一种高性能预分散硅灰浆混凝土及其制备方法与流程

2021-01-30 21:01:08|

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本发明属于建筑材料中的高活性辅助胶凝材料——硅灰的应用
技术领域：
，具体涉及硅灰浆体材料在混凝土，特别是在早强、蒸养混凝土中应用的高性能预分散硅灰浆混凝土及其制备方法。
背景技术：
：硅灰是在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的sio2和si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。硅灰的外观为灰白色粉末，耐火度大于1600℃，颗粒很细，平均粒径为0.1-1μm，是普通水泥颗粒的1/50-1/100，比表面积在15000-25000m2/kg。硅灰的主要成分是无定形二氧化硅，含量占85％以上，硅灰的化学成分和粒度决定了硅灰是一种高活性的火山灰质掺合料。硅灰主要通过促进水泥水化和微集料填充效应提高了水泥的宏观力学性能和耐久性能，已经得到了广泛的研究和应用。硅灰中的无定形二氧化硅颗粒大量消耗水泥水化过程中产生的氢氧化钙，并填充混凝土微观孔隙，增加了混凝土密实度，提高了水泥的强度、抗渗性、抗冻性和耐化学腐蚀性，抑制或减少碱骨料反应。但硅灰在实际应用中也存在一定的问题，主要表现为经过收尘的未加密原状硅灰的堆积密度在100至200kg/m3之间，呈疏松的粉末状态，极易飞扬，这种特性就给原状硅灰的运输、储存与计量使用带来了较大的困难。因此，目前工程应用中的硅灰，绝大部分都是利用压缩空气将原状硅灰经过专用的加密设备处理，形成微米级甚至是毫米级别的团聚颗粒的加密硅灰。加密硅灰的堆积密度根据加密参数的不同，大约在400-900kg/m3范围内，这个密度范围的加密硅灰基本满足运输和计量使用。加密硅灰颗粒的平均粒径则集中在微米级，甚至高达几十乃至几百微米。加密硅灰虽然解决了原状硅灰过低的密度带来的运输和使用问题，但同时也带来了加密硅灰较原状硅灰更高程度的团聚问题，这种团聚体在常规水泥混凝土制备工艺过程中，往往难以被有效分散。未得到充分分散的硅灰团聚体往往吸附水和外加剂，导致混凝土工作性降低及工作性损失增大。局部富集的粗颗粒团聚体在混凝土硬化后还会逐步与水化产物——氢氧化钙等持续发生碱硅酸盐反应，造成膨胀开裂，进而影响混凝土的长期强度和耐久性。为解决上述问题，发明“一种高流动性硅灰浆的制备方法”(申请号201510539060.5)采用了磷酸类分散剂；发明“硅灰浆体材料、其制备及应用”(申请号201310095399.1)采用了缓凝剂及酸化剂，其中酸化剂为硫酸或磷酸；发明“一种后张法预应力混凝土孔道压浆剂及制备方法、压浆材料”(申请号201210052813.6)中缓凝剂为其必备组分，且防沉剂有聚醚多糖等高效缓凝物质。可以看到这些发明所用到的分散剂具有明显的缓凝作用，或者直接添加缓凝组分，必然延缓混凝土的凝结时间并影响早期强度，无法满足蒸养混凝土、早强混凝土对凝结时间和脱模强度的要求。另一方面，前两个发明所用到的搅拌分散方法仅仅描述为搅拌，并未对机械搅拌作用提出特定限定和要求，仅仅通过分散剂及常规搅拌实现分散。最后一个发明中，对桨叶转速的要求为：桨叶的线速度限制在20m/s内，优选控制在15～18m/s，搅拌时间10～15min，其剪切速度偏低，无法达到机械剪切造成料浆空化的效果，仅仅以机械研磨、冲击分散为主，因此，其分散时间偏长、分散效果欠佳，团聚体被分散的比例偏低、分散后的团聚体解离度有限，进而造成硅灰颗粒在混凝土中的分散程度偏低，并未充分避免团聚体带来的负面影响，未能充分发挥硅灰这种球形亚微米级高活性掺合料在工作性、强度、耐久性方面的有益效果，其中包括早强及蒸养早强等作用。技术实现要素：针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种高性能预分散硅灰浆混凝土及其制备方法，可有效解决现有硅灰浆分散剂具有缓凝作用且硅灰在浆体中的分散效果欠佳导致的硅灰浆混凝土工作性差、工作性损失大、黏稠度高、蒸养脱模强度低、早期强度不足等问题。具备凝结时间可调，同强度等级下水泥用量显著降低，大幅降低成本并增加强度和耐久性的特点。为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述混凝土组成为：水泥60-760份，硅灰浆5-200份，其他掺合料0-300份，水0-150份，外加剂1-30份，砂500-1000份，石600-1600份；以上组份的配合比参数为水胶比0.16-0.5，胶材用量为200-800kg/立方米混凝土，硅灰浆折固掺量为2-10％，其他掺合料为0-80％。其制备方法为：(1)制备高性能预分散硅灰浆，(2)计量并加入砂、石、水泥及掺合料搅拌0-30s，(3)计量并加入硅灰浆搅拌5-90s，(4)加入水和外加剂搅拌30-300s，(5)得高性能预分散硅灰浆混凝土。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述高性能预分散硅灰浆的组成为：硅灰1份，水0.8-3份，功能性分散剂0-0.05份；其制备方法为：制备方法为(1)按比例计量功能性分散剂和水，溶解制备并计量功能性分散液，(2)向功能性分散液中加入经计量的硅灰；(3)对硅灰与功能性分散液混合物采用高速机械空化分散；(4)分散后得到浆料即为高性能预分散硅灰浆。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述功能性分散剂由以下一种或多种物质构成：包括甲基戊醇、十二烷基硫酸钠、二丙二醇甲醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二乙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、200-2000分子量的聚乙二醇等有机物分散剂，掺量为硅灰质量的0-0.6％；模数为1-3.2的钾钠水玻璃、氢氧化钠、氢氧化钾、硫代硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾等无机早强分散剂，掺量为硅灰质量的0-5％；丙二醇、三甘醇、氟碳系列、氟系列等界面张力调节剂，掺量为硅灰质量的0-1％，聚醚类、高碳醇、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷类等气泡抑制剂，掺量为硅灰质量的0-1％。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述高速机械空化分散为带有分散叶片的高速分散机，包括单轴、多轴，单桨叶、多桨叶分散机；高速分散机进行高速空化分散的工作参数为：分散叶片线速度高于20m/s且与浆料的相对剪切速度不低于14m/s，分散时间0.5-10min。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述高速机械空化分散还包括高速射流空化分散装置，浆料最大流速不低于14m/s，形成空化分散效应，实现硅灰团聚体的解离和分散。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述硅灰包括原灰、半加密硅灰、高加密硅灰；硅灰来源包括金属硅冶炼烟尘、硅铁合金冶炼烟尘。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述掺合料为矿渣粉、磷渣分、钢渣粉、石灰石粉、粉煤灰、复合矿粉等活性及非活性矿物掺合料。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆混凝土，其特征在于：所述外加剂包括：聚羧酸系、萘系、氨基黄酸盐系、木质素磺酸盐系减水剂，折固掺量为胶凝材料的0-2％wt；硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钾、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌等粘度及凝结时间调节剂，折固掺量为胶凝材料的0-1％wt；葡萄糖酸钠、磷酸盐类、糖类等混凝剂，折固掺量为胶凝材料的0-0.5％wt；纤维素醚、聚丙烯酰胺、明胶等保水剂，折固掺量为胶凝材料的0-0.1％wt。一种高性能预分散硅灰浆混凝土制备方法，其特征在于：其制备方法为：(1)制备高性能预分散硅灰浆，(2)计量并加入砂、石、水泥及掺合料搅拌0-30s，(3)计量并加入硅灰浆搅拌5-90s，(4)加入水和外加剂搅拌30-300s，得高性能预分散硅灰浆混凝土。本发明的有益效果为：1、硅灰料浆组分中无明显缓凝成分，对硅灰浆混凝土凝结时间影响小，凝结时间可调，特别是蒸养硅灰浆混凝土造成缓凝、脱模强度低等负面影响。2、混凝土用硅灰浆料采用高速机械空化进行预分散，硅灰团聚体的解离和分散程度高，分散时间大幅缩短，可充分发挥硅灰颗粒的活性，改善混凝土黏稠度、工作性及工作性损失。3、依托充分分散的高性能硅灰浆作为混凝土的高活性掺合料确保混凝土在早、中、后期都具备足够的强度，以大量非活性掺和材作为填充料使混凝土具备足够的浆体体积确保混凝土的工作性，从而大幅降低高性能硅灰浆混凝土中水泥用量，大幅节约混凝土的材料成本和能耗，并能显著降低混凝土的水化热。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本
技术领域：
的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本
技术领域：
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。本发明提供一种高性能预分散硅灰浆混凝土及其制备方法，可有效解决现有硅灰浆分散剂具有缓凝作用且硅灰在浆体中的分散效果欠佳导致的硅灰浆混凝土工作性差、工作性损失大、黏稠度高、蒸养脱模强度低、早期强度不足等问题。具备凝结时间可调，同强度等级下水泥用量显著降低，大幅降低成本并增加强度和耐久性的特点。实施方式如下：实施例1：c20-c100流态化高性能预分散硅灰浆混凝土的配合比如表1所示，其制备方法为：按照以下组成配制50％固含量的高性能预分散硅灰浆：硅灰1份，水1份；按照以下组成配制40％固含量的高性能预分散硅灰浆：硅灰1份，水1.5份。上述两个硅灰浆的功能性分散剂的组成都为：二乙二醇丁基醚0.001份；模数2.0的钾水玻璃0.02份；氟碳系界面张力调节剂0.000002份。按上述比例计量功能性分散剂和水，溶解制备并计量功能性分散液，向功能性分散液中加入上述比例的硅灰；对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度45m/s，分散时间3min，得高性能预分散硅灰浆。按表1配合比计量并加入砂、石、水泥及掺合料搅拌10s，计量并加入硅灰浆搅拌10s，加入水和外加剂搅拌60s，得c20-c100流态化高性能预分散硅灰浆混凝土。表1c20-c100流态化高性能预分散硅灰浆混凝土配合比(kg/m3)实施例2用于预制构件的c30-c80半干硬性高性能预分散硅灰浆混凝土的配合比如表2所示，其制备方法为：按照以下组成配制50％固含量的高性能预分散硅灰浆：硅灰1份，水1份；按照以下组成配制40％固含量的高性能预分散硅灰浆：硅灰1份，水1.5份。上述两个硅灰浆的功能性分散剂的组成都为：二丙二醇甲醚0.001份；碳酸氢钠0.03份；氟碳系界面张力调节剂0.000001份。按上述比例计量功能性分散剂和水，溶解制备并计量功能性分散液，向功能性分散液中加入上述比例的硅灰；对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度40m/s，分散时间4min，得高性能预分散硅灰浆。按表2配合比计量并加入砂、石、水泥及掺合料搅拌5s，计量并加入硅灰浆搅拌15s，加入水和外加剂搅拌90s，得c30-c80半干硬性高性能预分散硅灰浆混凝土。表2用于预制构件的c30-c80半干硬性硅灰浆混凝土配合比(kg/m3)对比例：未添加分散剂常规中低速搅拌分散的硅灰浆制备的c30、c60混凝土，分别用0-c30、0-c60表示；添加分散剂焦磷酸钠0.001份采用常规中低速机械分散的硅灰浆制备的c30、c60混凝土，分别用00-c30、00-c60表示。检测：流态化混凝土养护制度为标准养护；半干硬性混凝土工作性采用增实因数参照tb/t3275-2018铁路混凝土进行测定，其蒸养制度为静停1h，升温1.5h，50℃恒温5h，降温1h，蒸养完毕后进行测试或进行标养到预定龄期后测试强度。表3c20-c100流态化硅灰浆混凝土性能表4用于预制构件的c30-c80半干硬性硅灰浆混凝土性能编号增实因数蒸养脱模强度28d强度60d强度91.1926.249.453.1101.2131.252.956.6111.2942.168.985.1121.2853.997.2104.0131.3567.9111.8119.60-c301.2019.745.948.70-c601.2738.184.587.200-c301.2110.348.151.100-c601.2921.982.888.3表3、表4的数据表明，经过高速空化分散得到的硅灰浆制备的混凝土具有更好的初始工作性和更低的坍落度损失；同时具备更高的早期强度和蒸养脱模强度，且标养28d的强度也显著地高于未进行高速空化分散的灰浆制备的混凝土。上述实例和测试结果表面，本发明提供的一种高性能预分散硅灰浆混凝土及其制备方法，通过利用高速机械空化分散得到的非缓凝高性能预分散硅灰浆制备的高性能预分散硅灰浆混凝，通过充分发挥硅灰的活性，改善混凝土黏稠度、工作性及工作性损失，确保混凝土在早、中、后期都具备足够的强度，并在制品用半干硬性混凝土中具备显著的早强、蒸养早强等作用，可大幅节约混凝土的材料成本和能耗。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3

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