一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料及其制备方法 (Slurry-like high-dispersity silica-ash-based concrete admixture and preparation method thereof ) 是由 陆国森 牟忠江 于 2021-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料及其制备方法,包括以下原料组件：固体粉料、自制分散剂和水,所述固体粉料包括改性硅灰70％-90％,其余为粉煤灰微珠,首先配制500mL35％的硝酸钙溶液,在其中加入500g硅灰,在常温下搅拌并超声分散25min后,抽滤烘干,即得改性后硅灰,将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰、粉煤灰微珠比例称量后搅拌均匀,本申请主要通过离子健、共价键、氢键及范德华力等相互作用仅仅吸附在固体表面；另一部分为溶剂化链,其主要提高浆体分散稳定性。硅灰表面经过改性后,一方面表面吸附大量Ca～(2+),使其更容易与分散剂锚固剂结合,分散剂中溶剂化链提高硅灰浆体的稳定性。(The invention discloses a pasty high-dispersity silica fume-based concrete admixture and a preparation method thereof, wherein the admixture comprises the following raw material components: the preparation method comprises the following steps of preparing a solid powder material, a self-made dispersing agent and water, wherein the solid powder material comprises 70-90% of modified silica fume and the balance of fly ash microbeads, firstly preparing 500mL of 35% calcium nitrate solution, adding 500g of silica fume into the solution, stirring at normal temperature, ultrasonically dispersing for 25min, filtering, drying to obtain modified silica fume, weighing the modified silica fume and the fly ash microbeads according to the proportion of the modified silica fume and the fly ash microbeads, and uniformly stirring, wherein the modified silica fume and the fly ash microbeads are only adsorbed on the surface of a solid mainly through the interaction of ionic bonds, covalent bonds, hydrogen bonds, Van der Waals forces and; the other part is a solvating chain which mainly improves the dispersion stability of the slurry. After the surface of the silica fume is modified, on one hand, a large amount of Ca is adsorbed on the surface 2+ So that the silica fume slurry can be combined with the anchoring agent of the dispersant more easily, and the solvation chain in the dispersant improves the stability of the silica fume slurry.)
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体是一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料及其制备方法。
背景技术
随着高层建筑和大跨度结构的发展，对混凝土强度、耐久性和工作性的要求越来越高。各种矿物掺合料是配制高强混凝土的必不可少的材料。矿物掺合料的引入，不仅能改善混凝土的强度、工作性和耐久性等性能，还有极大的经济和环境附加值。
硅灰作为混凝土掺合料的一种，可大幅改善水泥混凝土的综合性能，主要用于配制具有高强、早强、耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻及抗钢筋锈蚀等特殊要求的混凝土，广泛应用于建造大坝、大型水库、水电、海港码头、铁路桥梁、高速公路、机场跑道等重大、重点工程；
硅灰由于堆积密度仅为180-230kg/m3，不易储存和运输，为解决这一问题，国内外开发出提高硅灰松堆密度的“硅灰增密技术”，加密硅灰是原状硅灰经过机械手段压缩而成，机械加工过程导致加密硅灰作为原材料即存在大量的硅灰颗粒聚集现象。因此目前工程实践中普遍使用的是加密硅灰。
由于硅灰比表面积大、颗粒粒径非常小，易吸收大量水形成絮凝结构，造成混凝土流动度和塌落度大幅下降，且不论加密硅灰还是原状硅灰都会由于颗粒间的吸引力产生聚集现象，这些聚集的硅灰团簇在混凝土中很难均匀分散，从而造成混凝土强度离散性较大，同时硅灰因颗粒小在添加过程中会产生大量粉尘，造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料，包括以下原料组件：固体粉料、自制分散剂和水，所述固体粉料包括改性硅灰70％-90％，其余为粉煤灰微珠；
自制分散剂占固体粉料0.1％-1.5％；
水：固体粉料为1.2～1:1；
所用的硅灰中SiO2含量≥90％；
粉煤灰微珠中SiO2+Al2O3含量≥65％，比表面积≥500m2/g。
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：首先配制500mL 35％的硝酸钙溶液，在其中加入500g硅灰，在常温下搅拌并超声分散25min后，抽滤烘干，即得改性后硅灰；
步骤二：将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰70％-90％，粉煤灰微珠10％-30％(两者比例之和为100％)比例称量后搅拌均匀，备用；
步骤三：将甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐单酯、过硫酸铵、巯基丙酸、苯乙烯按照10:19:2：1：6比例混合后在80℃水浴中，逐滴加入丙酮中，滴加完后继续保温20min，产物采用无水乙醇沉淀后，抽滤烘干后即得分散剂；
步骤四：将步骤二中改性硅灰与水按照水：固体粉料为1.2～1:1比例混合，再按固体粉料0.1％-1.5％比例加入步骤三中的分散剂，在常温条件下搅拌30min，即得浆状硅灰基混凝土掺合料。
作为本发明进一步的方案：固体粉料：改性硅灰：85％，粉煤灰微珠：15％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
作为本发明进一步的方案：固体粉料：改性硅灰：80％，粉煤灰微珠：20％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
作为本发明进一步的方案：固体粉料：改性硅灰：70％，粉煤灰微珠：30％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请中的浆状硅灰基混凝土掺合料主要由改性硅灰、粉煤灰微珠、自制分散剂以及水组成。所制备的分散剂主要分为两个部分，一部分为锚固基团，其主要通过离子健、共价键、氢键及范德华力等相互作用仅仅吸附在固体表面；另一部分为溶剂化链，其主要提高浆体分散稳定性。硅灰表面经过改性后，一方面表面吸附大量Ca2+，使其更容易与分散剂锚固剂结合，分散剂中溶剂化链提高硅灰浆体的稳定性，另一发面增加硅灰表面的电荷量，使其排斥力增大，在混凝土中更容易分散，与水泥水化生产的Ca(OH)2发生火山灰反应生成C-S-H凝胶，从而提高混凝土早期强度；微珠的掺入大幅度提高了混凝土的流动性能，使混凝土更加密实，同时使硅灰颗粒更容易在混凝土浆体中分散。
具体实施方式
下面将结合本发明实施对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料，包括以下原料组件：固体粉料、自制分散剂和水，所述固体粉料包括改性硅灰，其余为粉煤灰微珠；
其中：固体粉料：改性硅灰：85％，粉煤灰微珠：15％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：首先配制500mL 35％的硝酸钙溶液，在其中加入硅灰，在常温下搅拌并超声分散25min后，抽滤烘干，即得改性后硅灰；
步骤二：将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰、粉煤灰微珠比例称量后搅拌均匀，备用；
步骤三：将甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐单酯、过硫酸铵、巯基丙酸、苯乙烯按照10:19:2：1：6比例混合后在80℃水浴中，逐滴加入丙酮中，滴加完后继续保温20min，产物采用无水乙醇沉淀后，抽滤烘干后即得分散剂；
步骤四：将步骤二中改性硅灰与水按照水：固体粉料为按比例混合，再按固体粉料比例加入步骤三中的分散剂，在常温条件下搅拌30min，即得浆状硅灰基混凝土掺合料。
实施例2
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料，包括以下原料组件：固体粉料和水，所述固体粉料包括改性硅灰，其余为粉煤灰微珠；
其中：固体粉料：改性硅灰：85％，粉煤灰微珠：15％，水：固体粉料：1.1:1。
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：首先配制500mL 35％的硝酸钙溶液，在其中加入硅灰，在常温下搅拌并超声分散25min后，抽滤烘干，即得改性后硅灰；
步骤二：将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰、粉煤灰微珠比例称量后搅拌均匀，备用；
步骤三：将步骤二中改性硅灰与水按照水：固体粉料为按比例混合，在常温条件下搅拌30min，即得浆状硅灰基混凝土掺合料。
实施例3
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料，包括以下原料组件：固体粉料、自制分散剂和水，所述固体粉料包括改性硅灰，其余为粉煤灰微珠；
其中：固体粉料：改性硅灰：80％，粉煤灰微珠：20％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：首先配制500mL 35％的硝酸钙溶液，在其中加入硅灰，在常温下搅拌并超声分散25min后，抽滤烘干，即得改性后硅灰；
步骤二：将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰、粉煤灰微珠比例称量后搅拌均匀，备用；
步骤三：将甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐单酯、过硫酸铵、巯基丙酸、苯乙烯按照10:19:2：1：6比例混合后在80℃水浴中，逐滴加入丙酮中，滴加完后继续保温20min，产物采用无水乙醇沉淀后，抽滤烘干后即得分散剂；
步骤四：将步骤二中改性硅灰与水按照水：固体粉料为按比例混合，再按固体粉料比例加入步骤三中的分散剂，在常温条件下搅拌30min，即得浆状硅灰基混凝土掺合料
实施例4
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料，包括以下原料组件：固体粉料、自制分散剂和水，所述固体粉料包括改性硅灰，其余为粉煤灰微珠；
其中：固体粉料：改性硅灰：70％，粉煤灰微珠：30％，自制分散剂：0.5％，水：固体粉料：1.1:1。
一种浆状高分散性硅灰基混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：首先配制500mL 35％的硝酸钙溶液，在其中加入硅灰，在常温下搅拌并超声分散25min后，抽滤烘干，即得改性后硅灰；
步骤二：将改性后硅灰与粉煤灰微珠按改性硅灰、粉煤灰微珠比例称量后搅拌均匀，备用；
步骤三：将甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐单酯、过硫酸铵、巯基丙酸、苯乙烯按照10:19:2：1：6比例混合后在80℃水浴中，逐滴加入丙酮中，滴加完后继续保温20min，产物采用无水乙醇沉淀后，抽滤烘干后即得分散剂；
步骤四：将步骤二中改性硅灰与水按照水：固体粉料为按比例混合，再按固体粉料比例加入步骤三中的分散剂，在常温条件下搅拌30min，即得浆状硅灰基混凝土掺合料
将上述4种制备好的浆状混凝土掺合料，按固体粉料质量记取代水泥质量15％，按照GB/T 2429-2005《水泥胶砂流动度测定方法》测定其流动度，按GB/T《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备砂浆测定其3d、7d、28d强度。纯水泥样品为对比样1，采用原状硅灰：70％，粉煤灰微珠：30％混合后取代水泥质量15％样品为对比样2；
表2砂浆配比性能试验结果：
表2：
由表2可以看出，对比样2采用原状硅灰+粉煤灰微珠混合的样品，流动度较对比样1纯水泥样品还低，工作性能较差，3d、7d、28d强度较对比样1未有明显提高；实施方案2样品由于未加分散剂，其流动度基本以对比样1持平，未得到有效改善，但3d、7d、28d强度较对比样1有所提高；实施方案1、实施方案3、实施方案4样品取代水泥后流动度较对比样1均有明显提高，工作性能优异，3d、7d、28d强度较对比样1均有大幅提高，其中实施方案1样品，3d早期强度最高，实施方案4样品，流动度最好，28d强度最高。使用人员可根据实际使用需要选择不同配比。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。