一种环保胶凝材料组合物的制作方法

1.本技术涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种环保胶凝材料组合物。


背景技术：

2.混凝土是指使用水泥作为胶凝材料，加入砂、石子等骨料和适量的水进行拌合制成的一种建筑材料。混凝土的使用可以追溯到19世纪末期，当时人们开始使用水泥制造混凝土，以替代传统的石灰和粘土砖等建筑材料。
3.在人类社会随着工业化的发展和科学技术进步的同时，环保问题也逐渐受到社会的广泛关注。传统混凝土技术虽然生产成本低廉，但是也存在环境污染的问题，在水泥生产过程中会排放大量二氧化碳等温室气体和空气污染物。据统计，全球约有5％的二氧化碳排放与水泥生产相关，成为重要的温室气体排放来源之一。此外，水泥生产过程中还会排放其他有害气体和颗粒物质，如硫化氢、氮氧化物和重金属等，对空气质量和人体健康造成不利影响。为了降低混凝土制造中造成的环境污染，技术人员研究出了不含传统水泥而采用其他代替材料进行胶凝的一种新型混凝土，环保胶凝材料组合物因为使用了更加环保的胶凝材料，具有较低的环境影响和更好的可持续性。
4.尽管环保胶凝材料组合物绿色经济，但环保胶凝材料组合物的强度一般要低于传统混凝土，在制造大型建筑时现有的环保胶凝材料组合物无法达到设计需要的强度，这导致了环保胶凝材料组合物的市场占比还是很低，大多建筑仍旧使用传统水泥混凝土。


技术实现要素：

5.为了提供一种高强度环保胶凝材料组合物，本技术提供一种环保胶凝材料组合物。
6.本技术提供的一种环保胶凝材料组合物采用如下的技术方案：一种环保胶凝材料组合物，包括按重量份计的含钠盐的活化高铝矿渣粉120-160份、粗骨料200-300份、细骨料100-140份、减水剂4-8份、膨胀剂1-5份、增强纤维10-20份和水50-80份，所述含钠盐的活化高铝矿渣粉经球磨处理。
7.通过采用上述方案，高铝矿渣经过水淬后的矿渣疏松多孔，玻璃体含量可达80％以上，使用以含钠盐的活化高铝矿渣粉作为胶凝材料来代替水泥，钠盐与高铝矿渣混合球磨后显著提高了高铝矿渣的活性，高铝矿渣由惰性材料转变为反应活性较高的胶凝材料，钠盐还起到助磨作用，改善高铝矿渣在球磨机中的流动性和分散性，从而使其更易于被破碎和细化，加入混凝土后与其他组分配合可以使混凝土达到高强度、高耐久的效果。
8.可选的，所述钠盐占活化高铝矿渣总质量的15％-25％。
9.通过采用上述技术方案，调整钠盐的占比来使高铝矿渣达到更高的活性，从而提高高铝矿渣的胶凝能力，提高环保胶凝材料组合物的强度。
10.可选的，所述含钠盐的活化高铝矿渣粉经球磨后的颗粒度为10μm-30μm。
11.通过采用上述技术方案，颗粒细度及其分布对水化反应活性具有显著影响，通过
球磨使高铝矿渣粒径进一步细化，颗粒均质化，反应比表面积增大，诱发晶体缺陷，增加其火山灰活性，进一步提高胶凝能力，使混凝土具备更高的强度。
12.可选的，所述增强纤维选用黄麻纤维或麦秸秆纤维中的一种或两种。
13.通过采用上述技术方案，黄麻纤维和麦秸秆纤维对环境友好可降解，加入混凝土后能有效提高混凝土的抗裂性能和耐用性。
14.可选的，还包括按重量份计的活化硅灰60-80份、塘土20-40份和羟乙基纤维素10-20份。
15.通过采用上述技术方案，硅灰可以与高铝矿渣中的氧化钙反应生成硅酸钙胶凝物质，促进混凝土的硬化和提高混凝土强度，改善高铝矿渣粉的流动性和可塑性；塘土具有良好的填充性能，可以填充高铝矿渣粉中的空隙和缺陷，提高材料的密实度和抗渗性，塘土中含有的粘土矿物和有机物质可以与高铝矿渣生成较为稳定的水化产物，从而有效提高材料的强度和韧性；加入羟乙基纤维素能够增强高铝矿渣粉与水、其他辅助材料之间的黏附力，提高材料的黏结强度。
16.可选的，所述活化硅灰的制备方法为：将硅灰在70-90℃下烘干，随后升温至550-650℃，保温1-1.5h。
17.通过采用上述技术方案，通过高温活化使硅灰增加表面积和孔隙度，提高其催化活性，加快与高铝矿渣粉的反应速率，促进混凝土的早期强度发展。
18.可选的，所述塘土的液限含水率在15％-20％、有机物含量为0.01％-0.05％。
19.通过采用上述技术方案，避免塘土中液限含水率过高时可能造成混凝土的流动性差、收缩变形大等问题，也避免液限含水率过低使混凝土过于干燥，导致混凝土内部的空隙结构不均匀，进而影响混凝土的强度和耐久性；0.01％-0.05％的有机物能够促进混凝土中水泥水化反应的进行，提高混凝土强度和耐久性。
20.可选的，所述钠盐选用碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种。
21.通过采用上述技术方案，将钠盐加入高铝矿渣研磨过程中，可以促进高铝矿渣的细化和活性化，通过改变钠盐的种类以达到更好的研磨活化效果。
22.可选的，所述粗骨料包括再生粗骨料和天然粗骨料，所述再生粗骨料与天然粗骨料的质量比为(2-3):1。
23.通过采用上述技术方案，通过采用再生粗骨料和天然粗骨料混合使用，在降低原材料成本的同时还增加了再生粗骨料的利用率，使混凝土更环保。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用含钠盐的活化高铝矿渣粉作为胶凝材料来代替水泥，钠盐与高铝矿渣混合球磨后显著提高了高铝矿渣的活性，高铝矿渣由惰性材料转变为反应活性较高的胶凝材料，钠盐还起到助磨作用，改善高铝矿渣在球磨机中的流动性和分散性，从而使其更易于被破碎和细化，加入混凝土后与其他组分配合可以使混凝土达到高强度、高耐久的效果。
25.2、本技术中优选采用的胶凝材料还包括活化硅灰、塘土、羟乙基纤维素，由于硅灰可以与高铝矿渣中的氧化钙反应生成硅酸钙胶凝物质，促进混凝土的硬化和提高混凝土强度，改善高铝矿渣粉的流动性和可塑性；塘土具有良好的填充性能，可以填充高铝矿渣粉中的空隙和缺陷，提高材料的密实度和抗渗性，塘土中含有的粘土矿物和有机物质可以与高
铝矿渣生成较为稳定的水化产物，从而有效提高材料的强度和韧性；加入羟乙基纤维素能够增强高铝矿渣粉与水、其他辅助材料之间的黏附力，提高材料的黏结强度。
26.3、本技术中优选通过球磨使高铝矿渣粒径进一步细化，颗粒均质化，反应比表面积增大，诱发晶体缺陷，增加其火山灰活性，进一步提高胶凝能力，使混凝土具备更高的强度。
具体实施方式
27.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
28.活化高铝矿渣粉的制备例制备例1一种高铝矿渣粉的制备方法：a1、筛选颗粒度小于0.7mm的高铝矿渣，将1000g高铝矿渣与naco3充分混合均匀并干燥，naco3占高铝矿渣质量的35％；a2、对混合干燥后的高铝矿渣与naco3进行球磨，球磨2h后得到活化高铝矿渣粉，活性高铝矿渣粉的颗粒度为20μm。
29.制备例2一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于将naco3替换为nahco3。
30.制备例3一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于naco3占高铝矿渣质量的25％。
31.制备例4一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于naco3占高铝矿渣质量的45％。
32.制备例5一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于活性高铝矿渣粉的颗粒度为10μm。
33.制备例6一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于活性高铝矿渣粉的颗粒度为30μm。
34.制备例7一种高铝矿渣粉的制备方法：与制备例1的不同之处在于不含naco3。实施例
35.实施例1一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g活化高铝矿渣粉、1300g活化硅灰、1000g塘土、600g羟乙基纤维素充分混合，得到胶凝材料；s2、取1000g胶凝材料与2000g粗骨料、1000g细骨料、40g减水剂、10g膨胀剂、100g增强纤维充分混合并加500g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
36.其中，活化高铝矿渣粉通过制备例1制得；塘土的液限含水率在18％、有机物含量
为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
37.实施例2一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g活化高铝矿渣粉、1300g活化硅灰、1000g塘土、600羟乙基纤维素充分混合，得到胶凝材料；s2、取2000g胶凝材料与3000g粗骨料、1400g细骨料、80g减水剂、50g膨胀剂、200g增强纤维充分混合并加800g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
38.其中，活化高铝矿渣粉通过制备例1制得；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
39.实施例3一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g活化高铝矿渣粉、1300g活化硅灰、1000g塘土、600羟乙基纤维素充分混合，得到胶凝材料；s2、取1500g胶凝材料与2500g粗骨料、1200g细骨料、60g减水剂、20g膨胀剂、150g增强纤维充分混合并加650g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
40.其中，活化高铝矿渣粉通过制备例1制得；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
41.实施例4一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：活化高铝矿渣粉通过制备例2制得。
42.实施例5一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：活化高铝矿渣粉通过制备例3制得。
43.实施例6一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：活化高铝矿渣粉通过制备例4制得。
44.实施例7一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：活化高铝矿渣粉通过制备例5制得。
45.实施例8一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：活化高铝矿渣粉通过制备例6制得。
46.实施例9一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：增强纤维选用麦秸秆纤维。
47.实施例10
一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：塘土的液限含水率在15％、有机物含量为0.01％。
48.实施例11一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：塘土的液限含水率在20％、有机物含量为0.05％。
49.实施例12一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：步骤s1为2000g活化高铝矿渣粉、1000g活化硅灰、800g塘土、500g羟乙基纤维素加水充分混合，得到胶凝材料。
50.实施例13一种环保胶凝材料组合物的制备方法：与实施例3的区别在于：步骤s1为4000g活化高铝矿渣粉、1500g活化硅灰、1200g塘土、800g羟乙基纤维素加水充分混合，得到胶凝材料。
51.表1实施例1-3混凝土各组分配比表表2实施例1-13的胶凝材料配比表
对比例对比例1一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g高铝矿渣粉、1300g活化硅灰、1000g塘土、600g羟乙基纤维素加水混合，得到胶凝材料；s2、取1500g胶凝材料与2500g粗骨料、1200g细骨料、60g减水剂、20g膨胀剂、150g增强纤维充分混合并加650g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
52.其中，高铝矿渣粉由高铝矿渣直接粉碎得到；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
53.对比例2一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g活化高铝矿渣粉、1300g活化硅灰、1000g塘土、600g羟乙基纤维素充分混合，得到胶凝材料；s2、取1500g胶凝材料与2500g粗骨料、1200g细骨料、60g减水剂、20g膨胀剂、150g增强纤维充分混合并加650g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
54.其中，活化高铝矿渣粉由制备例7制得；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
55.对比例3一种环保胶凝材料组合物的制备方法：s1、3000g活化高铝矿渣粉、1300g硅灰、1000g塘土、600g羟乙基纤维素充分混合，得到胶凝材料；s2、取1500g胶凝材料与2500g粗骨料、1200g细骨料、60g减水剂、20g膨胀剂、150g增强纤维充分混合并加650g水搅拌2h，得到环保胶凝材料组合物。
56.其中，高铝矿渣粉由制备例1制得；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％；增强纤维选用黄麻纤维；粗骨料选用再生混凝土碎块与天然卵石的质量比为(2-3):1，细骨料选用河砂，减水剂为木质素磺酸盐，膨胀剂为氧化钙类膨胀剂。
57.性能检测试验检测方法根据gb/t 50081-2002对实施例1-11及对比例1-3进行抗压、抗拉强度测试和耐久性测试。
58.测试数据总结如下：表3实施例1-13及对比例1-3强度测试
表4实施例1-13及对比例1-3的耐久性测试数据
结合实施例1-3并结合表3-4可以看出，通过调整混凝土中各组分的配比，在实施例3的配比中混凝土的抗拉强度和抗压强度最好，因此实施例3为本技术的最优配比。
59.结合实施例3-4并结合表3-4可以看出，选用naco3的实施例3对比选用nahco3的实施例4，添加naco3的效果更好，能使混凝土具有更高的抗拉强度和抗压强度。
60.结合实施例3及实施例5-6并结合表3-4可以看出，naco3占高铝矿渣质量比会影响胶凝材料在加入混凝土后的力学性能，在naco3占高铝矿渣质量的35％时混凝土达到的抗压强度和抗拉强度最高。
61.结合实施例3及实施例7-8并结合表3-4可以看出，活性高铝矿渣粉的颗粒度在过小时混凝土的抗拉强度明显下降，而颗粒度过大又会使抗压强度下降，综合来看，活性高铝矿渣粉的颗粒度在20μm时最佳。
62.结合实施例3和9并结合表3-4可以看出，黄麻纤维相比于麦秸秆纤维具有更好的增强增韧作用。
63.结合实施例3和实施例10-11并结合表3-4可以看出，塘土中液限含水率过高时会造成混凝土的强度下降，而液限含水率过低使混凝土过于干燥，导致混凝土内部的空隙结构不均匀，进而影响混凝土的强度和耐久性；塘土的液限含水率在18％、有机物含量为0.03％为最佳选择。
64.结合实施例3和实施例12-13并结合表3-4可以看出，通过改变胶凝材料的合成配比，可以进一步优化混凝土的强度，实施例3中的配比得到的混凝土的强度最好，因此实施例3中的胶凝材料配比为最优。
65.结合实施例3和对比例1并结合表3-4可以看出，实施例3通过球磨使高铝矿渣粒径进一步细化，颗粒均质化，反应比表面积增大，诱发晶体缺陷，增加其火山灰活性，使混凝土达到高强度、高耐久的效果；而对比例1使用的高铝矿渣未经处理，制备出的混凝土强度低，性能差。
66.结合实施例3和对比例2并结合表3-4可以看出，钠盐与高铝矿渣混合球磨达到了高效、低能耗、高活性目的，经钠盐球磨后高铝矿渣由惰性材料转变为反应活性较高的胶凝材料，钠盐还可以起到一定的助磨作用，改善高铝矿渣在球磨机中的流动性和分散性，相比于未加入钠盐的对比例2,实施例3具有更高的抗拉强度和抗压强度。
67.结合实施例3和对比例3并结合表3-4可以看出，通过高温活化使硅灰增加表面积和孔隙度，提高其催化活性，加快与高铝矿渣粉的反应速率，相比于硅灰未活化的对比例3，实施例3具有更高的抗拉强度和抗压强度。
68.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种环保胶凝材料组合物，其特征在于，包括按重量份计的含钠盐的活化高铝矿渣粉120-160份、粗骨料200-300份、细骨料100-140份、减水剂4-8份、膨胀剂1-5份、增强纤维10-20份和水50-80份，所述含钠盐的活化高铝矿渣粉经球磨处理。2.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述钠盐占活化高铝矿渣总质量的15%-25%。3.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述活化高铝矿渣粉的颗粒度为10μm-30μm。4.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述增强纤维选用黄麻纤维或麦秸秆纤维中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述钠盐选用碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述粗骨料包括再生粗骨料和天然粗骨料，所述再生粗骨料与天然粗骨料的质量比为（2-3）:1。7.根据权利要求1所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：还包括按重量份计的活化硅灰60-80份、塘土20-40份和羟乙基纤维素10-20份。8.根据权利要求7所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述活化硅灰的制备方法为：将硅灰在70-90℃下烘干，再升温至550-650℃，保温1-1.5h。9.根据权利要求7所述的环保胶凝材料组合物，其特征在于：所述塘土的液限含水率在15%-20%、有机物含量为0.01%-0.05%。

技术总结
本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种环保胶凝材料组合物。一种环保胶凝材料组合物包括按重量份计的含钠盐的活化高铝矿渣粉120-160份、粗骨料200-300份、细骨料100-140份、减水剂4-8份、膨胀剂1-5份、增强纤维10-20份和水50-80份，所述含钠盐的活化高铝矿渣粉经球磨处理。本申请的环保胶凝材料组合物具有提高环保胶凝材料组合物强度的优点。保胶凝材料组合物强度的优点。


技术研发人员：张凯峰 童小根 孟刚 王军 王佳敏 李微 欧阳平
受保护的技术使用者：中建西部建设股份有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/7