一种高性能预分散硅灰浆及制备方法与流程

本发明属于建筑材料中的高活性辅助胶凝材料——硅灰的应用
技术领域：
，具体涉及硅灰浆体材料在混凝土，特别是在早强、蒸养混凝土中应用的高性能预分散硅灰浆及制备方法。
背景技术：
：硅灰是在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的sio2和si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。硅灰的外观为灰白色粉末，耐火度大于1600℃，颗粒很细，平均粒径为0.1-1μm，是普通水泥颗粒的1/50-1/100，比表面积在15000-25000m2/kg。硅灰的主要成分是无定形二氧化硅，含量占85％以上，硅灰的化学成分和粒度决定了硅灰是一种高活性的火山灰质掺合料。硅灰主要通过促进水泥水化和微集料填充效应提高了水泥的宏观力学性能和耐久性能，已经得到了广泛的研究和应用。硅灰中的无定形二氧化硅颗粒大量消耗水泥水化过程中产生的氢氧化钙，并填充混凝土微观孔隙，增加了混凝土密实度，提高了水泥的强度、抗渗性、抗冻性和耐化学腐蚀性，抑制或减少碱骨料反应。但硅灰在实际应用中也存在一定的问题，主要表现为经过收尘的未加密原状硅灰的堆积密度在100至200kg/m3之间，呈疏松的粉末状态，极易飞扬，这种特性就给原状硅灰的运输、储存与计量使用带来了较大的困难。因此，目前工程应用中的硅灰，绝大部分都是利用压缩空气将原状硅灰经过专用的加密设备处理，形成微米级甚至是毫米级别的团聚颗粒的加密硅灰。加密硅灰的堆积密度根据加密参数的不同，大约在400-900kg/m3范围内，这个密度范围的加密硅灰基本满足运输和计量使用。加密硅灰颗粒的平均粒径则集中在微米级，甚至高达几十乃至几百微米。加密硅灰虽然解决了原状硅灰过低的密度带来的运输和使用问题，但同时也带来了加密硅灰较原状硅灰更高程度的团聚问题，这种团聚体在常规水泥混凝土制备工艺过程中，往往难以被有效分散。未得到充分分散的硅灰团聚体往往吸附水和外加剂，导致混凝土工作性降低及工作性损失增大。局部富集的粗颗粒团聚体在混凝土硬化后还会逐步与水化产物——氢氧化钙等持续发生碱硅酸盐反应，造成膨胀开裂，进而影响混凝土的长期强度和耐久性。为解决上述问题，发明“一种高流动性硅灰浆的制备方法”(申请号201510539060.5)采用了磷酸类分散剂；发明“硅灰浆体材料、其制备及应用”(申请号201310095399.1)采用了缓凝剂及酸化剂，其中酸化剂为硫酸或磷酸；发明“一种后张法预应力混凝土孔道压浆剂及制备方法、压浆材料”(申请号201210052813.6)中缓凝剂为其必备组分，且防沉剂有聚醚多糖等高效缓凝物质。可以看到这些发明所用到的分散剂具有明显的缓凝作用，或者直接添加缓凝组分，必然延缓混凝土的凝结时间并影响早期强度，无法满足蒸养混凝土、早强混凝土对凝结时间和脱模强度的要求。另一方面，前两个发明所用到的搅拌分散方法仅仅描述为搅拌，并未对机械搅拌作用提出特定限定和要求，仅仅通过分散剂及常规搅拌实现分散。最后一个发明中，对桨叶转速的要求为：桨叶的线速度限制在20m/s内，优选控制在15～18m/s，搅拌时间10～15min，其剪切速度偏低，无法达到机械剪切造成料浆空化的效果，仅仅以机械研磨、冲击分散为主，因此，其分散时间偏长、分散效果欠佳，团聚体被分散的比例偏低、分散后的团聚体解离度有限，进而造成硅灰颗粒在混凝土中的分散程度偏低，并未充分避免团聚体带来的负面影响，未能充分发挥硅灰这种球形亚微米级高活性掺合料在工作性、强度、耐久性方面的有益效果，也很难具备早强及蒸养早强等作用，所制备的硅灰浆性能有限。技术实现要素：针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种高性能预分散硅灰浆及其制备方法，可有效解决现有硅灰浆分散剂具有缓凝作用且硅灰在浆体中的分散效果欠佳导致的硅灰浆混凝土粘稠度高、初始工作性低、工作性损失大、蒸养脱模强度低、强度增幅有限等问题。为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述高性能预分散硅灰浆的组成为：硅灰1份，水0.8-3份，功能性分散剂0-0.05份。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述功能性分散剂由以下一种或多种物质构成：包括甲基戊醇、十二烷基硫酸钠、二丙二醇甲醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二乙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、200-2000分子量的聚乙二醇等有机物分散剂，掺量为硅灰质量的0-0.6％；模数为1-3.2的钾钠水玻璃、氢氧化钠、氢氧化钾、硫代硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾等无机早强分散剂，掺量为硅灰质量的0-5％；丙二醇、三甘醇、氟碳系列、氟系列等界面张力调节剂，掺量为硅灰质量的0-1％，聚醚类、高碳醇、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷类等气泡抑制剂，掺量为硅灰质量的0-1％。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述高速机械空化分散为带有分散叶片的高速分散机，包括单轴、多轴，单桨叶、多桨叶分散机；高速分散机进行高速空化分散的工作参数为：分散叶片线速度高于20m/s且与浆料的相对剪切速度不低于14m/s，分散时间0.5-10min。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：所述高速机械空化分散还包括高速射流空化分散装置，浆料最大流速不低于14m/s，形成空化分散效应，实现硅灰团聚体的解离和分散。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于，所述硅灰包括原灰、半加密硅灰、高加密硅灰；硅灰来源包括金属硅冶炼烟尘、硅铁合金冶炼烟尘。根据本发明所述的高性能预分散硅灰浆，其特征在于：利用所述高性能预分散硅灰浆制备混凝土，其制备方法为：(1)制备高性能预分散硅灰浆，(2)计量并加入砂、石、水泥及掺合料搅拌0-30s，(3)计量并加入硅灰浆搅拌5-90s，(4)加入水和外加剂搅拌30-300s得高性能预分散硅灰浆混凝土。一种高性能预分散硅灰浆的制备方法，其特征在于：制备方法为(1)按比例计量功能性分散剂和水，溶解制备并计量功能性分散液，(2)向功能性分散液中加入经计量的硅灰；(3)对硅灰与功能性分散液混合物采用高速机械空化分散；(4)分散后得到的浆料即为高性能预分散硅灰浆。本发明的有益效果为：1、硅灰料浆组分中无明显缓凝成分，不会对硅灰浆混凝土，特别是蒸养养护的硅灰浆混凝土的凝结硬化过程造成延缓的影响、脱模强度或早期强度低等负面影响，可充分发挥硅灰的早期活性，提高蒸养、标养条件下硅灰活性激发效果，提高早期及后期强度。2、采用高速机械空化分散，以空化效应实现硅灰团聚体的高效解离和分散，分散时间大幅缩短且硅灰团聚体解离度高、分散效果好，同时由非缓凝的功能性分散剂保持硅灰浆料中解离分散开的亚微米硅灰颗粒的稳定性和分散性，可充分发挥硅灰的在各个龄期的火山灰活性，减小硅灰团聚体造成的混凝土工作性差、工作性损失大、混凝土粘稠度高、强度低等负面影响。所制备的硅灰浆混凝土，不仅初始工作性好，经时损失小，粘稠度低，且混凝土的早期及后期强度得到显著增长。附图说明图1不同硅灰浆料的激光粒度分布测定结果。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本
技术领域：
的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本
技术领域：
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。实施例1：一种高性能预分散硅灰浆，组成为；硅灰1份，水1份，功能性分散剂的组成为：二乙二醇丁醚0.001份；模数2.0的钾水玻璃0.02份；氟碳系界面张力调节剂0.000002份。对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度45m/s，分散时间3min，得1号高性能预分散硅灰浆。实施例2：一种高性能预分散硅灰浆，组成为；硅灰1份，水1.5份，功能性分散剂的组成为：十二烷基硫酸钠0.001份；硫代硫酸钠0.001份；氟系界面张力调节剂0.00003份，改性聚硅氧烷0.001份。对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度35m/s，分散时间2min，得2号高性能预分散硅灰浆。实施例3：一种高性能预分散硅灰浆，组成为；硅灰1份，水2份，功能性分散剂的组成为：200分子量的聚乙二醇0.01份；碳酸氢钠0.03份；丙二醇0.01份。对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度30m/s，分散时间5min，得3号高性能预分散硅灰浆。实施例4：一种高性能预分散硅灰浆，组成为；硅灰1份，水2.5份，功能性分散剂的组成为：二丙二醇甲醚0.003份；碳酸氢钾0.01份；氟系界面张力调节剂，掺量为硅灰质量的0.00002份。对硅灰与功能性分散液混合物采用高速分散机对料浆进行机械空化分散，分散叶片线速度25m/s，分散时间8min，得4号高性能预分散硅灰浆。对比例：未添加分散剂常规中低速搅拌分散的硅灰浆0号，添加分散剂焦磷酸钠0.001份采用常规中低速机械分散的硅灰浆00号。检测：对上述样品进行了激光粒度测试，测试结果如表1和图1所示。表1不同硅灰浆料的激光粒度测试结果样品名称dx(10)(μm)dx(50)(μm)dx(90)(μm)0#常规搅拌分散0.3153.922400#常规搅拌分散+分散剂0.25213.61251#高速空化分散0.1160.2550.5742#高速空化分散0.1490.3497.893#高速空化分散0.1440.3697.62表1数据表明，经过高速空化分散得到的硅灰浆，分散液中的硅灰颗粒粒径大幅降低，由未加分散剂常规搅拌的为53.9um，添加分散剂常规搅拌的中位径为13.6um，而添加分散剂并高速空化分散的硅灰浆体中硅灰粒度分布的中位径低于0.4um。图1的粒度分布曲线也可以看到高速空化分散的样品，其1um以下粒径的颗粒比例远高于常规搅拌分散的样品，1um以上颗粒也远低于常规搅拌分散的样品，这表明经过高速空化分散，硅灰团聚体被有效解离为更小的团聚体或单颗粒。将上述硅灰浆料添加至c30、c60混凝土中，配合比见表2，其中扣除含水后的硅灰掺量均为5％，蒸养制度为静停1h，升温1.5h，50℃恒温5h，降温1h。其混凝土性能测试结果如下：表2c30、c60混凝土配合比(kg/m3)表3掺加硅灰及硅灰浆的c30混凝土性能样品编号标养18h强度mpa蒸养强度脱模mpa标养28d强度mpa掺加硅灰11.318.243.8掺0#浆体12.719.945.1掺00#浆体5.19.847.5掺1#浆体19.826.249.4掺2#浆体18.424.048.9掺3#浆体17.123.548.3表4掺加硅灰及硅灰浆的c60混凝土性能表3、表4的数据表明，经过高速空化分散得到的硅灰浆制备的混凝土具有更低的更高的早强强度和蒸养脱模强度，且标养28d的强度也显著地高于未进行高速空化分散的灰浆制备的混凝土。其中，掺加硅灰及硅灰浆的c60混凝土中，采用高速分散的高性能预分散硅灰浆混凝土具有更低的倒坍落度筒时间，表明其具有更低的粘稠度。上述实例和测试结果证明了本发明所述方法可以通过高速机械空化分散更加高效地实现硅灰团聚体的解离和分散、分散效果好；同时，采用的非缓凝的功能性分散剂使得硅灰料浆具有不缓凝的特点。以上两个方面的作用下，可充分发挥硅灰的早期活性，提高蒸养、标养条件下硅灰活性激发效果，提高早期及后期强度。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12