一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统混凝土作为最常见的建筑材料之一，在生产过程中，对水资源的大量消耗引发了水资源紧缺问题，尤其是在干旱地区。此外，混凝土生产所需的水泥制造过程释放出大量的二氧化碳，造成了全球变暖和气候变化的严重影响。

2、利用再生材料替代部分水泥成分成为降低混凝土制备过程中的碳排放的方法的一种重要策略。低碳再生混凝土是指通过回收利用废弃混凝土、建筑废弃物和工业副产品等资源，将再生骨料作为混凝土原材料中粗细骨料的组分，利用co2养护混凝土，制备低碳再生混凝土。低碳再生混凝土制备过程不仅能够减少对天然资源的开采，还能有效降低对传统水泥的需求，从而减少二氧化碳的排放。而且消耗的能量较低，有助于提高混凝土的强度增长速度，提高混凝土的性能。可以有效地利用工厂中排放的co2气体，具有保护环境，降低环境污染的作用。

3、但是，低碳再生混凝土在co2养护设备内养护，加速了水泥的水化速度，反应程度和早期抗压强度均提高，但在co2养护设备早期养护时，co2养护仪器内的温度较高，会使混凝土试件内部水分蒸发，影响后期常温养护时的混凝土强度的增长。

技术实现思路

1、本发明的目的是开发一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料及其制备方法和应用，具有较强的吸水和储水能力，将超蓄水聚合物达到吸水饱和状态。混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料吸水膨胀可填充间隙，因此还可制成水密封材料，阻止水分漏出。不同的超蓄水聚合物具有不同的吸放水能力，作为原材料用于制备混凝土拌合物，在水泥水化过程中，当混凝土内部的水分较低时，混凝土内部产生湿度差的时候，超蓄水聚合物缓慢释放自身的水分，为水泥熟料的后期水化提供水分，保证混凝土的后期强度，改善塑性收缩开裂性能，减少和延缓微裂缝的产生和扩展。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、本发明提供的一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料，按照重量份数计算，包括如下组分：再生微粉40～60份，粉煤灰25～30份，高吸水树脂组合物10～20份和螯合剂5～10份；

4、其中，高吸水树脂组合物中包括聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺，重量份数比为1～4。

5、本发明采用的再生微粉，是通过对废气混凝土、废气粘土砖等建筑垃圾进行逐级破碎和粉磨，得到的一种细度较小的微细粉末。这种微粉在混凝土中可以起到微集料填充效应，有助于提高混凝土的密实度。

6、本发明采用的再生微粉的制备过程如下：利用大型破碎机将大块的建筑垃圾进行初级破碎，使其成为较小的碎块；采用风选、磁选等方法，初步剔除建筑垃圾碎块中的钢筋、木块、塑料等杂质；通过人工筛选，对初筛后的碎块中的杂质进行二次分选，采用水洗等工艺将碎块表面的剩余泥土除去。洁净后的建筑废弃物碎片送入二次破碎机，然后经过筛分系统对不同尺寸的粗细骨料进行筛分；最后采用专门的研磨机将筛选后的骨料研磨成粉末，从而得到可回收的建筑废弃物微粉，采用上述方法制备的再生微粉，具有优异的性能。

7、本发明提供的高吸水树脂组合物，由聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺高分子材料具有多个亲水基团，可以与水分子发生相互作用，具有优异的聚水能力，同时能够稳定地保持吸收的水分，并形成类似于凝胶的结构。高吸水树脂组合物能够与再生微粉发生反应，从而改变超蓄水聚合物的性质和性能，增加其吸水能力和保水性。

8、本发明提供的掺合料中还包括了粉煤灰，粉煤灰具有活性作用和填充作用，同时对再生微粉具有活化作用，能够有效提高混凝土的结构密度，并能起到一定的活性效果，从而缩短水泥与粉煤灰之间的缝隙。

9、进一步的，聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺的质量比由再生微粉、粉煤灰和高吸水树脂组合物的掺量共同确定。

10、进一步的，当时，则1≤n/a≤1.5；

11、其中，w为再生微粉的重量份数；

12、f为粉煤灰的重量份数；

13、g为高吸水树脂组合物的重量份数；

14、n为聚丙烯酸钠的重量份数；

15、a为聚丙烯酸胺的重量份数。

16、高吸水树脂组合物中，如果聚丙烯酸钠的掺量过低而聚丙烯酰胺的掺量过高，且再生微粉的掺量过高，会导致过度吸水，使组合物过于凝胶化，失去流动性，不利于材料的施工和加工，如果聚丙烯酸钠的掺量过高，则会导致混合物的稳定性下降，导致相分离或沉淀现象，影响材料的均匀性和一致性。在上述条件下，再生微粉的掺量远大于粉煤灰和高吸水树脂组合的掺量，因此应适当降低聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺的比值，以保证混凝土的水化顺利进行。

17、进一步的，当时，则1.5＜n/a≤4；

18、其中，w为再生微粉的重量份数；

19、f为粉煤灰的重量份数；

20、g为高吸水树脂组合物的重量份数；

21、n为聚丙烯酸钠的重量份数；

22、a为聚丙烯酸胺的重量份数。

23、当出现上述情况时，由于粉煤灰相对于再生微信的掺量提高，容易造成混凝土水化加快，局部放热过快，导致混凝土的早期开裂，因此提高高吸水树脂组合物中聚丙烯酰胺的掺量，能够延缓混凝土的水化时长，避免局部放热过大。

24、进一步的，高吸水树脂组合物还包括表面活性剂、交联剂、稳定剂和ph值稳定剂。本发明中采用的辅助剂包括表面活性剂、稳定剂、ph调节剂等，用于调整聚合物的粒度、分散性和稳定性，以适应不同的应用需求。按照重量份数计算，高吸水树脂组合物中其他组分的重量份数的范围为：高吸水树脂：60～90份；表面活性剂：0.1～5份；交联剂：0.1～5份；稳定剂：0.01～2份；ph值稳定剂：0.01～1份。

25、进一步的，螯合剂为edta。

26、edta能够与多种金属离子形成稳定的络合物，在反应过程中，edta的羧基和氨基可以与金属离子形成络合，金属离子包裹在edta的分子中，同时可以根据反应条件和金属离子浓度调节反应的平衡和程度。金属离子与edta络合后，其活性会减弱，从而影响其在反应体系中的性质和行为。在再生微粉、粉煤灰和高吸水树脂组合物的共同应用中，edta能够通过对金属离子的络合来调整高吸水树脂组合物的吸水性能和保水性能。此外，edta还可以提高反应体系的稳定性，增加反应产物的稳定性和可持续性。

27、本发明还提供了一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料的制备方法，包括如下操作步骤：

28、将再生微粉、粉煤灰、高吸水树脂组合物和螯合剂加入水中混合，加热反应，得到反应液；将反应液烘干得到混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料。

29、进一步的，将反应液烘干，包括将反应液静置分层，得到上层清液和下层物料；将上层清液和下层物料分别烘干，得到物料1和物料2；将物料1和物料2混合研磨得到混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料。

30、将上层清液和底层物料分开，将底层物料烘干具有以下的优点：

31、精细控制成分，通过分离和烘干上层清液和底层物料，可以更精确地控制每个组分的成分和比例。使得后续的反应更容易控制，并确保反应液中的各种成分按照需要进行重新组合，以满足产品的特定性能和质量要求；最大资源利用：将上层清液和底层物料均用于后续的反应，最大化了原材料的利用率。

32、降低废物产生，有助于降低生产成本和资源浪费，从而提高了生产的经济性和可持续性；一致性和稳定性：由于分离和烘干后的上层清液和底层物料在成分上更加一致，因此后续的反应更容易控制，从而实现产品的一致性和稳定性。这对于生产高质量产品至关重要；减少废物处理：将上层清液和底层物料分开烘干，可以减少废物处理的复杂性和成本。废物处理通常需要额外的资源和环境成本，因此减少废物产生有助于减轻环境负担。总之，将上层清液和底层物料分开烘干后均用于后续的反应可以提高生产过程的效率和质量，并降低生产成本。这有助于确保产品在性能、一致性和可持续性方面达到最佳水平。

33、上层清液烘干后的物料组分和底层物料烘干后的物料组成主要是以下成分：

34、上层清液包括未反应或不需要的溶解性材料，如未反应的螯合剂、未溶解的高吸水树脂残渣等。底层物料包括已反应的或固体的成分，如再生微粉、粉煤灰、高吸水树脂组合物等。这些成分具有不同的颗粒大小和性质，需要经过烘干和处理以确保其适合混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料的应用。总的来说，分离和烘干上层清液和底层物料是一个关键的工艺步骤，有助于提高混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料的质量、性能和经济性，同时减少资源浪费。在本发明中，静置分层能够使再生微粉和高吸水树脂组合物发生反应，提高再生微粉的吸水性能的同时，提高超蓄水聚合物的稳定性和机械强度，减少聚合物颗粒的破碎和分解。

35、进一步的，加热反应的温度为60～75℃。

36、进一步的，反应时间为4～5h。

37、进一步的，静置分层时间为3～5h。

38、本发明的第三个目的是提供一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料的应用方法，具有同样的技术效果。

39、其技术方案如下：

40、一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料的应用，是将混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料加入混凝土中，掺加量为混凝土质量的5％～10％。

41、综上所述，本发明具有以下有益效果：

42、本发明提供了一种混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料，具有较强的吸水和储水能力，将超蓄水聚合物达到吸水饱和状态。混凝土超蓄水聚合物型矿物掺合料吸水膨胀可填充间隙，因此还可制成水密封材料，阻止水分漏出。