改性硅錳渣及利用該硅錳渣制備的混凝土及混凝土的制法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改性硅錳渣及利用該硅錳渣制備的混凝土及混凝土的制法，屬于混凝土制備【技術(shù)領(lǐng)域】。改性硅錳渣，包括如下原料：硅錳渣粉和有機(jī)鹽。采用有機(jī)鹽激發(fā)劑對硅錳渣進(jìn)行化學(xué)激發(fā)，代替了現(xiàn)有技術(shù)中常用的無機(jī)堿激發(fā)劑對硅錳渣進(jìn)行的化學(xué)激發(fā)，采用本發(fā)明所述改性硅錳渣制備混凝土?xí)r，改性硅錳渣的摻量可達(dá)膠凝材料總量的44~80wt%，且3d抗壓強度可達(dá)11.4~33.0MPa、28d抗壓強度可達(dá)27.2~74.3MPa。且穩(wěn)定性好，在降低混凝土成本的同時，大大提高了硅錳渣粉的利用率，有利于減少硅錳渣帶來的環(huán)境污染問題。
【專利說明】改性硅錳渣及利用該硅錳渣制備的混凝土及混凝土的制法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性硅錳渣及利用該硅錳渣制備的混凝土及混凝土的制備方法，屬于混凝土【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]硅錳渣是鐵合金企業(yè)用錳礦、富錳渣、石灰、焦炭和硅石等原料在礦熱爐中冶煉硅錳合金時排放的高溫爐渣經(jīng)過水淬或在空氣中自然冷卻形成的一種工業(yè)廢渣，其化學(xué)成分主要是SiO2和CaO，其次是Α1203、Μη0。據(jù)相關(guān)企業(yè)統(tǒng)計和報道，每生產(chǎn)It硅錳合金將產(chǎn)生1.2^1.3t硅錳渣，近10年來，每年約有300萬t硅錳渣產(chǎn)生，且大部分鐵合金企業(yè)排放的硅錳渣未經(jīng)任何處理直接丟棄，或排入河、海中，或筑壩堆置起來。任意排放和堆置的硅錳渣不僅占用大量土地，而且還污染環(huán)境，同時也造成可利用資源的浪費，因此綜合利用廢棄的硅錳渣，讓其變廢為寶已是當(dāng)務(wù)之急。
[0003]目前，硅錳渣的資源利用主要集中于建筑材料領(lǐng)域。硅錳渣中雖有較高的玻璃體，活性很高，但是活性必須在堿性激發(fā)劑的存在下才能發(fā)揮。目前的堿性激發(fā)劑主要有氧化鈣、無水硫酸鈉、氫氧化鈉或水玻璃等。諸如，中國專利文獻(xiàn)CN102180612A公開了一種用于水泥或高性能混凝土的復(fù)合摻合料，該復(fù)合摻合料包括硅錳渣50-70份、礦渣10-20份、石灰石8~15份；該復(fù)合摻合料的制備方法如下:將硅錳渣、高爐礦渣、分別烘干或人工晾干備用，將石灰石破碎備用；按所述組分質(zhì)量份數(shù)比將硅錳渣、礦渣、石灰石配伍入球磨機(jī)粉磨，粉磨細(xì)度達(dá)勃氏比表面積不低于400m2/kg,或0.08mm方孔篩篩余量不大于2%,或0.045mm方孔篩篩余量不大于20% ，即制得用于水泥的硅錳渣基復(fù)合摻合料。
[0004]上述技術(shù)在粉磨過程中加入石灰石和礦渣，石灰石作為堿性激發(fā)劑，在粉磨過程中可以對硅錳渣起到化學(xué)激發(fā)的作用，而礦渣和石灰石還均具有助磨作用，可以加速硅錳渣的粉磨，而粉磨又可以對硅錳渣起到機(jī)械活化的作用，這樣綜合作用可以提高硅錳渣的活性。經(jīng)上述無機(jī)堿氧化鈣的化學(xué)活化和共粉磨的機(jī)械活化的硅錳渣基復(fù)合摻合料用于混凝土?xí)r，隨著混凝土中的水泥水化產(chǎn)生Ca (OH)2，硅錳渣基復(fù)合摻合料中經(jīng)活化的硅錳渣可以與產(chǎn)生的Ca (OH)2直接發(fā)生二次反應(yīng)，產(chǎn)生多種新物質(zhì)，使混凝土強度得到較大提高。由于二次反應(yīng)的發(fā)生又可以加速水泥的水化，使得在早期混凝土中的水泥水化產(chǎn)生大量的Ca (OH)2，進(jìn)而使混凝土的抗壓強度在早期(3d、7d)即得到較大提高。該硅錳渣基復(fù)合摻合料的摻量占膠凝材料比例為30wt%時制備得到的混凝土的7d抗壓強度可達(dá)38.2MPa、28d的抗壓強度可達(dá)55.2MPa。
[0005]但是，當(dāng)娃猛洛基復(fù)合摻合料的加入量占混凝土中膠凝材料的總量大于30wt%時，由于混凝土中水泥用量的急劇減少，導(dǎo)致水泥水化生成的Ca (OH) 2等堿性水化產(chǎn)物減少，尤其是在早期，水泥在硅錳渣的作用下快速水化釋放了大量的Ca (OH) 2等堿性水化產(chǎn)物，使得混凝土的早期強度雖然可以得到一定提高，但是由于后期水泥水化生成的Ca (OH)2等堿性水化產(chǎn)物更少，對后期無機(jī)堿激發(fā)的硅錳渣基復(fù)合摻合料的活性發(fā)揮不利，會嚴(yán)重影響混凝土的后期抗壓強度(即28d的抗壓強度)。為了不影響混凝土的后期抗壓強度，需要控制復(fù)合摻合料的加入量占膠凝材料總質(zhì)量不能超過30wt%。由于硅錳渣基復(fù)合摻合料的加入量不大于30wt%，相當(dāng)于硅錳渣用于混凝土的添加量更少，這樣會導(dǎo)致硅錳渣的利用率低，不利于解決硅錳渣排放量大而產(chǎn)生的堆積和環(huán)境污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中采用無機(jī)堿激發(fā)的硅錳渣用于混凝土?xí)r，為了保證混凝土的后期強度，硅錳渣的摻量不能超過膠凝材料總量的30wt%，從而導(dǎo)致硅錳渣的利用率低，不利于解決硅錳渣排放量大而產(chǎn)生的堆積和環(huán)境污染問題，進(jìn)而提供一種改性硅錳渣，其用于制備混凝土?xí)r摻量可以達(dá)到44~80被％，且制備得到的混凝土具有后期強度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改性硅錳渣，包括如下原料:硅錳渣粉和有機(jī)鹽。
[0008]由如下原料組成:硅錳渣粉、有機(jī)鹽。
[0009]所述有機(jī)鹽的添加量占所述娃猛洛粉質(zhì)量的0.2"0.5wt%。
[0010]所述有機(jī)鹽為含羥基的有機(jī)鹽或含氨基的有機(jī)鹽。
[0011]所述含羥基的有機(jī)鹽為檸檬酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽中的任意一種或幾種；所述含氨基的有機(jī)鹽為對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽中的任意一種或幾種。
[0012]所述硅錳渣粉的比表面積≥400m2/kg。
[0013]本發(fā)明還提供一種利用所述改性硅錳渣制備得到的混凝土，以每立方米混凝土計，包括如下質(zhì)量的原料:水泥66~290kg、砂70(T925kg、石子930~1040kg、水155~175kg、占膠凝材料總質(zhì)量比為44、0wt%的改性硅錳渣、減水劑5~15kg。
[0014]優(yōu)選地，所述改性硅錳渣占膠凝材料總質(zhì)量的6(T75wt%
本發(fā)明還提供了所述混凝土的制備方法，包括如下步驟:
(1)將一定量的硅錳渣粉和一定量的有機(jī)鹽混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入一定量的水泥、砂子、減水劑和水充分?jǐn)嚢瑁玫剿嗌皾{；
(3)向所述水泥砂漿中加入一定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0015]改性硅錳渣及利用該硅錳渣制備的混凝土及混凝土的制法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明所述改性硅錳渣，采用有機(jī)鹽激發(fā)劑對硅錳渣進(jìn)行化學(xué)激發(fā)，代替了現(xiàn)有技術(shù)中常用的無機(jī)堿激發(fā)劑對硅錳渣進(jìn)行的化學(xué)激發(fā)，因為無機(jī)堿與硅錳渣粉相互作用時，只能單純的增強硅錳渣粉的活性，加快水泥的水化速度，而采用有機(jī)鹽對硅錳渣粉進(jìn)行化學(xué)激發(fā)時，有機(jī)鹽與娃猛洛粉相互作用時，一方面有機(jī)鹽具有一定的堿性，可以與娃猛洛粉中的玻璃體相互作用，起到化學(xué)激發(fā)作用；另一方面有機(jī)鹽中的長鏈結(jié)構(gòu)可以對硅錳渣粉起到包覆作用，經(jīng)有機(jī)鹽包覆后的硅錳渣粉用于混凝土?xí)r，可以減緩硅錳渣粉與水泥水化產(chǎn)生的Ca (OH)2的二次反應(yīng)速度，進(jìn)而可以控制水泥的水化速度，使得水泥的水化在混凝土整個保養(yǎng)期內(nèi)均勻進(jìn)行，從而保證了混凝土保養(yǎng)期內(nèi)水泥的水化產(chǎn)物均可以與硅錳渣粉發(fā)生二次反應(yīng)后，使得混凝土的早期強度和后期強度都可以都得到較大提高。在混凝土的力學(xué)性能均滿足施工要求的前提下，硅錳渣粉的摻量可以高達(dá)449T80wt%，大幅降低了水泥用量，降低了單方混凝土的成本。采用本發(fā)明所述改性硅錳渣制備混凝土?xí)r，3d抗壓強度可達(dá)11.4~33.0MPa、28d抗壓強度可達(dá)27.2^74.3MPa，且穩(wěn)定性好，在降低混凝土成本的同時，大大提高了硅錳渣粉的利用率，有利于減少硅錳渣帶來的環(huán)境污染問題。
[0016]( 2 )本發(fā)明所述改性硅錳渣，進(jìn)一步選擇羥基有機(jī)鹽或氨基有機(jī)鹽對硅錳渣進(jìn)行改性，因為羥基有機(jī)鹽或氨基有機(jī)鹽分子中含有-OH、-C00-或氨基(-NH2),而硅錳渣粉表面都吸附有水分子，羥基有機(jī)鹽或氨基有機(jī)鹽分子中含有的-OH、-C00-或氨基(-NH2)與水分子之間可以形成氫鍵，吸附在硅錳渣粉表面，延緩了硅錳渣粉與水泥水化產(chǎn)物的二次反應(yīng)速度，進(jìn)一步保證了混凝土保養(yǎng)期內(nèi)水泥的水化產(chǎn)物均可以與硅錳渣粉發(fā)生二次反應(yīng)，使得混凝土具有最佳的早期強度和后期強度，有利于混凝土的保坍性。
[0017](3)本發(fā)明所述混凝土的制備方法，先將硅錳渣粉與有機(jī)鹽混合均勻，使二者充分接觸，一方面便于有效激發(fā)硅錳渣粉的活性，另一方面也便于硅錳渣粉的表面被有機(jī)鹽包覆；再投入水泥、砂子和水充分?jǐn)嚢杈鶆?，水泥水化作用生成新的水化產(chǎn)物，與表面均勻包覆有有機(jī)鹽的硅錳渣粉均勻進(jìn)行二次反應(yīng)，即可以進(jìn)一步激發(fā)硅錳渣粉的活性，又能夠使得二次反應(yīng)均勻進(jìn)行，避免水泥水化速度過快帶來的混凝土早期強度高、后期強度低，影響混凝土保坍性的問題。采用本發(fā)明所述制備方法制備得到的混凝土，改性硅錳渣粉的添加量可以高達(dá)42~80wt%，具有大幅降低水泥用量、且制備得到的混凝土的早期抗壓強度和后期抗壓強度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0018]【具體實施方式】
以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述，但不局限于此。
[0019]本發(fā)明所述實施例中所用原材料如非特制，均為市售產(chǎn)品。原材料具體選擇如下:
娃猛洛粉:比表面積大于400m2/kg,產(chǎn)地大同豐宇；
水泥:市售P.042.5水泥；
石子:5~25mm連續(xù)級配碎石，產(chǎn)地河北三河。
[0020]砂子:中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6~2.8，產(chǎn)地北京密云；
減水劑:北京恒安聚羧酸高性能減水劑；
激發(fā)劑:市售檸檬酸鈉、酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉、對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽、酒石酸鉀。
[0021]水:自來水。
[0022]實施例1
本實施例所述改性硅錳渣A，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為400m2/kg的硅錳渣粉、0.2kg的檸檬酸鈉。
[0023]實施例2
本實施例所述改性硅錳渣B，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為500m2/kg的硅錳渣粉、0.45kg的葡萄糖酸鈉。
[0024]實施例3
本實施例所述改性硅錳渣C，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為450m2/kg的硅錳渣粉、0.4kg的酒石酸鈉。[0025]實施例4
本實施例所述改性硅錳渣D，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為450m2/kg的硅錳渣粉、0.5kg的氨基葡萄糖鹽酸鹽。
[0026]實施例5
本實施例所述改性硅錳渣E，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為450m2/kg的硅錳渣粉、0.5kg的氨基葡萄糖硫酸鹽。
[0027]實施例6
本實施例所述改性硅錳渣F，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為450m2/kg的硅錳渣粉、0.4kg的對氨基苯磺酸鈉。
[0028]實施例7
本實施例所述改性硅錳渣G，由如下材料構(gòu)成:100kg的比表面積為450m2/kg的硅錳渣粉、0.5kg的酒石酸鉀。
[0029]進(jìn)一步地， 本發(fā)明分別以上述實施例廣7中的改性硅錳渣AM為摻合料制備混凝土，具體如實施例8"14所示:
實施例8
本實施例所述C40混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為230kg、砂為799kg、石子為1013kg、改性硅錳渣A為180.36kg(其中硅錳渣粉180kg、檸檬酸鈉0.36kg)、水165kg、減水劑8.6kg。
[0030]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的檸檬酸鈉混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分?jǐn)嚢瑁玫剿嗌皾{；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0031]實施例9
本實施例所述C30混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為120kg、砂為835kg、石子為974kg、改性硅錳渣B為286.28kg(其中硅錳渣粉285kg、葡萄糖酸鈉1.28kg)、水170kg、減水劑7.6kg。
[0032]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的葡萄糖酸鈉混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分?jǐn)嚢?，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0033]實施例10
本實施例所述C60混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為290kg、砂為700kg、石子為1040kg、改性硅錳渣C為240.96kg(其中硅錳渣粉240kg、酒石酸鈉0.96kg)、水155kg、減水劑15kg。
[0034]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的酒石酸鈉混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分?jǐn)嚢?，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0035]實施例U
本實施例所述C20混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為66kg、砂為925kg、石子為930kg、改性硅錳渣D為265.32kg(其中硅錳渣粉264kg、氨基葡萄糖鹽酸鹽1.32kg)、水175kg、減水劑5kg。
[0036]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的氨基葡萄糖鹽酸鹽混合均勻，得到改性硅錳渣
粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑、和水充分?jǐn)嚢?，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0037]實施例12 本實施例所述C35混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為145kg、砂為810kg、石子為988kg、改性硅錳渣E為271.355kg(其中硅錳渣粉270kg、氨基葡萄糖硫酸鹽
1.35kg)、水 169kg、減水劑 8.9kg。
[0038]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(O將特定量的硅錳渣粉和特定量的氨基葡萄糖硫酸鹽混合均勻，得到改性硅錳渣
粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分?jǐn)嚢?，得到水泥砂漿；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0039]實施例13
本實施例所述C25混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為90kg、砂為890kg、石子為942kg、改性硅錳渣F為264.05kg (其中硅錳渣粉263kg、對氨基苯磺酸鈉1.05kg)、水173kg、減水劑6.2kg。
[0040]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的對氨基苯磺酸鈉混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂、減水劑和水充分?jǐn)嚢瑁玫剿嗌皾{；
(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0041]實施例14
本實施例所述C50混凝土的配方如下:以每立方米混凝土計，水泥為265kg、砂為732kg、石子為1022kg、改性硅錳渣G為241.2kg (其中硅錳渣粉240kg、酒石酸鉀1.2kg)、水 160kg、減水劑 11.8kg。
[0042]本實施例所述混凝土的制備方法如下:
(1)將特定量的硅錳渣粉和特定量的酒石酸鉀混合均勻，得到改性硅錳渣粉；
(2)向所述改性硅錳渣粉中依次加入特定量的水泥、砂子和水充分?jǐn)嚢瑁玫剿嗌?br> 漿；(3)向所述水泥砂漿中加入特定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
[0043]對比例1
進(jìn)一步地，本發(fā)明還采用【背景技術(shù)】中引用的專利文獻(xiàn)CN102180612A中所述的復(fù)合摻合料制備混凝土作為對比例，其中復(fù)合摻合料H的配比如下:娃錳渣50kg、高爐礦渣20kg、石灰石15kg ;混凝土的配比如下:水泥273kg、砂798kg、石子1082kg、水162kg、減水劑
7.8kg、復(fù)合摻合料H為182kg (復(fù)合摻合料H占膠凝材料比例為40wt%、硅錳渣占膠凝材料比例為23wt%)。
[0044]對比例2
此外，本發(fā)明還進(jìn)一步以無水硫酸鈉為激發(fā)劑對硅錳渣進(jìn)行激活后，采用該無水硫酸鈉激活的硅錳渣作為摻合料制備混凝土，混凝土配比如下:水泥273kg、砂798kg、石子1082kg、水162kg、減水劑7.8kg、硅錳渣為182kg、無水硫酸鈉5.46kg (硅錳渣占膠凝材料比例 40wt%)。
[0045]對實施例8~14以及對比例中制備得到的混凝土進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果如表1所示。
[0046]表1混凝土的性能測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種改性硅錳渣，其特征在于，包括如下原料:硅錳渣粉和有機(jī)鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性硅錳渣，其特征在于，由如下原料組成:硅錳渣粉、有機(jī)鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述改性硅錳渣，其特征在于，所述有機(jī)鹽的添加量占所述硅錳渣粉質(zhì)量的0.2~0.5wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述改性硅錳渣，其特征在于，所述有機(jī)鹽為含羥基的有機(jī)鹽或含氨基的有機(jī)鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述改性硅錳渣，其特征在于，所述含羥基的有機(jī)鹽為檸檬酸鹽、酒石酸鹽、葡萄糖酸鹽中的任意一種或幾種；所述含氨基的有機(jī)鹽為對氨基苯磺酸鈉、氨基葡萄糖鹽酸鹽、氨基葡萄糖硫酸鹽中的任意一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1飛任一所述改性硅錳渣，其特征在于，所述硅錳渣粉的比表面積^ 400m2/kg。
7.利用權(quán)利要求1飛任一所述改性硅錳渣制備得到的混凝土，其特征在于，以每立方米混凝土計，包括如下質(zhì)量的原料:水泥66~290kg、砂700~925kg、石子93(Tl040kg、水155~175kg、占膠凝材料總質(zhì)量比為44~80被％的改性硅錳渣、減水劑5~15kg。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土，其特征在于，所述改性硅錳渣占膠凝材料總質(zhì)量的60~75wt%。
9.權(quán)利要求任一所述混凝土的制備方法，包括如下步驟: (1)將一定量的硅錳渣粉和一定量的有機(jī)鹽混合均勻，得到改性硅錳渣粉； (2)向所述改性硅錳渣粉 中依次加入一定量的水泥、砂子、減水劑和水充分?jǐn)嚢?，得到水泥砂漿； (3)向所述水泥砂漿中加入一定量的石子，攪拌均勻，得到混凝土。
【文檔編號】C04B5/06GK103755165SQ201310697437
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】武俊宇, 段遵莉, 李香, 苗向陽, 王安嶺, 張京濤, 李冀平 申請人:北京東方建宇混凝土科學(xué)技術(shù)研究院有限公司