本发明涉及一种复合矿物掺合料及其制备方法和含所述复合矿物掺合料的人工砂混凝土材料。
背景技术：
：混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。近年来由于政府对环保工作加大监管力度，用于混凝土中的河砂、经过淡化处理的海砂日益匮乏，逐渐被人工砂所取代。人工砂受到加工工艺限制，无法做到与天然砂一样的颗粒形状，并且石粉含量高，致使含有人工砂的混凝土流动性差，坍落度损失大，易开裂。单独从外加剂方面改善上述问题比较困难。为了改善混凝土性能，人们开始尝试通过改进矿物掺合料来改善混凝土性能。粉煤灰的掺加会降低早期强度，从而增加早期裂缝；矿渣粉、硅灰虽然对早期强度影响较小，但会增大收缩，易产生干缩裂缝，不能发挥出矿物掺合料多元化组合的叠加效应。因使用单一品种的矿物掺合料在改善混凝土性能的同时存在上述种种缺陷，人们开始使用复合掺合料。从环境保护角度，复合矿物掺合料充分利用各种工业废渣，减少环境污染；从经济方面，掺入了复合矿物掺合料的混凝土可以直接降低生产成本；从混凝土质量方面，由于掺入的复合矿物掺合料微细颗粒改善了细骨料的级配，使混凝土更加致密，且降低水泥水化热，对提高混凝土的耐久性起很大作用。如公开号为cn102757193a的中国发明专利，公开了一种混凝土用复合掺合料，由粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、元明粉、羟丙基甲基纤维素、uea膨胀剂、聚羧酸减水剂、柠檬酸、硼酸、葡萄糖酸钠、磷酸钠、酒石酸钠、碳酸钙、碳酸锂、甲酸钙、乙酸钙、纤维素醚制备而成。该掺合料虽然能提高混凝土强度，改善混凝土和易性，但成分复杂，成本高。本领域急需一种成分简单、容易制备且能改善混凝土性能的掺合料及包含其的混凝土。技术实现要素：有鉴于此，本发明针对现有技术存在的问题，提供一种复合矿物掺合料及其制备方法和含所述复合矿物掺合料的人工砂混凝土材料。本发明的第一个目的在于提供一种复合矿物掺合料制备方法，将粉磨原料石灰石粉、火山灰、粒化高炉矿渣按比例输送进入球磨机，同时掺入粉磨原料总质量的0.1％～0.2％的复合助磨剂，粉磨至0.045mm筛筛余量≤12％，比表面积控制在450～500m2/kg，即制得本发明复合矿物掺合料；所述粉磨原料的质量百分比组成为：石灰石粉30～50％，火山灰30～40％，粒化高炉矿渣10～30％；所述复合助磨剂由二乙醇单异丙醇胺、丙三醇、增强剂、分散剂和水按重量比为12～16:6～10:6～10:3～7:60～70比例在常温情况下搅拌溶解制得。优选地，所述粉磨原料的质量百分比组成为：石灰石粉35～45％，火山灰30-35％，粒化高炉矿渣20～30％。优选地，所述复合助磨剂由二乙醇单异丙醇胺、丙三醇、增强剂、分散剂和水按重量比为14:8:8:5:65比例在常温情况下搅拌溶解制得。优选地，所述的石灰石粉为石灰石矿废料、石屑、石灰石的粉末；所述的火山灰为天然火山灰；所述的粒化高炉矿渣为炼钢时经高温锻烧和淬冷的工业废渣。优选地，所述二乙醇单异丙醇胺为固含量为80％的改性醇胺，丙三醇为市售固含量为80％的丙三醇，增强剂为三聚磷酸钠(stpp)，分散剂分子量为30k聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)。优选地，所述石灰石粉的粒径≤5mm。优选地，在入磨前，将石灰石粉、火山灰、粒化高炉矿渣分别烘干至水分在2％以下。本发明的第二个目的在于提供一种通过上述方法制备得到复合矿物掺合料。本发明的第三个目的在于提供一种含有上述复合矿物掺合料的人工砂混凝土材料。所述人工砂混凝土材料，包含下述含量的下述组分：水泥285～295kg/m3，人工砂681～723kg/m3，碎石1021～1083kg/m3，掺合料94～98kg/m3，水168～172kg/m3，外加剂8.7～8.9kg/m3。优选地，所述人工砂混凝土材料，包含下述含量的下述组分：水泥290kg/m3，人工砂702kg/m3，碎石1052kg/m3，掺合料96kg/m3，水170kg/m3，外加剂8.8kg/m3。优选地，所述水泥为pⅱ42.5r水泥。本发明综合考虑原材料的活性、粉磨难易程度、比表面积等因素，选择粒化高炉矿渣、石灰石粉和火山灰作为粉磨原料，以使掺合料便于制备，同时能具有较高活性和良好的填充作用。石灰石粉主要矿物是碳酸钙，容易粉磨。天然火山灰为活性材料，存在一定量的活性二氧化硅、活性氧化铝等，常温和有水的情况下可以与氧化钙反应生成水硬性胶凝材料。粒化高炉矿渣主要成分为硅铝酸盐，经碱性或硫酸盐激发后具有很高活性，但是粉磨困难。火山灰的粉磨难易程度介于石灰石粉和粒化高炉矿渣之间。当三种材料混合以后粉磨，比表面积以石灰石粉最大，其次是火山灰，最小是矿渣；石灰石粉填充火山灰空隙，火山灰填充矿渣粉空隙。超细颗粒的掺入改善了胶材的级配，增加粘聚性和保水性，防止离析泌水，从而达到改善使用人工砂所带来的流动性差、坍落度损失大的问题。由于降低了水泥用量，可使混凝土内部温度降低，有效减少了混凝土的温升裂缝。由于本发明复合掺合料具有较大比表面积，能很好填充人工砂颗粒之间的空隙，使混凝土密实，从而改善使用人工砂带来的缺陷。本发明中综合考虑助磨剂成分的特点，本发明中的复合助磨剂以水为溶剂，二乙醇单异丙醇胺不仅与其它醇类、脂类有良好的配伍性能，还能提高复合矿物掺合料早期强度和后期强度，丙三醇作为塑化剂及表面润滑作用掺入；三聚磷酸钠具有良好的络合、分散等特性；聚乙烯基吡咯烷酮是良好的高分子表面活性剂，起分散、乳化、助溶作用。本发明中复合助磨剂采用聚乙烯基吡咯烷酮分散效果更好，使制得的人工砂混凝土和易性更好，2小时坍落度损失更小。本发明以石灰石粉、天然火山灰、矿渣为原料，掺入适当的复合助磨剂，通过改变复合矿物掺合料的颗粒级配，从而达到改善使用人工砂所带来的流动性差、坍落度损失大及减少开裂的问题，充分发挥各废渣特性的优良组合效果，克服单一品种的性能缺陷，能有效改善人工砂混凝土的性能，降低生产成本。本发明的复合矿物掺合料7天和28天活性指数均高于jg/t486-2015《混凝土复合掺合料》中一级复合掺合料的要求，可提高人工砂混凝土的强度，降低了生产成本，具有较好的社会和经济效益。本发明复合矿物掺合料是矿物掺合料的多元化复合，是各掺合料间的化学性质的复合应用，活性与惰性的合理搭配，对提高混凝土性能有良好的作用。多种矿物掺合料复合使用时，其中的惰性掺合料能起到“微核”效应，类似“晶种”的作用，从而能够激发活性掺合料，使水化反应快速顺利进行。本发明复合矿物掺合料可以全部替代矿粉、粉煤灰、硅灰等单一矿物掺合料及部分水泥。本发明复合矿物掺合料等量取代煤灰时，用其制备的混凝土强度会高于使用粉煤灰的混凝土强度；取代部分水泥和完全取代煤灰时，制得的混凝土强度可以与单独使用煤灰制得的混凝土强度保持相同效果。本发明复合矿物掺合料可用在c10～c60强度等级的商品人工砂混凝土生产上。本发明制备的复合矿物掺合料中各组分可以发挥协同效应、微集料效应和火山灰活性效应，具有降低人工砂混凝土生产成本、改善施工性能、降低水化热和减少裂缝产生等作用。用其制备人工砂混凝土28天强度普遍提高5mpa以上，可以减少水泥用量、降低生产成本，具有较好的经济效益和社会效益的优点。本发明制备的复合矿物掺合料与现有其它种类的矿物掺合料相比，具有原料易得、价格低廉，能在普通民用建筑中替代价格较高的优质粉煤灰和矿渣粉，同时消耗了工业废弃物，有效改善了环境。本发明复合矿物掺合料的制备方法具有粉磨工艺简单、生产效率高、生产成本低的优点。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。本发明实施例所用原材料的产地及型号如下：石灰石粉，广东英德石灰石矿山开采石灰石矿产生的废石屑和石灰石粉。火山灰，广东英德天然火山灰矿场。粒化高炉矿渣，广东韶关钢铁厂炼钢产生的工业废渣。水泥，p·ⅱ42.5r，分别为台泥水泥股份有限公司、海螺水泥股份有限公司、鸿丰水泥有限公生产的三种水泥。粉煤灰，ⅱ级，广州市汇昱建筑材料有限公司生产。人工砂，细度模数为2.7的ⅱ区中砂，广东清远谷城矿业开发投资有限公司生产。碎石，粒径5～25mm，广东清远清晟石场生产。k-hca-r外加剂，为聚羧酸系高效减水剂，广州市克莱斯特建材科技有限公司生产，浓度10％。二乙醇单异丙醇胺为市售固含量为80％的改性醇胺。丙三醇为市售固含量为80％的丙三醇。增强剂为96％潍坊华博化工有限公司生产的三聚磷酸钠(stpp)。分散剂分子量为30k河南新开源公司生产的聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)。水为本地自来水。实施例11、将粉磨原料按比例烘干，即石灰石粉40％，火山灰30％，粒化高炉矿渣30％，分别烘干，控制入磨物料水分在2％以下。如入磨物料水分过高，钢球互相摩擦时会产生静电，导致出现“包球”现象(俗称饱磨)，造成台时产量低，电耗高，且出磨成品质量会出现异常现象(如使用在混凝土中容易出现快凝现象)。一般情况下，未烘干前石灰石粉水分含量为2％～3％，矿渣水分8％～15％，火山灰水分15％～20％。入磨水分控制≤2％可提高粉磨效率，获得稳定的复合矿物掺合料。2、二乙醇单异丙醇胺、丙三醇、增强剂、分散剂和水按重量比为14:8:8:5:65比例在常温情况下搅拌溶解制作成本发明所用的复合助磨剂。3、将步骤1烘干的粉磨原料输送进入球磨机，同时掺入粉磨原料总质量的0.1％的步骤2制得的复合助磨剂，粉磨至0.045mm筛筛余量≤12％，比表面积控制在450～500m2/kg，即制得本发明实施例所需的复合矿物掺合料。本实施例制得的复合矿物掺和料与粉煤灰性能对比如下表1。表1、本实施例制得的复合矿物掺和料与粉煤灰性能对比表通过表1可知，本发明复合矿物掺合料与粉煤灰相比，其比表面积更大，7天和28天活性指数更高，流动度比更优，胶砂抗压强度增长比更高，完全可以等量替代粉煤灰。实施例2以实施例1制得的复合矿物掺合料等量替代粉煤灰进行混凝土试配(强度等级c30)。对比组1～3中采用的掺合料为粉煤灰，实验组1～3中的掺合料为实施例1制得的复合矿物掺合料。本实施例中混凝土各组分含量如表2所示。表2、混凝土各组分含量表(单位：kg/m3)编号台泥水泥海螺水泥鸿丰水泥人工砂碎石掺合料水外加剂对比组1290//7021052961708.88对比组2/290/7021052961708.88对比组3//2907021052961708.88实施组1290//7021052961708.88实施组2/290/7021052961708.88实施组3//2907021052961708.88对比结果如表3所示。根据表3试验结果数据可看出，使用人工砂的混凝土，用不同品种水泥对人工砂混凝土的初始坍落度、2小时坍落度损失以及混凝土强度影响不大，但掺入实施例复合矿物掺合料后，人工砂混凝土和易性良好、无泌水现象，初始坍落度变大，2小时坍落度损失减小，28天强度普遍提高5mpa以上。表3、本实施例混凝土效果对比表实施例3本实施例以本发明复合矿物掺合料完全取代粉煤灰，并取代5％、10％、15％水泥制备c30强度等级的混凝土，并考察其性能。本实施中水泥使用台泥水泥股份有限公司生产的p·ⅱ42.5r水泥。表4、混凝土各组分含量表(单位：kg/m3)结果如表5所示，当用本发明复合矿物掺合料仅完全替代粉煤灰时，制得的混凝土强度会高于使用粉煤灰的混凝土强度，随着取代水泥比例的增加，混凝土强度降低，当完全取代粉煤灰和15％水泥时，混凝土强度仍然与仅使用粉煤灰作为掺合料的混凝土接近。因此，本发明复合矿物掺合料可以全部替代矿粉、粉煤灰、硅灰等单一矿物掺合料及部分水泥。表5、本实施例混凝土效果对比表以上所述实施例仅表达了本发明的诸多实施方式中的少数，虽然其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：将粉磨原料石灰石粉、火山灰、粒化高炉矿渣按比例输送进入球磨机，同时掺入粉磨原料总质量的0.1％～0.2％的复合助磨剂，粉磨至0.045mm筛筛余量≤12％，比表面积控制在450～500m2/kg，即制得本发明复合矿物掺合料；
所述粉磨原料的质量百分比组成为：石灰石粉30～50％，火山灰30～40％，粒化高炉矿渣10～30％；
所述复合助磨剂由二乙醇单异丙醇胺、丙三醇、增强剂、分散剂和水按重量比为12～16:6～10:6～10:3～7:60～70比例在常温情况下搅拌溶解制得。
2.根据权利要求1所述的复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：所述粉磨原料的质量百分比组成为：石灰石粉35～45％，火山灰30-35％，粒化高炉矿渣20～30％。
3.根据权利要求1或2所述的复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：所述的石灰石粉为废石屑、石矿废料和石灰石的粉末；所述的火山灰为天然火山灰；所述的粒化高炉矿渣为在炼钢时经高温锻烧和淬冷的工业废渣。
4.根据权利要求1或2所述的复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：所述复合助磨剂由二乙醇单异丙醇胺、丙三醇、增强剂、分散剂和水按重量比为14:8:8:5:65比例在常温情况下搅拌溶解制得。
5.根据权利要求4所述的复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：所述二乙醇单异丙醇胺为固含量为80％的改性醇胺，丙三醇为市售固含量为80％的丙三醇，增强剂为三聚磷酸钠，分散剂分子量为30k聚乙烯基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述的复合矿物掺合料制备方法，其特征在于：在入磨前，将石灰石粉、火山灰、粒化高炉矿渣分别烘干至水分在2％以下。
7.一种复合矿物掺合料，其特征在于：通过权利要求1至6任一项所述的复合矿物掺合料制备方法制得。
8.一种人工砂混凝土材料，其特征在于：含有权利要求7所述的复合矿物掺合料。
9.根据权利要求8所述的人工砂混凝土材料，其特征在于：包含下述含量的下述组分：
水泥285～295kg/m3，人工砂681～723kg/m3，碎石1021～1083kg/m3，掺合料94～98kg/m3，水168～172kg/m3，外加剂8.7～8.9kg/m3。
10.根据权利要求9所述的人工砂混凝土材料，其特征在于：包含下述含量的下述组分：
水泥290kg/m3，人工砂702kg/m3，碎石1052kg/m3，掺合料96kg/m3，水170kg/m3，外加剂8.8kg/m3。
技术总结本发明涉及一种复合矿物掺合料及其制备方法和含所述复合矿物掺合料的人工砂混凝土材料。将粉磨原料石灰石粉、火山灰、粒化高炉矿渣按比例输送进入球磨机，同时掺入粉磨原料总质量的0.1％～0.2％的复合助磨剂，粉磨至0.045mm筛筛余量≤12％，比表面积控制在450～500m2/kg，即制得本发明复合矿物掺合料。本发明以石灰石粉、天然火山灰、矿渣为原料，掺入适当的复合助磨剂，能有效改善人工砂混凝土的性能，降低生产成本。
技术研发人员：张颖发;姜华;曾钰;卢志扬;徐真
受保护的技术使用者：广州市圣丰混凝土有限公司
技术研发日：2020.03.06
技术公布日：2020.06.05
