阅读说明：本技术 一种煤矸石基掺合料及其制备方法 (Coal gangue-based admixture and preparation method thereof ) 是由 祝小靓 高育欣 郭照恒 王军 赖航 宋文静 程宝军 于 2021-01-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤矸石基掺合料及其制备方法,所述制备方法包括以下步骤：以80-90份煤矸石为原料,将其预磨成粉,然后将煤矸石粉与5-15份氧化钙和5-15份石膏进行湿混、蒸养、煅烧,随后将煅烧后的产物冷却后与3-6份硅烷偶联剂进行共同粉磨,最后将共同粉磨后的产物与15-20份粉煤灰和5-10份石灰石粉进行混合得到所述煤矸石基掺合料。本发明制备得到的煤矸石基掺合料,煤矸石占比≥70％,制备的砂浆流动度比≥97％,活性≥85％,掺加此掺合料的混凝土其坍落度、扩展度等和易性与普通混凝土无异。能够满足不同施工要求的混凝土使用,适合大规模推广应用,具有显著的经济效益和社会效益。(The invention discloses a coal gangue-based admixture and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: the gangue-based admixture is prepared by using 80-90 parts of gangue as a raw material, pre-grinding the gangue into powder, wet mixing, steaming and calcining gangue powder, 5-15 parts of calcium oxide and 5-15 parts of gypsum, cooling a calcined product, then co-grinding the cooled calcined product and 3-6 parts of silane coupling agent, and finally mixing the co-ground product with 15-20 parts of fly ash and 5-10 parts of limestone powder to obtain the gangue-based admixture. The coal gangue content of the coal gangue-based admixture prepared by the invention is more than or equal to 70 percent, the fluidity ratio of the prepared mortar is more than or equal to 97 percent, the activity is more than or equal to 85 percent, and the workability of the concrete doped with the admixture is the same as that of the common concrete in slump, expansion and the like. The concrete can meet the use requirements of concrete with different construction requirements, is suitable for large-scale popularization and application, and has remarkable economic and social benefits.)

一种煤矸石基掺合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种煤矸石基掺合料及其制备方法。

背景技术

煤矸石中含有大量硅铝质矿物，其SiO₂和Al₂O₃含量分别可达30％～60％、15％～40％，是一种“放错地方”的资源。煤矸石作为混凝土掺合料一方面能有效减少煤矸石的堆存，另一方面降低了水泥的消耗，实现可持续发展。将活化煤矸石应用在建筑、交通等工程领域有着良好的经济、社会和环境效益。

从化学组成考虑，煤矸石的高SiO₂和Al₂O₃的低钙组成与硅酸盐水泥熟料的高钙组成能形成互补，从而能有效地改善硅酸盐水泥的性能。但是，将未经任何方法处理的未活化煤矸石，直接作为混凝土掺合料使用，将对混凝土的性能带来不利的影响。煤矸石因其具有多孔的结构，在作为掺合料使用时，会吸收一部分拌和水，对混凝土的工作性能造成影响，对和易性产生负面作用；另外为提高煤矸石的掺量并减少其对混凝土力学性能的影响，煤矸石的活性也有待进一步提高。

目前对于煤矸石基掺合料的研究中，多为和CaO、石膏等复合，对含煤矸石复合材料进行煅烧提高活性，如CN 102167532A(混凝土掺和料及煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法)，提出使用煤矸石、石灰石、石膏和萤石进行混合煅烧的工艺，制备高活性煤矸石复合掺合料，但是该制备方法需水量比较大。CN 106316178A(混凝土用矿物掺合料I级复合粉煤灰及其制作方法)中使用烧透煤矸石、高炉渣、转炉渣和碎硅石进行混合粉磨，所制备I级复合粉煤灰需水量较低，但是活性未知，且其中煤矸石占比较小，对煤矸石资源化利用贡献较小。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种煤矸石基掺合料及其制备方法，本发明的煤矸石基掺合料煤矸石占比较高，同时活性高，对混凝土的和易性无负面影响的特点，能够满足不同施工要求的混凝土使用，适合大规模推广应用。

本发明的技术方案如下：

一方面，提供一种煤矸石基掺合料，包括以下质量百分比的各组分：煤矸石80-90份、氧化钙5-15份、石膏5-15份、硅烷偶联剂3-6份、粉煤灰15-20份、石灰石粉5-10份。

作为优选，所述石膏为无水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏、脱硫石膏中的一种或多种。

作为优选，所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

另一方面，还提供一种煤矸石基掺合料的制备方法，包括以下步骤：以煤矸石为原料，将其预磨成粉，然后将80-90份的煤矸石粉与5-15份的氧化钙和5-15份的石膏进行干混、湿混、蒸养、煅烧，随后将煅烧后的产物冷却后与3-6份的硅烷偶联剂进行共同粉磨，最后将共同粉磨后的产物与15-20份的粉煤灰和5-10份的石灰石粉进行混合得到所述煤矸石基掺合料。

作为优选，将煤矸石粉与氧化钙和石膏进行湿混时，以0.1-0.25的水粉比进行湿混5-20分钟。

作为优选，采用喷雾的形式将煤矸石粉与氧化钙和石膏进行湿混。

作为优选，将煤矸石粉与氧化钙和石膏进行蒸养时，在70-90℃条件下蒸养4-8小时。

作为优选，将煤矸石粉与氧化钙和石膏进行煅烧时，在600-900℃条件下煅烧1-4小时。

作为优选，在煤矸石粉与氧化钙和石膏进行煅烧前，将蒸养后的产物在成球机中进行成球，然后将球形混合物进行煅烧。

作为优选，所述煤矸石预磨成粉后的比表面积大于等于200m²/kg；与硅烷偶联剂进行共同粉磨后的产物，其比表面积大于等于500m²/kg；所述粉煤灰的比表面积大于等于400m²/kg。

本发明的有益效果是：

本发明将煤矸石粉与氧化钙和石膏进行混合，预先进行蒸压养护，经过热液蚀变过程可以侵蚀石英和长石，氧化钙的碱性可导致Al-O带断裂与富硅(SiO₂·nH₂O)的形成。通过硅烷偶联剂对高温煅烧活化后的煤矸石粉进行表面改性，并和粉煤灰、石灰石进行混合，利用硅烷偶联剂对煤矸石表面的改性，粉煤灰和石灰石的滚珠效应、润滑性以及颗粒堆积效应，消除煤矸石基掺合料对混凝土和易性的负面影响，提升煤矸石粉的活性及掺量，能够满足不同施工要求的混凝土使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

一种煤矸石基掺合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将煤矸石进行预粉磨，取80份煤矸石粉与5份氧化钙和15份石膏进行干混20分钟，随后使用自来水，采用喷雾的方式，将以上粉体以0.15的水粉比进行湿混20分钟；混合后的物料在80℃条件下蒸养8小时，随后取出在成球机中进行成球，将球形混合料在800℃条件下煅烧4小时，取出在室温下自然冷却。

步骤2：将步骤1的产物与3份硅烷偶联剂在磨机中粉磨25分钟，比表面积达到600m²/kg。

步骤3：将步骤2的产物与15份比表面积为400m²/kg的粉煤灰和5份比表面积为700m²/kg的石灰石粉进行干混20分钟，既得煤矸石基掺合料。

实施例2

一种煤矸石基掺合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将煤矸石进行预粉磨，取80份煤矸石粉和5份氧化钙和15份石膏进行干混5～20分钟，随后使用自来水，采用喷雾的方式，将以上粉体以0.15的水粉比进行湿混20分钟；混合后的物料在80℃条件下蒸养8小时，随后取出在成球机中进行成球，将球形混合料在800℃条件下煅烧4小时，取出在室温下自然冷却。

步骤2：将步骤1的产物与5份硅烷偶联剂在磨机中粉磨30分钟，比表面积达到650m²/kg。

步骤3：将步骤2的产物与20份比表面积为500m²/kg的粉煤灰和10份比表面积为800m²/kg的石灰石粉进行干混20分钟，既得煤矸石基掺合料。

实施例3

步骤1：将煤矸石进行预粉磨，取80份煤矸石粉和5份氧化钙和15份石膏进行干混5～20分钟，随后使用自来水，采用喷雾的方式，将以上粉体以0.15的水粉比进行湿混20分钟；混合后的物料在80℃条件下蒸养8小时，随后取出在成球机中进行成球，将球形混合料在800℃条件下煅烧4小时，取出在室温下自然冷却。

步骤2：将步骤1的产物与6份硅烷偶联剂在磨机中粉磨25分钟，比表面积达到600m²/kg；

步骤3：将步骤2的产物与20份比表面积为460m²/kg的粉煤灰和5份比表面积为800m²/kg的石灰石粉进行干混20分钟，既得煤矸石基掺合料。

测试例

将实施例1-3制备得到的煤矸石基掺合料，按30份的胶凝材料质量百分比掺入水泥胶砂中，进行流动度和活性测试。另外，以纯水泥胶砂作为空白组，以未掺加硅烷偶联剂、粉煤灰、以及石灰石粉的煤矸石粉砂浆作为对照组，各组测试结果如表1所示：

表1各实施例煤矸石掺合料需水量、流动度比和活性试验结果

从表1可以看出，使用本发明的实施方案，能够提高煤矸石粉的活性，同时经过硅烷偶联剂对煤矸石表面的改性，粉煤灰和石灰石的滚珠效应、润滑性以及颗粒堆积效应，改善了煤矸石粉对水泥砂浆流动度的影响。

需要说明的是，除了上述实施例外，本发明人还通过正交实验等实验设计方法做了其他改变组分用量(例如端点值、中间值)、改变蒸养温度、蒸养时间、煅烧温度、煅烧时间等的实施例，其得到的煤矸石基掺合料活性、流动度均较好，相比于对照组均有所提高，实施时对混凝土和易性无负面影响，能够满足各种现场施工对混凝土的要求。

需要说明的是，将蒸养后的产物在成球机中进行成球，然后再将球形混合物进行煅烧，其能够使得各物相在高温下能够更好更充分的反应，但其并非必要条件，蒸养后直接进行煅烧也能制备得到所述煤矸石基掺和料。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。