一种浆状偏高岭土基混凝土掺合料及其制备方法与应用与流程

本发明属于建筑材料
技术领域：
，具体涉及一种浆状偏高岭土基混凝土掺合料及其制备方法与应用。
背景技术：
：伴随着人类社会和文明的发展与进步，提高混凝土的力学性能和耐久性是世界各国材料科学工作者正在不断研究探索的重要课题，业已证明掺加适量诸如硅粉、超细矿渣、优质粉煤灰等活性掺合料是制备高性能混凝土的有效途径而其中又以硅粉的掺加效果最佳，然而硅粉作为炼制硅铁合金和金属硅的副产品其来源较少，价格昂贵，因此为落实国家经济可持续发展战略和环境保护的要求，寻求一种能工业化生产的活性矿物掺合料就显得尤为重要。偏高岭土是一种富硅铝酸盐质无机矿物，由高岭土在适当温度(500-1000℃)煅烧后脱水形成，具有很强的火山灰活性，现已作为活性掺合料运用于水泥混凝土、砂浆和其它水泥产品中。基于偏高岭土的反应活性，可制备致密高强、耐久性和耐腐蚀性能优异的混凝土材料，现已成为材料界研究的热点。偏高岭土作为矿物掺和料，具备较高的火山灰活性和填充效应，对混凝土的性能会有着很大程度上的提升。但是，由于偏高岭土颗粒粒径小(主要分布在1～10μm之间)，表面能高，且呈类层片状，使得偏高岭土颗粒易发生团聚。作为掺和料应用于水泥和混凝土中，团聚的偏高岭土粉体在拌合时，易吸收大量水形成絮凝结构，起润滑作用的水严重不足，导致流动性和塌落度大幅减小，造成偏高岭土在混凝土中无法均匀分散。将偏高岭土与粉煤灰沉珠复配用于混凝土中，能在一定程度上改善混凝土的流动性，但仍不能满足常规的技术要求。技术实现要素：本发明为解决上述技术问题提供一种分散性和稳定性好的浆状偏高岭土基混凝土掺合料。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种浆状偏高岭土基混凝土掺合料，所述掺合料包括干基、复合分散剂和水；所述干基由偏高岭土和粉煤灰沉珠组成，其质量百分数分别为30％～90％和10％～70％，两者组分的百分比之和为100％，水与干基的质量比为30～180：100，所述复合分散剂由羟乙基纤维素和萘系减水剂组成，所述羟乙基纤维素占所述干基质量的0.005％～2.0％，所述萘系减水剂占所述干基质量的0.001％～1.0％。上述方案中，偏高岭土中sio2与al2o3的质量百分含量之和≥95wt％。上述方案中，所述偏高岭土的比表面积≥1340m2/kg，粒径小于2微米颗粒占85％。上述方案中，所述的粉煤灰沉珠中sio2与al2o3的质量百分含量之和≥60wt％。上述方案中，所述粉煤灰沉珠的外表为光滑的球形颗粒，比表面积≥4540m2/kg。上述方案中，所述的萘系减水剂为二萘基甲烷二磺酸钠。所述的一种浆状偏高岭土基混凝土掺合料的制备方法，所述方法为：将偏高岭土与粉煤灰沉珠混合搅拌5～10分钟，再溶解于水的复合分散剂加入粉料中，继续搅拌25～35分钟，即可得到所述的浆状偏高岭土基混凝土掺合料，最后倒入密封容器中储存。上述方案中，所述掺合料的掺量范围按干基计为5-50wt％取代水泥。上述方案中，所述掺合料的掺量范围按干基计为15wt％取代水泥。本发明的技术方案中，浆状偏高岭土基混凝土掺合料改性过程中，偏高岭土在机械作用下，复合改性剂通过物理作用和化学作用吸附在偏高岭土的表面，进入团聚偏高岭土颗粒间隙，它有两个显著的功能：一是使团聚的偏高岭土充分分散，二是对偏高岭土颗粒表面的改性。本发明的优点在于：1)本发明能明显提高c50混凝土的强度，普通砂浆中浆状偏高岭土基混凝土掺合料的掺量为5wt％-15wt％，能显著提高砂浆3d、7d、28d的强度，7d、28d强度增长率为5％-30％。这是由于偏高岭土、粉煤灰沉珠作为混凝土矿物掺合料，其火山灰活性和微填充效应，能够显著提高混凝土的强度和后期耐久性，同时偏高岭土和粉煤灰沉珠颗粒较细能与相对较粗的水泥颗粒形成良好的颗粒密实堆积，使混凝土结构更加密实。2)浆状偏高岭土基外加剂利用偏高岭土、粉煤灰沉珠和分散剂的共同作用，减小了偏高岭土对混凝土工作性能的不利影响，同时显著提高了试块的强度均匀性。粉煤灰沉珠为球形颗粒，具有滚珠效应，也可改善偏高岭土对混凝土工作性能不利影响。分散剂羟乙基纤维素是一种表面活性剂能润湿颗粒，诸多羟乙基支链，能有效附颗粒，达到分散的目的，同时羟乙基纤维素对偏高岭土颗粒具有润滑和湿润功能，能有效提高浆体流动性。萘系减水剂是一种阴离子电解质，在固体粒子表面被吸附，一方面使颗粒表面电荷量增加，颗粒之间的斥力增大，使团聚体分开，团聚体中的水释放，另一方面使粒子表面水膜层厚度变薄，分散体系中游离水增加，剪切阻力降低，粘度降低，消除了偏高岭土高吸水性带来的不利影响。通过粉煤灰沉珠与复合分散剂的共同作用，使得偏高岭土可以在混凝土中均匀分散，同一组砂浆试块28天强度方差由8.2减小至2.7，减小了68％。3)浆状偏高岭土基混凝土掺合料在制作好后的2天内可以不用再次搅拌直接使用。复合分散剂中的羟乙基纤维素和萘系减水剂，加入到浆体后，被颗粒吸附，通过静电斥力与空间位阻，使颗粒可以在浆体中均匀分散且使浆体性能保持一定的稳定性。4)本发明能提高混凝土的体积稳定性和耐久性，普通混凝土中加入偏高岭土后，由于偏高岭土的火山灰效应，消耗了混凝土中的不稳定组分氢氧化钙，生成强度更高的凝胶物质，改善混凝土的界面过渡区，同时，偏高岭土细小颗粒的填充效应，能够大大提高混凝土的致密性，从而有效地降低混凝土体积收缩和提高混凝土的耐久性。然而，掺入浆状偏高岭土基混凝土掺合料，可使偏高岭土在混凝土中均匀分布，进一步提高偏高岭土对混凝土内部的改善效果，更有利于降低混凝土的体积收缩和提高混凝土的耐久性。附图说明图1、2、3是实施例1分别与对比例1至3的不同浆体粒度分析对比图。图4是基准样、实施例6、7、8混凝土电通量结果图。图5是基准样、实施例6、7、8混凝土体积收缩率结果图。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1本实施例提供的掺合料包括干基、复合分散剂和水；干基由偏高岭土和粉煤灰沉珠组成，其质量分别为60g和40g，水的质量为100g，羟乙基纤维素质量为0.05g，萘系减水剂质量为0.01g，具体配比如表1所示。在本实施例中，萘系减水剂为粉末状二萘基甲烷二磺酸钠。本实施例提供的掺合料的制备方法为：将偏高岭土60g与粉煤灰沉珠40g混合搅拌5～10分钟，再将溶解于100g水的复合分散剂羟乙基纤维素与萘系减水剂加入粉料中，继续搅拌25～35分钟，即可得到所述的浆状偏高岭土基混凝土掺合料。对比例1本对比例与实施例1大致相同，不同的是配方中并没有加入羟乙基纤维素和萘系减水剂。具体配比见表1。表1浆状偏高岭土基混凝土掺合料配合比(g)编号偏高岭土粉煤灰沉珠羟乙基纤维素萘系减水剂水对比例16040//100实施例160400.050.01100按照gb/t14563-2008《高岭土及其试验方法》中分散沉降物的测定方法，测定静置48h后浆料上层、下层浆体的固含量q，通过比较上层与下层固含量差△q的大小来表征分散剂对浆体稳定性优化的效果，实验结果如表2所示。采用mastersizer2000型激光粒度分析仪，测试范围为0.002～2000μm，对两种浆料中颗粒大小和分布状态进行测定，实验结果如图1所示。表2浆体固含量的变化表2说明了，对比例1和实施例1为不同浆状偏高岭土基混凝土掺合料，静置48h后，两种浆体的上下层的固含量都发生了变化，实施例1浆体的固含量变化较小，固体颗粒在液体中的稳定效果较好，上下层浆体固含量差量仅为0.0028g，比对比例1降低了93.22％，浆体的稳定性得到了很大程度的改善。图1表明了，与对比例1相比，实施例1经过分散剂改性后，浆体内颗粒的粒径分布向小粒径方向偏移，表明固体颗粒平均粒径变小，浆体中颗粒的团聚现象得到改善。因此，复合分散剂对浆状偏高岭土基混凝土掺合料的稳定性具有较好的改善效果，使颗粒可以在浆体中均匀分散且使浆体性能保持一定的稳定性，使浆状偏高岭土基混凝土掺合料在制作好后的2天内可以不用再次搅拌直接使用。对比例2本对比例与实施例1大致相同，不同的是将羟乙基纤维素替换为聚乙二醇，实验结果如表3和图2所示。表3浆体固含量的变化表3说明了，静置48h后，两种浆体的上下层的固含量都发生了变化，与实施例1相比，对比例2浆体的固含量变化较大，固体颗粒在液体中的稳定效果较差，上下层浆体固含量差量为0.0215g，比实施例1增加了162.2％，浆体的稳定性较差，其改善效果不如实施例1。图2表明了，与实施例1相比，对比例2经过聚乙二醇分散剂改性后，浆体内颗粒的粒径分布未向小粒径方向偏移，表明固体颗粒平均粒径变大，浆体中颗粒有团聚现象。因此，聚乙二醇分散剂对浆料的改性效果不如实施例1。对比例3本对比例与实施例1大致相同，不同的是将萘系减水剂替换为木质素磺酸钠，实验结果如表4和图3所示。表4浆体固含量的变化表4说明了，两种浆体静置48h后，浆体的上下层的固含量都发生了变化，与实施例1相比，对比例3浆体的固含量变化较大，固体颗粒在液体中的稳定效果差，上下层浆体固含量差量为0.0904g，比实施例1增加了10024.4％，浆体的稳定性较差，其改善效果不如实施例1。图3表明了，与实施例1相比，对比例3经过分散剂改性后，浆体内颗粒的粒径分布向大粒径方向偏移，表明固体颗粒平均粒径变大，浆体中颗粒的团聚现象严重，与萘系减水剂相比，木质素磺酸钠对浆状偏高岭土基混凝土掺合料的稳定性的改善效果不好。实施例2将选取好的两组粉料偏高岭土和粉煤灰沉珠放入搅拌机中按照每次质量100g，每次5～10min，进行预混料；将选取好的分散剂于称量好的水中完全溶解，然后倒入其中一组的混料中，继续搅拌25～35min，即可得所述的一种已分散的浆状偏高岭土基混凝土掺合料浆体b，另一组中混料中加入已称量好的水，搅拌25～35min，得到未被分散的浆状偏高岭土基混凝土掺合料浆体a(作为对比例4)。具体配比见表5.表5不同浆状偏高岭土基混凝土掺合料配合比(g)编号偏高岭土粉煤灰沉珠羟乙基纤维素萘系减水剂水浆体a6040//100浆体b60400.050.01100以砂浆试件作为考察对象，将上述两种浆体，按偏高岭土与粉煤灰沉珠的总质量15％等质量分别取代胶凝材料配置砂浆，具体计算过程为水泥450g*15％＝67.5g，按照干基与水的质量比为1:1，则浆体a的质量为67.5g*2＝135g(不计羟乙基纤维素和萘系减水剂的质量)。选取标准砂，水灰比均为0.5。砂浆配合比见表6。表6砂浆配合比(g)编号浆体a浆体b水泥(g)水(g)标准砂(g)基准样//4502251350对比例4135/382.51351350实施例2/135382.51351350按照gb/t2429-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样、实施例2与对比例4中拌合物的流动度；按照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，用万能压力试验机测试基准样和实施例2与对比例4的3天、7天和28天抗压强度，实验结果如表7所示。表7砂浆流动度及试块抗压强度表7说明了：实施例2与对比例4为不同浆体按偏高岭土与粉煤灰沉珠(即干基)的总质量15％等质量分别取代胶凝材料配置的砂浆。对比例4的砂浆流动性与基准样相比，降低了10.0％，工作性能较差，而实施例2的砂浆流动度与基准样相比，砂浆流动性超过了基准样，说明本发明对砂浆的流动性有一定改善效果。实施例2和对比例4的各龄期强度相对基准样出现增长，其中实施例2的3d、7d和28d强度增长最大，其增长率分别达到基准样的21.5％、48.5％和43.0％，说明本发明对砂浆试块强度的增长有明显的促进作用，且优于未被改性的浆体对砂浆试块强度的改善效果。实施例3-5以砂浆试件作为考察对象，按偏高岭土与粉煤灰沉珠的总质量(干基)分别以5％、10％、15％等质量取代胶凝材料配置砂浆。选取标准砂，水灰比均为0.5。砂浆配合比见表8。表8砂浆配合比按照gb/t2429-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样、实施例3-5的拌合物的流动度；按照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，用万能压力试验机测试基准样和实施例3-5的3天、7天和28天抗压强度。表9砂浆流动度及试块抗压强度表9说明了：实施例3-5浆状偏高岭土基混凝土掺合料掺量为偏高岭土与粉煤灰沉珠占基准样水泥总质量的5％、10％、15％，实施例3-5的砂浆流动度与基准样相比，工作性能无明显变化，甚至在掺量为15％时的砂浆流动性超过了基准样。说明本发明对砂浆的流动性有一定改善效果。实施例5的各龄期强度相对基准样出现增长，其中3d、7d和28d强度增长最大的增长率分别达到基准样的19.7％、38.3％和36.2％，说明本发明对砂浆试块强度的增长有明显的促进作用。实施例6-8表10浆状偏高岭土基混凝土掺合料配合比(g)偏高岭土粉煤灰沉珠羟乙基纤维素萘系减水剂水60400.050.01100本实验参照《普通混凝土配合比设计规程》以c50混凝土配比为基准，每方混凝土原材料用量见表11。各原材料：水泥为华新p·o42.5水泥，粗集料为碎石，5～25mm连续配(洗净风干后使用)，细集料为河砂，属于中砂(洗净风干后使用)，细度模数为2.98，减水剂为聚羧酸高效减水剂，拌合用水为自来水。水胶比为0.36，砂率为38％。用浆状偏高岭土基混凝土掺合料分别以5％、10％、15％(以干基计)等量取代水泥材料制备混凝土试样，混凝土试样的具体配合比见表12。表11基准混凝土每方原材料用量水泥(kg)细集料(kg)粗集料(kg)减水剂(kg)水(kg)430.50689.511253.9155表12混凝土配合比按照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中“混凝土氯离子迁移系数的非稳态迁移试验——氯离子扩散系数快速实验ntbuild492”，对基准样和实施例6-8的56d氯离子扩散系数进行测量，测试结果如图4所示。用混凝土体积变形测定架(接触式)具体测量试件终凝硬化后的体积变形，混凝土成型后24h拆模，测试混凝土1d至56d的收缩率。混凝土在硬化过程中由于干缩和自收缩造成的体积变形，测试结果如图5所示。图4说明了：浆状偏高岭土基混凝土掺合料加入之后，与基准样相比，掺入5％、10％和15％的奖状偏高岭土基混凝土掺合料的实施例6、7、8混凝土电通量分别减小了5.14％、26.81％和42.79％。说明浆状偏高岭土基混凝土掺合料使c50混凝土的电通量明显下降，可以显著提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力。图5说明了：浆状偏高岭土基混凝土掺合料加入之后，水泥混凝土试件的收缩率减小，且随着浆状偏高岭土基混凝土掺合料掺量的增加，混凝土收缩率减小幅度变大。养护龄期到56d时，基准样的收缩率为0.0378％，实施例6的收缩率为0.0350％，实施例7的收缩率为0.0318％，实施例8的收缩率为0.0304％，基准样的收缩率最大而实施例8的收缩率最小，混凝土体积稳定性明显得到改善。说明浆状偏高岭土基混凝土掺合料的加入对混凝土体积稳定性有较好的改善作用。当前第1页12