CN102718424B

CN102718424B - 一种高活性矿渣微粉及其制备方法

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Publication number: CN102718424B
Application number: CN2012102115176A
Authority: CN
Inventors: 苟德胜; 李斌斌
Original assignee: Jiangsu Builds China Pipe Pile Co Ltd
Current assignee: Jianhua Construction Materials China Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102718424A

Abstract

本发明公开一种高活性矿渣微粉及其制备方法，在粒化高炉矿渣粉磨过程中，按照10％～30％的比例掺入一种固体增效剂，共同研磨至比表面积350～600m²/kg的矿渣微粉。在混凝土及水泥制品中均可掺入此高活性矿渣微粉，因其自身带有较高活性及一定减水性能，在适当降低用水量的同时，还可促进混凝土及水泥制品的早期强度发展，同时掺入此高活性矿渣微粉的混凝土及水泥制品在自然养护或免蒸压的常压蒸汽养护条件下，可提前达到其设计性能要求，且添加了此高活性矿渣微粉的混凝土及水泥制品，其防腐、耐久性能也将得到明显提高。其固体增效剂主要组份如下：活性硅、硫酸盐、高活性氧化钙、少量有机物、适量其他无机材料，属高活性复合材料。

Description

一种高活性矿渣微粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域的一种高活性矿渣微粉及其制备方法。

背景技术

使用水泥与混凝土制品可以提高建筑工程施工效率，混凝土浇注后，若气候炎热、空气干燥，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，形成脱水现象，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落，此外，在混凝土尚未具备足够的强度时，水分过早的蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹，影响混凝土的耐久性和整体性。因此在混凝土强度增长期，为了在较短时间内得到足够的强度及加快模具周转，同时保证混凝土的强度、耐久性等技术指标，通常对其进行养护。传统的混凝土养护方法有自然养护、常压蒸汽养护和高温高压养护等。自然养护所需时间较长，且质量难以保证；常压蒸汽养护中科学合理的蒸养制度与工艺是生产高质量水泥混凝土制品的重要前提之一，养护工艺一般分为静停、升温、恒温、降温4个阶段，为了防止制品因内外温差过大或恒温温度过高而导致混凝土产生裂缝，必须严格控制蒸养过程中的升、降温速率及恒温温度等，过程繁琐复杂且要求严格，条件控制不好就容易造成混凝土制品达不到制备工艺要求；而高温高压养护条件要求比较高，通常许多施工地方各种资源已严重短缺，其苛刻的条件限制了其应用范围。

传统方法的缺陷已越来越难以适应现代施工需要，因此，人们研究出了混凝土养护的新型材料与工艺，粒化高炉矿渣是高炉矿渣经过水的急冷而得到的一种具有很高潜在活性的玻璃体结构材料，近年来已经在矿渣水泥、混凝土掺和料，矿渣微粉、矿渣纤维、筑路填料等方面得到很大利用，掺有矿渣微粉的混凝土与钢筋粘结力增强、混凝土后期强度提高、防止收缩开裂、混凝土碱度低等优良特点，是制备高性能混凝土的基本材料，2011年度我国钢铁产量达到68.3亿多吨，可以排出将近20亿吨的粒化高炉矿渣，高炉粒化矿渣的资源化利用节约能源，降低生产成本的同时也可以大大减少占地和环境污染，产生较好的经济效益和社会效益。虽然矿渣微粉的研究提高了强度、和易性、粘结力等混凝土性能，却从未从蒸汽养护时间和条件，高压设备的投入等资源节约、生产效率等角度进行改善。如何进一步提高矿渣微粉的潜在活性、增加其功能性、扩大其应用领域成为行业内一项很重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有矿渣微粉普遍存在的活性较低、应用领域局限、功能性相对单一的问题，提供一种活性高、应用领域广、具有多重功能性的矿渣微粉，在提高混凝土的综合性能的同时，亦达到提高生产效率、降低生产成本、节能减排的目的。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述高活性矿渣微粉由粒化高炉矿渣中掺入重量比为10％～30％的固体增效剂后共同研磨而成，比表面积为350～600m²/kg。

所述固体增效剂包括如下组份(重量百分比)：活性硅15％～75％、硫酸盐10％～75％、高活性氧化钙5％～60％、有机物1％～2％、无机物0.8％～5％。

所述活性硅为微硅粉、硅灰、超细粉煤灰中的一种或两种以上的混合物。

所述硫酸盐为天然磨细石膏或工业石膏中的一种或两种以上的混合物。

所述工业石膏为脱硫石膏、磷石膏或柠檬酸石膏的一种或两种以上的混合物。

所述高活性氧化钙中CaO含量不低于60％。

所述有机物为醇胺类阴离子型表面活性剂，优选为三乙醇胺或三异丙醇胺的一种或两种的混合物。

所述无机物为硅酸盐或碱性物质的一种或两种以上的混合物，优选为硅酸钠或硅酸钾的一种或两种的混合物。

所述固体增效剂包括如下组份(重量百分比)：活性硅27％～50％、硫酸盐15％～59％、高活性氧化钙10％～30％、有机物1％～2％、无机物1％～3％；优选为活性硅30％～40％、硫酸盐20％～50％、高活性氧化钙15％～25％、有机物1％～2％、无机物1％～3％。

一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述高活性矿渣微粉由粒化高炉矿渣中掺入重量比为20％～25％的固体增效剂后共同研磨而成，比表面积为350～600m²/kg。

一种高活性矿渣微粉的制备方法，其特征在于：将所述各组份按所述配比，经计量后在球磨机、立磨、辊压机等粉磨设备中共同粉磨至比表面积350～600m²/kg的矿渣微粉。

本发明所述的矿渣微粉潜在活性被充分激发，可迅速参与反应，其填充效应、堆积效应、微集料效应显著，促进混凝土早期强度的发展，同时带有一定的混凝土减水性，可以大大降低水胶比，保证其和易性及操作性，在水泥制品的应用试验中明显表明随着高活性矿渣微粉取代量的提高，胶砂流动度接近的条件下，需水量明显降低同时胶砂前期强度得到显著提升，且28d强度远高于基准胶砂强度，在混凝土中以本发明所述的高活性矿渣微粉取代水泥后，其强度及耐久性指标也更由于普通高强混凝土；而在设计C40标号混凝土中的应用试验也同样显示，高活性矿渣微粉取代部分水泥后，用水量明显降低，且强度发展迅速，自然养护14d强度已达到设计要求；同样本发明在混凝土强度等级为C80的蒸养高强混凝土中的应用结果显示，水胶比大大降低，且经过一次常压蒸汽养护后，添加了本发明的高活性矿渣微粉的混凝土1d强度即达到C80的等级要求，且其后期强度持续增长，2d强度几乎与经高压蒸汽养护的混凝土强度持平，以上结果都表明本发明的使用，可很大程度上降低常温、常压养护时间、无需高压蒸汽养护，因此，大大节省了蒸气使用量，减少高压设备的投入，节约了资源，有利于环保，社会、经济效益显著，同时，大大缩短从半成品到成品的时间，提高了生产效率，增强了竞争优势；另外，使用本发明，可以降低孔隙率，改善孔结构，进而提高混凝土及水泥制品的致密性，使成品在硫酸盐侵蚀、氯离子渗透、抗冻等耐久性方面都表现出较高的水平。

综上所述，此种高活性矿渣微粉，在提高混凝土的综合性能的同时，达到降低生产成本，节能减排的目的，一旦被大量应用于混凝土及水泥制品的生产，其必将带来很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：一种高活性矿渣微粉，由粒化高炉矿渣中掺入10％的固体增效剂后共同研磨而成。固体增效剂的配比为(重量百分比)：微硅粉15％、天然磨细石膏59％、高活性氧化钙20％、三乙醇胺1％、硅酸钠5％。

实施例2：一种高活性矿渣微粉，由粒化高炉矿渣中掺入20％的固体增效剂后共同研磨而成。固体增效剂的配比为(重量百分比)：超细粉煤灰50％、天然磨细石膏10％、脱硫石膏5％、高活性氧化钙30％、三异丙醇胺1％、硅酸钾2％及硅酸钠2％。

实施例3：一种高活性矿渣微粉，由粒化高炉矿渣中掺入30％的固体增效剂后共同研磨而成。固体增效剂的配比为(重量百分比)：微硅粉10％、超细粉煤灰17％、脱硫石膏10.2％、高活性氧化钙60％、三乙醇胺1％、三异丙醇胺1％及硅酸钾0.8％。

实施例4：一种高活性矿渣微粉，由粒化高炉矿渣中掺入25％的固体增效剂后共同研磨而成。固体增效剂的配比为(重量百分比)：硅灰20％、超细粉煤灰55％、脱硫石膏10％、高活性氧化钙10％、三异丙醇胺2％及硅酸钠3％。

实施例5：一种高活性矿渣微粉，由粒化高炉矿渣中掺入25％的固体增效剂后共同研磨而成。固体增效剂的配比为(重量百分比)：硅灰5％+超细粉煤灰10％、脱硫石膏75％、高活性氧化钙5％、三乙醇胺1.5％、三异丙醇胺0.5％、硅酸钾1％及硅酸钠2％。

上述实施例所制备的高活性矿渣微粉的性能试验结果如下：

一、实施例1-5的高活性矿渣微粉的产品特性

表1高活性矿渣微粉的产品特性

试验显示，实施例1-5所述的矿渣微粉活性指数大大提高，达到或超过市场上比表面积为600-1000m²/kg的矿渣微粉的活性指数。

二、高活性矿渣微粉在水泥制品中的应用试验

实施例4所制备的高活性矿渣微粉分别以重量比为10％、30％、50％等量取代水泥配制砂浆，使砂浆流动性大体相同，测试需水量的同时比对其3d、7d、28d的强度，具体结果如表2所示。

表2高活性矿渣微粉取代水泥配制砂浆对强度的影响

试验显示，随着高活性矿渣微粉取代量的提高，胶砂流动度接近的条件下，需水量明显降低。且胶砂前期强度得到显著提升，28d强度远高于基准胶砂强度。

三、高活性矿渣微粉在混凝土中的应用试验

1.采用实施例3所制备的高活性矿渣微粉设计C40标号混凝土，要求其塌落度为140～180mm，考察其需水量、养护时间及其强度指标，结果如表3所示。

表3用于设计C40标号混凝土的混凝土配合比及相关指标

试验显示，高活性矿渣微粉取代30％水泥后，用水量降低22kg/m³，且强度发展迅速，自然养护14d强度已达到设计要求。

2.实施例1和2所制备的高活性矿渣微粉在高强混凝土中的应用，混凝土强度等级C80，塌落度30～50mm，经过一次常压蒸汽养护，考察其水胶比、强度指标等，结果如表4所示。

表4在高强混凝土应用的混凝土配合比及相关指标

试验显示，在高强混凝土中以高活性矿渣微粉取代45％水泥后，水胶比降低到0.30以下。经过一次常压蒸汽养护后，添加了高活性矿渣微粉的混凝土1d强度即达到C80的等级要求。且其后期强度持续增长，2d强度几乎与经高压蒸汽养护的混凝土强度持平。故此高活性矿渣微粉可在高强混凝土中得到生产应用。

四、添加高活性矿渣微粉的混凝土耐久性能试验

以C80等级混凝土为例，以实施例5所制备的高活性矿渣微粉分别以重量比为20％、40％等量取代水泥，进行耐久性能试验，具体结果如表5所示。

表5在高强混凝土中取代水泥后强度及耐久性指标

试验显示，在高强混凝土中以高活性矿渣微粉等量取代20％、40％重量的水泥后，其强度及耐久性指标更优于普通高强混凝土。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims

1.一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述高活性矿渣微粉由粒化高炉矿渣中掺入重量比为10%~30%的固体增效剂后共同研磨而成，比表面积为350~600 m²/kg；所述的固体增效剂包括如下组份（重量百分比）：活性硅15%~75%、硫酸盐10%~75%、高活性氧化钙5%~60%、有机物1%~2%、无机物0.8%~5%；其中，所述活性硅为微硅粉、硅灰、超细粉煤灰中的一种或两种以上的混合物；所述硫酸盐为天然磨细石膏或工业石膏中的一种或两种以上的混合物；所述有机物为醇胺类阴离子型表面活性剂；所述无机物为硅酸盐或碱性物质的一种或两种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述工业石膏为脱硫石膏、磷石膏或柠檬酸石膏的一种或两种以上的混合物。

3. 根据权利要求1所述的一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述高活性氧化钙中CaO含量不低于60%。

4. 根据权利要求1所述的一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述醇胺类阴离子型表面活性剂为三乙醇胺或三异丙醇胺的一种或两种的混合物。

5. 根据权利要求1所述的一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾的一种或两种的混合物。

6. 根据权利要求1所述的一种高活性矿渣微粉，其特征在于：所述固体增效剂包括如下组份（重量百分比）：活性硅27%~50%、硫酸盐15%~59%、高活性氧化钙10%~30%、有机物1%~2%、无机物1%~3%；其中，所述活性硅为微硅粉、硅灰、超细粉煤灰中的一种或两种以上的混合物；所述硫酸盐为天然磨细石膏或工业石膏中的一种或两种以上的混合物；所述有机物为醇胺类阴离子型表面活性剂；所述无机物为硅酸盐或碱性物质的一种或两种以上的混合物。

7. 一种高活性矿渣微粉的制备方法，其特征在于：根据权利要求1所述的配比准确计量所述组份后，将所有组份共同在球磨机、立磨或辊压机中粉磨至比表面积为350~600m²/kg的矿渣微粉。