一個目的是提供一種高強混凝土摻合料的應用，通過採用本發明製備的摻合料適量取代水泥，增強混凝土的抗壓性能，減小混凝土的脆性，提高高強混凝土的工作性能。
為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種高強混凝土摻合料，由以下重量份分數的原料製成：高爐礦渣200份、食用菌菌渣35-45份、石膏10-15份、片麻巖10-20份、頁巖25-35份、活性炭渣30-40份、凹凸棒土20-30份、松柏灰15-18份、聚丙烯纖維2-4份、玉米須0.2-0.5份、外加劑1-3份；
所述外加劑由糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖按重量比為500:20:1-3:5組成；
所述高爐礦渣為磨細的粒化高爐礦渣粉，勃氏比表面積為500-600m2/kg。
優選的是，所述的高強混凝土摻合料及其製備方法，所述食用菌菌渣為金針菇菌渣。
優選的是，所述的高強混凝土摻合料及其製備方法，所述松柏灰為將松樹枝和柏樹枝按照重量比為1:1燃燒後殘留的灰燼採用球磨機粉碎至400-500目得到。
優選的是，所述的高強混凝土摻合料及其製備方法，所述聚丙烯纖維為2-5mm。
本發明還公開了一種高強混凝土摻合料的製備方法，包括以下步驟：
步驟一、按上述重量份將糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖分別按上述重量比稱取，將魚鰾膠先粗粉碎過60目，然後與糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、葡甘聚糖混合均勻，經超微粉碎至10-20μm後獲得外加劑；
步驟二、將上述重量份的玉米須切碎後粉碎至其長度小於5mm，然後與上述重量份的聚丙烯纖維混合，得纖維混合物；
步驟三、將上述重量份的石膏、片麻巖、頁巖置於粉磨機中進行粉磨，轉速為110r/min，粉磨至粉磨物顆粒度為0.5-0.8mm，得第一混合物；
步驟四、將上述重量份的食用菌菌渣、活性炭渣、凹凸棒土在粉磨機中進行粉磨，轉速為150r/min，粉磨至粉磨顆粒粒度大小為0.8-1.0mm，得第二混合物；
步驟五、將高爐礦渣與第一混合物置入高溫爐中，先以5℃/min的速率升溫至600℃，冷卻至300℃時加入第二混合物，保溫2h，然後冷卻至室溫後在粉磨機中在粉磨3h，得到第三混合物；
步驟六、將纖維混合物和外加劑置於混合料機中混合攪拌3-5min，再加入松柏灰，繼續攪拌3-5min，再加入第三混合物繼續攪拌30-40min，得高強混凝土摻合料。
優選的是，所述的高強混凝土摻合料的製備方法，所述步驟二中的玉米須與聚丙烯纖維混合後，置於含有矽烷偶聯劑、芥酸醯胺、精油和水依次按質量比為1:0.5:0.2:100的有機溶劑中浸泡40min，取出後置於100℃烘箱中烘乾至水分含量低於2％，即得纖維混合物進入步驟六的處理。
本發明還公開了一種高強混凝土摻合料的應用，在高強混凝土配製中，所述摻合料在混凝土中取代水泥的質量分數為25％-35％。
本發明至少包括以下有益效果：
本發明採用的原料易購，生產工藝簡單，能在改善高強混凝土抗壓強度的同時，改善其抗裂性能和脆性，且當本發明的摻合料在混凝土中取代水泥的質量分數為25％-35％，利用其所配製的高強混凝土的工作性能、抗壓強度均較為優異；
本發明使用的原料中，食用菌菌渣與活性炭渣、凹凸棒土一起粉磨，有助於提高多孔性物質之間的粉磨效率和混勻效果；片麻巖、頁巖富含豐富的礦質，由於頁巖還含有黏土物質，其與石膏、片麻巖一起粉磨，有助於提高其粉磨效率，與高爐礦渣在高溫燒制後與粉磨後的食用菌菌渣與活性炭渣、凹凸棒土一起在相對低溫下燒制後繼續混合粉磨，具有一加一大於二的效果，對於改善混凝土的強度和脆性具有較大作用；外加劑、松柏灰以及纖維混合物具有較強的輔助膠凝作用，對於改善混凝土的脆性具有較大作用。
本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
需要說明的是，下述實施方案中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法，所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。
實施例1：
一種高強混凝土摻合料，由以下重量份分數的原料製成：高爐礦渣200份、食用菌菌渣35份、石膏10份、片麻巖10份、頁巖25份、活性炭渣30份、凹凸棒土20份、松柏灰15份、聚丙烯纖維2份、玉米須0.2份、外加劑1份；
所述外加劑由糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖按重量比為
500:20:1:5組成；
所述高爐礦渣為磨細的粒化高爐礦渣粉，勃氏比表面積為500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣為金針菇菌渣。
其中，所述松柏灰為將松樹枝和柏樹枝按照重量比為1:1燃燒後殘留的灰燼採用球磨機粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纖維為2-5mm。
本發明還公開了一種高強混凝土摻合料的製備方法，包括以下步驟：
步驟一、按上述重量份將糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖分別按上述重量比稱取，將魚鰾膠先粗粉碎過60目，然後與糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、葡甘聚糖混合均勻，經超微粉碎至10-20μm後獲得外加劑；
步驟二、將上述重量份的玉米須切碎後粉碎至其長度小於5mm，然後與上述重量份的聚丙烯纖維混合，得纖維混合物；
步驟三、將上述重量份的石膏、片麻巖、頁巖置於粉磨機中進行粉磨，轉速為110r/min，粉磨至粉磨物顆粒度為0.5-0.8mm，得第一混合物；
步驟四、將上述重量份的食用菌菌渣、活性炭渣、凹凸棒土在粉磨機中進行粉磨，轉速為150r/min，粉磨至粉磨顆粒粒度大小為0.8-1.0mm，得第二混合物；
步驟五、將高爐礦渣與第一混合物置入高溫爐中，先以5℃/min的速率升溫至600℃，冷卻至300℃時加入第二混合物，保溫2h，然後冷卻至室溫後在粉磨機中在粉磨3h，得到第三混合物；
步驟六、將纖維混合物和外加劑置於混合料機中混合攪拌3-5min，再加入松柏灰，繼續攪拌3-5min，再加入第三混合物繼續攪拌30-40min，得高強混凝土摻合料。
實施例2：
一種高強混凝土摻合料，由以下重量份分數的原料製成：高爐礦渣200份、食用菌菌渣45份、石膏15份、片麻巖20份、頁巖35份、活性炭渣40份、凹凸棒土30份、松柏灰18份、聚丙烯纖維4份、玉米須0.5份、外加劑3份；
所述外加劑由糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖按重量比為500:20:3:5組成；
所述高爐礦渣為磨細的粒化高爐礦渣粉，勃氏比表面積為500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣為金針菇菌渣。
其中，所述松柏灰為將松樹枝和柏樹枝按照重量比為1:1燃燒後殘留的灰燼採用球磨機粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纖維為2-5mm。
本實施例中高強混凝土摻合料的製備方法同實施例1。
實施例3：
一種高強混凝土摻合料，由以下重量份分數的原料製成：高爐礦渣200份、食用菌菌渣40份、石膏13份、片麻巖15份、頁巖30份、活性炭渣35份、凹凸棒土25份、松柏灰17份、聚丙烯纖維3份、玉米須0.3份、外加劑2份；
所述外加劑由糯米膠、辛烯基琥珀酸酯化澱粉、魚鰾膠和葡甘聚糖按重量比為500:20:2:5組成；
所述高爐礦渣為磨細的粒化高爐礦渣粉，勃氏比表面積為500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣為金針菇菌渣。
其中，所述松柏灰為將松樹枝和柏樹枝按照重量比為1:1燃燒後殘留的灰燼採用球磨機粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纖維為2-5mm。
本實施例中高強混凝土摻合料的製備方法同實施例1。
實施例4：
在實施例3的基礎上，所述的高強混凝土摻合料的製備方法，所述步驟二中的玉米須與聚丙烯纖維混合後，置於含有矽烷偶聯劑、芥酸醯胺、精油和水依次按質量比為1:0.5:0.2:100的有機溶劑中浸泡40min，取出後置於100℃烘箱中烘乾至水分含量低於2％，即得纖維混合物進入步驟六的處理。
本發明還公開了一種高強混凝土摻合料的應用，在高強混凝土配製中，所述摻合料在混凝土中取代水泥的質量分數為25％-35％。
為了說明本發明的技術效果，本發明的發明人針對實施例3和實施例4所分別製備的摻合料M1和M2進行配製高強混凝土，研究摻合料所取代水泥的質量分數對高強混凝土抗壓強度以及脆性的影響分別見表2和表3。
其中常規混凝土的配方為：水泥600kg，河沙、碎石和減水劑共計1900kg，水145kg。本發明以常規現有摻合料M0代替常規混凝土中25％的水泥為對比例摻合料所取代水泥的質量分數對高強混凝土抗壓強度以及脆性的影響見表1。
表1.M0摻合料取代水泥對混凝土抗壓強度和脆性的影響
表2.M1摻合料取代水泥質量分數對混凝土抗壓強度和脆性的影響
表3.M2摻合料取代水泥質量分數對混凝土抗壓強度和脆性的影響
結合表1和表2可以看出，本發明的實施例3所製備的摻合料，與對比例中常規的摻合料相比，在水泥取代質量分數同為25％時，其抗壓強度明顯增強，而脆性明顯減小；從表2可以看出，隨著M1摻合料取代水泥質量分數的增加至60％，其抗壓程度是逐漸增加的，但是脆性也逐漸增大，高強混凝土中一般的抗壓強度值在100-120足以，此時脆性係數也控制在8.0左右，故以M1摻合料取代水泥質量分數為25％-35％為宜。
結合表2和表3可以看出，隨著M1摻合料和M2摻合料取代水泥質量分數相同時，M2製備的混凝土與M1製備的混凝土其抗壓程度大小變化不明顯，而M2製備的混凝土其脆性卻有一定程度的減小，以此可以說明，對混合纖維進行改性處理得到的M2摻合料，能在一定程度在降低混凝土的脆性。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的實施例。