本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂及其制备方法。
背景技术：
混凝土材料是一种大量使用的土木工程材料，其中的矿物掺合料需求量日益增加。而工程中大量使用的矿物掺合料如粉煤灰、矿粉等，在许多地区已出现供不应求的局面。为了解决资源匮乏的问题，人们将注意力逐渐转移到以石粉为主要原料的岩石基矿物掺合料上来。石粉来源于碎石和人工砂等的生产过程中产生的废料，平均每吨矿石破碎后约产生0.15～0.2吨石粉，经破碎的人工砂中石粉含量约为10～20％。将这种来源广泛、产量大的石粉用作矿物掺合料，不仅实现了废物资源化利用，而且还降低了混凝土生产成本，产生非常高的经济效益。但是目前运用石粉制备岩石基矿物掺合料仍存在一些问题，石粉虽然粒径较小，具有微集料效应，在混凝土结构中起到填充和润滑作用，然而掺加石粉也导致集料总比表面积增加，因而混凝土需水量也增加，当其他条件不变时，混凝土拌合物的坍落度随着石粉掺量的增加而呈现降低的趋势。
本发明主要针对当前岩石基矿物外加剂保坍性低的问题，将石粉经过化学外加剂改性，且掺加多种功能组分，充分发挥岩石基矿物掺合料的工业价值。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂及其制备方法，该岩石基矿物外加剂具有保坍性高、强度发展良好以及结构致密等优点。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂，它由以下重量百分含量的原料组成：岩石基矿物80～85％，偏高岭土2～6％，元明粉3.5～5％，纳米添加剂6～8％，高保坍型聚羧酸减水剂1.6～2％，缓凝剂0.4～0.5％。
按上述方案，所述岩石基矿物由石灰石粉和花岗岩石粉按质量比7：3混合得到，所述石灰石粉和花岗岩石粉经45μm标准筛的筛余均不高于4.6％。
按上述方案，所述偏高岭土比表面积在2750～2800m2/kg，其中al2o3和sio2两者含量之和不低于95％。
按上述方案，所述元明粉纯度不低于99％，经15μm标准筛的筛余不高于5.0％。
按上述方案，所述纳米添加剂为纳米sio2，粒径为1～100nm。
按上述方案，所述高保坍型聚羧酸减水剂为武汉华轩高新技术有限公司生产的kh-6型聚羧酸减水剂。
按上述方案，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。
本发明还包括上述用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂的制备方法，具体步骤如下：先将岩石基矿物、偏高岭土烘干至含水率1％以下，然后与元明粉、纳米添加剂置于球磨机中球磨均匀，最后把球磨所得混合物同高保坍型聚羧酸减水剂、缓凝剂投入流化床中充分混合均匀，得到用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂。
上述用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂的使用方法为：按质量计，用所述岩石基矿物外加剂等量取代10％的水泥掺入混凝土中。
本发明所用岩石基矿物采用钙质岩石基矿物(石灰石粉)和硅质岩石基矿物(花岗岩石粉)复掺得到，综合利用两种矿物组分，互为补充和完善，且本申请人经实验发现，石灰石粉与花岗岩石粉掺量比为7：3时，作为外加剂所配制的混凝土具有孔隙率低、密实度高、强度发展良好以及抗冻性强等特点。
另外，本发明通过掺加高保坍型聚羧酸减水剂及缓凝剂，赋予岩石基矿物外加剂特定的功能性。将该矿物外加剂掺入混凝土中，高保坍型聚羧酸减水剂发挥吸附分散作用，以多种形态存在，或是吸附于未水化的水泥颗粒表面，或是吸附在水泥水化产物表面，主要起分散作用，或是残留在浆体中，即未被吸附的部分，维持吸附平衡，保持水泥颗粒的流动性，或是被包裹在水泥水化产物中，影响水泥水化，延长水泥凝结时间。缓凝剂即葡萄糖酸钠，尽管减水作用小，但其延长水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土在较长时间内保持塑性。且与高保坍型聚羧酸减水剂复掺时，缓凝剂体现出较强的辅助塑化效应和保坍效应，减小混凝土坍落度经时损失，赋予混凝土高保坍性能。因缓凝剂减缓了水泥水化速度，使得水泥颗粒周围溶液中的水化硅酸钙等水化产物的分布更加均匀，有利于水泥颗粒充分水化，提高混凝土中后期强度，改善混凝土耐久性。
本发明还通过掺加纳米添加剂和偏高岭土，在水化前期发挥填充效应和改善水泥石微结构的作用，二次水化时形成c-s-h凝胶和c-a-h凝胶等，有利于提高混凝土强度；元明粉的掺入促进了水化硫铝酸钙等的生成，提高了混凝土的早期强度。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供的岩石基矿物外加剂掺入混凝土中，能够赋予混凝土高保坍性、强度发展良好以及结构致密等优点，且部分取代水泥，不仅实现了废物资源化利用，而且还降低了混凝土生产成本，具有非常高的经济效益；2、本发明采用的制备方法工艺简单，易于大规模生产。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用石灰石粉和花岗岩石粉经45μm标准筛的筛余均4.5％，所用偏高岭土比表面积在2750～2800m2/kg，其中al2o3和sio2两者含量之和为96％，所用元明粉纯度不低于99％，经15μm标准筛的筛余4.8％，所用纳米添加剂为纳米sio2，粒径为1～100nm；所用高保坍型聚羧酸减水剂为武汉华轩高新技术有限公司生产的kh-6型聚羧酸减水剂；所用缓凝剂为葡萄糖酸钠。
实施例1～3
一种用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂各原料配比如表1所示
表1高保坍型岩石基矿物外加剂配比
上述用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂的制备方法，具体步骤如下：
先将岩石基矿物、偏高岭土烘干，含水率控制在1％以下，然后与元明粉、纳米添加剂一起置于球磨机中球磨3h使其混磨均匀，最后把球磨所得混合物同高保坍型聚羧酸减水剂、缓凝剂一起投入流化床中混合1h，充分混合均匀，得到的产品即为用于混凝土的高保坍性岩石基矿物外加剂。
性能检测方法如下：
基准混凝土试样的制备(记为基准样)：p.042.5水泥3.60kg，砂8.30kg，碎石10.10kg，水1.80kg，成型后标准养护28天。
试验混凝土试样的制备：用该岩石基矿物外加剂等量取代10％的水泥，即p.042.5水泥3.24kg，岩石基矿物外加剂0.36kg，砂8.30kg，碎石10.10kg，水1.80kg，成型后标准养护28天。
表2给出了基准样和实施例1～3的混凝土坍落度。
表2基准样和实施例1～3的混凝土坍落度
从表1和表2可以看出，用该岩石基矿物外加剂等量取代10％的水泥后，实施例1～3的初始坍落度及1h、2h和3h后的坍落度均远高于基准混凝土试样，且混凝土的坍落度经时损失较基准样小，说明该岩石基矿物外加剂掺入混凝土后，体现出高保坍性，使混凝土具有更良好的施工性和工作性。
表3进一步给出了基准样和实施例1～3的其他性能参数。
表3基准样和实施例1～3的其他性能参数
从表3可以看出，用该岩石基矿物外加剂等量取代10％的水泥后，实施例1～3的3d、7d和28d的抗压强度与基准样相差不大，说明掺加岩石基矿物外加剂的混凝土强度发展良好，满足工程要求；且实施例1～3的电通量均较基准样低，说明掺加岩石基矿物外加剂的混凝土抗氯离子渗透性能提高，这归因于岩石基矿物外加剂中的纳米添加剂和偏高岭土等组分，在胶凝材料水化期间发挥填充效应和改善水泥石微结构的作用，提高了混凝土结构的致密性。