CN115385603B

CN115385603B - 一种混凝土矿物掺合骨料及其制备工艺与应用

Info

Publication number: CN115385603B
Application number: CN202211031603.9A
Authority: CN
Inventors: 郭远新; 郑世东; 李秋义; 张影影
Original assignee: Shandong Junhong Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Junhong Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-26
Filing date: 2022-08-26
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2042-08-26
Also published as: CN115385603A

Abstract

本发明涉及矿物掺合料的制备技术领域，具体公开一种混凝土矿物掺合骨料及其制备工艺与应用。所述骨料包括沸石颗粒，该沸石颗粒的孔隙中含有疏水剂，且所述沸石颗粒表层的孔隙由含有可水化填充物、纳米二氧化硅的组分填充，且所述填充物与沸石之间通过该填充物中的部分的水化产物实现粘结。所述方法包括：(1)将沸石颗粒与疏水剂混合，然后干燥，得改性沸石颗粒。(2)将可水化填充物、纳米二氧化硅与液态醇配置成浆料，然后将该浆料填充在所述改性沸石颗粒的表层孔隙中，完成后对该沸石颗粒进行蒸汽养护，即得混凝土矿物掺合骨料。本发明的制备工艺以沸石颗粒为轻质骨料，并经过改性后进一步克服了沸石作为轻质骨料时存在的不足。

Description

一种混凝土矿物掺合骨料及其制备工艺与应用

技术领域

本发明涉及矿物掺合料的制备技术领域，具体涉及一种混凝土矿物掺合骨料及其制备工艺与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

轻质混凝土是在水泥中加入发泡剂等物料后经自然养护形成的含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。轻质混凝土具有密度小、保温隔热性能好、隔音耐火性能好、低弹减震性好等方面的技术优势，目前已经广泛应用于轻质墙板、预制钢筋混凝土的夹芯构件、屋面保温层等产品的制造。研究显示，在建筑物的内外墙体、层面、楼面、立柱等建筑结构中采用轻质混凝土可使建筑物自重降低20％以上，有些甚至达到30～40％，可以显著降低建筑自重，产生显著的经济效益。

轻质混凝土的基本组成包括水泥、粉煤灰、压碎的页岩陶粒骨料等，还可以加入其他的外加剂，建筑物的墙体、层面、楼面等处多采用这类混凝土材料。然而，页岩陶粒骨料的制备工艺不仅繁琐，而且其中包含的预热、高温焙烧等工序导致这种轻质骨料的生产能耗高居不下。而且在将页岩陶粒压碎的过程中很容易在得到的骨料中造成大量的微裂纹，影响骨料的力学性能。因此，有必要探索开发新的轻质混凝土骨料。

发明内容

本发明提供一种混凝土矿物掺合骨料及其制备工艺与应用，该制备工艺以沸石颗粒为轻质骨料，并经过改性后进一步克服了天然沸石直接作为轻质骨料时存在的不足。为实现上述目的，本发明公开如下的技术方案。

第一方面，本发明提供一种混凝土矿物掺合骨料，其包括沸石颗粒，该沸石颗粒的孔隙中含有疏水剂，且所述沸石颗粒表层的孔隙由含有可水化填充物、纳米二氧化硅的组分填充，且所述填充物与沸石之间通过该填充物中的部分的水化产物实现粘结。

在进一步的技术方案中，所述疏水剂包括：十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷等中的任意一种。

在进一步的技术方案中，所述可水化填充物包括：硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙中的任意一种。其不仅能够实现对沸石颗粒表层孔隙的密封，而且能够在后续过程中参与轻质混凝土中的水化过程，使本发明制备的矿物掺合骨料与混凝土基体强力结合。

第二方面，本发明提供一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括：

(1)将沸石颗粒与疏水剂混合使其吸入沸石颗粒中，然后干燥，得改性沸石颗粒，备用。

(2)将可水化填充物、纳米二氧化硅与液态醇配置成浆料，然后将该浆料填充在所述改性沸石颗粒的表层孔隙中，完成后对该沸石颗粒进行蒸汽养护，即得混凝土矿物掺合骨料。

在进一步的技术方案中，步骤(1)中，所述沸石颗粒的粒径为3～5mm。

在进一步的技术方案中，步骤(1)中，所述疏水剂为疏水剂与异丙醇形成的稀释液。可选地，所述稀释液中疏水剂的质量分数为2.5～4％。

在进一步的技术方案中，所述沸石颗粒与稀释液的比例为1g：200～350ml。

在进一步的技术方案中，步骤(1)中，所述干燥的方式包括：吹风干燥、加热干燥等中的任意一种。可选地，所述吹风干燥的时间为60～80min。或者，所述加热干燥的温度为45～60℃，干燥时间为30～45min。通过干燥以去除沸石颗粒中的所述疏水剂稀释液中的溶剂。

在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述液态醇包括甲醇、乙醇等中的任意一种。优选地，所述液态醇的质量浓度不低于95％。通过以液态醇为溶剂可避免所述可水化填充物在浆料中发生水化。

在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述填充物和纳米二氧化硅的重量份比为1.0份：0.2～0.35份。所述纳米二氧化硅可在后期与水化产生的氢氧化钙进行二次水化反应，消耗有害水化产物氢氧化钙。

在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述浆料的含固量为40～55％(质量分数)。

在进一步的技术方案中，步骤(2)中，将所述浆料与改性沸石颗粒共同置于滚筒式混合机翻滚混合，使所述浆料填充在改性沸石颗粒表层的孔隙中，即得。优选地，所述浆料与改性沸石颗粒的重量份比为1.5～2.3份：0.8～1.0份；所述混合时间为20～40min，也可以根据实际需要调节浆料与改性沸石颗粒的比例以及混合时间。

在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述蒸汽养护的温度为50～65℃，时间为2～3小时，相对湿度为90～95％。通过上述的蒸养工艺，不仅可去除所述浆料中的液态醇，而且使部分所述可水化填充物进行水化反应，使填充物与沸石紧密结合，克服了因液态醇挥发而造成填充物从沸石中脱落的问题。

第三方面，本发明公开所述混凝土矿物掺合骨料在建筑工程领域中的应用，优选作为轻质混凝土的骨料，其不仅具有轻质特点，而且能够参与轻质混凝土的水化过程，并构建疏水网络体系，提高轻质混凝土的防水抗渗性能。

相较于现有技术，本发明至少具有以下方面的有益效果：

本发明发现沸石的多孔隙特点为其作为轻质混凝土的骨料提供了良好的条件。然而本发明进一步发现，直接将沸石作为轻质混凝土的骨料时存在强度低、防水抗渗性能较差等方面的问题。研究后发现，其主要原因是沸石的多孔隙特点导致其在加入到混凝土中后会吸收大量水分，导致混凝土中的水泥水化不充分，影响了混凝土强度。同时，沸石的多孔隙特性也影响了混凝土的防水抗渗性能。

为了克服上述问题，首先，本发明利用沸石的多孔隙特性将其与疏水剂混合，从而使沸石的空隙中吸附大量的疏水剂。其次，本发明还采用可水化填充物、纳米二氧化硅与液态醇配置成浆料对沸石表层的孔隙进行填充，经过上述改性后的沸石很好地克服了天然沸石在作为轻质混凝土的骨料时存在的强度低、防水抗渗性能较差等方面的问题。其原因在于：(1)所述沸石中的疏水剂可以有效阻止混凝土中的水分被沸石吸附并锁定在其孔隙中，从而使混凝土中的水泥水化具有充足的水分完成水化过程，产生更多的水化产物，从而确保混凝土的强度。(2)随着所述水化填充物、纳米二氧化硅参与水泥水化的过程而被消耗，沸石中的部分疏水剂释放到混凝土中与水化产物等共同构建疏水网络体系，从而提高混凝土整体的防水抗渗性能。同时，由于所述疏水剂的释放滞后于水化过程，有助于避免疏水剂释放过早阻碍水泥颗粒与水分子的接触而影响水化的问题。(3)通过在所述沸石的表层孔隙中填充水化填充物和纳米二氧化硅，一方面，通过仅填充表层孔隙可使沸石仍然保持多孔轻质的特点。另一方面，使本发明的沸石骨料在进入轻质混凝土中后可参与水泥的水化过程，产生更多的水化产物提高沸石骨料的强度，进而提高混凝土整体强度。同时所述水化产物可使沸石骨料与混凝土基体结合更加紧密、牢固，提高混凝土的整体强度。另外，所述纳米二氧化硅能够与水化产物之一--氢氧化钙进行二次水化，不仅消耗了这种有害的水化产物，而且将其转换成为有益产物--水化硅酸钙凝胶，从而有助于提高混凝土强度。(4)本发明还采用了对填充后的改性沸石颗粒进行蒸汽养护的工艺，通过短时间的蒸汽养护不仅可去除所述浆料中的液态醇，而且使部分所述可水化填充物发生水化，使填充物与沸石紧密结合，克服了因液态醇挥发而造成填充物粉化，从沸石中脱落的问题。同时，通过采用液体醇配置所述浆料可避免所述可水化填充物在浆料中发生水化。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案。

图1是下列实施例采用的沸石颗粒的效果图。

图2是下列实施例制备的轻质混凝土的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。需要说明的是，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同，除非另行定义。

另外，本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。

实施例1

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(1)筛选粒径在3～5mm之间的天然沸石颗粒(参考图1)，用水清洗后烘干，备用。

(2)将十七氟癸基三乙氧基硅烷与异丙醇混合形成质量百分数为3.5％的十七氟癸基三乙氧基硅烷的稀释液，备用。

(3)将所述沸石颗粒与稀释液按照1g：300ml的比例混合，静置10min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒持续吹风干燥60min，即得改性沸石颗粒，备用。

(4)将硅酸三钙粉末、纳米二氧化硅与乙醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为47.6％的浆料，其中所述硅酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.3重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照2重量份：0.9重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合30min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度60℃，时间3小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例2

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(2)将十七氟癸基三乙氧基硅烷与异丙醇混合形成质量百分数为2.5％的十七氟癸基三乙氧基硅烷的稀释液，备用。

(3)将所述沸石颗粒与稀释液按照1g：350ml的比例混合，静置10min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒持续吹风干燥80min，即得改性沸石颗粒，备用。

(4)将铝酸三钙粉末、纳米二氧化硅与无水乙醇混合后超声分散20min，得含固量为40％的浆料，其中所述铝酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.2重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照1.5重量份：0.8重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合20min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度65℃，时间2小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例3

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(2)将十三氟癸基三乙氧基硅烷与异丙醇混合形成质量百分数为4.0％的十七氟癸基三乙氧基硅烷的稀释液，备用。

(3)将所述沸石颗粒与稀释液按照1g：200ml的比例混合，静置10min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒在45℃下干燥45min，即得改性沸石颗粒，备用。

(4)将铁铝酸四钙粉末、纳米二氧化硅与甲醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为55％的浆料，其中所述铁铝酸四钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.35重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照2.3重量份：1.0重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合40min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度50℃，时间3小时，相对湿度90％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例4

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(2)将十七氟癸基三乙氧基硅烷与异丙醇混合形成质量百分数为3.0％的十七氟癸基三乙氧基硅烷的稀释液，备用。

(3)将所述沸石颗粒与稀释液按照1g：270ml的比例混合，静置15min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒在60℃下干燥30min，即得改性沸石颗粒，备用。

(4)将硅酸三钙粉末、纳米二氧化硅与乙醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为51.2％的浆料，其中所述硅酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.26重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照1.8重量份：0.8重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合25min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度55℃，时间3小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例5

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(2)将所述沸石颗粒与异丙醇按照1g：300ml的比例混合，静置10min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒持续吹风干燥60min，即得改性沸石颗粒，备用。

(3)将硅酸三钙粉末、纳米二氧化硅与乙醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为47.6％的浆料，其中所述硅酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.3重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照2重量份：0.9重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合30min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度60℃，时间3小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例6

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(4)将硅酸三钙粉末、纳米二氧化硅与乙醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为47.6％的浆料，其中所述硅酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.3重量份。将所述浆料与改性沸石颗粒按照2重量份：0.9重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合30min。完成后对得到的沸石颗粒在自然湿度下，并在60℃加热时间3小时，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例7

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(2)将所述沸石颗粒与异丙醇按照1g：350ml的比例混合，静置10min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒持续吹风干燥80min，即得改性沸石颗粒，备用。

(3)将铝酸三钙粉末、纳米二氧化硅、十七氟癸基三乙氧基硅烷与异丙醇混合后超声分散20min，得含固量为40％的浆料，其中所述铝酸三钙粉末和纳米二氧化硅为1.0重量份：0.2重量份，且所述浆料中含有质量百分数为2.5％的十七氟癸基三乙氧基硅烷。将所述浆料与改性沸石颗粒按照1.5重量份：0.8重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合20min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度65℃，时间2小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例8

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(4)将纳米二氧化硅与甲醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为55％的浆料。将所述浆料与改性沸石颗粒按照2.3重量份：1.0重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合40min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度50℃，时间3小时，相对湿度90％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例9

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(4)将硅酸三钙粉末与乙醇(质量浓度95％)混合后超声分散20min，得含固量为51.2％的浆料。将所述浆料与改性沸石颗粒按照1.8重量份：0.8重量份的比例置于滚筒式混合机翻滚混合25min。完成后对得到的沸石颗粒进行蒸汽养护(温度55℃，时间3小时，相对湿度95％)，即得混凝土矿物掺合骨料。

实施例10

一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，包括如下步骤：

(3)将所述沸石颗粒与稀释液按照1g：270ml的比例混合，静置15min后取出沸石颗粒。然后对该沸石颗粒在60℃下干燥30min，即得混凝土矿物掺合骨料。

性能测试

将上述实施例1～10制备的混凝土矿物掺合骨料作为骨料制成轻质混凝土(参考图2)。然后按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)将所述轻质混凝土制成混凝土试件，并根据上述标准测试各混凝土试件的28d抗压强度。同时测试各实施例的混凝土矿物掺合骨料制备的混凝土试件的与水的接触角，以测试混凝土试件的防水抗渗能力，结果如下表。可以看出，实施例1～4制备的混凝土矿物掺合骨料作为骨料制成的轻质混凝土试件兼具良好的力学性能和防水抗渗性能，即综合性能明显优于其他实施例，这是由于实施例1～4采用特殊工艺对沸石进行了改性，有效克服了天然沸石作为轻质骨料时存在的不足。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混凝土矿物掺合骨料，其特征在于，所述骨料包括沸石颗粒，该沸石颗粒的孔隙中含有疏水剂，且所述沸石颗粒表层的孔隙由含有可水化填充物、纳米二氧化硅的组分填充，且所述填充物与沸石之间通过该填充物中的部分的水化产物实现粘结；

所述混凝土矿物掺合骨料的制备包括如下步骤：

（1）将沸石颗粒与稀释液混合使其吸入沸石颗粒中，然后干燥，得改性沸石颗粒；所述稀释液由疏水剂与异丙醇混合而成；

（2）将可水化填充物、纳米二氧化硅与液态醇配置成浆料，然后将该浆料填充在所述改性沸石颗粒的表层孔隙中，完成后对该沸石颗粒进行蒸汽养护，即得混凝土矿物掺合骨料；

步骤（2）中，所述可水化填充物包括硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙中的任意一种；

步骤（2）中，所述液态醇包括甲醇、乙醇中的任意一种；

步骤（2）中，所述蒸汽养护的温度为50~65℃，时间为2~3小时，相对湿度为90~95%。

2.根据权利要求1所述的混凝土矿物掺合骨料，其特征在于，所述疏水剂包括十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的任意一种。

3.一种混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

所述填充物与沸石之间通过该填充物中的部分的水化产物实现粘结；

步骤（2）中，所述液态醇包括甲醇、乙醇中的任意一种；

4.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述稀释液中疏水剂的质量分数为2.5~4%。

5.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述沸石颗粒与稀释液的比例为1g：200~350ml。

6.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述沸石颗粒的粒径为3~5mm。

7. 根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述干燥的方式包括吹风干燥、加热干燥中的任一种。

8.根据权利要求7所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，所述吹风干燥的时间为60~80min。

9.根据权利要求7所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，所述加热干燥的温度为45~60℃，干燥时间为30~45min。

10.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述填充物和纳米二氧化硅的重量份比为1.0份：0.2~0.35份。

11.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述浆料的含固量为40~55%，质量分数。

12.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，所述液态醇的质量浓度不低于95%。

13.根据权利要求3所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，将所述浆料与改性沸石颗粒共同置于滚筒式混合机翻滚混合，使所述浆料填充在改性沸石颗粒表层的孔隙中，即得。

14.根据权利要求13所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，所述翻滚混合时间为20~40min。

15.根据权利要求13所述的混凝土矿物掺合骨料的制备工艺，其特征在于，所述浆料与改性沸石颗粒的比例为1.5~2.3重量份：0.8~1.0重量份。

16.权利要求1或2所述的混凝土矿物掺合骨料，或者权利要求3-15任一项所述的制备工艺制备的混凝土矿物掺合骨料在建筑工程领域中的应用。

17.权利要求16所述的应用，其特征在于，作为轻质混凝土的骨料。