一种利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法转让专利
申请号 : CN202010935456.2
文献号 : CN112028503B
文献日 : 2021-09-28
发明人 : 万惠文 , 符昱
申请人 : 武汉理工大学
摘要 :
本发明涉及一种利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法，首先将矿粉、激发剂硅酸钠加入到热水中超声搅拌均匀得到膏状物，然后利用特定功率的超声波对膏状物进行特定时长的超声激活处理，最后分多次注模成型并养护就能得到性能优异的建筑材料。本发明通过超声波强烈的振动、冲击及分散等多重作用，使矿粉中的玻璃体结构快速溶解，促进了矿粉的水化反应，从而极大提高了产品的抗压强度，基本能够取代100％P·O42.5水泥制品。
权利要求 :
1.利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(a)将矿粉、激发剂、水混合均匀，制成膏状体；
(b)对膏状体施加超声作用，得到激发后的矿粉浆体；
(c)矿粉浆体成型后养护即可；
步骤(a)中膏状体的制备方法具体如下：将激发剂与70℃以上的热水混合均匀，加入矿粉后利用超声振动棒将混合浆体振动分散20s‑30s，接着维持混合物的温度为65‑75℃；步骤(b)中超声振动频率为28‑40kHz，超声功率不超过300W，超声时间为15‑25min，超声过程中以100‑110r/min的转速搅拌膏状体，超声设备中的介质温度为65‑75℃；步骤(c)中分三次浇筑成型，每次浇筑总量的1/3；所述矿粉具体为S95级碱性矿粉，密度为(2.8‑2.9)g/
3 2
cm，比表面积(420‑440)m/kg，7d活性指数≧75％，28d活性指数≧95％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激发剂具体为固含量50％‑60％的硅酸钠水溶液，其模数为1.8‑2.5。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：制备膏状体时矿粉与激发剂的质量比为4‑9:
1，水灰比为0.5‑0.6。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)中养护方式为带模蒸汽养护，养护温度为80‑90℃，养护时间为2h以内。
说明书 :
一种利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法。
背景技术
[0002] 矿粉通常作为掺合料应用于水泥混凝土材料的制备过程中。大量矿粉的掺入往往导致混凝土的早期强度下降，但后期强度增长明显，有的甚至高于纯水泥混凝土，这说明矿
粉的潜在活性需要较长时间才能被激发出来。如何激发矿粉潜在活性并利用其提高水泥混
凝土材料的早期强度成为亟需攻克的难题。
粉的潜在活性需要较长时间才能被激发出来。如何激发矿粉潜在活性并利用其提高水泥混
凝土材料的早期强度成为亟需攻克的难题。
[0003] 中国发明专利CN100494108C公开了一种用于激发矿粉活性、矿与煤粉复合粉活性的激发剂，其质量配合比为：三乙醇胺1份、早强剂(石膏或钾明矾)10‑60份。该技术方案提
供的激发剂可明显激发矿粉和煤粉的早期活性，尤其是用于矿粉时其7d活性指数提高了
8％‑17％，28d活性指数提高了2％‑10％。
供的激发剂可明显激发矿粉和煤粉的早期活性，尤其是用于矿粉时其7d活性指数提高了
8％‑17％，28d活性指数提高了2％‑10％。
[0004] 中国发明专利CN100357214C公开了一种用于激发矿渣水泥活性的激发剂，其质量配合比为：二甘醇3％‑6％、三乙醇胺0.2％‑0.3％、扩散剂NNO 0.5％‑1％、膨胀珍珠岩4％‑
8％、早强剂85％‑92％。该激发剂可以有效的激发矿渣水泥的活性，提高矿渣水泥1d、3d抗
压强度。
8％、早强剂85％‑92％。该激发剂可以有效的激发矿渣水泥的活性，提高矿渣水泥1d、3d抗
压强度。
[0005] 综上所述，目前大多通过外加助剂的形式提高矿粉的活性，进而提高矿渣水泥的早期强度。这种方式普遍存在成本高、难以大规模推广应用等问题，况且引入的各种助剂会
对混凝土材料的性能造成一定的负面影响。为此本申请发明人开发了一种利用超声波快速
激发矿粉潜在活性的方法，利用超声波的振动、冲击及分散作用使矿粉中的玻璃体快速解
体，促进水化反应，达到提高混凝土材料早期强度的目的。
对混凝土材料的性能造成一定的负面影响。为此本申请发明人开发了一种利用超声波快速
激发矿粉潜在活性的方法，利用超声波的振动、冲击及分散作用使矿粉中的玻璃体快速解
体，促进水化反应，达到提高混凝土材料早期强度的目的。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种利用超声波快速激发矿粉潜在活性的方法，该方法具体步骤如下：(a)将矿粉、激发剂、水混合均匀，制成膏状体；
(b)对膏状体施加超声作用，得到激发后的矿粉浆体；(c)矿粉浆体成型后养护即可。
(b)对膏状体施加超声作用，得到激发后的矿粉浆体；(c)矿粉浆体成型后养护即可。
[0007] 进一步的，所述矿粉具体为S95级碱性矿粉，密度为(2.8‑2.9)g/cm3，比表面积2
(420‑440)m/kg，7d活性指数≧75％，28d活性指数≧95％。
(420‑440)m/kg，7d活性指数≧75％，28d活性指数≧95％。
[0008] 进一步的，所述激发剂具体为固含量50％‑60％的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液的模数为1.8‑2.5。
[0009] 进一步的，制备膏状体时矿粉与激发剂的质量比为4‑9:1，水灰比为0.5‑0.6。激发剂可以硅酸钠固体或者水溶液的形式引入，但是需要注意保持原料比例不变。
[0010] 进一步的，步骤(a)中膏状体的制备方法具体如下：将激发剂与70℃以上的热水混合均匀，加入矿粉后利用超声振动棒将混合浆体振动分散20s‑30s，使矿粉与激发剂溶液均
匀混合，接着维持混合物的温度为65‑75℃。
匀混合，接着维持混合物的温度为65‑75℃。
[0011] 进一步的，步骤(b)中超声振动频率为28‑40kHz，超声功率不超过300W，超声时间为15‑25min，超声过程中以100‑110r/min的转速搅拌膏状体，超声设备(超声波清洗机池)
中的介质温度为65‑75℃。
中的介质温度为65‑75℃。
[0012] 进一步的，步骤(c)中分三次浇筑成型，每次浇筑总量的1/3。考虑到超声振动时间较长，分多次浇筑可以更好地观察矿粉浆体是否因水化产物的生成而出现结块现象，有助
于提高成型试件的性能。
于提高成型试件的性能。
[0013] 进一步的，步骤(c)中养护方式为带模蒸汽养护，养护温度为80‑90℃，养护时间为2h以内，养护完成后脱模测定抗压强度。
[0014] 本发明选用的超声波属于高频(20‑50kHz)音波，当声波在液体介质中传播时，由于压力变化会使液体介质产生无数微小真空泡，随后真空泡生长，最终受压爆破产生冲击
能(称之为“空穴效应”)。超声激活矿粉潜在活性的原理为：通过超声波对矿粉浆体施加强
2+ 2‑ 3+
烈的振动、冲击及分散作用，使矿粉中的玻璃体结构快速溶解，大量Ca 、SiO4 、Al 进入体
系中，促进了矿粉的水化反应提高了材料的早期强度。与现有公开技术相比，本发明的有益
效果为：(1)工艺简单，易于实现，成本较低；(2)无需复杂的主料/骨料及助剂，仅以矿粉和
硅酸钠为原料配合特定的超声处理，就能制得性能优异的建筑材料；(3)制得的试样性能优
异，最高抗压强度达到33.2MPa，与同等条件下未经超声波激发的矿粉试样相比抗压强度提
高了219.2％，比同等条件下水泥对照组试样的抗压强度高10.2MPa。
能(称之为“空穴效应”)。超声激活矿粉潜在活性的原理为：通过超声波对矿粉浆体施加强
2+ 2‑ 3+
烈的振动、冲击及分散作用，使矿粉中的玻璃体结构快速溶解，大量Ca 、SiO4 、Al 进入体
系中，促进了矿粉的水化反应提高了材料的早期强度。与现有公开技术相比，本发明的有益
效果为：(1)工艺简单，易于实现，成本较低；(2)无需复杂的主料/骨料及助剂，仅以矿粉和
硅酸钠为原料配合特定的超声处理，就能制得性能优异的建筑材料；(3)制得的试样性能优
异，最高抗压强度达到33.2MPa，与同等条件下未经超声波激发的矿粉试样相比抗压强度提
高了219.2％，比同等条件下水泥对照组试样的抗压强度高10.2MPa。
具体实施方式
[0015] 为使本领域普通技术人员的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
[0016] 本发明选用的矿粉为S95级碱性矿粉，密度2.87g/cm3，比表面积418m2/kg，7d活性指数75％，28d活性指数95％；选用的激发剂为固含量50％‑60％的硅酸钠水溶液，模数为
2.2；原料水为蒸馏水，提前烧开并保温在70℃以上。试样抗压强度的测定参考GB/T
17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》。
2.2；原料水为蒸馏水，提前烧开并保温在70℃以上。试样抗压强度的测定参考GB/T
17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》。
[0017] 实施例1
[0018] 称量矿粉80g、硅酸钠水溶液20g，按照水灰比0.6的比例将称量好的原料加入到热水中，利用超声振动棒对混合浆体振动分散20s‑30s得到膏状物。将盛有膏状物的烧杯转移
至超声波清洗机中(提前加入65‑75℃的热水)进行超声处理，调节超声功率为240W(最大功
率的80％)，设定超声时间分别为10min、20min、30min。超声激发完成后将三种浆料分三次
注入模具中成型，接着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度的测定。
至超声波清洗机中(提前加入65‑75℃的热水)进行超声处理，调节超声功率为240W(最大功
率的80％)，设定超声时间分别为10min、20min、30min。超声激发完成后将三种浆料分三次
注入模具中成型，接着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度的测定。
[0019] 为进一步说明问题，我们分别设计了两个试样进行对照，对照组试样的制备过程如下：
[0020] A：按照0.6的水灰比将600g水泥与热水混合，缓慢搅拌30min后注入模具中成型，接着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度的测定。
[0021] B：称量矿粉80g、硅酸钠水溶液20g，按照水灰比0.6的比例将称量好的原料加入到热水中，缓慢搅拌30min后注入模具中成型，接着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度
的测定，结果如表1所示。
的测定，结果如表1所示。
[0022] 表1超声对激发矿粉试样抗压强度的影响对照表
[0023] 编号 水泥/g 矿粉/g 硅酸钠/g 水灰比 超声时间/min 抗压强度/MPa1 600 0 0 0.6 未经超声波激发 23.0
2 0 80 20 0.6 未经超声波激发 10.4
3 0 80 20 0.6 10 23.7
4 0 80 20 0.6 20 29.8
5 0 80 20 0.6 30 33.2
2 0 80 20 0.6 未经超声波激发 10.4
3 0 80 20 0.6 10 23.7
4 0 80 20 0.6 20 29.8
5 0 80 20 0.6 30 33.2
[0024] 分析表1可知，当超声时间≥10min，经超声激发后的矿粉试样抗压强度已经高于水泥对照组试样的强度；当超声时间为30min时，相比对照组B试样抗压强度提高了
219.2％，比水泥对照组高10.2MPa。
219.2％，比水泥对照组高10.2MPa。
[0025] 实施例2
[0026] 称量矿粉80g、硅酸钠水溶液20g，按照水灰比0.6的比例将称量好的原料加入到热水中，利用超声振动棒对混合浆体振动分散20s‑30s得到膏状物。将盛有膏状物的烧杯转移
至超声波清洗机中(提前加入65‑75℃的热水)进行超声处理，调节超声功率分别为120W、
180W、240W，设定超声时间为30min。超声激发完成后将三种浆料分三次注入模具中成型，接
着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度的测定，并与实施例1中A、B两个对照组试样进
行对比，结果如表2所示。
至超声波清洗机中(提前加入65‑75℃的热水)进行超声处理，调节超声功率分别为120W、
180W、240W，设定超声时间为30min。超声激发完成后将三种浆料分三次注入模具中成型，接
着在80℃下蒸汽养护2h，最后进行抗压强度的测定，并与实施例1中A、B两个对照组试样进
行对比，结果如表2所示。
[0027] 表2超声功率对激发矿粉试样抗压强度的影响对照表
[0028] 编号 水泥/g 矿粉/g 硅酸钠/g 水灰比 超声功率/W 抗压强度/MPa1 600 0 0 0.6 未经超声波激发 23.0
2 0 80 20 0.6 未经超声波激发 10.4
3 0 80 20 0.6 120(总功率的40％) 21.6
4 0 80 20 0.6 180(总功率的60％) 28.6
5 0 80 20 0.6 240(总功率的80％) 33.2
2 0 80 20 0.6 未经超声波激发 10.4
3 0 80 20 0.6 120(总功率的40％) 21.6
4 0 80 20 0.6 180(总功率的60％) 28.6
5 0 80 20 0.6 240(总功率的80％) 33.2
[0029] 由表2可知，增大超声波功率可以有效提高激发矿粉试样的抗压强度；当超声激发功率为240W时，激发矿粉试样的抗压强度为33.2MPa，相比对照组B其抗压强度提高了
219.2％。
219.2％。