一种基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土矿物掺合料领域，尤其涉及一种基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料及其制备方法。

背景技术

矿物掺合料具有火山灰活性效应、微集料填充效应和颗粒形态效应，对混凝土的流动性、力学性能、耐久性等有显著的改善作用，被称为除水泥、砂、石、掺合料、水之外的混凝土的“第六组分”。随着国家倡导可持续发展战略，呼吁绿色建筑、绿色生产，水泥的价格逐步上升，而矿物掺合料以其较高的活性、优异的性能，可以部分代替水泥来生产混凝土，改善混凝土性能。利用工业废渣制备混凝土矿物掺合料成为混凝土研究的一个热点领域。

混凝土搅拌站每年都要产生大量的混凝土废浆和混凝土废水，极少部分的混凝土废浆和大部分的混凝土废水采用了在混凝土生产中的循环利用，而大量的混凝土废浆采用填埋和堆积的处理方式，给环境带来了极其恶劣的影响。将混凝土废浆通过一定的技术工艺来制备混凝土矿物掺合料，一方面实现了混凝土废浆的资源化利用问题，另一方面解决了混凝土生产原材料匮乏的问题，具有显著的社会效益和经济效益。

现有技术CN202110697191.1公开了一种利用混凝土废浆制备超高性能混凝土掺合料的方法，通过对混凝土废浆进行表面活化，改性等手段来制备混凝土粉体掺合料，解决了其作为高性能混凝土掺合料引起的混凝土性能降低的问题，实现了混凝土废浆的资源化和精细化高端利用。但其需要消耗大量的硝酸、氯化铁、氢氧化钠等化学药品，且制备方法复杂，无法实现混凝土废浆的规模化处理和利用。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种混凝土矿物掺合料，该混凝土矿物掺合料能够不采用外加剂的条件下，有效提高混凝土废浆活性，进而解决了现有混凝土废浆干料制备混凝土掺合料存在的强度低的问题。

技术方案：本发明基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料，按重量份数计包括如下原料：混凝土废浆干料50-60份、粉煤灰30-40份、晶种5-10份、脱硫石膏0-5份、助磨剂0.1-0.2份及可溶性有机物0.05-0.1份；所述晶种由混凝土废浆制备而成。

本发明采用混凝土废浆制备晶种，再将该晶种与混凝土废浆干料进行复配制备混凝土矿物掺合料，进而有效提高了混凝土废浆活性，解决了现有混凝土废浆干料制备混凝土掺合料存在的强度低的问题。同时，该混凝土矿物掺合料中通过添加可溶性有机物，有效解决混凝土废浆、混凝土废浆干料加入制备掺合料存在的需水量大、流动度小的问题。

进一步说，该掺合料中的晶种由如下步骤制得：调节混凝土废浆的质量浓度为5-10％，加入占混凝土废浆质量0.2-0.4％的硫酸钠，在70-80℃条件下反应20-24h，经抽滤后于60-65℃条件下烘干6-8h，粉磨制得晶种。

进一步说，晶种的制备步骤中，调节混凝土废浆的质量浓度前，先将混凝土废浆过45-80μm筛，过筛后粉磨2-3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆。

进一步说，该掺合料中的晶种的粒度为4-6μm。

进一步说，该掺合料中的助磨剂为质量比1:0.5-1的三乙醇胺及甘油三脂混合物。

进一步说，该掺合料中的可溶性有机物为质量比1:0.8-1的聚醚多元醇及聚乙二醇混合物。

进一步说，该掺合料中的混凝土废浆按质量分数包括：SiO

进一步说，该掺合料中的粉煤灰中SiO

进一步说，该掺合料中的脱硫石膏中CaSO

本发明制备上述混凝土矿物掺合料的方法，包括如下步骤：将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏混合均匀后，加入助磨剂及可溶性有机物粉磨20-30min，随后加入晶种再混合粉磨5-10min，制得该混凝土矿物掺合料。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该掺合料细度小，活性指数高、三氧化硫含量低，产品各项性能优异。其中，以混凝土废浆为原料制备晶种，并将晶种用于混凝土废浆干料制备混凝土掺合料中，有效解决了现有混凝土废浆制备混凝土掺合料存在的强度低的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

需说明的是，本发明所采用的原料均可购自市售。其中，混凝土废浆由清洗预拌厂搅拌机、混凝土运输车、实验设备，以及砂石分离机塑性废渣所形成的含有粉体颗粒的固液混合物混凝土废浆烘干得到，其化学成分包括SiO

助磨剂为超支化聚胺酯助磨剂，由三乙醇胺与甘油三脂按1:0.5-1的比例经酯化反应合成得到，属于大分子助磨剂。具体的，其制备方法包括如下步骤：将三乙醇胺与甘油三脂在60-90℃下进行反应1-2h，反应结束后稀释，冷却至室温，再采用NaOH调节pH值至中性。

可溶性有机物由聚醚多元醇与聚乙二醇按1:0.8-1的比例混合而得。粉煤灰中SiO

实施例1

该实施例的混凝土矿物掺合料采用的原料如下表1所示。

表1实施例1采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨2h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至5％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.4％的硫酸钠，在温度70℃的条件下反应20h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在60℃下烘干6h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨20min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨5min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

实施例2

该实施例的矿物掺合料采用的原料如下表2所示。

表2实施例2采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨2h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至6％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.35％的硫酸钠，在温度72℃的条件下反应21h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在60℃下烘干6h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨20min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨6min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

实施例3

该实施例的矿物掺合料采用的原料如下表3所示。

表3实施例3采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨2.5h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至7％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.3％的硫酸钠，在温度75℃的条件下反应22h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在63℃下烘干7h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨25min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨7min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

实施例4

该实施例的矿物掺合料采用的原料如下表4所示。

表4实施例4采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨2.5h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至8％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.25％的硫酸钠，在温度75℃的条件下反应23h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在63℃下烘干7h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨25min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨8min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

实施例5

该实施例的矿物掺合料采用的原料如下表5所示。

表5实施例5采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至9％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.2％的硫酸钠，在温度80℃的条件下反应24h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在65℃下烘干8h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、粉煤灰和脱硫石膏充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨30min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨9min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

实施例6

该实施例的矿物掺合料采用的原料如下表6所示。

表6实施例6采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至10％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.4％的硫酸钠，在温度80℃的条件下反应24h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在65℃下烘干8h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料和粉煤灰充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨30min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨10min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

对比例1

基本步骤与实施例6相同，不同之处在于不添加粉煤灰。该对比例的混凝土矿物掺合料具体组分及含量如下表7所示。

表7对比例1采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过45-80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至10％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.4％的硫酸钠，在温度80℃的条件下反应24h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在65℃下烘干8h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料、助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨30min；

(2)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨10min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

对比例2

基本步骤与实施例6相同，不同之处在于不添加晶种。该对比例的混凝土矿物掺合料具体组分及含量如下表8所示。

表8对比例2采用的原料组成

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料和粉煤灰充分混合均匀；

(2)加入助磨剂及可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨30min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

对比例3

基本步骤与实施例6相同，不同之处在于不添加助磨剂。该对比例的混凝土矿物掺合料具体组分及含量如下表9所示。

表9对比例3采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至10％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.4％的硫酸钠，在温度80℃的条件下反应24h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在65℃下烘干8h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料和粉煤灰充分混合均匀；

(2)加入可溶性有机物，在三筒式行星球磨机中粉磨30min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨10min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

对比例4

基本步骤与实施例6相同，不同之处在于不添加可溶性有机物。该对比例的混凝土矿物掺合料具体组分及含量如下表10所示。

表10对比例4采用的原料组成

该掺合料中晶种的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆过80μm筛，混凝土废浆在胶体磨中粉磨3h，制得胶状且不沉淀的混凝土废浆；

(2)取上述混凝土废浆溶液200g置于高速剪切均化器中，向其中加入自来水，调节浓度至10％；

(3)加入混凝土废浆质量的0.4％的硫酸钠，在温度80℃的条件下反应24h，进行抽滤处理；

(4)处理后的试样在65℃下烘干8h后，粉磨至粒度(D10)为4-6μm，制得晶种。

该混凝土矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：

(1)将混凝土废浆干料和粉煤灰充分混合均匀；

(2)加入助磨剂，在三筒式行星球磨机中粉磨30min；

(3)粉磨结束后向混合料中加入晶种，再混合粉磨10min，即制得该基于混凝土废浆的混凝土矿物掺合料。

性能检测

分别测试实施例1-6和对比例1-4中的基于混凝土废浆制备的混凝土矿物掺合料的细度(45μm筛余)，流动度比，7d活性指数，28d活性指数，三氧化硫含量，结果如表11所示。

表11混凝土矿物掺合料的各项性能

通过表11可知，本发明制备的混凝土矿物掺合料的细度(45μm筛余)为1-5％，流动度比≥102％，7d活性指数≥75％，28d活性指数≥83％，三氧化硫含量≤3.0％。细度小、活性指数高、三氧化硫含量低，产品各项性能优异，附加值高，其中活性指数最高的配比可以达到：7d活性指数80％，28d活性指数88％。

结合对比例1来看，粉煤灰和脱硫石膏的加入改善了混凝土矿物掺合料的流动度比，同时改善了矿物掺合料的细度和活性指数，但粉煤灰和脱硫石膏的加入会稍微提高矿物掺合料的SO