CN104177034A - 中性钠碱矿渣陶粒混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土及其制备方法，其由Na2SO4、水玻璃、矿渣、普通硅酸盐水泥、陶粒、砂和水等材料组成。具体制备方法：预湿、拌合粉料、制备碱激发剂、拌合骨料、振捣成型。它采用中性钠碱矿渣水泥代替传统的普通硅酸盐水泥，陶粒代替天然骨料。制备的混凝土在生产过程中工作性良好，并具有质轻、隔热、保温等优点，耐火性能和抗渗性能都很优异，而且环保性好。
Description
技术领域
本发明属于混凝土的制备领域，具体涉及一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土及其制备方法。
背景技术
我国十二五规划指出：“大幅度降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度，加快低碳技术研发应用”。混凝土作为使用量最大的人工材料，其传统生产工艺所带来的问题日益凸显。目前混凝土业现在正以每年约80亿吨的速度消耗天然骨料。大量开山、采石已经严重破坏了自然山体的景观和绿色植被，挖河床取砂石改变了河床位置及形状，造成水土流失或河流改道等严重后果。许多国家和地区已经没有可取的碎石和砂子，混凝土的骨料资源出现了严重危机。
另外，全球每年生产约33亿吨硅酸盐水泥，而生产1吨的硅酸盐水泥大约排放约1吨的CO2，并且消耗4～5GJ的能源。水泥行业已成为第3大温室效应的影响者（占5～8%），消耗5%全球能源。而且，硅酸盐水泥的生产工艺一般是两磨一烧，即原料（石灰石组分和粘土组分）要经过采掘、破碎、磨细和混匀制成生料，生料经1450℃的高温烧成熟料，熟料再经破碎，与石膏或其他混合材一起磨细成为水泥。这样的生产工艺决定了水泥生产必定要消耗大量的粘土资源，并且生产过程中会释放大量的CO2，对环境造成很大的污染。
矿渣对环境的污染严重。2007年中国钢产量突破4亿吨，每年产生的高炉水淬矿渣约1.2万吨。美国对矿渣治理有方，在20世纪50年代高炉矿渣的利用就达到排用平衡，而矿渣的主要用途就是在混凝土方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土及其制作方法。本发明以矿渣为主要原料，硅酸盐水泥作为激发剂的组分之一，制成碱矿渣水泥，硅酸盐水泥的用量只占中性钠碱矿渣水泥的5wt%左右，大大减少了硅酸盐水泥的用量；同时本发明采用Na2SO4和水玻璃复合作为激发剂，不仅解决了混凝土缓凝的问题，而且还使所配制的混凝土具有较高的力学性能；而采用陶粒取代混凝土中的骨料，减少了人类对砂石骨料的开采；本发明所制得的中性钠碱矿渣陶粒混凝土具有较好的工作性和力学性能，能取代传统混凝土应用于工程结构中，而且生产成本比传统的混凝土低，环保、经济效益显著，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土，原料包括Na2SO4、水玻璃、矿渣、硅酸盐水泥、陶粒、砂和水。
原料按重量分数计为：Na2SO4 1.77～1.96%、水玻璃0.59～0.65%、矿渣20.03～22.16%、硅酸盐水泥1.18～1.31%、陶粒33.37～34.41%、砂31.81～32.84%、水7.51～10.01%，以上各原料重量分数之和为100%。
所述的水玻璃的分子式是Na2O·MSiO2，其模数M为0.8～1.6，固含量100%；这里所述模数即为SiO2与Na2O的分子量之比，即 ，其中、表示水玻璃中SiO2、Na2O的质量百分数，1.032为常数。可采用加NaOH的方法调低水玻璃模数。具体调整方法如下所述：
假设原水玻璃中含SiO2 a%，Na2O b%，模数为m，则。现欲将水玻璃模数调整为n，设调整模数后的水玻璃含SiO2 a%，Na2O c%,则。由上述条件可得：，则调整模数后的水玻璃中Na2O的百分数为，因此需往原水玻璃中加入Na2O的百分数为，因此NaOH加入量为，其中62为Na2O分子量，40为NaOH分子量。
所述的硅酸盐水泥的标号为P.O 42.5。
中性钠碱矿渣陶粒混凝土的制备方法为：预湿、拌合粉料、制备碱激发剂、拌合骨料、振捣成型。
制备方法的具体步骤为：
（1）预湿：陶粒在水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
（2）拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
（3）制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
（4）拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5）振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则，宜为10～30秒。
本发明配方中各组分的选择依据和作用：碱矿渣水泥是一种可持续发展胶凝材料，与传统硅酸盐水泥的煅烧工艺相比, 碱矿渣水泥不需要消耗大量的粘土资源和能源，并且能消耗工业废料（如矿渣），有利于自然环境的保护和能源的合理利用，又能改善矿渣废料过剩污染环境的现状；而且将陶粒取代天然骨料可以减少因采砂石对环境的破坏，另外陶粒具有质轻、保温、隔热等优势。
中性钠碱矿渣陶粒混凝土具有传统混凝土所不具有的优势：(1)以矿渣为主要原料的碱矿渣水泥价格低廉，碱矿渣水泥的价格相较于普通硅酸盐水泥大约能降低10～30%左右；(2) 碱矿渣水泥的原材料来源广泛并且绿色环保，大大降低了普通水泥生产过程中带来的环境污染，同时可以消耗大量的工业废渣；(3)碱矿渣水泥的需水性（20%～24%）比普通硅酸盐水泥的需水性（25%～28%）低，即在相同水灰比条件下，碱矿渣水泥混凝土的流动性要优于普通硅酸盐水泥混凝土；(4)陶粒的强度相较于天然骨料低很多，但是仍然可以满足C20～C50混凝土的使用要求，与此同时，其密度比普通混凝土低20～30%，并且陶粒混凝土具有保温隔热的优异性能；(5)耐热性能优异，在650℃高温下，陶粒混凝土的强度损失10%～15%，耐火时间约4h，而普通混凝土的强度损失25%～65%，耐火时间约1h；(6) 抗渗性能优异：与普通硅酸盐水泥混凝土相比，碱矿渣水泥混凝土具有更低的水和氯离子渗透性，对侵蚀性介质，如酸、硫酸盐、氯离子的抗侵蚀性更好。
本发明的新型中性钠碱矿渣陶粒混凝土优点还在于：
（1）以矿渣为主要原料的碱矿渣水泥价格相对低廉，而且对环境污染小；
（2）所采用的材料大部分为绿色环保材料，降低了能耗；
（3）在满足一般混凝土施工要求的情况下，具有质轻保温隔热等优点；
（4）耐火性能、抗渗性能优异，力学性能满足使用要求。
具体实施例：
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土由Na2SO4、水玻璃、矿渣、普通硅酸盐水泥、陶粒、砂和水等材料组成；原料按照按照重量分数计为：Na2SO4 1.77～1.96%、水玻璃0.59～0.65%、矿渣20.03～22.16%、硅酸盐水泥1.18～1.31%、陶粒33.37～34.41%、砂31.81～32.84%、水7.51～10.01%，水玻璃分子式是Na2O·MSiO2，固体含量为100%，模数M为0.8～1.6。
制备方法的具体步骤为：
（1） 预湿：陶粒在净水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
（2） 拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
（3） 制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
（4） 拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5） 振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则，宜为10～30秒。
实施例1
中性钠碱矿渣陶粒混凝土其原料为：Na2SO4 1.96%、水玻璃 （模数为1.2，固含量为100%）0.65 %、矿渣21.51%、硅酸盐水泥1.27%、陶粒33.74%、砂32.01%、水8.86%。
制备方法的具体步骤为：
（1） 预湿：陶粒在净水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
（2） 拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
（3） 制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
（4） 拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5） 振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则，本次振捣时间为20s。
实施例2
中性钠碱矿渣陶粒混凝土原料按照按照重量分数计为：Na2SO4 1.77%、水玻璃0.59%（固体含量为100%、模数为0.8）、矿渣22.16%、硅酸盐水泥1.31%、陶粒34.41%、砂32.25%、水7.51%。
制备方法的具体步骤为：
（1）预湿：陶粒在净水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
（2）拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
（3）制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
（4）拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5）振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则，本次振捣时间为10秒。
实施例3
中性钠碱矿渣陶粒混凝土原料按照按照重量分数计为：Na2SO4 1.95%、水玻璃0.62%（固体含量为100%，模数M为1.6）、矿渣20.03%、硅酸盐水泥1.18%、陶粒33.37%、砂32.84%、水10.01%。
制备方法的具体步骤为：
（1）预湿：陶粒在净水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
（2）拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
（3）制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
（4）拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5）振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则，本次振捣时间为30s。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种中性钠碱矿渣陶粒混凝土，其特征在于：原料包括Na2SO4、水玻璃、矿渣、硅酸盐水泥、陶粒、砂和水。
2.根据权利要求1所述的中性钠碱矿渣陶粒混凝土，其特征在于：原料按重量分数计为：Na2SO4 1.77～1.96%、水玻璃0.59～0.65%、矿渣20.03～22.16%、硅酸盐水泥1.18～1.31%、陶粒33.37～34.41%、砂31.81～32.84%、水7.51～10.01%，以上各原料重量分数之和为100%。
3.根据权利要求1或2所述的中性钠碱矿渣陶粒混凝土，其特征在于：所述的水玻璃的分子式是Na2O·MSiO2，其模数M为0.8～1.6，固含量100%。
4.根据权利要求1或2所述的中性钠碱矿渣陶粒混凝土，其特征在于：所述的硅酸盐水泥的标号为P.O 42.5。
5.一种制备如权利要求1所述的中性钠碱矿渣陶粒混凝土的方法，其特征在于：包括以下步骤：预湿、拌合粉料、制备碱激发剂、拌合骨料、振捣成型。
6.根据权利要求5所述的中性钠碱矿渣陶粒混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
预湿：陶粒在水中预湿24h，并在实验前将陶粒滤干，并保持其饱和面干状态；
拌合粉料：将矿渣和硅酸盐水泥倒入搅拌机中干拌3分钟；
制备碱激发剂：将Na2SO4、水玻璃溶解在30℃以上的水中形成溶液，再将该溶液倒入步骤2中得到的混合物中，搅拌1分钟，制得碱矿渣水泥；
拌合骨料：将砂和陶粒倒入搅拌机中搅拌2.5分钟；
（5）振捣成型：振捣采用振动台振实和手工压实结合，振捣时间以拌合物捣实和避免轻骨料上浮为原则。
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