CN109455966A - 混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土，该混凝土掺合料的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg，其由多种原料磨制得到，多种所述原料按重量份数计至少包括：人造石材废渣8～12份、分散剂1.5～3份、助磨剂0.3～0.7份和水3～7份。通过控制混凝土掺合料的比表面积大于或等于600m²/Kg，进而使得人造石材废渣、分散剂、助磨剂和水按照比例进行磨制后，其能够具有活性，有利于水泥水化产物的生产，并增强混凝土的性能，从而实现对人造石材废渣的有效利用。

Description

混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土。

背景技术

混凝土掺合料可分为活性掺合料和非活性掺合料。活性矿物掺合料本身不硬化或者硬化速度很慢，能与水泥水化生成氧化钙起反应，生成具有胶凝能力的水化产物，如粉煤灰，粒化高炉矿渣粉，沸石粉，硅灰等；非活性矿物掺合料基本不与水泥组分起反应，如石灰石，磨细石英砂等材料。人造石是利用重质碳酸钙粉与高分子聚合物作用而成的建筑材料，其在切割开料、打磨抛光等加工过程中会产生废渣。经测算，人造石生产企业每生产一平方米的板材料就会产生5公斤的废渣，一家年产1000万平方米人造石材材的企业每年就会产生5万吨的废渣，这些废渣既占用土地又容易引起对环境的污染如渗入地下引起地下水质污染也很容易引起扬尘，造成空气污染。而将人造废渣用于混凝土中，其会影响水泥水化产物的生成，使得混凝土的性能降低，因此，亟需一种对人造废渣进行有效利用的手段。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土，以实现对人造石材废渣的有效利用，且利用人造石材废渣制备的混凝土掺合料能够有效增强混凝土的密实性和耐久性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供了一种混凝土掺合料，该混凝土掺合料的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg，其由多种原料磨制得到，多种原料按重量份数计至少包括：人造石材废渣8～12份、分散剂1.5～3份、助磨剂0.3～0.7份和水 3～7份。

本发明还提供了一种上述混凝土掺合料的制备方法，其包括：将人造石材废渣、分散剂、助磨剂和水在球磨机内进行细磨。

本发明还进一步提供了一种混凝土，其包括水泥和混凝土掺合料，水泥和混凝土掺合料的质量比为100：5～20。

通过控制混凝土掺合料的比表面积大于或等于600m²/Kg，进而使得人造石材废渣、分散剂、助磨剂和水按照比例进行磨制后，其能够具有活性，有利于水泥水化产物的生产，并增强混凝土的性能，从而实现对人造石材废渣的有效利用。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施方式的混凝土掺合料及其制备方法以及混凝土进行具体说明。

本发明的一些实施方式提供了一种混凝土掺合料，该混凝土掺合料的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg，其由多种原料磨制得到，多种所述原料按重量份数计至少包括：人造石材废渣8～12份、分散剂1.5～3份、助磨剂0.3～0.7份和水3～7份。

发明人发现如果直接将人造石材废渣添加到混凝土中或混凝土的掺合料中，均会影响混凝土的性能，其原因可能是人造石材废渣中由于含有高分子聚合物，进而该高分子聚合物会影响水泥水化生产氧化钙以及最终具有凝胶能力的水化产物的生成，从而对混凝土的性能造成影响。因此，发明人在经过大量研究和实践后，创造性地发现按照上述比例将人造石材废渣与分散剂、助磨剂和水进行磨制，使得其颗粒的比表面积大于或等于 600m²/Kg，得到的混凝土掺合料能够具有活性，进而使得该混凝土掺合料能有效提高新拌混凝土的流动性，降低混凝土配合比的单位用水量，提高混凝土的抗压强度，且还可增加混凝土的密实性，提高混凝土的耐久性。而达到上述效果的原因可能在于：在分散剂、助磨剂和水的辅助下将人造石磨制到其颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg，通过物理和化学处理，使得其本身具有的高分子聚合物不会再对水泥水化生产氧化钙以及和掺合料生产水化产物造成影响，且磨制得到的掺合料为圆球状颗粒，使得其能够产生滚珠效应，可以提高新拌混凝土的流动性，降低混凝土配合比的单位用水量，提高混凝土的抗压强度，进一步地，磨制后的高分子聚合物的颗粒本身的特性也提高了混凝土的机械性能。

进一步地，为了使得对人造石材废渣进行磨制达到更好的效果，对其原料配比进行了进一步优化，本发明的一些实施方式中，多种所述原料按重量份包括：人造石材废渣9～11份、分散剂2～2.5份、助磨剂0.4～0.6份和水4～6份。

进一步地，一些实施方式中，选择粒径较小的人造石材废渣粗磨料与分散剂等进行磨制，可以便于人造石材废渣与分散剂、助磨剂等进行作用，因此，为了提高磨制效果和提高磨制后的混凝土掺和料的活性，一些实施方式中，人造石材废渣的粒径小于0.75微米，碳酸钙质量含量≥75％。

进一步地，一些实施方式中，分散剂为高效减水剂。其主要作用是吸附在废渣颗粒表面，同性电荷的作用使得废渣颗粒充分分散，提高球磨效率。一些实施方式中，高效减水剂可以选自萘磺酸系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、脂肪族高效减水剂以及密胺类高效减水剂中的任一种。

进一步地，助磨剂包括三乙醇胺和三异丙醇胺中的至少一种，并且发明人在研究过程中创造性地发现：当三乙醇胺和三异丙醇胺两种胺按照一定比例混合使用时对人造石材废渣的助磨效果更好。因此，一些实施方式中，优选助磨剂包括三乙醇胺和三异丙醇胺，更优选三乙醇胺和所述三异丙醇胺的质量比为0.7～1.3：1。

本发明的一些实施方式中还提供了一种上述混凝土掺合料的制备方法，其包括：将人造石材废渣、分散剂、助磨剂和水在球磨机内进行细磨。

具体地，首先将人造石企业生产板材产生的废渣即人造石材废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料，然后再与分散剂、助磨剂和水按照上述比例加入球磨机进行细磨。进一步地，为了获得较佳的磨制效果，达到比表面积的要求，磨制时间优选大于或等于1小时。

进一步地，将细磨后的浆料进行过滤，以使得过滤后的液体中的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg。此外，不符合比表面积要求的颗粒可以再返回球磨机进行重复磨制。

进一步地，将过滤后得到的液体进行干燥，从而得到粉状产品。

本发明的一些实施方式还提供了一种混凝土，其包括水泥和上述混凝土掺合料，混凝土掺合料在混凝土中的掺量为：5wt％～20wt％。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料。

将粗磨料、分散剂、助磨剂和水分别按照重量份进行计量，按人造石材废渣10份、分散剂1.5份、助磨剂0.3份和水3份加入球磨机内进行细磨1小时。其中，分散剂为聚羧酸高效减水剂。助磨剂由三乙醇胺和三异丙醇胺按1：1混合组成。

将细磨后得到的液体进行过滤，控制废渣颗粒的比表面积≥600m²/Kg，再将过滤后液状成品送入干燥设备内进行干燥，得到粉状成品。

实施例2

将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料。

将粗磨料、分散剂、助磨剂和水分别按照重量份进行计量，按人造石材废渣12份、分散剂3份、助磨剂0.7份和水7份加入球磨机内进行细磨 1.2小时。其中，分散剂为聚羧酸高效减水剂。助磨剂由三乙醇胺和三异丙醇胺按1.1：1混合组成。

将细磨后得到的液体进行过滤，控制废渣颗粒的比表面积≥600m²/Kg，再将过滤后液状成品送入干燥设备内进行干燥，得到粉状成品。

实施例3

将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料。

将粗磨料、分散剂、助磨剂和水分别按照重量份进行计量，按人造石材废渣11份、分散剂2份、助磨剂0.5份和水5份加入球磨机内进行细磨 1.5小时。其中，分散剂为聚羧酸高效减水剂。助磨剂为三乙醇胺。

将细磨后得到的液体进行过滤，控制废渣颗粒的比表面积≥600m²/Kg，再将过滤后液状成品送入干燥设备内进行干燥，得到粉状成品。

实施例4

将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料。

将粗磨料、分散剂、助磨剂和水分别按照重量份进行计量，按人造石材废渣10份、分散剂2.5份、助磨剂0.4份和水4份加入球磨机内进行细磨1.3小时。其中，分散剂为萘磺酸高效减水剂。助磨剂由三乙醇胺和三异丙醇胺按1：1混合组成。

将细磨后得到的液体进行过滤，控制废渣颗粒的比表面积≥600m²/Kg，再将过滤后液状成品送入干燥设备内进行干燥，得到粉状成品。

实施例5

将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料。

将粗磨料、分散剂、助磨剂和水分别按照重量份进行计量，按人造石材废渣11份、分散剂1.8份、助磨剂0.6份和水6份加入球磨机内进行细磨2小时。其中，分散剂为聚羧酸高效减水剂。助磨剂由三乙醇胺和三异丙醇胺按1：1混合组成。

将细磨后得到的液体进行过滤，控制废渣颗粒的比表面积≥600m²/Kg，再将过滤后液状成品送入干燥设备内进行干燥，得到粉状成品。

助磨剂的选用对磨制效果的影响

按照重量份计，将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料10份、聚羧酸高效减水剂2份、助磨剂 0.6份和水5份的比例在球磨机内进行细磨1小时，然后将得到的液体浆料干燥，对得到的粉状产物通过比表面积测试仪进行比表面积测试，其中，仅对助磨剂的组成进行调节，结果如表1所示。

表1助磨剂对人造石废渣比表面积的影响

由表1可以看出，当助磨剂由三乙醇胺和三异丙醇胺按照1：1的混合比例对人造石材废渣进行磨制时磨制效果更好。

人造石材废渣经过磨制后，其颗粒变为圆球状，将圆球状的混凝土掺合料按一定比例掺入混凝土中，由于圆球颗粒滚珠效应，可以提高新拌混凝土的流动性，降低混凝土配合比的单位用水量，提高混凝土的抗压强度。

比表面积对水泥胶砂性能的影响

按照重量份计，将人造石企业生产板材产生的碳酸钙含量≥75％的废渣粉碎成粒径小于0.75微米的粗磨料10份、聚羧酸高效减水剂2.5份、助磨剂0.6份和水5份的比例在球磨机内进行细磨，然后将得到的液体浆料干燥，分作多组对磨制时间进行调整，测试不同磨制时间得到的不同比表面积的混凝土掺合料对水泥胶砂流动度及其强度的影响。其结果如表2所示。

表2比表面积对水泥胶砂性能的影响

其中，每组试验均采用华润P.O42.5普通硅酸盐水泥；ISO标准砂1350g；水225g。

从表2中的数据结果可以看出，随着比表面积的增大，特别是当比表面积≥600m²/kg后，水泥胶砂流动度、抗折、抗压强度均有明显改善。

该混凝土掺合料对混凝土性能的影响

(1)原材料料组成

水泥：华润牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；砂：河砂，细度模数2.9；碎石：5-31.5mm级配石灰岩；混凝土掺合料：按实施例5的方法制作得到的粉状混凝土掺合料。

(2)基准普通混凝土配合比，见表3。

(3)试验方法

混凝土坍落度试验按照GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行；混凝土抗压强度试验按照GB/T50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行；混凝土抗渗性能试验按照GB/T50082 －2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。试验结果如表4所示。

表4掺合料对混凝土性能的影响

从表4中数据分析发现：

1.随着掺合料替代水泥量的提高，在保证坍落度不变的前提下可以减少单位用水量，这说明掺合料的球状颗粒发挥了滚珠效应，从而改善混凝土的和易性，提高流动度，而且浆体饱满，粘聚性和保水性明显改善。

2.随着掺合料替代水泥量的提高，用水量减少，水胶比降低，混凝土的早期强度和后期强度均有明显提高，但超过一定替代量后，混凝土的早期强度明显降低，混凝土强度后期强度也低于基准试样，这是由于随着掺合料的增加，水泥量减少，混凝土中的水化产物总量也会降低，虽然滚珠效应降低的水胶比增加了混凝土的密实度，但水泥水化产物总量减少同时，也影响到掺合料的活性效应的发挥，致使混凝土的强度下降较严重，因此，掺合料的掺量建议在小于20％内更合理。

3.随着掺合料替代水泥量的提高，用水量减少，再加上掺合料的微集料效应，有效提高混凝土的密实度，渗水高度明显降低，从而提高混凝土的耐久性，但若替代量过大，也会对混凝土的抗渗性能产生不利影响。

综上所述，通过控制混凝土掺合料的比表面积大于或等于600m²/Kg，进而使得人造石材废渣、分散剂、助磨剂和水按照比例进行磨制后，其能够具有活性，有利于水泥水化产物的生产，并增强混凝土的性能，从而实现对人造石材废渣的有效利用。采用本发明实施方式中制成的混凝土掺合料，为圆球状颗粒，按一定比例掺入混凝土中，由于圆球颗粒滚珠效应，可以提高新拌混凝土的流动性，降低混凝土配合比的单位用水量，提高混凝土的抗压强度；同时由于混凝土掺合料，其比表面积≥600m^2/Kg，粒径达到微米级以下，进而其在混凝土中具有微集料效应，可以增加混凝土的密实性，提高混凝土的耐久性。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种混凝土掺合料，其特征在于，所述混凝土掺合料的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg，其由多种原料磨制得到，多种所述原料按重量份数计至少包括：人造石材废渣8～12份、分散剂1.5～3份、助磨剂0.3～0.7份和水3～7份。

2.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于，多种所述原料按重量份包括：人造石材废渣9～11份、分散剂2～2.5份、助磨剂0.4～0.6份和水4～6份。

3.根据权利要求1所述的混凝土掺合料，其特征在于，所述人造石材废渣的粒径小于0.75微米，碳酸钙质量含量≥75％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的混凝土掺合料，其特征在于，所述分散剂为高效减水剂。

5.根据权利要求4所述的混凝土掺合料，其特征在于，所述高效减水剂选自萘磺酸系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂、脂肪族高效减水剂以及密胺类高效减水剂中的一种。

6.根据权利要求1～3任一项所述的混凝土掺合料，其特征在于，所述助磨剂包括三乙醇胺和三异丙醇胺中的至少一种，优选地，所述助磨剂包括三乙醇胺和三异丙醇胺，更优选地，所述三乙醇胺和所述三异丙醇胺的质量比为0.7～1.3：1。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，其包括：将所述人造石材废渣、所述分散剂、所述助磨剂和所述水在球磨机内进行细磨。

8.根据权利要求7所述的混凝土掺合料的制备方法，其特征在于，将细磨后的浆料进行过滤后干燥，以使得过滤后的液体中的颗粒的比表面积大于或等于600m²/Kg。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，细磨的时间大于或等于1小时。

10.一种混凝土，其特征在于，其包括水泥和如权利要求1～6任一项所述的混凝土掺合料，所述混凝土掺合料在所述混凝土中的掺量为：5wt％～20wt％。