一种用于混凝土的改性剂、配重混凝土及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及建材技术领域，特别涉及一种用于混凝土的改性剂、配重混凝土及其制备方法和用途。


背景技术：

2.钢渣是炼钢产生的一种固体废弃物，我国每年产生钢渣量超过1亿吨，目前综合利用率不到40％。随着国家环保政策的日趋收紧，钢渣的清洁化处理及资源化利用显得尤为紧迫。钢渣的表观密度可以达到3.5～4.2g/cm3，比普通砂石料的表观密度还高1/3，因此，近年来，钢渣作为抗浮配重混凝土及其制品的应用越来越多。钢渣抗浮配重产品分为两种，一种是高粘性、低水灰比的箱体式配重块，主要应用于电梯、工程机械、洗衣机、体育用品等领域，这种配重制品只要表观密度达到要求，对混凝土的强度和坍落度没有较高要求；另一种则是用于建筑基础的抗浮配重混凝土，通常需要高强度、流动性好，因此制作起来有一定的技术难度。主要存在以下几个问题：
3.1、强度等级为c30以上、表观密度为3.3g/cm3以上、坍落度为180～220mm等特殊要求的前提下，抗浮配重混凝土的生产成本居高不下；为了达到强度要求，多加水泥，而水泥的表观密度较低，就需要增加高表观密度材料的用量，才能达到表观密度要求；同样地，为了达到塌落度要求，需要增加用水量和水泥用量，同样会造成表观密度下降，从而需要增加高表观密度材料用量，而4.2g/cm3以上的高表观密度材料市场价格达到800
‑
3500元/吨，十分昂贵。
4.2、在钢渣抗浮配重混凝土种，单一改性剂只能满足一个方面的需求，无法同时满足这三者的要求。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种用于混凝土的改性剂、配重混凝土及其制备方法和用途。
6.为了实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括采用如下技术方案获得。
7.本发明的目的之一在于提供一种用于混凝土的改性剂，包括下列重量份的原料组分：
8.聚羧酸减水剂
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50～80份
9.有机硅增强剂
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3～8份
10.可再分散性乳胶粉
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12～38份。
11.本发明中的聚羧酸减水剂用量过多将导致密度下降，过少则塌落度较低；有机硅增强剂用量过多会造成混凝土开裂等问题，过少则影响强度；可再分散性乳胶粉用量过多会造成凝结时间过长，过少则影响混凝土的流动性。
12.根据本技术的技术方案，所述聚羧酸减水剂的重量份数为60～70份。
13.根据本技术的技术方案，所述有机硅增强剂的重量份数为4～6份。
14.根据本技术的技术方案，所述可再分散性乳胶粉的重量份数为25～35份。
15.根据本技术的技术方案，所述聚羧酸减水剂的减水率≥40％。
16.根据本技术的技术方案，所述聚羧酸减水剂的固含量为10％～20％。
17.根据本技术的技术方案，所述聚羧酸减水剂符合《jg/t 223
‑
2007聚羧酸系高性能减水剂》的要求。较佳的，所述聚羧酸减水剂选自上海住总工程材料有限公司生产的型号为zk802的聚羧酸减水剂。
18.优选地，所述有机硅增强剂，可以使用现有技术中的有机硅增强剂，例如kh550、kh560、异丁基三乙氧基硅烷和正辛基三乙氧基硅烷中的一种或者多种；也可以使用现有技术中的有机硅消泡剂与水混合均匀得到所述的有机硅增强剂，有机硅消泡剂与水混合的比例优选(0.35～0.48)∶1。优选3∶7。较佳的，所述有机硅增强剂选自上海住总工程材料有限公司的型号为mk
‑
5的有机硅增强剂。
19.根据本技术的技术方案，所述可再分散性乳胶粉可为乙烯、醋酸乙烯酯的共聚物，也可为醋酸乙烯、叔碳酸乙烯的共聚物，也可为丙稀酸共聚物，以聚乙烯醇作为保护胶体。
20.根据本技术的技术方案，所述可再分散性乳胶粉符合《gb/t 29594
‑
2013可再分散性乳胶粉》的要求。较佳的，可再分散性乳胶粉选自上海住总工程材料有限公司的型号为r98的可再分散性乳胶粉，为乙烯、醋酸乙烯酯的共聚物，以聚乙烯醇作为保护胶体。
21.本发明的目的之二在于提供上述所述的改性剂作为原料组分在制备配重混凝土中的用途。
22.本发明的目的之三在于提供一种配重混凝土，所述配重混凝土包括上述所述的改性剂、水泥、基底料和水，所述基底料包括钢渣和铁矿石。本技术中的改性剂的添加量不能太高也不能太低，太高会导致混凝土离析，太低会导致塌落度不够，无法长距离运输。
23.根据本技术的技术方案，所述改性剂、水泥、基底料和水的质量比为(1.9～8)：(380～400)：(3000～3400)：(160～180)。
24.优选地，所述改性剂、水泥、基底料和水的质量比为(3～5)：(380～400)：(3000～3200)：(160～180)。
25.根据本技术的技术方案，所述钢渣和铁矿石的质量比为(1000～1200)：(2000～2200)。
26.根据本技术的技术方案，所述钢渣为电炉滚筒渣。
27.根据本技术的技术方案，所述钢渣为钢渣粉和钢渣颗粒的混合物。本技术钢渣采用钢渣粉和钢渣颗粒的混合物，通过粗细骨料之间合理搭配，增加混凝土的密实性。
28.优选地，所述钢渣粉和钢渣颗粒的质量比为1:(1.0～4.0)。
29.更优选地，所述钢渣粉和钢渣颗粒的质量比为1:(2.0～2.2)。较佳的，所述钢渣粉和钢渣颗粒的质量比为1：2。
30.优选地，所述粉料的粒径为0～1mm。
31.优选地，所述颗粒料的粒径为5～40mm。
32.根据本技术的技术方案，所述钢渣的表观密度为3.5～3.8g/cm3。本技术中表观密度的检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。
33.根据本技术的技术方案，以钢渣的总质量为基准计，所述钢渣的f.cao含量≤1％。本技术中f
‑
cao的检测方法参考《yb/t 140～2009钢渣化学分析方法》进行。
34.根据本技术的技术方案，所述铁矿石的粒径为0～40mm。
35.根据本技术的技术方案，所述铁矿石的表观密度为4.1～4.4g/cm3。本技术中表观密度的检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。
36.根据本技术的技术方案，所述水泥为硅酸盐水泥。
37.优选地，所述硅酸盐水泥为强度等级高于42.5级普通硅酸盐水泥。
38.根据本技术的技术方案，所述配重混凝土的强度等级为c30～c60。本技术中强度等级的检测方法参考《gb/t 50081
‑
2019混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。
39.根据本技术的技术方案，所述配重混凝土的表观密度3.3～3.5g/cm3。本技术中表观密度的检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。
40.根据本技术的技术方案，所述配重混凝土的坍落度180～220m。本技术中坍落度的检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。
41.本发明目的之四在于提供上述所述的配重混凝土的制备方法，包括如下步骤：
42.原料组分按照配比混合，得到所述的配重混凝土。
43.优选地，将改性剂与水泥预混合，然后加入钢渣、铁矿石和水混合，获得所述的配重混凝土。
44.本发明目的之五在于提供所述的配重混凝土在房屋建筑基础中的用途。
45.本发明通过聚羧酸减水剂、有机硅增强剂和可再分散性乳胶粉的选择，获得一种用于混凝土的改性剂。在钢渣、铁矿石和水泥的基础上，掺入改性剂，在确保表观密度、强度、塌落度的前提下，可以降低水泥、水等这些超低密度材料的用量，从而为达到配重混凝土表观密度目的，使高密度材料用量也相应减少，降低生产成本，此外，能满足房屋建筑基础工程应用的特殊要求。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
47.1)本技术的配重混凝土不仅能减少低表观密度水和低表观密度水泥的用量，而且还能减少高表观密度的铁矿石的用量，最终得到配重混凝土的表观密度达到3.3～3.5g/cm3。
48.2)本技术的配重混凝土能增加配重混凝土的强度，强度等级达c30～c60。
49.3)本技术的配重混凝土在确保用水量减少的前提下，能达到塌落度为180～220mm的施工要求。
具体实施方式
50.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
51.在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
52.当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、
材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
53.本技术的下述实施例中，钢渣选自宝武集团宝钢股份炼钢产生的电炉滚筒渣。钢渣包括钢渣粉和钢渣颗粒，钢渣粉的粒径为0.4mm，钢渣颗粒的粒径为22mm，钢渣粉和钢渣颗粒的质量比为1:2；钢渣的表观密度为3.7g/cm3，f.cao含量为0.2％。
54.本技术的下述实施例中，铁矿石购自海南矿业的磁铁矿。铁矿石的粒径为0
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40mm，表观密度为4.24g/cm3。
55.本技术的下述实施例中，水泥购自海螺集团的p.o42.5水泥。
56.本技术的下述实施例中，聚羧酸减水剂购自上海住总工程材料有限公司，型号为zk802。
57.本技术的下述实施例中，有机硅增强剂购自上海住总工程材料有限公司，型号为mk
‑558.本技术的下述实施例中，可再分散性乳胶粉购自上海住总工程材料有限公司，型号为r98。
59.实施例1
60.本实施例的用于混凝土的改性剂配方中，包括如下重量份的原料组分：聚羧酸减水剂：65份；有机硅增强剂：5份；可再分散性乳胶粉：30份。
61.本实施例的配重混凝土配方中，各原料组分及重量份数如下表：
62.组分重量份数钢渣1000铁矿石2200改性剂1.9水泥380水160
63.本实施例中，配重混凝土的制备方法如下：
64.将改性剂与水泥混合，然后与钢渣、铁矿石和水按照上述的配比在搅拌机中进行混合，混合时间为10min，得到配重混凝土。
65.然后将上述的配重混凝土装入搅拌车运输至施工的工地，装入量不超过荷载量的90％，最后进入泵送系统，施工作业。然后检测28天的抗压强度、表观密度、坍落度，检测结果见表1。
66.实施例2
67.本实施例的用于混凝土的改性剂配方中，包括如下重量份的原料组分：聚羧酸减水剂：65份；有机硅增强剂：5份；可再分散性乳胶粉：30份。
68.本实施例的配重混凝土配方中，各原料组分及重量份数如下：
69.组分重量份数钢渣1200铁矿石2000改性剂8
水泥400水180
70.配重混凝土的制备方法同实施例1。
71.实施例3
72.本实施例的用于混凝土的改性剂配方中，包括如下重量份的原料组分：聚羧酸减水剂：65份；有机硅增强剂：5份；可再分散性乳胶粉：30份。
73.本实施例的配重混凝土配方中，各原料组分及重量份数如下：
74.组分重量份数钢渣1100铁矿石2100改性剂3.9水泥390水170
75.配重混凝土的制备方法同实施例1。
76.实施例4
77.本实施例的用于混凝土的改性剂配方中，包括如下重量份的原料组分：聚羧酸减水剂：65份；有机硅增强剂：5份；可再分散性乳胶粉：30份。
78.本实施例的配重混凝土配方中，各原料组分及重量份数如下：
79.组分重量份数钢渣1000铁矿石2000改性剂3.5水泥380水170
80.配重混凝土的制备方法同实施例1。
81.实施例5
82.本实施例的用于混凝土的改性剂配方中，包括如下重量份的原料组分：聚羧酸减水剂：65份；有机硅增强剂：5份；可再分散性乳胶粉：30份。
83.本实施例的配重混凝土配方中，各原料组分及重量份数如下：
[0084][0085]
[0086]
配重混凝土的制备方法同实施例1。
[0087]
对比例1
[0088]
本对比例中，各原料组分及重量份数如下：
[0089]
组分重量份数钢渣700铁矿石2300水泥420水210
[0090]
对比例2
[0091]
本对比例中，各原料组分及重量份数如下：
[0092]
组分重量份数钢渣600铁矿石2400水泥450水220
[0093]
对比例3
[0094]
本对比例中，各原料组分及重量份数如下：
[0095]
组分重量份数钢渣1000铁矿石2100改性剂4.8水泥390水170
[0096]
其中，改性剂使用的是苏州易斯特的s
‑
1000聚羧酸高效减水剂，以改性剂的总质量为基准计，聚羧酸高效减水剂的占比为100％。
[0097]
强度等级：检测方法参考《gb/t 50081
‑
2019混凝土物理力学性能试验方法标准》。
[0098]
表观密度：检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。
[0099]
坍落度：检测方法参考《gb/t 50080
‑
2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。
[0100]
表1
[0101][0102]
从表1可知，本技术通过加入改性剂，使得配重混凝土的28天抗压强度提高了16～44％，表观密度达到3.3～3.5g/cm3，坍落度提高了58～83％，便于现场泵送和施工，且生产成本可以降低5～17％，因此具有较好的实用性。
[0103]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。