一种易流型辅助胶凝材料、其制法及应用的制作方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种易流型辅助胶凝材料、其制法及应用。


背景技术：

2.混凝土掺合料是为了改善混凝土性能，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。目前，jg/t486-2015《混凝土用复合矿物掺合料》标准中把复合矿物掺合料分为了“普通型”、“易流型”、“早强型”。
3.在我国工程应用中，高层结构、复杂结构、异形结构越来越多；然而异形结构、复杂结构、高层结构通常内部配筋密、难以振捣，对混凝土的工作性能要求越来越高。针对房建工程主要应用c30等中低强度等级的混凝土，但中低等级混凝土由于胶凝材料用量较少，其包裹性、流动性较差，对于高层结构、复杂结构、异形结构的浇筑施工难度较大、振捣密实较为困难，且在泵送施工中容易因为工作性不良导致堵、爆管现象发生。现有技术中，普通c30混凝土胶凝材料用量通常为320～350kg/m3，为了使c30混凝土达到自密实混凝土的工作性能，通常需要提高混凝土的胶凝材料用量为400～430kg/m3，其极大地增加了混凝土的生产成本，不符合经济性和低碳的要求。
4.因此，提供一种混凝土掺合料，改善中低强度等级混凝土的流动性，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于，提供一种易流型辅助胶凝材料，解决现有技术中低等级混凝土由于胶凝材料用量较少，其包裹性、流动性较差的技术问题。
6.本发明的目的之二在于，提供该易流型辅助胶凝材料的制备方法。
7.本发明的目的之三在于，提供该易流型辅助胶凝材料的应用。
8.本发明的目的之四在于，提供一种低胶材用量的低等级自密实混凝土。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
10.本发明提供的易流型辅助胶凝材料，由包括以下重量份的原料制成：
11.锂渣30-60份、石屑或石粉0-40份、钛矿渣0-70份，以及占锂渣、石屑或石粉、钛矿渣总质量0.5％-1.5％的改性材料。
12.本发明的部分实施方案中，由包括以下重量份的原料制成：锂渣40-60份、石屑或石粉10-30份、钛矿渣30-50份，以及占锂渣、石屑或石粉、钛矿渣总质量1.0％-1.5％的改性材料。
13.本发明所述锂渣为锂辉石或者锂云母提锂制备碳酸锂后产生的渣。本发明采用了活性较高的锂渣作为组成材料以保证混凝土掺合料的活性指数，同时利用锂渣密度较小(约2400kg/m3)、比表面积较大的特性保证利用该混凝土掺合料所获得的混凝土浆体量较多且粘聚性较好。
14.本发明所述钛矿渣粉为以钒钛磁铁矿为原料在高炉冶炼生铁时，所得以钛的硅酸盐矿物和钙钛矿为主要成分的熔融渣，经冷却所得。本发明采用了需水量低的钒钛矿渣粉以改善混凝土掺合料的需水量。
15.本发明所述石屑或石粉为通过机械粉磨制备的石灰石粉、花岗石粉或白云石粉中至少一种，或者石灰石、花岗石、白云石等矿石制备机制砂过程中产生的石屑或经收尘所得到的石粉。本发明采用了石粉优化混凝土掺合料的颗粒级配、降低混凝土掺合料的需水性，同时利用石粉的降粘、解聚作用保证锂渣粉良好的分散性。
16.本发明的部分实施方案中，所述改性材料的质量按100％计，含有65％-75％的木质素磺酸盐、20％-30％的萘磺酸甲醛缩合钠盐和3％-7％的三乙醇胺。
17.本发明的部分实施方案中，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的至少一种；
18.所述萘磺酸甲醛缩合钠盐为粉体材料，其硫酸钠含量低于20wt.％；
19.所述三乙醇胺为分析纯级。
20.本发明的部分实施方案中，石粉流动度比≥95％，亚甲蓝值≤0.5。
21.本发明提供的易流型辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将烘干后的各原料粉磨后，即得；
22.优选地，粉磨至45μm方孔筛筛余≤12％；
23.优选地，烘干后的各物料含水量≤1％。
24.本发明提供的易流型辅助胶凝材料在制备低等级自密实混凝土中的应用。
25.本发明的部分实施方案中，所述低等级自密实混凝土为c30自密实混凝土。
26.本发明提供的一种低等级自密实混凝土，其材料组成包括：权利要求1-5任意一项所述的易流型辅助胶凝材料65-75kg/m3、水165-175kg/m3、水泥190-200 kg/m3、粉煤灰85-95kg/m3、砂830-940kg/m3、碎石900-1010kg/m3、减水剂4.5-6.5 kg/m3。
27.本发明的部分实施方案中，所述水泥为42.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，
28.所述粉煤灰为i级或ii级粉煤灰，
29.所述砂为满足ii区级配要求的细度模数2.3～3.0的机制砂或天然砂，
30.所述碎石为粒径5～16mm或5～20mm碎石。
31.本发明的低等级所自密实混凝土扩展度和t500扩展时间可以分别达到 jgj/t 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》规定的sf2等级和vs1等级。
32.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
33.1.本发明设计科学，构思巧妙，利用锂渣、钛矿渣、石屑或石粉等固体废弃物以及改性材料，实现了复合掺合料的功能化，制备了易流型辅助胶凝材料。本发明利用锂渣、钛矿渣、石屑或石粉进行三元复合，充分发挥各自特点取长补短获得了高活性、高流动性的易流型辅助胶凝材料。其中主要利用锂渣高活性、高保水性、富浆效果好的特点使得辅助胶凝材料具有较高活性、富浆保水效果；利用钛矿渣需水量小的特点弥补锂渣需水量大的不足改善辅助胶凝材料的需水量，使得其具有较优的流动度比；利用石屑或石粉解聚降粘的特性改善锂渣粉的分散性，从而进一步优化辅助胶凝材料的流动度比。本发明提出的改性材料，具备助磨、减水等多重效应，且与混凝土减水剂适应性良好，能进一步优化易流型辅助胶凝材料在混凝土中的应用效果。通过本发明最终获得了性能优于jg/t 486-2015《混凝土
用复合掺合料》中易流型掺合料要求的易流型辅助胶凝材料。
34.2.利用该易流型辅助胶凝材料可在340～360kg/m3的胶凝材料用量，其中水泥用量低于200kg/m3的情况下制备出扩展度和t500扩展时间分别满足jgj/t 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》要求的sf2等级和vs1等级的c30自密实混凝土。本发明所获得的c30自密实混凝土相比普通c30混凝土的胶凝材料用量未增加，且相比利用粉煤灰和矿粉制备c30自密实混凝土胶凝材料降低了40～90kg/m3，具有明显的经济效益和低碳效果。
35.3.锂渣是我国发展新能源产业(生产锂电池电极材料)所产生的亟待解决的工业废弃物，钛矿渣也是我国攀西地区等产生的工业固废，本发明通过对这些工业固废的资源化利用，可以有效的避免其大量堆存带来的环境问题和安全隐患，同时可有效缓解粒化高炉矿渣粉、粉煤灰等掺合料的紧缺问题，为推进我国的生态环保事业作出了贡献，具有良好的经济效益和环镜效益。
具体实施方式
[0036][0037]
本发明所用的锂渣为生产碳酸锂所产生的工业废渣；钛矿渣粉为以钒钛磁铁矿为原料在高炉冶炼生铁时，所得以钛的硅酸盐矿物和钙钛矿为主要成分的熔融渣经冷却所获得；石屑或石粉为通过机械粉磨制备的石灰石粉、花岗石粉、白云石粉等，或者石灰石、花岗石、白云石等矿石制备机制砂过程中产生的石屑或经收尘所得到的石粉。
[0038]
本发明实施例中所述的水泥为42.5级硅酸盐水泥。
[0039]
本发明实施例中所述的萘磺酸甲醛缩合钠盐为粉体材料，其硫酸钠含量低于 20wt.％。
[0040]
本发明实施例所述的份如无特殊说明，均指重量份。
[0041]
实施例1
[0042]
本实施例公开了本发明的易流型辅助胶凝材料，其原料为：锂渣40份，钛矿渣50份，石灰石粉10份，以及占锂渣、钛矿渣和石灰石粉总质量的1.0％的改性材料；其中改性材料由如下重量份数的原料组成：木质素磺酸钙70份、萘磺酸甲醛缩合钠盐25份、三乙醇胺5份。
[0043]
本实施例的易流型辅助胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
[0044]
将烘干后的锂渣、钛矿渣、石灰石粉和改性材料加入球磨机中，粉磨20min 后，至45μm方孔筛筛余小于等于12％，得到该易流型辅助胶凝材料。烘干后的各物料水份均小于1％。
[0045]
实施例2
[0046]
本实施例公开了本发明的易流型辅助胶凝材料，其原料为：锂渣40份，钛矿渣30份，花岗石石屑10份，以及占锂渣、钛矿渣和花岗石石屑总质量的1.2％的改性材料；其中改性材料由如下重量份数的原料组成：木质素磺酸钙65份、萘磺酸甲醛缩合钠盐30份、三乙醇胺5份。
[0047]
本实施例的易流型辅助胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
[0048]
实施例3
[0049]
本实施例公开了本发明的易流型辅助胶凝材料，其原料为：锂渣30份，钛矿渣70
份，以及占锂渣、钛矿渣总质量的1.5％的改性材料；其中改性材料由如下重量份数的原料组成：木质素磺酸钠75份、萘磺酸甲醛缩合钠盐22份、三乙醇胺3份。
[0050]
本实施例的易流型辅助胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
[0051]
实施例4
[0052]
本实施例公开了本发明的易流型辅助胶凝材料，其原料为：锂渣60份，钛矿渣40份，以及占锂渣、钛矿渣总质量的0.5％的改性材料；其中改性材料由如下重量份数的原料组成：木质素磺酸钙73份、萘系减水剂粉剂20份、三乙醇胺 7份。
[0053]
本实施例的易流型辅助胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
[0054]
实施例5
[0055]
本实施例公开了本发明的易流型辅助胶凝材料，其原料为：锂渣60份，花岗石石屑40份，以及占锂渣、花岗石石屑总质量的0.5％的改性材料；其中改性材料由如下重量份数的原料组成：木质素磺酸钙75份、萘系减水剂粉剂20份、三乙醇胺5份。
[0056]
本实施例的易流型辅助胶凝材料的制备方法与实施例1相同。
[0057]
按照jg/t 486-2015《混凝土用复合掺合料》的规定，测试实施例1-5制得的易流型辅助胶凝材料性能，结果如表1所示。
[0058]
表1易流型辅助胶凝材料性能测试结果表
[0059][0060][0061]
实施例6
[0062]
本实施例公开了采用实施例4制得的易流型辅助胶凝材料制备c30自密实混凝土，c30自密实混凝土的材料组成如表2所示。
[0063]
表2实施例6的c30自密实混凝土组成
[0064]
原料水水泥ⅰ级粉煤灰辅助胶凝材料ii区中砂5～16mm碎石减水剂用量/kg/m317319890729059426
[0065]
c30自密实混凝土的制备方法为：
[0066]
将砂、石、水泥、粉煤灰、易流型辅助胶凝材料全部加入混凝土搅拌机中，开机搅拌10s，然后将水和减水剂的混合物加入搅拌机中，搅拌60s后出机测试各种性能以及装模。
[0067]
实施例7
[0068]
本实施例公开了采用实施例4制得的易流型辅助胶凝材料制备c30自密实混凝土，c30自密实混凝土的材料组成如表3所示。
[0069]
表3实施例7的c30自密实混凝土材料组成
[0070]
原料水水泥ⅰ级粉煤灰辅助胶凝材料ii区中砂5～16mm碎石减水剂用量/kg/m316819388709109486
[0071]
本实施例自密实混凝土的制备方法与实施例6相同。
[0072]
对比例1
[0073]
本对比例实施例6相比，不采用易流型辅助胶凝材料，采用粉煤灰和矿粉制备c30自密实混凝土。本对比例c30自密实混凝土的材料组成如表4所示。
[0074]
表4对比例1的c30自密实混凝土组成成分
[0075]
原料水水泥ⅰ级粉煤灰s95矿粉ii区中砂5～16mm碎石减水剂用量/kg/m3184220140408958955
[0076]
本对比例c30自密实混凝土的制备方法为：
[0077]
将砂、石、水泥、粉煤灰、s95矿粉全部加入混凝土搅拌机中，开机搅拌10s，然后将水和减水剂的混合物加入搅拌机中，搅拌60s后出机测试各种性能以及装模。
[0078]
性能检测
[0079]
将实施例6、7制得的c30自密实混凝土以及对比例1制得的c30自密实混凝土按jgj/t 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》和gb/t 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测试扩展度、t500时间和7d、28d抗压强度，结果如表5所示。
[0080]
表5对比例1和实施例67制备的自密实混凝土物理力学性能
[0081] 扩展度/mmt
500
/s7d抗压强度/mpa28d抗压强度/mpa对比例16106.524.838.0实施例66207.825.938.2实施例761010.127.440.1
[0082]
由表5可知，利用本发明易流型辅助胶凝材料制备的自密实混凝土的扩展度在jgj/t 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》中达到sf2等级，扩展时间达到vs1等级，其力学性能也符合gb/t 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》的要求，并且观察无泌水现象。
[0083]
利用本发明易流型辅助胶凝材料制备的自密实混凝土的胶凝材料用量为 340～360kg/m3，水泥用量低于200kg/m3；本发明所获得的c30自密实混凝土相比普通c30混凝土的胶凝材料用量未增加，且相比利用粉煤灰和矿粉制备c30 自密实混凝土胶凝材料降低了40～90kg/m3，本发明的采用更少的胶凝材料可以获得流动性更优和力学性能基本一致的自密实混凝土，具有明显的经济效益和低碳效果。
[0084]
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围。但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。