一种基于花岗岩石粉的混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及一种基于花岗岩石粉的混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.当前河砂、江砂的限采或禁采政策，使得机制砂用于混凝土工程成为必然，而机制砂生产过程中会产生大量的石粉，若石粉得不到合理应用，将会对环境造成污染和浪费资源。机制砂石粉的矿物成分和母岩相同，可替代水泥或传统的矿物掺合料如粉煤灰、矿渣粉等作为矿物掺合料用于混凝土制备。
3.机制砂石粉按矿物组成可大致分为：钙质岩石基石粉和硅质岩石基石粉。通常钙质岩石基石粉与减水剂的相容性优于硅质岩石基石粉。主要因为钙质石粉多呈岛状结构，吸水性小，而硅质石粉多为层状亲水结构，吸水性高，造成石粉需水比增高。若石粉含量过高，则会导致混凝土拌合物粘稠、流动性低，进而影响硬化混凝土的强度和耐久性。花岗岩的只要成分是sio2，属于硅质岩石，石粉中的云母颗粒呈薄片状，强度较低，易沿节理面错裂，内部层间结构复杂特殊，具有较强的吸附性，导致花岗岩石粉需水量变大。且花岗岩属于低活性石粉，若直接作为矿物掺合料制备混凝土，则对混凝土强度不利。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于花岗岩石粉的混凝土及其制备方法，本发明通过化学改性的方式，将花岗岩石粉由亲水改为疏水，解决花岗岩石粉吸水量大、吸附外加剂等问题，改善混凝土拌合物和易性，保证施工顺利进行。通过物理机械粉磨、添加助磨剂的方式，提高花岗岩石粉的易磨性、比表面积，减少团聚，提升其作为矿物掺合料的活性，通过不同石粉粒径改善混凝土骨料的微级配，提升混凝土密实性、力学性能和耐久性。
5.在混凝土中掺入自制的sio2溶胶，可以利用纳米级sio2颗粒填充胶凝材料之间的空隙。sio2溶胶可以加速水泥中硅酸三钙的水化，形成ca(oh)2晶核，同时还能与ca(oh)2发生二次水化，生成水化硅酸盐凝胶。可以有效改善胶凝材料浆体与粗细骨料之间的界面、减少混凝土的微空隙、使混凝土更加致密，进而提升混凝土强度和抗渗性。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种基于花岗岩石粉的混凝土，包括
8.水泥：230-250份；
9.粉煤灰：55-65份；
10.花岗岩石粉：55-65份；
11.机制砂：835-860份；
12.石：980-1005份；
13.水：165-175份；
14.sio2溶胶：15-36份；
15.减水剂：2.5-3.6份；
16.乙二胺四乙酸二钠：1-3份。
17.作为本发明进一步的方案：所述机制砂岩性为花岗岩，石粉含量小于10％。
18.作为本发明进一步的方案：一种基于花岗岩石粉的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
19.步骤一、花岗岩石粉粉磨：将花岗岩石粉在95-105℃的烘箱中烘干，冷却后和助磨剂混合均匀，然后研磨至不同粒径大小的石粉颗粒；
20.步骤二、石粉颗粒改性：将硅烷偶联剂配成0.5-2％的稀溶液，用醋酸调节ph至5，制备石粉表面改性剂，将粉磨后的石粉颗粒置于搅拌机中，将表面改性剂用滴管逐滴加入石粉颗粒，边加边搅拌，持续搅拌60-120min；得到改性石粉颗粒；
21.步骤三、配置sio2溶胶：将工业水玻璃与去离子水按一定体积比1:5的比例稀释，稀释后通过强阳离子交换树脂，交换至溶液ph值为2-3，水解60min，然后逐滴加入1mol/l的氨水调节溶液的ph值为4-7，进行缩聚反应，继续搅拌一段时间，得到sio2溶胶；
22.步骤四、将水泥、粉煤灰、石粉、砂、石、乙二胺四乙酸二钠加入强制式混凝土搅拌机内搅拌2分钟，混合均匀，然后将水、sio2溶胶、减水剂缓慢倒入搅拌机内，湿拌2min，得到一种改性花岗岩石粉混凝土。
23.作为本发明进一步的方案：所述助磨剂为三乙醇胺和乙二醇按质量比为1:1得到的混合物，助磨剂质量占石粉质量的0.2％。
24.作为本发明进一步的方案：所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、3,4-环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、3-环己基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷一种或几种。
25.作为本发明进一步的方案：所述偶联剂的质量为花岗岩石粉质量的0.8-1.2％。
26.作为本发明进一步的方案：所述偶联剂改性的温度为60-70℃。
27.作为本发明进一步的方案：所述强阳离子交换树脂为凝胶型强酸阳离子交换树脂。
28.本发明的有益效果：
29.本发明通过化学改性的方式，将花岗岩石粉由亲水改为疏水，解决花岗岩石粉吸水量大、吸附外加剂等问题，改善混凝土拌合物和易性，保证施工顺利进行。通过物理机械粉磨、添加助磨剂的方式，提高花岗岩石粉的易磨性、比表面积，减少团聚，提升其作为矿物掺合料的活性，通过不同石粉粒径改善混凝土骨料的微级配，提升混凝土密实性、力学性能和耐久性。
30.在混凝土中掺入自制的sio2溶胶，可以利用纳米级sio2颗粒填充胶凝材料之间的空隙。sio2溶胶可以加速水泥中硅酸三钙的水化，形成ca(oh)2晶核，同时还能与ca(oh)2发生二次水化，生成水化硅酸盐凝胶。可以有效改善胶凝材料浆体与粗细骨料之间的界面、减少混凝土的微空隙、使混凝土更加致密，进而提升混凝土强度和抗渗性。
附图说明
31.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
32.图1是本发明整体的结构示意图；
33.图2是本发明烘箱的内部结构示意图；
34.图3是本发明搅拌机构的整体结构示意图；
35.图4是本发明研磨辊的整体结构示意图；
36.图5是本发明研磨箱的俯视结构示意图。
37.图中：1、锥形烘干箱；2、搅拌机构；3、气缸一；4、活动连接块；5、气缸二；6、连杆；7、摇臂；8、研磨箱；9、旋转密封盘一；10、顶盖；11、下料斗；12、研磨辊；13、研磨板；14、研磨电机；15、旋转密封盘二；16、排料口；17、支撑杆；18、轴承；21、旋转电机一；22、旋转电机二；23、齿轮一；24、齿轮二；25、螺纹套；26、推盘；27、螺纹杆；28、推杆；29、刮板；210、滑槽；211、固定板；212、搅拌轴；213、活动连杆；214、滑块；215、伸缩连杆。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明为一种基于花岗岩石粉的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
40.步骤一、水泥：230-250份；粉煤灰：55-65份；花岗岩石粉：55-65份；机制砂：835-860份；石：980-1005份；水：165-175份；sio2溶胶：15-36份；减水剂：2.5-3.6份；乙二胺四乙酸二钠：1-3份；按照上述重量份原料称取，将花岗岩石粉在95-105℃的烘箱中烘干，冷却后和助磨剂混合均匀，然后研磨至不同粒径大小的石粉颗粒；
41.步骤二、石粉颗粒改性：将硅烷偶联剂配成0.5-2％的稀溶液，用醋酸调节ph至5，制备石粉表面改性剂，将粉磨后的石粉颗粒置于搅拌机中，将表面改性剂用滴管逐滴加入石粉颗粒，边加边搅拌，持续搅拌60-120min；使石粉改性完全，最终石粉表面的亲水基团变为疏水基团，得到改性石粉颗粒；
42.步骤三、配置sio2溶胶：将工业水玻璃与去离子水按一定体积比1:5的比例稀释，稀释后通过强阳离子交换树脂，交换至溶液ph值为2-3，水解60min，然后逐滴加入1mol/l的氨水调节溶液的ph值为4-7，进行缩聚反应，继续搅拌一段时间，得到sio2溶胶；
43.步骤四、将水泥、粉煤灰、石粉、砂、石、乙二胺四乙酸二钠加入强制式混凝土搅拌机内搅拌2分钟，混合均匀，然后将水、sio2溶胶、减水剂缓慢倒入搅拌机内，湿拌2min，得到一种改性花岗岩石粉混凝土。
44.所述助磨剂为三乙醇胺和乙二醇按质量比为1:1得到的混合物，助磨剂质量占石粉质量的0.2％。所述机制砂岩性为花岗岩，石粉含量小于10％；
45.所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。所述偶联剂的质量为花岗岩石粉质量的0.8-1.2％。所述偶联剂改性的温度为60-70℃。所述强阳离子交换树脂为凝胶型强酸阳离子交换树脂，实现na 与h 的交换得到硅酸。然后经过水解、缩聚、交联，形成sio2溶胶；所述乙二胺四乙酸二钠能提高胶凝材料的流动性，使砂、石能更均匀的分布在胶凝材料里，提升了胶凝材料与砂、石的紧密程度。
46.对比例：将收集到的机制砂石粉不做任何处理，按照表1中对比例的配合比进行混凝土验证试验。
47.实施例1：将100份花岗岩石粉在(100
±
5)℃烘箱中烘干，冷却后与0.2份助磨剂混合均匀，然后研磨至比表面积500m2/kg的粉体。将硅烷偶联剂配成1％的稀溶液，用醋酸调节ph至5，制备石粉表面改性剂。取60g粉磨后的石粉颗粒置于搅拌机中，用滴管将6g表面改性剂逐滴加入石粉，边加边搅拌，持续搅拌90min，使石粉改性完全。
48.将工业水玻璃与去离子水按一定体积比1:5的比例稀释，稀释后通过强阳离子交换树脂，交换至溶液ph值为2，水解60min，然后逐滴加入1mol/l的氨水调节溶液的ph值为5，进行缩聚反应，继续搅拌一段时间，得到sio2溶胶。
49.将原材料按照按照表1中对比例的配合比进行混凝土验证试验。
50.实施例2：将100份花岗岩石粉在(100
±
5)℃烘箱中烘干，冷却后取50g石粉与0.05份助磨剂混合均匀，然后研磨至比表面积400m2/kg的粉体。另外50g石粉与0.1份助磨剂混合均匀，然后置于粉磨机中粉磨至比表面积500m2/kg的粉体。将硅烷偶联剂配成1％的稀溶液，用醋酸调节ph至5，制备石粉表面改性剂。分别取30g比表面积400m2/kg和30g比表面积500m2/kg的石粉置于搅拌机中，用滴管将6g表面改性剂逐滴加入石粉，边加边搅拌，持续搅拌90min，使石粉改性完全。
51.将工业水玻璃与去离子水按一定体积比1:5的比例稀释，稀释后通过强阳离子交换树脂，交换至溶液ph值为2，水解60min，然后逐滴加入1mol/l的氨水调节溶液的ph值为6，进行缩聚反应，继续搅拌一段时间，得到sio2溶胶。
52.将原材料按照按照表1中对比例的配合比进行混凝土验证试验。
53.实施例3：将100份花岗岩石粉在(100
±
5)℃烘箱中烘干，冷却后与0.2份助磨剂混合均匀，然后研磨至比表面积500m2/kg的粉体。将硅烷偶联剂配成1％的稀溶液，用醋酸调节ph至5，制备石粉表面改性剂。取60g粉磨后的石粉颗粒置于搅拌机中，用滴管将6g表面改性剂逐滴加入石粉，边加边搅拌，持续搅拌120min，使石粉改性完全。
54.将原材料按照按照表1中对比例的配合比进行混凝土验证试验。此实施例不添加sio2溶胶。
55.表1.混凝土配合比(kg/m3)
56.编号水泥粉煤灰石粉机制砂石子水减水剂sio2溶胶对比例24060608499981703.20实施例124060608499981702.618实施例224060608499981702.618实施例324060608499981703.00
57.表2.c30性能试验数据
[0058][0059]
实施例4
[0060]
请参阅图1-5所示：所述烘箱包括锥形烘干箱1，所述锥形烘干箱1上设置有加热机构，用于加热，所述锥形烘干箱1的底部固定安装有研磨箱8，所述研磨箱8的顶部开设有排料口16，所述排料口16的内壁之间通过多根支撑杆17与轴承18固定连接，所述轴承18内插接有搅拌机构2，所述搅拌机构2位于锥形烘干箱1，所述锥形烘干箱1的顶部固定安装有顶盖10，所述顶盖10上开设有进料孔，所述搅拌机构2包括旋转电机一21，所述旋转电机一21固定安装在顶盖10上，所述旋转电机一21的输出轴上固定安装有搅拌轴212，所述搅拌轴212的两侧均固定安装有固定板211，所述固定板211上开设有滑槽210，所述滑槽210上滑动连接有滑块214，所述滑块214的两侧均活动连接有倾斜设置的伸缩连杆215，所述伸缩连杆215包括套筒一、导向杆、弹簧和套筒二，所述套筒一和套筒二之间设置有导向杆，所述导向杆上套接有弹簧，所述伸缩连杆215的端部活动连接有倾斜设置的刮板29，所述刮板29与固定板211之间还设置有多根活动连杆213，所述滑块214的一端固定安装有推杆28，所述推杆28的另一端固定安装有推盘26，所述推盘26的顶部转动连接有螺纹杆27，所述螺纹杆27套接在搅拌轴212上，所述螺纹杆27外螺纹连接有螺纹套25，所述螺纹套25的顶部固定安装有齿轮二24，所述齿轮二24与齿轮一23啮合连接，所述齿轮一23固定安装在旋转电机二22的输出轴上，所述旋转电机二22竖直安装在顶盖10上；
[0061]
所述锥形烘干箱1的两侧均活动连接有摇臂7上，所述摇臂7的中心处通过气缸二5与锥形烘干箱1连接，所述摇臂7的端部水平设置有连杆6，所述连杆6延伸至研磨箱8内且与梯形板连接，所述锥形烘干箱1的两侧还倾斜设置有气缸一3，所述气缸一3的活塞杆端部活动连接有活动连接块4，所述活动连接块4活动安装在旋转密封盘一9的一侧，所述旋转密封盘一9的另一侧对称设置有研磨板13，两块所述研磨板13为弧形结构，且两块所述研磨板13的间隙处与梯形板适配，所述锥形烘干箱1的一侧转动连接有旋转密封盘二15，所述旋转密封盘二15的一侧固定安装有研磨电机14，所述研磨电机14的输出轴贯穿旋转密封盘二15与研磨辊12连接，所述研磨辊12位于两块所述研磨板13之间；所述研磨辊12与旋转密封盘一9之间通过轴承连接，所述研磨板13与旋转密封盘二15转动连接，所述研磨板13的上方设置有下料斗11，所述下料斗11与两块所述研磨板13的之间的间隙处适配，所述下料斗11位于排料口16下方。
[0062]
该烘箱的工作工程为：首选驱动旋转电机二22，带动齿轮一23转动，齿轮一23带动齿轮二24转动，进而带动螺纹套25转动，螺纹套25带动螺纹杆27转动，进而推动推盘26下降，推盘26推动多个推杆28下降，进而推动滑块214在滑槽210中运动，通过在活动连杆213、
伸缩连杆215的作用下，推动倾斜的刮板29向外撑开，与锥形烘干箱1内壁接触；
[0063]
然后将花岗岩石粉加入到锥形烘干箱1中，驱动旋转电机一21带动搅拌轴212转动，进而带动刮板29转动，对花岗岩石粉进行搅拌烘干，提高烘干效果，并且刮板29可以将锥形烘干箱1内壁上的花岗岩石粉刮下，避免长时间烘干，保证其受热均匀，同时方便将内壁进行清理；
[0064]
烘干之后，先向锥形烘干箱1中加入助磨剂混合均匀，然后驱动气缸二5，气缸二5带动摇臂7转动，进而将连杆6拔出，气缸一3推动旋转密封盘一9转动，进而带动两块研磨板13转动，研磨板13开口向上，花岗岩石粉下落，并且驱动研磨电机14，带动研磨辊12转动，在研磨辊12和两块研磨板13的作用下，对花岗岩石粉进行研磨，最后排除；在研磨的过程中，收缩刮板29，形成倒立的锥形，刮板29转动的过程中，会有向下的力，加快输送花岗岩石粉。
[0065]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。