利用叶腊石和白云石所制备混凝土/砂浆用抗裂掺和剂
阅读说明：本技术 利用叶腊石和白云石所制备混凝土/砂浆用抗裂掺和剂 (Anti-crack admixture for concrete/mortar prepared from pyrophyllite and dolomite ) 是由 何文江 王晨阳 杨长聚 杜欢龙 韩长余 曹克科 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于超硬材料行业废物回收技术领域,具体涉及一种利用叶腊石和白云石所制备混凝土/砂浆用抗裂掺和剂。以质量百分比计,该掺合剂中,叶腊石的含量为60～80wt%,白云石的含量为20～40wt%。本申请将合成超硬材料使用后的叶腊石和白云石进行了混合复配,将其作为混凝土/砂浆掺合剂加以应用。初步实验结果表明,本申请所提供的掺和剂,能够将混凝土/砂浆水化热峰值出现时间推迟8h以上,水化热峰值降低10%以上,抗渗强度提高0.2MPa以上。表现出较好的应用效果。本申请所提供的掺和剂性能稳定,对于解决超硬材料企业的叶腊石和白云石废料的去向问题具有较好的技术价值。(The invention belongs to the technical field of waste recovery in the superhard material industry, and particularly relates to an anti-crack admixture for concrete/mortar prepared from pyrophyllite and dolomite. In the admixture, the pyrophyllite content is 60-80 wt%, and the dolomite content is 20-40 wt%. The pyrophyllite and the dolomite which are used for synthesizing the superhard material are mixed and compounded, and the mixture is used as a concrete/mortar admixture. Preliminary experiment results show that the admixture provided by the application can delay the occurrence time of the hydration heat peak of the concrete/mortar by more than 8 hours, reduce the hydration heat peak by more than 10 percent, and improve the impermeability strength by more than 0.2 MPa. The application effect is better. The admixture provided by the application has stable performance, and has better technical value for solving the problem of the direction of pyrophyllite and dolomite waste materials of superhard material enterprises.)
技术领域
本发明属于超硬材料行业废物回收技术领域，具体涉及一种利用叶腊石和白云石所制备混凝土/砂浆用抗裂掺和剂。
背景技术
混凝土和砂浆作为当代社会极其重要的建筑材料，具有耐久性好、抗压强度高、原料丰富、价格低廉等特点。但实际使用过程中，由于在水泥成分在硬化前期过程中存在大量放热，容易导致温度快速升高进而发生体积膨胀，而后期随着温度的降低又会出现体积收缩现象，但由于此时混凝土/砂浆已经硬化，由此导致混凝土/砂浆硬化过程经常出现细微裂缝。为此，实际混凝土/砂浆配方中，通常需要加入一定掺合剂或者需要配合特殊养护以克服此缺陷。
在静态超高压合成金刚石等超硬材料的过程中，密封传压介质是重要的合成辅料，其为静压法合成超硬材料的腔体。而由于叶蜡石、白云石由于具有好的传压性、密封性、绝缘性、耐热保温性和机械加工性等性能特点，因此被广泛用作超高压合成体系的密封传压介质。由此，叶腊石和白云石也是人工合成超硬材料行业消耗量最大的消耗品之一。但随着我国超硬材料产能规模日益扩大，对于使用后的叶腊石、白云石如何妥善处理成为超硬材料合成企业的一大技术难题。
发明内容
针对超硬材料行业生产中所产生的叶腊石和白云石废料，本申请目的利用该物料进一步加工制备成混凝土/砂浆用抗裂掺和剂，从而为相关物料的回收利用奠定一定技术基础。
本申请所采取的技术方案详述如下。
一种利用叶腊石和白云石所制备混凝土/砂浆用抗裂掺和剂，以质量百分比计，该掺合剂中，叶腊石的含量为60~80wt%，白云石的含量为20~40wt%；
具体比例例如为，叶腊石：白云石=7:3；
所述叶腊石和白云石为工业合成超硬材料中所采用的叶腊石和白云石；
所述叶腊石化学成分组成（wt%）参考如下：
SiO2 49~52，Al2O3 42~44，Fe2O3+FeO 2~3，TiO2 1~1.5，Na2O+K2O 1.8~2.5；
所述白云石化学成分组成（wt%）参考如下：
CaO 30~34，MgO 22~24，CO2 42~48；
基于上述化学组成情况，所述掺合剂的化学成分组成（wt%）如下：
SiO2 29.4~41.6，Al2O3 25.2~35.2，Fe2O3+FeO 1.2~2.4，TiO2 0.6~1.2，Na2O+K2O1.1~2，CaO 6~13.6，MgO 4.4~9.6，CO2 8.4~19.2。
所述抗裂掺和剂在混凝土/砂浆中的应用，具体应用时，以质量比计，抗裂掺和剂添加量占水泥质量一般不超过20%，同时，基于实际改善效果考虑，MgO占水泥重量一般应不低于0.5%，因此，实际应用时，抗裂掺和剂添加量一般应为水泥质量的5~20%（实际添加中，添加量一般应为5.7~20%，具体添加量例如为10%、15%）；
所述混凝土例如为C40混凝土；所述砂浆例如为C40砂浆或C30砂浆。
制备所述抗裂掺和剂时，具体参考如下操作：
首先，将工业合成超硬材料中所采用（本申请主要指加工超硬材料应用后的废料）的叶腊石和白云石分别收集后，分别进行初步破碎，初步破碎后的颗粒尺寸不大于3mm；
随后，将上述初步破碎后的叶腊石和白云石按照比例混合均匀；混合均匀后，再次进行进行粉碎；
最后，将上述粉碎后混合物料过80~120目筛网，筛下物混合均匀后即为本申请所提供的抗裂掺和剂。
化学成分分析表明，叶腊石的主要成分为硅铝酸盐，与常用水泥的主要成分相近；白云石的主要成分为硅酸钙镁，其中氧化镁具有延缓水化放热、降低水化热峰值的作用。基于这些性能特点，本申请将合成超硬材料使用后的叶腊石和白云石进行了混合复配，将其作为混凝土/砂浆掺合剂加以应用。初步实验结果表明，本申请所提供的掺和剂，能够将混凝土/砂浆水化热峰值出现时间推迟8h以上，水化热峰值降低10%以上，抗渗强度提高0.2MPa以上。表现出较好的应用效果。
总体上，本申请所提供的掺合剂性能稳定，能够优化混凝土/砂浆的放热曲线，降低水泥水化过程中加速期的放热速率，延长水化放热过程，显著降低水化热峰值，表现出较好的抗裂防渗效果，同时对于解决超硬材料企业的叶腊石和白云石废料的去向问题具有较好的技术价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明。在介绍具体实施例前，就下述实施例中部分实验背景情况简要介绍说明如下。
实验原料：
下述实施例中所采用的叶腊石和白云石均来自于某超硬材料加工企业工业合成超硬材料使用后的废料，检测后，相关物料的化学成分组成如下表所示：
叶腊石化学成分表（wt%）：
白云石化学成分表（wt%）：
；
常用的C40混凝土（一立方米）按照：425普通硅酸盐水泥447kg，中砂621kg，石子1260kg，减水剂3.6kg，水135kg配制而成；
常用的C40砂浆按照：425普通硅酸盐水泥：标准砂：水=1:3:0.5（重量比）配制而成；
常用的C30砂浆按照：325普通硅酸盐水泥：标准砂：水=1:3:0.5（重量比）配制而成。
实施例1
本实施例所提供的抗裂掺和剂，叶腊石的含量为60wt%，白云石的含量为40wt%；具体参考如下操作制备获得：
首先，将工业合成超硬材料中所采用（本申请主要指加工超硬材料应用后的废料）的叶腊石和白云石分别收集后，分别进行初步破碎，初步破碎后的颗粒尺寸不大于3mm；
随后，将上述初步破碎后的叶腊石和白云石按照比例混合均匀；混合均匀后，再次进行进行粉碎；
最后，将上述粉碎后混合物料过120目筛网，筛下物混合均匀后即为本申请所提供的抗裂掺和剂。
检测后，制备所得掺和剂的化学成分表如下（wt%）：
。
按照水泥重量不同比例添加不同类型砂浆或混凝土后，具体性能改善情况简介如下。
按照水泥重量的5.7%比例（换算后，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟8~10h左右，水化热峰值降低10~13%，抗渗强度可提高0.2~0.4MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟15~18h左右，水化热峰值降低18~24%，抗渗强度可提高0.4~0.6MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟16~18h左右，水化热峰值降低20~26%，抗渗强度可提高0.4~0.6MPa。
按照水泥重量的5.7%比例（换算后，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟10~12h左右，水化热峰值降低12~16%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟18~22h左右，水化热峰值降低22~25%，抗渗强度可提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟21~25h左右，水化热峰值降低24~28%，抗渗强度可提高0.3~0.5MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.76~1.92%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟23~26h左右，水化热峰值降低25~30%，抗渗强度可提高0.3~0.5MPa。
按照水泥重量的5.7%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟10~12h左右，水化热峰值降低12~15%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟16~19h左右，水化热峰值降低18~22%，抗渗强度可提高0.2~0.4MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟20~24h左右，水化热峰值降低23~26%，抗渗强度可提高0.3~0.5MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.76~1.92%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟22~25h左右，水化热峰值降低25~28%，抗渗强度可提高0.3~0.5MPa。
实施例2
本实施例所提供的抗裂掺和剂，叶腊石的含量为70wt%，白云石的含量为30wt%；制备方法同实施例1。
检测后，本实施例制备所得掺和剂的化学成分表如下（wt%）：
。
按照水泥重量不同比例添加不同类型砂浆或混凝土后，具体性能改善情况简介如下。
按照水泥重量的7.6%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟9~12h左右，水化热峰值降低10~15%，抗渗强度提高0.2~0.4MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟12~15h左右，水化热峰值降低15~18%，抗渗强度提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.99~1.08%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟15~18h左右，水化热峰值降低20~24%，抗渗强度提高0.3~0.5MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟18~20h左右，水化热峰值降低22~26%，抗渗强度提高0.3~0.5MPa。
按照水泥重量的7.6%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟10~13h左右，水化热峰值降低13~16%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟12~16h左右，水化热峰值降低16~20%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.99~1.08%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟20~24h左右，水化热峰值降低22~26%，抗渗强度可提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟22~26h左右，水化热峰值降低25~28%，抗渗强度提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的7.6%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟10~12h左右，水化热峰值降低13~15%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的10%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟12~15h左右，水化热峰值降低16~18%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.99~1.08%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟16~20h左右，水化热峰值降低18~22%，抗渗强度提高0.2~0.4MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的1.32~1.44%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟21~24h左右，水化热峰值降低24~26%，抗渗强度提高0.3~0.4MPa。
实施例3
本实施例所提供的抗裂掺和剂，叶腊石的含量为80wt%，白云石的含量为20wt%；制备方法同实施例1。
检测后，本实施例制备所得掺和剂的化学成分表如下（wt%）：
。
按照水泥重量不同比例添加不同类型砂浆或混凝土后，具体性能改善情况简介如下。
按照水泥重量的11.4%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟10~12h左右，水化热峰值降低12~16%，抗渗强度提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟14~16h左右，水化热峰值降低18~21%，抗渗强度提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C30砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟16~18h左右，水化热峰值降低20~24%，抗渗强度提高0.3~0.4MPa。
按照水泥重量的11.4%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），，将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟12~14h左右，水化热峰值降低14~17%，抗渗强度提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟14~16h左右，水化热峰值降低17~20%，抗渗强度提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C40砂浆中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟20~22h左右，水化热峰值降低21~24%，抗渗强度提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的11.4%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.5016~0.5472%），，将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟11~13h左右，水化热峰值降低14~16%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的15%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.66~0.72%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，砂浆水化热峰值出现时间推迟13~16h左右，水化热峰值降低16~19%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。
按照水泥重量的20%比例（即，MgO重量占水泥重量的0.88~0.96%），将该掺和剂添加入C40混凝土中，并对相关性能指标进行测定。结果表明：添加该掺和剂后，混凝土水化热峰值出现时间推迟16~19h左右，水化热峰值降低19~22%，抗渗强度可提高0.2~0.3MPa。