(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911332708.6
(22)申请日 2019.12.22
(71)申请人 湖北工业大学
地址 430070 湖北省武汉市洪山区南李路
28号
(72)发明人 苏英 付健健 贺行洋 郑正旗
杨进 王迎斌 曾三海 王传辉
方娇林 秦义良
(74)专利代理机构 武汉华强专利代理事务所
(普通合伙) 42237
代理人 温珊姗 王冬冬
(51)Int.Cl.
C04B 24/24(2006.01)
C04B 18/16(2006.01)
C04B 103/14(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种用于免蒸养预制混凝土
构件的纳米晶核早强剂，采用如下方法制备：第
一步，对商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性
使浓浆B置于匀化灌内，添加匀化剂搅拌，加水将
浓浆B稀释至固含量为20％，得到废浆C；匀化剂
的添加量为浓浆B中固体质量的0.5～1％；第四
步，利用立式砂磨机对废浆C进行研磨，获得纳米
晶核早强剂。本发明利用搅拌站生产全周期中产
生的废弃混凝土来制备纳米晶核早强剂，不仅实
现了商混搅拌站废弃物零排放，所制备的早强剂
还实现了真正的混凝土免蒸养早强。权利要求书1页 说明书8页 附图2页CN 110963735 A 2020.04.07
C N 110963735
A
1.一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是，采用如下方法制备：第一步，对商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性混凝土进行砂石分离，得废浆A；第二步，使废浆A在废水沉降罐内静置，废浆A分层为上层的清水和下层的浓浆B；
第三步，使浓浆B置于匀化灌内，添加匀化剂搅拌，加水将浓浆B稀释至固含量为20％，得到废浆C；匀化剂的添加量为浓浆B中固体质量的0.5～1％；
第四步，利用立式砂磨机对废浆C进行研磨，获得中值粒径≤0.5μm、比表面积≥17000m 2/kg的浆料，即纳米晶核早强剂。
2.如权利要求1所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：第一步中，利用砂石分离机进行砂石分离。
3.如权利要求1所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：第二步中，静置30～60min。
4.如权利要求1所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：
所述匀化剂为聚羧酸系高性能减水剂、聚羧酸系高性能减水剂、HSB脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：
第四步中，立式砂磨机为分段式研磨机，第一段采用粒径1.0～3.0mm的介质研磨球，介质研磨球填充率60％，搅拌轴转速50r/s；第二段采用粒径0.2～0.6mm的介质研磨球，介质研磨球填充率80％，搅拌轴转速80r/s。
6.如权利要求1所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：制备方法的具体实施步骤如下：
第一步，对商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性混凝土进行砂石分离，得废浆A，废浆A通过导流槽流入废浆池中储存；
第二步，将废浆池中废浆A通过砂浆泵泵入废水沉降罐中，安装于废水沉降罐内的液位传感器探测到废浆液面到达指定高度，停止泵送，静置30-60min，废浆A分层得到上层清水和下层浓浆B；安装于废水沉降罐内的泥浆界面传感器探测下层浓浆B的高度，根据浓浆B的高度开启相应高度的溢流口阀门，清水从开启的溢流口排出；待上层的清水排完后，浓浆B 从废水沉降罐底部的出料口，由砂浆泵泵送至废浆储罐中；
所述废水沉降罐侧壁上，若干溢流口沿竖直方向等间距分布，溢流口均设有阀门；
第三步，利用砂浆泵从废浆储罐将浓浆B泵至匀化灌，当安装于废浆储罐内的液位传感器探测到浓浆B液面达到指定高度，停止泵送，进行搅拌；之后添加匀化剂搅拌，加水将浓浆B稀释至固含量为20％，得到废浆C；匀化剂的添加量为浓浆B中固体质量的0.5～1％；
第四步，利用隔膜泵将匀化灌中废浆C泵入立式砂磨机中研磨，获得中值粒径≤0.5μm、比表面积≥17000m 2/kg的浆料，即纳米晶核早强剂。
7.如权利要求1或6所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：浓浆B中的固体质量采用如下方法获得：
利用固含测定仪测试浓浆B的固含量，根据浓浆B在匀化灌内高度计算浓浆B的体积，根据浓浆B的体积和固含量计算浓浆B中的固体质量。
8.如权利要求6所述的用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，其特征是：第四步中，隔膜泵出口压力为0.6～1.2MPa、流量为5～10m 3/h。
权 利 要 求 书1/1页CN 110963735 A
一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂
技术领域
[0001]本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂。
背景技术
[0002]随着我国基础建设迅猛发展，商品混凝土的使用量越来越大，而混凝土拌和站在混凝土生产中清洗搅拌机及混凝土罐车会排放大量的废浆，此外，商混站因各种原因产生大量的废弃塑性混凝土经砂石分离处理后也产生大量的废浆。自2018年以来，我国混凝土年产量已超过了23.32亿m3，而每生产1m3混凝土平均产生废浆40kg，这意味着我国的商品混凝土搅拌站每年要产生约0.9亿吨废浆。目前搅拌站的一般做法是先将废浆经过压滤设备脱水，再将含水率低的废渣运送到环卫部门指定地点进行堆放，但这些废渣一般具有强碱性(pH值可达13以上)，直接排放到周边环境中，会带来巨大的环境污染，极大地影响混凝土搅拌站的可持续发展，此外压滤设备经常需要更换滤芯或者滤布，维护成本高。
[0003]专利申请CN106807724A公开了一种搅拌站废渣处理工艺及设备，将压滤机过滤后的废渣通过自然晾晒，含水量降低到5％以下时，运送到水泥生产线，该发明需要使用经常维护的压滤机，更难实现的是在目前土地资源紧张的大背景下难以到大面积的场地供废渣自然晾干，另外含水的废渣用于水泥煅烧会带来不必要的能耗浪费。专利CN105776994B 公开了一种采用混凝土搅拌站废浆制备的自密实混
凝土，所述的混凝土搅拌站废浆为混凝土搅拌站废浆经沉淀而成，其含水率为45％-50％，产生时间在24小时以内，不能处理废弃骨料，且使用条件严苛，不符合搅拌站生产规律，同时该自密实混凝土属于新型混凝土范畴，工程需求量少，市场普及度较低。
[0004]装配式建造方式推动我国建筑业转型升级，而混凝土预制构件是工程实现装配式的基石。70％以上的混凝土预制构件采用蒸汽热养护实现早强，从而确保快速脱模，保证工业生产效率。蒸养早强工艺导致热损伤、微结构缺陷、后期强度倒缩、耐久性不足等问题，已成为困扰混凝土构件行业发展的共性难题，严重制约我国装配式建筑、装配式结构(如盾构隧道、组合式桥梁)的推广与应用。因此，急需寻一种低成本、适用性好、无后期副作用的混凝土构件免蒸养早强技术。
[0005]专利申请CN108996939A公开了一种用于蒸养混凝土的预水化矿粉纳米晶核早强剂及其制备方法，该早强剂可显著提升蒸养混凝土预制构件的早期强度、以及模具的周期效率，但蒸养早强工艺会导致热损伤、微结构缺陷、后期强度倒缩、耐久性不足等问题，以及矿粉价格日益增高，严重影响矿粉纳米晶核早强剂的大规模应用。
发明内容
[0006]本发明的目的是针对背景技术中提出的问题，提供一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂。
[0007]本发明提供的一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂，采用如下方法
制备：
[0008]第一步，对商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性混凝土进行砂石分离，得废浆A；
[0009]第二步，使废浆A在废水沉降罐内静置，废浆A分层为上层的清水和下层的浓浆B；[0010]第三步，使浓浆B置于匀化灌内，添加匀化剂搅拌，加水将浓浆B稀释至固含量为20％，得到废浆C；匀化剂的添加量为浓浆B中固体质量的0.5～1％；
[0011]第四步，利用立式砂磨机对废浆C进行研磨，获得中值粒径≤0.5μm、比表面积≥17000m2/kg的浆料，即纳米晶核早强剂。
[0012]第一步中，利用砂石分离机进行砂石分离。
[0013]第二步中，静置30～60min。
[0014]进一步的，匀化剂为聚羧酸系高性能减水剂、聚羧酸系高性能减水剂、HSB脂肪族高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种。
[0015]第四步中，立式砂磨机为分段式研磨机，第一段采用粒径1.0～3.0mm的介质研磨球，介质研磨球填充率60％，搅拌轴转速50r/s；第二段采用粒径0.2～0.6mm的介质研磨球，介质研磨球填充率80％，搅拌轴转速80r/s。
[0016]上述纳米晶核早强剂制备方法的一种具体实施步骤如下：
[0017]第一步，对商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性混凝土进行砂石分离，得废浆A，废浆A通过导流槽流入废浆池中储存；
[0018]第二步，将废浆池中废浆A通过砂浆泵泵入废水沉降罐中，安装于废水沉降罐内的液位传感器探测到废浆液面到达指定高度，停止泵送，静置30-60min，废浆A分层得到上层清水和下层浓浆B；安装于废水沉降罐内的泥浆界面传感器探测下层浓浆B的高度，根据浓浆B的高度开启相应高度的溢流口阀门，清水从开启的溢流口排出；待上层的清水排完后，浓浆B从废水沉降罐底部的出料口，由砂浆泵泵送至废浆储罐中；
[0019]所述废水沉降罐侧壁上，若干溢流口沿竖直方向等间距分布，溢流口均设有阀门；[0020]第三步，利用砂浆泵从废浆储罐将浓浆B泵至匀化灌，当安装于废浆储罐内的液位传感器探测到浓浆B液面达到指定高度，停止泵送，进行搅拌；之后添加匀化剂搅拌，加水将浓浆B稀释至固含量为20％，得到废浆C；匀化剂的添加量为浓浆B中固体质量的0.5～1％；[0021]第四步，利用隔膜泵将匀化灌中废浆C泵
入立式砂磨机中研磨，获得中值粒径≤0.5μm、比表面积≥17000m2/kg的浆料，即纳米晶核早强剂。
[0022]进一步的，浓浆B中的固体质量采用如下方法获得：
[0023]利用固含测定仪测试浓浆B的固含量，根据浓浆B在匀化灌内高度计算浓浆B的体积，根据浓浆B的体积和固含量计算浓浆B中的固体质量。
[0024]第四步中，隔膜泵出口压力为0.6～1.2MPa、流量为5～10m3/h。
[0025]废浆A的固含量一般在5％-15％之间，因生产情况而有所差别。废浆中固相成份主要是水化的水泥和粉煤灰、矿粉等矿物掺合料。在过量的水分中水化，且废浆池一般设置有搅拌装置，用来防沉降，因此水化物内部结构不致密，表面疏松多孔，易磨性高，适合湿法研磨制备纳米早强剂，且废水中含有水化或未水化的胶凝材料，硅铝质矿物相与水泥体系组成相近，根据相似相容原理，废弃混凝土纳米早强剂可高效诱导水泥水化，实现早期强度快速发展。
[0026]本发明的有益效果如下：
[0027](1)本发明处理了搅拌站生产全周期中产生的废弃混凝土，处置过程中回收了骨料、清水和废浆，实现商混搅拌站废弃物零排放的要求；
[0028](2)巧妙地利用废浆含水这一本质特性，采用自然沉降和湿法研磨相结合的工艺处置，不需要配制压滤机，维护成本大幅度降低；
[0029](3)废浆中固体颗粒结构不致密，表面疏松多孔、易磨性好，能耗低；
[0030](4)本发明所制备纳米晶核早强剂掺入水泥混凝土后，12h免蒸养强度超过国家规定的拆模强度(15MPa)，实现真正的免蒸养早强；
[0031](5)本发明解决了预制混凝土构件蒸汽养护和化学早强剂干预带来的生产能耗和成本高、混凝土构件蒸汽养护热损伤大、服役过程中的耐久性差、后期强度倒缩等一系列问题；
[0032](6)废弃混凝土来源稳定、成本低廉，该生产工艺设备能耗、维护成本低。
附图说明
[0033]图1为本发明纳米晶核早强剂的制备流程示意图；
[0034]图2为废水沉降罐结构示意图；
[0035]图3为匀化灌结构示意图。
具体实施方式
[0036]本发明以商混搅拌站生产中产生的废弃塑性混凝土经砂石分离后的废浆为原材料，制备纳米晶核早强剂，该纳米晶核早强剂可用于免蒸养预制混凝土构件。
[0037]本发明纳米晶核早强剂的具体制备过程如下：
[0038]第一步，本步骤主要用来对废弃塑性混凝土进行砂石分离，以获得制备早强剂的原材料。
[0039]商混搅拌站生产过程中产生的废弃塑性混凝土经砂石分离机进行砂石分离，得再生骨料和废浆A，废浆A即制备早强剂的原材料，废浆A通过导流槽流入废浆池中储存，所得废浆A固含量为5～15％。
[0040]第二步，本步骤主要用来对废浆A进行静置，获得浓浆B。
[0041]将废浆池中废浆A通过砂浆泵泵入废水沉降罐中，废水沉降罐的结构示意参见图2。当安装于废水沉降罐内的液位传感器探测到废浆液面到达指定高度，停止泵送，静置30-60min，废浆A分层得到上层清水和下层浓浆B，所得浓浆B的固含量为20～30％；安装于废水沉降罐内的泥浆界面传感器探测下层浓浆B的高度，根据浓浆B的高度开启相应高度的溢流口阀门，清水则从开启的溢流口排出；待上层清水排完后，浓浆B从废水沉降罐底部的出料口，由砂浆泵泵送至废浆储罐中。
[0042]本具体实施方式中，废水沉降罐侧壁上，若干溢流口沿竖直方向等间距分布，溢流口均设有电磁阀门，由控制中心控制开关。
[0043]第三步，本步骤主要用来对浓浆B进行匀化，获得待研磨的废浆C。
[0044]利用砂浆泵从废浆储罐将浓浆B泵至匀化灌，匀化罐的结构示意见图3，当安装于废浆储罐内的液位传感器探测到浓浆B液面达到指定高度，停止泵送，进行搅拌；之后由固
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