高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土及制备方法

1.本发明涉及水泥材料领域，具体提供一种高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土及制备方法。

背景技术：

2.生物质灰作为一种低碳可再生材料，得到广泛关注。生物质灰的原材料一般为农作物秸秆、稻壳、落叶、树根、树皮等，低温焚烧下的生物质灰中含有一些类似于粉煤灰的物相和化学组成，具有很好的微集料填充效应以及火山灰效应；生物质灰同矿物掺和料一样具有潜在胶凝特性，通过一定的手段可以进行硬化，形成具有一定性能的混凝土胶结料，以此可以取代粉煤灰和高炉矿渣，具有广泛的价值潜力。
3.目前，生物质灰在材料领域的应用已经取得了一些进展，主要应用于建筑材料领域及道路材料领域上。生物质灰渣可复掺一定的矿物掺和料，例如石灰、粉煤灰等制备水泥基材料，或者经研磨处理后直接代替部分水泥制备建筑砌块；生物质灰可对基础道面材料进行改性，使其具备更优良的性能。然而，生物质灰的使用仍然存在两方面的问题，一是由于生物质灰自身颗粒表面粗糙多孔的物理性质，加入后会使体系的孔隙率增加，降低水泥基材料结构致密度，影响混凝土耐久性；二是生物质灰的加入提高水泥基材料的需水量，导致混凝土工作性下降，强度降低。刘勇等人在《生物质灰对水泥硬化浆体抗压强度影响的试验研究》中利用生物质灰制备水泥砂浆，相同掺量下，生物质灰渣-水泥砂浆强度小于基准组，硬化后的水泥砂浆疏松多孔；蔡军等人在《复掺钢渣－稻壳灰复合胶凝材料性能初步探究》中利用钢渣与研磨后的稻壳灰制备水泥砂浆，发现浆体流动性变差，抗压强度改善不明显。
4.抗冻性是混凝土材料非常重要的性能指标之一。混凝土在低温冰冻地区时，结构受到内部自由水的冻融循环破坏，会引起混凝土表面剥蚀以及力学性能下降。对于干硬性道面混凝土来说，抗冻性能尤为重要，道路的修补不仅消耗大量人力及彩力，也会对社会生产生活工作产生影响。

技术实现要素：

5.本发明是针对上述现有技术的不足，利用不同的矿物掺和料进行复合及超细化；对生物质灰进行改性，并通过调节生物质灰及超细复合矿物掺和料配比，提供一种工作性能、力学性能及抗冻性能优异的高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土，其原料包括水泥、超细复合矿物掺和料、生物质灰、乳胶粉、骨料、减水剂、水，
7.其制备方法包括：
8.a1.对生物质灰进行二次煅烧；
9.a2.将煅烧后的生物质灰、乳胶粉与适量水混合并搅拌均匀，然后进行超声分散，
除去分散液中的水分，得到改性后的生物质灰及乳胶粉混合物；
10.a3.将减水剂与适量水混合，得到减水剂稀释溶液；
11.a4.将水泥、超细复合矿物掺和料、改性后的生物质灰及乳胶粉混合物、骨料、减水剂稀释溶液、余量水混合，并拌和均匀，得到高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土。
12.作为优选，步骤a1对生物质灰进行二次煅烧包括：
13.a11.在200-400℃下对烘干后的生物质灰进行第一次煅烧处理，煅烧温度进一步优选为250-350℃，煅烧时间优选为1-3h，进一步优选为2-3h；
14.a12.第一次煅烧处理后急冷，并在600-800℃下进行第二次煅烧处理，煅烧温度进一步优选为600-700℃，煅烧时间优选为4-6h，进一步优选为5-6h。
15.作为优选，对生物质灰进行第一次煅烧处理前，可以先在100-150℃下对生物质灰进行烘干处理，烘干温度进一步优选为100-120℃。
16.作为优选，可以对第二次煅烧处理后的生物质灰进行研磨，研磨时间为20-40min，进一步优选为20-30min。
17.作为优选，煅烧后的生物质灰与乳胶粉的质量比为(40-100):(0.3-2.0)，进一步优选为(50-90):(0.5-1.5)。
18.所述乳胶粉可以是vae胶粉、vac胶粉、pvac胶粉，优选为vae胶粉。
19.作为优选，超声分散的功率为400w-600w，进一步优选为450w-550w；超声分散处理20-40min，进一步优选为25-35min。
20.作为优选，生物质灰和乳胶粉分散液经抽滤、干燥，得到改性后的生物质灰及乳胶粉混合物。干燥温度优选为85-95℃。
21.作为优选，所述超细复合矿物掺和料由两种或两种以上的矿物掺和，经干燥、超细化粉磨处理得到，所述矿物为粉煤灰、矿渣、煤矸石、粘土砖或低碱赤泥。
22.作为优选，掺和后的矿物混合物在85-95℃下进行干燥处理,干燥温度进一步优选为85-90℃。
23.作为优选，粉磨后的复合矿物掺和料比表面积为700-800kg/m2。
24.作为优选，本发明高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土各原料的重量配比为：
[0025][0026]
各原料的重量配比进一步优选为：
[0027][0028]
作为优选，所述骨料由粗骨料、细骨料组成，粗骨料、细骨料的质量比为(1.5-2.5):1，进一步优选为(1.9-2.1):1。所述粗骨料包括5-20mm和/或20-40mm两种级配的机制碎石，细骨料为细度模数为2.8-3.0的河砂。
[0029]
所述减水剂可采用聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、hbs脂肪族高效减水剂，优选为聚羧酸减水剂。
[0030]
本发明进一步的技术任务是提供上述高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土的制备方法，包括如下步骤：
[0031]
a1.对生物质灰进行二次煅烧；
[0032]
a2.将煅烧后的生物质灰、乳胶粉与适量水混合并搅拌均匀，然后进行超声分散，除去分散液中的水分，得到改性后的生物质灰及乳胶粉混合物；
[0033]
a3.将减水剂与适量水混合，得到减水剂稀释溶液；
[0034]
a4.将水泥、超细复合矿物掺和料、改性后的生物质灰及乳胶粉混合物、骨料、减水剂稀释溶液、余量水混合，并拌和均匀，得到高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土。
[0035]
本发明的高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土利用经超细化的两种或两种以上的复合矿物掺和料、经过改性的生物质灰以及普通硅酸盐水泥进行复掺构建成干硬性道面混凝土的胶凝体系，利用二次煅烧、研磨处理以及乳胶粉对生物质灰进行改性，同时利用聚羧酸减水剂对混凝土的工作性能进行改善，和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
[0036]
(1)利用复掺矿物掺和料，不同矿物掺和料进行优势互补、协同增强；
[0037]
(2)对复合矿物掺和料进行超细化，矿物掺和料比表面积至700-800kg/m2，使其更好的发挥微集料效应及火山灰效应；
[0038]
(3)利用二次煅烧制度及研磨程序，使生物质灰的活性最大化；
[0039]
(4)利用乳胶粉对生物质灰进行改性，一方面，生物质灰的主要成分为硅酸盐，含有较多的sio2，表现出碱性，能够使乳胶粉在高碱环境下释放出羧基，与ca(oh)2反应形成交联的网状结构产物，将其他水化产物联结成整体；另一方面，未反应的乳胶粉在混凝土内部可以分布于不同区域，形成生物膜结构，可有效地堵塞混凝土内部由于生物质灰纤维状颗粒形成的疏松孔隙。加上超细复合矿物掺和料优越的的微集料效应及火山灰效应，可以有效地改善生物质灰干硬性道面混凝土需水量大、结构疏松的问题，提高干硬性道面混凝土的耐久性能。
附图说明
[0040]
附图1是超细复合矿物掺和料与生物质灰不同配合比下混凝土不同龄期的力学强度；
[0041]
附图2是超细复合矿物掺和料与生物质灰不同配合比下混凝土经历的冻融循环次数；
[0042]
附图3是超细复合矿物掺和料与生物质灰不同配合比下混凝土的孔隙率。
具体实施方式
[0043]
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，下面结合具体实施方式对本发明详细说明。
[0044]
下列实施例中，
[0045]
粉煤灰，ⅱ级粉煤灰，购自浙江合力新型建材有限公司；
[0046]
矿渣，s95级粒化高炉矿渣，购自山东山水集团有限公司；
[0047]
水泥为低热水泥(普通硅酸盐水泥)，来自山东丞华建材科技有限公司；
[0048]
生物质灰为玉米秸秆灰，来自山东省淄博市临淄区地区；
[0049]
细骨料，细度模数为2.8-3.0的河砂，含水率为3％，来自山东丞华建材科技有限公司。
[0050]
粗骨料，粒径为5-20mm和20-40mm的两种级配的机制碎石，两者配比为0.56：1，来自山东丞华建材科技有限公司。
[0051]
减水剂，聚羧酸减水剂，来自淄博双联；
[0052]
乳胶粉，vae胶粉，购自山东豪建国际贸易有限公司。
[0053]
【实施例一】
[0054]
超细复合矿物掺和料的制备：
[0055]
将质量比为4:6的粉煤灰和矿渣混合，在105℃下干燥6h后进行超细化粉磨处理，得到超细复合矿物掺和料。测得超细复合矿物掺和料比表面积为763kg/m2，中位径为4.24μm，具体成分及质量百分比如表1所示。
[0056]
表1
[0057][0058]
其中，other为水泥混凝土行业最常见的氧化物，比如cr2o3和cuo。
[0059]
【实施例二】
[0060]
玉米秸秆灰的处理方法：
[0061]
(1)在110℃下对生物质灰进行烘干处理，处理时间为4h；
[0062]
(2)在300℃下对烘干后的生物质灰进行第一次煅烧处理，处理时间为3h；
[0063]
(3)第一次煅烧处理后急冷，并在600℃下进行第二次煅烧处理，处理时间为6h；
[0064]
(4)对二次煅烧后的生物质灰粉末进行研磨，研磨时间为20min，得到处理后的玉米秸秆灰。
[0065]
【实施例三】
[0066]
本实施例的干硬性道面混凝土由以下材料制得：
[0067]
普通硅酸盐水泥330kg，玉米秸秆灰150kg(实施例二所述方法制得)，粗骨料1390.6kg，细骨料669.9kg，聚羧酸减水剂6.6kg，水113kg。
[0068]
制备方法：
[0069]
(1)将减水剂与所需水量的1/4混合，得到减水剂稀释溶液；
[0070]
(2)将水泥、煅烧后的玉米秸秆灰、粗骨料、细骨料倒入搅拌机匀速搅拌30s左右，混合均匀后，加入聚羧酸减水剂稀释溶液和余量水，混合120s后立即倒出，进行维勃稠度测试。装模后进行养护，待后续强度及微观测试。
[0071]
【实施例四】
[0072]
本实施例的干硬性道面混凝土由以下材料制得：
[0073]
普通硅酸盐水泥264kg，超细复合矿物掺和料66kg(实施例一方法制得)，玉米秸秆灰84kg(实施例二所述方法制得)，乳胶粉1.2kg，粗骨料1390.6kg，细骨料669.9kg，聚羧酸减水剂6.6kg，水113kg。
[0074]
制备方法：
[0075]
(1)将煅烧后的玉米秸秆灰、乳胶粉混合并搅拌均匀，加入至少一倍于粉料体积的水，进行超声分散，得到生物质灰与乳胶粉的分散液，超声分散的功率为500w，超声分散处理时间为30min；
[0076]
(2)将生物质灰与乳胶粉的分散液置于抽滤机中进行抽滤，90℃下干燥处理4h，得到改性后的生物质灰及乳胶粉混合物；
[0077]
(3)将减水剂与所需水量的1/4混合，得到减水剂稀释溶液；
[0078]
(4)将水泥、超细复合矿物掺和料、改性后的生物质灰及乳胶粉混合物、粗骨料、细骨料倒入搅拌机匀速搅拌30s左右，混合均匀后，加入聚羧酸减水剂稀释溶液和余量水，混合120s后立即倒出，进行维勃稠度测试。装模后进行养护，待后续强度及微观测试。
[0079]
【实施例五】
[0080]
本实施例的干硬性道面混凝土由以下材料制得：
[0081]
普通硅酸盐水泥231kg，超细复合矿物掺和料99kg(实施例一方法制得)，玉米秸秆灰51kg(实施例二所述方法制得)，乳胶粉0.8kg，粗骨料1390.6kg，细骨料669.9kg，聚羧酸减水剂6.6kg，水113kg。
[0082]
制备方法与实施例四相同。
[0083]
【性能测试】
[0084]
按照上述配合比得到的干硬性道面混凝土维勃稠度以及各龄期强度如表2及图1所示：
[0085]
表2
[0086]
样品标号维勃稠度/s
c-0(实施例三，对比样)109.0c-1(实施例四)62.7c-2(实施例五)96.6
[0087]
如表2数据所示，在相同水灰比的前提下，加入超细复合矿物掺和料的样品(c-1及c-2)的维勃稠度远小于对比样，尤其是实施例四，相较于对比样，维勃稠度减少了46.3s。在超细复合矿物掺和料的微级配作用下，超细复合矿物掺和料有效地改善了生物质灰道面混凝土的工作性低的问题，降低混凝土的粘度，可实现相同维勃稠度的前提下降低混凝土体系的需水量，提高混凝土的力学强度。
[0088]
如图1所示，相对于对比样来说，超细复合矿物掺和料制备的生物质灰改性干硬性道面混凝土，无论是3d、7d还是28d抗压强度均强于对比样，尤其是后期的力学强度，明显高于对比样，抗压强度最高可提升15.6％，抗折强度最高可提升6％。超细复合矿物掺和料的掺入不仅对由于生物质灰自身打的纤维状颗粒产生的孔隙起到填充作用，其火山灰效应能够更有效地与水泥水化过程产生的氢氧化钙发生反应，所生成的水化硅酸钙凝胶填充在孔隙中，一定程度上提升混凝土的强度；乳胶粉与生物质灰协同作用，乳胶粉在生物质灰提供的碱性环境下能够更好地起到络合作用，进一步提高混凝土结构致密度；未反应的乳胶粉也可以分布在混凝土结构的各个区域，形成生物膜结构，有效地堵塞混凝土内部由于生物质灰纤维状颗粒形成的疏松孔隙。
[0089]
图2为三组实施例在不同冻融次数下的混凝土质量和质量损失。冻融循环次数达到150次时，对比样首先出现了质量损失，质量损失为1.71％；对比样可承受的最大冻融次数为275次，此时对比样的质量损失为12.9％。与对比样相比，冻融循环次数达到450次时，实施例c-1及c-2混凝土仍然没有发生较大的质量损失。超细复合矿物掺合料的掺入以及乳胶粉对于生物质灰的改性显著地提高了干硬性道面混凝土的抗冻性，混凝土的抗冻能力提高了约1.6倍。
[0090]
图3为三组实施例样品的压汞数据。三组试样的最可几孔径呈现明显的下降趋势，分别为50.3496nm、32.4042nm、40.2640nm。对比样中的中位孔径为19.13nm，孔隙率为10.6170％。利用超细复合矿物掺和料制备的生物质灰改性干硬性道面混凝土的中位孔径最低可达13.49nm，孔隙率低至5.9458％。混凝土的孔隙率大大降低，说明超细复合矿物掺和料的掺入以及乳胶粉对生物质灰进行的改性确能大大提高混凝土内部结构的致密度，从而提高其耐久性及强度。
[0091]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

3.0的河砂。10.权利要求1-9任一项权利要求所述高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土的制备方法，其特征在于，包括：包括：a1.对生物质灰进行二次煅烧；a2.将煅烧后的生物质灰、乳胶粉与适量水混合并搅拌均匀，然后进行超声分散，除去分散液中的水分，得到改性后的生物质灰及乳胶粉混合物；a3.将减水剂与适量水混合，得到减水剂稀释溶液；a4.将水泥、超细复合矿物掺和料、改性后的生物质灰及乳胶粉混合物、骨料、减水剂稀释溶液、余量水混合，并拌和均匀，得到高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土。

技术总结

本发明涉及水泥材料技术领域，具体公开了一种高抗折生物质灰改性超细粉干硬性道面混凝土及制备方法。所述混凝土的制备方法包括：a1.对生物质灰进行二次煅烧；a2.制备改性后的生物质灰及乳胶粉混合物；a3.制备减水剂稀释溶液；a4.将各物料混合并拌和均匀。本发明通过掺加超细复合矿物掺和料以及通过乳胶粉对生物质灰进行改性，一方面利用超细复合矿物掺和料的微级配效应，改善生物质灰混凝土需水量大的问题；另一方面利用超细复合矿物掺和料的火山灰效应以及乳胶粉和生物质灰的协同作用，改善生物质灰掺入后由于其自身的纤维状颗粒导致的混凝土结构疏松、耐久性差的问题。耐久性差的问题。耐久性差的问题。