本发明涉及建筑材料
技术领域：
，特别涉及纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法。
背景技术：
：目前在工程建设中所使用的主要胶凝材料为水泥，水泥在生产过程中不仅会消耗大量的能源，同时也会排放出大量的二氧化碳，这对环境会造成极大的影响，因此寻求一种能够代替水泥制备高性能混凝土的新型胶凝材料，对环境保护以及可持续发展具有重要的意义。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土及制备方法，旨在提供一种能够代替水泥制备高性能混凝土的新型胶凝材料。为实现上述目的，本发明提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料，包括以下质量份数的组分：优选地，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料包括以下质量份数的组分：优选地，所述垃圾焚烧底灰使用球磨机粉磨至粒径为0.02～0.07mm。优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。本发明还提出一种如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠溶解于2/3拌合水中，形成第一溶液；将三异丙醇胺和减水剂溶解于剩下的1/3拌合水中，形成第二溶液；将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠通过干拌混合形成粉料，然后向粉料中兑入第二溶液，进行第一次搅拌，再同时加入425#水泥和第一溶液，进行第二次搅拌，得到纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。优选地，将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠通过干拌混合形成粉料，然后向粉料中兑入第二溶液，进行第一次搅拌，再同时加入425#水泥和第一溶液，进行第二次搅拌，得到纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的步骤，具体包括：将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合5～10min形成粉料，然后向粉料中兑入第二溶液，于135～145r/min转速下搅拌5～10min，再同时加入425#水泥和第一溶液，于280～290r/min转速下搅拌8～12min，得到纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。本发明还进一步提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆，包括纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料和砂子，所述砂子的质量为所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料质量的1.5～3.5倍；其中，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料为如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。优选地，所述砂子的粒径为0.3～4.0mm。本发明还进一步提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土，包括纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂子以及石子，所述砂子和石子的质量对应为所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料质量的0.8～2倍和2～4倍；其中，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料为如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。优选地，所述砂子的粒径为0.3～4.0mm；和/或，所述石子的粒径为5～35mm。本发明提供的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料，以垃圾焚烧底灰、425#水泥、氢氧化钠、α-烯烃磺酸钠、磷酸钠、纳米蒙特土、三异丙醇胺和减水剂为主要原料，使纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料制备的砂浆和混凝土的强度满足施工需要，同时其耐久性更好，更能满足其使用要求；而且，使用垃圾焚烧底灰替代部分水泥，不仅有效解决了垃圾焚烧底灰的污染问题，还大大降低了建筑胶凝材料的成本，达到固废再利用和节能环保的双重效果。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料，包括以下质量份数的组分：优选地，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料包括以下质量份数的组分：垃圾焚烧底灰(简称：底灰)是垃圾焚烧发电的固体废料之一，从表1中比较发现底灰和粉煤灰以及水泥的化学成分相似。大量研究发现底灰与粉煤灰相似，具有潜在火山灰特性，通过一定的化学手段，如碱激活、破坏底灰外层的玻璃体等，释放活性SiO2、Al2O3，同时将网络聚集体解聚、瓦解成[SiO4]、[AlO4]等单体或双聚体等活性物，最终反应生成C-S-H、C-A-H等水硬性胶凝物质。表1垃圾焚烧底灰的化学成分与325#水泥、粉煤灰的比较本发明中通过氢氧化钠和磷酸钠等化学物质激活垃圾焚烧底灰，同时利用纳米蒙特土调控激活后的底灰微观结构、水化产物及小孔溶液成分等，来制备纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂浆及混凝土，实现底灰资源化综合利用。其中，α-烯烃磺酸钠(AOS)为一种表面活性剂，对垃圾焚烧底灰中的碳有一定的包裹作用，能有效抑制碳对垃圾焚烧底灰活性的影响。垃圾焚烧底灰作为垃圾焚烧发电的固体废料之一，通常情况下是不具有活性的，在本实施例中，采用将所述垃圾焚烧底灰粉磨至粒径小于0.07mm，从而使所述垃圾焚烧底灰具有活性，优选地，所述垃圾焚烧底灰使用球磨机粉磨至粒径为0.02～0.07mm。如此，较小的粒径也有助于所述垃圾焚烧底灰在加工过程中的均匀分散，同时也能避免由于所述垃圾焚烧底灰的粒径过大而影响所制备的胶凝材料的性能。当然，在其他实施例中，所述垃圾焚烧底灰的粉磨也可以采用本领域常规的粉磨手段来实现。所述减水剂优选为聚羧酸高性能减水剂。聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，属当今世界上技术领先的环保型混凝土外加剂，已广泛应用于水利、电力、港口、铁路、桥梁、公路、机场、军事工程以及各种工民建主体结构的混凝土施工。本发明进一步提出一种如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S10、将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠溶解于2/3拌合水中，形成第一溶液；取占所述拌合水总质量三分之二的拌合水，向其中加入纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠，搅拌至纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠充分溶解，形成第一溶液。步骤S20、将三异丙醇胺和减水剂溶解于剩下的1/3拌合水中，形成第二溶液；取剩余的三分之一的拌合水，向其中加入三异丙醇胺和减水剂，搅拌至三异丙醇胺和减水剂充分溶解，形成第二溶液。步骤S30、将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠通过干拌混合形成粉料，然后向粉料中兑入第二溶液，进行第一次搅拌，再同时加入425#水泥和第一溶液，进行第二次搅拌，得到纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。先将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠通过干拌混合(5～10min)，得到混合粉料，然后向混合粉料中逐渐兑入步骤S20中制备的所述第二溶液，连续搅拌一段时间后，再向其中加入425#水泥，并同时兑入步骤S10中制备的所述第一溶液，快速搅拌一段时间后，即得所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。在本实施例中，步骤S30具体可采用如下方式进行：将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合5～10min形成粉料，然后向粉料中兑入所述第二溶液，于135～145r/min转速下搅拌5～10min，再同时加入425#水泥和所述第一溶液，于280～290r/min转速下搅拌8～12min，即得到纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料，具有方法简单、操作性强的特点，施工方便且易于推广使用。当然，在其他实施例中，步骤S30实施时也可以采用其他类型的搅拌结进行搅拌，或者采用其他本领域常规的搅拌方式进行。本发明提供的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料，至少具有以下优点：(1)以垃圾焚烧底灰、425#水泥、氢氧化钠、α-烯烃磺酸钠、磷酸钠、纳米蒙特土、三异丙醇胺和减水剂为主要原料，使纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料制备的砂浆和混凝土的强度满足施工需要，同时其耐久性更好，更能满足其使用要求；(2)使用垃圾焚烧底灰替代部分水泥，将垃圾焚烧底灰变废为宝，不仅有效解决了垃圾焚烧底灰的污染问题，而且由于减少了水泥的使用量，使生产水泥带来的污染问题得以改善，还大大降低了建筑胶凝材料的成本，达到固废再利用和节能环保的双重效果。本发明还提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆，包括纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料和砂子，所述砂子的质量为所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料质量的1.5～3.5倍；其中，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料为如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。所述纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆按照本领域常规的建筑砂浆的制备方法进行制备即可，例如，将所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料和砂子投入砂浆搅拌机中搅拌至两者混合均匀。其中，所述砂子的粒径优选为0.3～4.0mm。本发明还进提出一种纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土，包括纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂子以及石子，所述砂子和石子的质量对应为所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料质量的0.8～2倍和2～4倍；其中，所述纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料为如上所述的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。所述纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土按照本领域常规的建筑混凝土的制备方法进行制备即可，例如，将纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂子和石子投入混凝土搅拌机中搅拌至混合均匀。其中所述砂子的粒径优选为0.3～4.0mm；和/或，所述石子的粒径优选为5～35mm。以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备(1)原料准备：对应称取垃圾焚烧底灰1500Kg、425#水泥1500Kg、氢氧化钠30Kg、α-烯烃磺酸钠2Kg、磷酸钠0.6Kg、纳米蒙特土60Kg、三异丙醇胺30Kg、TJ-1系列聚羧酸高性能减水剂30Kg和拌合水1050Kg，备用。(2)胶凝材料制备：将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠加入700Kg拌合水中，搅拌至纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠充分溶解，形成第一溶液；将三异丙醇胺和减水剂加入350Kg拌合水中，搅拌至三异丙醇胺和减水剂充分溶解，形成第二溶液；将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合5min，然后向搅拌机中逐渐加入第二溶液，于140r/min转速下搅拌10min，再向搅拌机中同时加入425#水泥和第一溶液，于285r/min转速下搅拌10min，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。实施例2纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备(1)原料准备：对应称取垃圾焚烧底灰2000Kg、425#水泥1500Kg、氢氧化钠60Kg、α-烯烃磺酸钠3Kg、磷酸钠0.8Kg、纳米蒙特土80Kg、三异丙醇胺50Kg、TJ-1系列聚羧酸高性能减水剂40Kg和拌合水1350Kg，备用。(2)胶凝材料制备：将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠加入900Kg拌合水中，搅拌至纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠充分溶解，形成第一溶液；将三异丙醇胺和减水剂加入450Kg拌合水中，搅拌至三异丙醇胺和减水剂充分溶解，形成第二溶液；将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合8min，然后向搅拌机中逐渐加入第二溶液，于135r/min转速下搅拌8min，再向搅拌机中同时加入425#水泥和第一溶液，于280r/min转速下搅拌8min，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。实施例3纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备(1)原料准备：对应称取垃圾焚烧底灰2000Kg、425#水泥2500Kg、氢氧化钠60Kg、α-烯烃磺酸钠3Kg、磷酸钠0.8Kg、纳米蒙特土100Kg、三异丙醇胺50Kg、TJ-1系列聚羧酸高性能减水剂45Kg和拌合水1650Kg，备用。(2)胶凝材料制备：将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠加入1100Kg拌合水中，搅拌至纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠充分溶解，形成第一溶液；将三异丙醇胺和减水剂加入550Kg拌合水中，搅拌至三异丙醇胺和减水剂充分溶解，形成第二溶液；将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合10min，然后向搅拌机中逐渐加入第二溶液，于145r/min转速下搅拌10min，再向搅拌机中同时加入425#水泥和第一溶液，于290r/min转速下搅拌12min，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。实施例4纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料的制备(1)原料准备：对应称取垃圾焚烧底灰1500Kg、425#水泥1800Kg、氢氧化钠45Kg、α-烯烃磺酸钠2Kg、磷酸钠0.6Kg、纳米蒙特土75Kg、三异丙醇胺40Kg、TJ-1系列聚羧酸高性能减水剂40Kg和拌合水1200Kg，备用。(2)胶凝材料制备：将纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠加入800Kg拌合水中，搅拌至纳米蒙特土和α-烯烃磺酸钠充分溶解，形成第一溶液；将三异丙醇胺和减水剂加入400Kg拌合水中，搅拌至三异丙醇胺和减水剂充分溶解，形成第二溶液；将垃圾焚烧底灰、氢氧化钠和磷酸钠在强制式搅拌机中干拌混合10min，然后向搅拌机中逐渐加入第二溶液，于140r/min转速下搅拌10min，再向搅拌机中同时加入425#水泥和第一溶液，于285r/min转速下搅拌10min，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料。实施例5纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆的制备取按实施例1步骤制备的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料1000Kg和砂子3000Kg，先后加入搅拌机中搅拌至混合均匀，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆，其中，砂子的粒径为0.4～3.0mm。实施例6纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆的制备取按实施例1步骤制备的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料1000Kg和砂子2500Kg，先后加入搅拌机中搅拌至混合均匀，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆，其中，砂子的粒径为1.0～3.5mm。实施例7纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土的制备取按实施例1步骤制备的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料1000Kg、砂子1000Kg和石子3000Kg，先后加入搅拌机中搅拌至混合均匀，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用砂浆，其中，砂子的粒径为0.6～3.0mm，石子的粒径为10～20mm。实施例8纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土的制备取按实施例1步骤制备的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料1000Kg、砂子2000Kg和石子3000Kg，先后加入搅拌机中搅拌至混合均匀，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土，其中，砂子的粒径为0.8～4.0mm，石子的粒径为5～30mm。实施例9纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土的制备取按实施例1步骤制备的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料1000Kg、砂子2500Kg和石子2500Kg，先后加入搅拌机中搅拌至混合均匀，制得纳米蒙特土改性底灰建筑用混凝土，其中，砂子的粒径为1.0～4.0mm，石子的粒径为20～35mm。对比例1按照实施例1的步骤制备建筑用胶凝材料，不同之处在于，将原料中的纳米蒙特土替换成等质量的拌合水。对比例2按照实施例5的步骤制备建筑用砂浆，不同之处在于，选用对比例1制备的建筑用胶凝材料进行制备。对比例3按照实施例7的步骤制备建筑用混凝土，不同之处在于，选用对比例1制备的建筑用胶凝材料进行制备。以下按照建筑材料的国标测试方法，对实施例5至9制备的砂浆或混凝土进行相关性能测试，测试方法及结果如下：(1)按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009规定的测试方法，对实施例5和6、以及对比例2制备的砂浆进行抗压强度测试，测试结果如下表2所示。表2实施例5、6和对比例2制备的砂浆的抗压强度测试结果(MPa)由表2中的测定结果可知，实施例5和6制备的砂浆的28天抗压强度分别为15.4MPa和16.7MPa，远高于对比例制备的砂浆的28天抗压强度6.5MPa，可以满足不同需要的建筑物以及构筑物的使用要求。(2)按照《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107-2010)规定的测试方法，对实施例7至9、以及对比例3制备的混凝土进行抗压强度测试，测试结果如下表3所示。表2实施例7至9和对比例3制备的混凝土的抗压强度测试结果(MPa)试件7d14d28d56d对比例310.811.412.613.7实施例722.327.638.839.2实施例824.128.940.241.5实施例923.627.539.840.1由表3中的测试结果可知，实施例7至9制备的混凝土的28抗压强度分别为38.8MPa、40.2MPa和39.8MPa，远高于对比例3制备的混凝土的28天抗压强度12.6MPa，可以满足不同需要的建筑物以及构筑物的使用要求。综合上述测试数据可知，本发明提供的纳米蒙特土改性底灰建筑用胶凝材料、砂浆、混凝土的材料性能较好，完全可以满足使用要求，而对比例中因未按本发明要求添加必要的纳米蒙特土成份，而导致28天抗压强度大幅度下降，不能较好的满足使用要求。需要说明的是，纳米蒙特土为本发明提供的建筑用胶凝材料的重要添加成份，底灰经过碱激活后开始水化，纳米蒙特土能够有效的聚合水化产物的形貌和结构，提高密实性，以保证最终获取的纳米蒙特土改性底灰胶凝材料的性能。此外，按每立方米C15素混凝土配比为水泥：沙：石：水＝1：2.77：4.75：0.67，需水泥量约为280Kg，武汉市425#水泥价格为500元/吨左右。目前，底灰几乎无法使用，一般通过填埋处理。粗略估算，本发明制成1立方C15混凝土，如果用底灰可以节约230元左右。本发明大量消耗底灰，经济效益可观，环保效益显著。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3