CN106242333B - 一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料及其制备方法，一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，由以下原料按以下重量配比配制而成：凝灰岩1000重量份、改性剂0.13~1.3重量份；所述改性剂包括助磨组分、引气组分和增稠组分，其质量配比为10:1:2；所述助磨组分为三乙醇胺、改性三乙醇胺和三异丙醇胺中的一种或两种或三种的任意组合；所述引气组分为皂苷类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂中的一种或两种的任意组合；所述增稠组分为纤维素醚、微生物胞外多糖中的一种或者两种的任意组合。本发明提供的凝灰岩石粉掺合料比表面积≥300m²/kg，表观密度ρ≥2.64g/cm³，7天活性指数≥60%，28天活性指数≥70%。

Description

一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种掺合料及其制备方法，具体涉及一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展和人类社会的进步，国防建设、基础设施建设、工业生产和人们生活对能源和矿产类资源的需求日益增加，而目前全球的石油、矿产等不可持续资源的已被大量消耗，日益枯竭。凝灰岩因其独特的化成成分、稀有元素的含量及其多元化的物理化学性质，使其成为了一种新型和重要的非金属矿产资源，将在建筑材料、农业生产、精细化工、食品、节能环保等行业和领域大有作为。

凝灰岩是一种分布最广泛、最常见的细粒火山碎屑岩。碎屑主要表现为岩屑、晶屑、玻屑和火山灰，其碎屑粒径一般小于2.0mm。它是由火山爆发而抛入空中的火山物质经长距离的搬运，散落于盆地，再经压结和水化学胶结固结成岩。我国凝灰岩以酸性凝灰岩最为典型，多以流纹质和流纹英安质为主，具有高硅、富铝、丰碱和贫铁等特征，属钙碱性系列火山岩，其主要化学成分为SiO₂、Al₂O3、K₂O和Na₂O等，次要成分为CaO、MgO、TiO₂、FeO和Fe₂O₃等。凝灰岩不仅具有一定有用的化学成份，还具有一定的化学活性，其化学活性与火山灰质材料、粉煤灰等的化学活性相类似，活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙发生反应，生成具有凝胶性质的水化铝硅酸钙。

近年来，各地区积极响应国家号召，大力发展基础建设，高层/超高层建筑、市政、桥梁、铁路等项目建设越来越多，建筑主体混凝土用量剧增(如2014年全国商品混凝土累计总产量约15.54亿立方米，同比增长11.39％；2015年1～10月全国商品混凝土累计总产量约13.21亿立方米，同比增长2.14％)，混凝土原材料消耗量也同时剧增，随之带来的就是污染大量排放、矿产资源呈现枯竭状态。

为提升建筑行业能源资源利用效率、污染防治能力和生态环境质量，研究开发非金属矿物资源代替相应的材料已迫在眉睫，意义深远。凝灰岩资源在我国储量丰富，利用其岩质、成分及物理化学特性，将其开发成为建筑材料，如混凝土掺合料，作为混凝土生产原材料，取代部分水泥，可以达到节约资源、节能减排的作用，经济效益和社会效益显著。

申请公布号为CN 104891851 A的中国专利文献中公开了一种高强混凝土强度激发剂及其制备方法，组分按重量百分比计包括：三乙醇胺8～10％、三异丙醇胺8～10％、自制XC添加剂3～5％、可再分散性乳胶粉0.05～0.2％、纳米二氧化硅1～2％、黄原胶0.05～0.2％、消泡剂0.05～0.2％、余量为水；其制备方法如下，按计量称取各组分；再将各组分分别溶于水，各自制成溶液，最后将各组分水溶液混合，充分搅拌至均匀后制得成品；该高强混凝土强度激发剂作为一种水剂外加剂，激发未水化的水泥，对水泥进行作用，最终改善的是混凝土的力学性能，在加工过程中，无法有效提升材料的粉磨效率。

目前，凝灰岩作为掺合料的研究成果还未见详细报道，技术研究还处于初级阶段，由此可见，凝灰岩的开发应用在我国尚未引起关注。丰富的凝灰岩资源如能得到开发应用，它将成为一种新型和重要的非金属矿产资源，不但在国民经济中发挥重要的作用，而且还大大有利于非金属矿产资源的可持续开发与利用。因此，针对凝灰岩的特火山灰特性，设计开发出了一种符合实际生产应用的凝灰岩石粉掺合料。

发明内容

本发明目的在于利用凝灰岩的火山灰特性，提供一种通过粉磨加工制备的用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，本发明提供的凝灰岩石粉掺合料比表面积≥300m²/kg，表观密度ρ≥2.64g/cm³，7天活性指数≥60％，28天活性指数≥70％；易磨性优，粉磨时间短，颗粒表面粗糙，可以有效的填充颗粒之间的孔隙，增强混凝土密实性。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

方案一

一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，由以下原料按以下重量配比配制而成：

凝灰岩 1000重量份

改性剂 0.13～1.3重量份

所述改性剂包括助磨组分、引气组分和增稠组分，其质量配比为10:1:2；

所述助磨组分为三乙醇胺、改性三乙醇胺和三异丙醇胺中的一种或两种或三种的任意组合；

所述引气组分为皂苷类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂中的一种或两种的任意组合；

所述增稠组分为纤维素醚、微生物胞外多糖中的一种或者两种的任意组合。

所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

所述微生物胞外多糖为改性黄原胶。

所述的凝灰岩为酸性凝灰岩，其SiO₂含量>70％、Al₂O₃含量>13％、K₂O及Na₂O总含量>5％，且K₂O含量>Na₂O含量。

所述的凝灰岩的粒度≤5毫米。

方案二

一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料的制备方法，包括以下依序进行的步骤：

取1000重量份的凝灰岩，加入总量为0.13～1.3重量份的改性剂，经过10～50分钟粉磨，得到凝灰岩石粉掺合料；检测凝灰岩石粉掺合料的性能指标是否符合比表面积≥300m²/kg，表观密度ρ≥2.64g/cm³；如符合，则得凝灰岩石粉掺合料成品；如不符合则弃用；

所述改性剂由助磨组分、引气组分和增稠组分按照10:1:2的质量配比配制而成；所述助磨组分为三乙醇胺、改性三乙醇胺和三异丙醇胺中的一种或两种或三种的任意组合；

所述引气组分为皂苷类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂中的一种或两种的任意组合；

所述增稠组分为纤维素醚、微生物胞外多糖中的一种或者两种的任意组合；

所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

所述微生物胞外多糖为改性黄原胶。

所述的凝灰岩为酸性凝灰岩，其SiO₂含量>70％、Al₂O₃含量>13％、K₂O及Na₂O总含量>5％，且K₂O含量>Na₂O含量。

所述的凝灰岩的粒度≤5毫米。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明中的凝灰岩石粉掺合料，易磨性优，粉磨时间短，比表面积大，颗粒表面粗糙，可以有效的填充颗粒之间的孔隙，增强混凝土密实性。

2)本发明所述的凝灰岩石粉掺合料吸水性强，吸附的自由水在混凝土强度发展过程中逐步释放，使得周围的水泥充分水化，可增强混凝土强度，同时较强吸附性可降低自由水的散失率，进而改善混凝土的早期体积稳定性，减少混凝土的收缩裂缝

3)本发明所述的凝灰岩石粉掺合料作为一种掺合料；改善了凝灰岩掺合料性能，其中的助磨组分——三乙醇胺、改性三乙醇胺等，在材料粉磨过程中加入，主要起助磨作用，提升材料的粉磨效率，改善了凝灰岩掺合料的性能

4)本发明所述的凝灰岩石粉掺合料的引气组分、增稠组分均是在粉磨过程中加入的，改善凝灰岩掺合料性能，进而改善凝灰岩混凝土工作性能和力学性能。

5)本发明所述的凝灰岩石粉掺合料，生产工艺简单，综合成本低，取代混凝土中的水泥或者粉煤灰，可以降低水泥生产碳排放，缓解粉煤灰紧缺时期材料供应局面，缓解矿产资源的开发，可达到节约资源、节能减排的作用，符合可持续发展道路，有利于非金属矿产资源的开发和利用。

具体实施方式

(一)具体实施方式如下：

一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料的制备方法，包括以下依序进行的步骤：

取1000重量份的凝灰岩，加入总量为0.13～1.3重量份的改性剂，经过10～50分钟粉磨，得到凝灰岩石粉掺合料；检测凝灰岩石粉掺合料的性能指标是否符合比表面积≥300m²/kg，表观密度ρ≥2.64g/cm³；如符合，则得凝灰岩石粉掺合料成品；如不符合则弃用；

所述改性剂由助磨组分、引气组分和增稠组分按照10:1:2的质量配比配制而成；所述助磨组分为三乙醇胺、改性三乙醇胺和三异丙醇胺中的一种或两种或三种的任意组合；

所述引气组分为皂苷类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂中的一种或两种的任意组合；

所述增稠组分为纤维素醚、微生物胞外多糖中的一种或者两种的任意组合；

所述的凝灰岩为酸性凝灰岩，其SiO₂含量>70％、Al₂O₃含量>13％、K₂O及Na₂O总含量>5％，且K₂O含量>Na₂O含量；

所述的凝灰岩的粒度≤5毫米。

(二)实施例如下：

下面结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例1

取1重量份的凝灰岩矿碎屑，加入万分之10重量份的改性三乙醇胺，万分之1重量份的三萜皂苷引气剂、万分之2重量份的改性黄原胶，粉磨10min，得到的凝灰岩石粉掺合料，密度为2.65g/cm³，比表面积为350.1m²/kg。

实施例2

取1重量份的凝灰岩矿碎屑，加入万分之1重量份的三乙醇胺，万分之0.1重量份的十二烷基苯磺酸钠引气剂、万分之0.1重量份的改性黄原胶、万分之0.1重量份的羟丙基甲基纤维素醚，粉磨50min，得到的凝灰岩石粉掺合料，密度为2.66g/cm³，比表面积为805.9m²/kg。

实施例3

取1重量份的凝灰岩矿碎屑，加入万分之2重量份的三异丙醇胺、万分之3重量份的改性三乙醇胺，万分之0.1重量份的十二烷基苯磺酸钠引气剂、万分之0.4重量份的三萜皂苷引气剂，万分之1重量份的羟丙基甲基纤维素醚，粉磨30min，得到的凝灰岩石粉掺合料，密度为2.65g/cm³，比表面积为478.3m²/kg。

取细度为15％，需水量比为95％的Ⅱ级粉煤灰作为对比实施例，与上述各实施例的凝灰岩石粉掺合料进行对比试验，实验数据分别如以下内容所示：

一、取实施例1、实施例2和实施例3中的凝灰岩石粉掺合料，以及对比实施例中的粉煤灰，进行水泥胶砂试验及混凝土试验，实验数据如下表所示：

表1水泥胶砂配合比

试验组	水泥	凝灰岩石粉	粉煤灰	标准砂	水
						实施例1	315	135	0	1350	225
实施例2	315	135	0	1350	225
						实施例3	315	135	0	1350	225
对比实施例	315	0	135	1350	225

表2-1 C30混凝土配合比

表2-2 C50混凝土配合比

粉煤灰及凝灰岩石粉作为掺合料的水泥胶砂性能如表3所示，混凝土性能如表4所示。

表3水泥胶砂性能测试结果

试验组	流动度比/％	7d活性指数/％	28d活性指数/％
				实施例1	93	67.0	73.8
实施例2	91	71.4	74.4
				实施例3	93	68.2	73.0
对比实施例	103	63.9	65.7

表4混凝土性能测试结果

如表3所示，对比粉煤灰，掺入相同比例的实施例1和实施例2，水泥胶砂流动度比均低于粉煤灰的水泥胶砂流动度比，但7d及28d活性指数均高于粉煤灰的活性指数。从水泥胶砂的试验结果可知，凝灰岩的吸水性较强，导致流动性降低，但其吸附的自由水在水泥强度发展过程中，起到了一定的促进作用。

如表4所示，对比粉煤灰，在C30和C50混凝土中，分别掺入实施例1、实施例2及实施例3，混凝土的工作性能均稍差于较粉煤灰混凝土，但混凝土力学性能与粉煤灰混凝土相当，随着强度等级的升高，甚至优于粉煤灰混凝土。原因在于凝灰岩石粉为层片状结构，而球状结构的粉煤灰滚珠效应远优于凝灰岩石粉，故粉煤灰混凝土工作性能较佳；但层片状结构的凝灰岩石粉因其吸水性强，吸附的自由水在混凝土强度发展过程中逐步释放，使得周围的水泥充分水化，增强混凝土强度，同时凝灰岩石粉粗糙性以及颗粒填充效果，可以很好的填充在周围浆体及颗粒孔隙中，可以有效的改善浆体-骨料的界面区，有利于强度发展。

上述试验结果表明，本发明所述的凝灰岩石粉掺合料与水泥、外加剂适应性较好，没有出现任何异常现象，其配制的混凝土与粉煤灰混凝土性能相当；本发明所述的凝灰岩石粉掺合料粒径可小于水泥和粉煤灰，颗粒表面粗糙，能有效的填充颗粒之间的孔隙，增强混凝土的密实性；本发明所述的凝灰岩石粉掺合料吸水性强，吸附的自由水在混凝土强度发展过程中逐步释放，使得周围的水泥充分水化，可增强混凝土强度。综上所述，本发明所述的凝灰岩石粉掺合料可替代粉煤灰而成为一种新型的非金属矿物掺合料。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，其特征在于：由以下原料按以下重量配比配制而成：

凝灰岩 1000重量份、

改性剂 0.13～1.3重量份；

所述改性剂包括助磨组分、引气组分和增稠组分，其质量配比为10:1:2；

所述助磨组分为三乙醇胺、改性三乙醇胺和三异丙醇胺中的一种或两种或三种的任意组合；

所述引气组分为皂苷类引气剂、烷基芳烃磺酸类引气剂中的一种或两种的任意组合；

所述增稠组分为纤维素醚、微生物胞外多糖中的一种或者两种的任意组合；

所述用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料通过以下依序进行的步骤制得：

取1000重量份的凝灰岩，加入总量为0.13～1.3重量份的改性剂，经过10～50分钟粉磨，得到凝灰岩石粉掺合料；检测凝灰岩石粉掺合料的性能指标是否符合比表面积≥300m²/kg，表观密度ρ≥2.64g/cm³；如符合，则得凝灰岩石粉掺合料成品；如不符合则弃用；

所述的凝灰岩为酸性凝灰岩，其SiO₂含量>70％、Al₂O₃含量>13％、K₂O及Na₂O总含量>5％，且K₂O含量>Na₂O含量。

2.如权利要求1所述的用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，其特征在于：所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

3.如权利要求2所述的用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，其特征在于：所述微生物胞外多糖为改性黄原胶。

4.如权利要求3所述的用于混凝土的凝灰岩石粉掺合料，其特征在于：所述的凝灰岩的粒度≤5毫米。