CN105819727A

CN105819727A - 一种混凝土用复合矿物掺合料

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Publication number: CN105819727A
Application number: CN201610148234.XA
Authority: CN
Inventors: 张亚梅; 李保亮; 施锦杰; 张培根; 孙正明
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: CN105819727B

Abstract

本发明公开了一种混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料按重量份混合粉磨而成：40‑60％锂渣、10‑30％矿渣、5‑20％镍渣、5‑10％加气混凝土废料、5‑10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1‑0.5％超塑化剂粉末。本发明充分利用工业废弃物，降低混凝土生产成本；活性高：对混凝土早期和后期强度影响较小；具有补偿收缩功能：抗渗性良好，提高混凝土寿命。

Description

一种混凝土用复合矿物掺合料

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种混凝土用复合矿物掺合料。

背景技术

目前水泥生产能耗高，且生产一吨水泥约产生一吨二氧化碳温室气体，为改变这种现状各种冶金渣(矿渣、钢渣)、粉煤灰、石灰石粉、稻壳灰、废玻璃粉等等纷纷用作混合材被应用到水泥生产中，或者作为矿物掺合料应用到混凝土生产中，来降低水泥生成能耗、改善环境，同时改善水泥混凝土耐久性能。然而这些矿物掺合料在使用中容易导致水泥凝结时间延长、早期或者后期强度降低等现象。

目前利用工业冶金渣等生产矿物掺合料的文献众多，为改善矿物掺合料早期强度较低的现象，目前文献中主要通过以下技术做了改善：

1)专利201210211517.6一种高活性矿渣微粉及其制备方法，专利201210537602.1大掺量钢渣泡沫混凝土砌块及其制备方法，专利200810151897.2超细粉煤灰基复合矿物掺合料及其制备方法，文献《超细粉煤灰的性能》(硅酸盐学报，2003)通过超细粉磨矿渣、钢渣、粉煤灰等提高矿物掺合料细度来提高其活性，然而超细粉磨会带来较大能量消耗，同时粉料过细后容易产生团聚等问题；

2)专利200910131851.9一种高早强混凝土用掺合料，专利201510270200.3一种用于高强混凝土的复合掺合料及其制备方法，专利201210240692.8一种混凝土用复合掺合料等通过碱金属离子盐、碱、醇胺类激发剂等激发矿物掺合料，来提高矿物掺合料活性，然而碱激发往往提高了早期强度，而后期强度往往较低；而且国家标准对混凝土外加剂引入的碱含量做了限定即外来碱含量不大于3kg/m³，碱含量较少，效果不佳，碱含量较多时有引起碱骨料反应风险。

3)专利99116326.5高活性混凝土掺合料的制备技术和方法、文献《水化硅酸钙晶种的制备及对水泥强度的影响》(材料科学与工艺，2007)通过引入C-S-H晶种，降低水化产物成核势垒，加快水泥水化速度。同时C-S-H晶种表面含有大量断键和结构缺陷，较高的表面自由能赋予C-S-H晶种吸附离子和分子的能力，吸附和核化的双重作用，改变水泥的水化进程。

本发明以工业副产品锂渣和镍渣为基础，利用锂渣的高活性及其在硫铝酸盐水泥熟料的激发下加上利用加气混凝土边角料作为晶种提高复合掺合料的早期强度，同时利用矿渣粉较高的后期强度予以复合掺合料以后期强度保证，以超塑化剂调节复合掺合料的工作性。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种混凝土用复合矿物掺合料，降低水泥和混凝土生产能耗，充分利用工业副产品改善生态环境，并改变传统复合矿物掺合料早期强度偏低的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种混凝土用复合矿物掺合料采用以下技术方案实现：

本发明的一种混凝土用复合矿物掺合料由以下材料按重量份混合粉磨而成：40-60％锂渣、10-30％矿渣、5-20％镍渣、5-10％加气混凝土废料、5-10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1-0.5％超塑化剂粉末。

所述锂渣SiO₂和Al₂O₃含量之和大于70％。

所述矿渣28d活性指数大于100％。

所述加气混凝土废料为加气混凝土生产过程中产生的边角料，经破碎并在100℃-150℃烘干。

所述超塑化剂粉末为聚羧酸盐类超塑化剂粉末或氨基磺酸盐类超塑化剂粉末，减水率30％以上。

所述掺合料粉磨细度为比表面积400-600m²/kg。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

1)锂渣含有较高的氧化硅和三氧化铝含量，其主要矿物组成为石英、锂辉石、石膏，作为掺合料掺入混凝土中，具有较高的活性。锂渣矿物组成含有较多的石膏，掺量较多时，容易产生假凝现象，因此复合掺合料中掺入矿渣一方面消耗锂渣中石膏用量，另一方面矿渣具有较高的后期强度保证率；

2)硫铝酸盐水泥熟料中硫铝酸钙水泥矿物可以同时激发锂渣和矿渣，同时硫铝酸钙水泥矿物水化速度较快，一方面可以提高其早期强度，另一方面可以调节复合矿物掺合料凝结时间；

3)加气混凝土边角料，在加气混凝土厂量较大且利用率低，或者作为保温材料填料使用，附加值较低，加气混凝土中含有较高的硅和铝含量，其中铝主要以铝酸盐水化产物存在，其与锂渣或硫铝酸盐水泥熟料反应可生成钙矾石水化产物，而硅主要以C-S-H凝胶和托贝莫来石相存在，以加气混凝土边角料作为晶种，可以降低水化产物成核势垒，加快水泥水化速度。

4)用超塑化剂来调节复合矿物掺合料需水量，本复合矿物掺合料未使用碱作为激发剂，混凝土和易性，力学性能、耐久性能好，同时消耗了锂渣、镍渣等工业副产物，环境效益、经济效益、社会效益良好。

5)本发明复合掺合料具有微膨胀性，可补偿混凝土收缩，提高抗渗性能。

具体实施方式

本发明一种混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料按重量份混合粉磨而成：40-60％锂渣、10-30％矿渣、5-20％镍渣、5-10％加气混凝土废料、5-10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1-0.5％超塑化剂粉末。

所述锂渣SiO₂和Al₂O₃含量之和大于70％。

所述矿渣28d活性指数大于100％。

所述掺合料粉磨细度为比表面积400-600m²/kg。

实施例一、

混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料混合粉磨至比表面积600m²/kg：60％锂渣、10％矿渣、10％镍渣、10％加气混凝土废料、10％硫铝酸盐水泥熟料、0.5％聚羧酸类超塑化剂粉末。

实施例二、

混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料按重量份混合粉磨至比表面积400m²/kg：40％锂渣、20％矿渣、20％镍渣、10％加气混凝土废料、10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1％氨基磺酸盐类超塑化剂粉末。

实施例三、

混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料按重量份混合粉磨至比表面积500m²/kg：50％锂渣、30％矿渣、5％镍渣、5％加气混凝土废料、10％硫铝酸盐水泥熟料、0.3％聚羧酸类超塑化剂粉末。

实施例四、

混凝土用复合矿物掺合料，由以下材料按重量份混合粉磨至比表面积600m²/kg：50％锂渣、20％矿渣、20％镍渣、5％加气混凝土废料、5％硫铝酸盐水泥熟料、0.3％聚羧酸类超塑化剂粉末。

本发明实施例性能考核指标参照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T 50080-2002)、《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)执行，混凝土早期收缩性能采用CABR-NES非接触式混凝土收缩变形测定仪，测试混凝土早期收缩性能，测试环境温度(20±2)℃、湿度(60±5)％，采样间隔5min，测量标距435mm。

对比例实验用混凝土由水泥、水、减水剂、粗集料、细集料组成。其混凝土各组分的配合比为水泥∶砂(细骨料)∶粗骨料∶水∶减水剂为400∶745∶1055∶165∶6.6。

实施例中混凝土由水泥、复合掺合料、水、减水剂、粗集料、细集料组成。混凝土各组分的配合比为水泥∶复合掺合料∶砂(细骨料)∶粗骨料∶水∶减水剂为200∶200∶745∶1055∶165∶6.6。复合掺合料掺量为50％。

本发明实施例1～4制得C40混凝土具体性能指标与对比例混凝土具体性能指标如表1所示，由表1可见，掺用50％本发明复合矿物掺合料后，混凝土早期3d和后期28d强度均有所提高，混凝土7d收缩率降低，抗渗等级提高。

表1

本发明锂渣掺入混凝土中，具有较高的活性。锂渣矿物组成含有较多的石膏，掺量较多时，容易产生假凝现象，因此复合掺合料中掺入矿渣中一方面消耗锂渣中石膏用量，另一方面矿渣具有较高的后期强度保证率；硫铝酸盐水泥熟料中硫铝酸钙水泥矿物可以同时激发锂渣和矿渣，同时硫铝酸钙水泥矿物水化速度较快，一方面可以提高其早期强度，另一方面可以调节复合矿物掺合料凝结时间；加气混凝土边角料，在加气混凝土厂量较大且利用率低，或者磨碎作为保温材料填料使用，附加值较低，加气混凝土中含有较高的硅和铝含量，其中铝主要以铝酸盐水化产物存在，而硅主要以C-S-H凝胶和托贝莫来石相存在，以加气混凝土边角料作为晶种，可以降低水化产物成核势垒，加快水泥水化速度。

用超塑化剂来调节复合矿物掺合料需水量，本复合矿物掺合料未使用碱作为激发剂，混凝土和易性、力学性能、耐久性能好，同时消耗了锂渣、镍渣等工业副产物，环境效益、经济效益、社会效益良好。同时本发明复合掺合料具有微膨胀性，可补偿混凝土收缩，提高抗渗性能。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于由以下材料按重量份混合粉磨而成：40-60％锂渣、10-30％矿渣、5-20％镍渣、5-10％加气混凝土废料、5-10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1-0.5％超塑化剂粉末。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于所述锂渣中SiO₂和Al₂O₃重量之和大于70％。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于所述矿渣28d活性指数大于100％。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于所述加气混凝土废料为加气混凝土生产过程中产生的边角料，经破碎并在100℃-150℃烘干。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于所述超塑化剂粉末为聚羧酸盐类超塑化剂粉末或氨基磺酸盐类超塑化剂粉末，减水率30％以上。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土用复合矿物掺合料，其特征在于所述掺合料粉磨细度为比表面积400-600m²/kg。