一种低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法，所述低碳高强微膨胀灌浆料，以重量百分比计，包括以下组分：超细矿渣32‑40％、电石渣4‑12％、再生细骨料16‑24％、碱性激发剂14‑18％、表面活性剂3‑5％、拌合水14‑17％。本发明以化工产业废渣代替传统碱激发剂，以再生细骨料代替天然细骨料，使得材料体系固体废弃物利用率达到100％，显著降低材料生产制造的成本和碳排放量，同时，制得的低碳高强微膨胀灌浆料性能较好，适用于装配式构件套筒连接工程，实现了固体废弃物的协同利用。

权利要求

1.一种低碳高强微膨胀灌浆料，其特征在于，以重量百分比计，包括以下组分：超细矿渣32‑40%、电石渣4‑12%、再生细骨料16‑24%、碱性激发剂14‑18%、表面活性剂3‑5%、拌合水

14‑17%，所述碱性激发剂，以重量百分比计，包括以下组分：冷凝废渣 30‑40%、 蒸馏废渣

60‑70%，所述碱性激发剂的制备方法包括：将元明粉生产过程中的冷凝废渣和纯碱生产过程中的蒸馏废渣混合，在150℃下干燥16h，得到所述碱性激发剂；所述表面活性剂，以重量百分比计，包括以下组分：聚羧酸减水剂80‑90%、三乙醇胺5‑10%、葡萄糖胺5‑10%。

2.根据权利要求1所述的低碳高强微膨胀灌浆料，其特征在于，所述超细矿渣的中值粒径3‑8μm。

3.根据权利要求2所述的低碳高强微膨胀灌浆料，其特征在于，所述再生细骨料的中值粒径1.4‑3.6 mm。

4.一种权利要求1‑3中任一项所述的低碳高强微膨胀灌浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将超细矿渣、电石渣以及再生细骨料干混，加入预溶解碱性激发剂的温水和表面活性剂，混合均匀。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述再生细骨料在6000ppm浓度CO2环境下持续碳化72h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱性激发剂的制备方法包括：将元明粉生产过程中的冷凝废渣和纯碱生产过程中的蒸馏废渣混合，在150℃下干燥16h，得到所述碱性激发剂。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的制备方法包括：将聚羧酸减水剂、三乙醇胺、葡萄糖胺在80℃下搅拌15 h，得到所述表面活性剂。

说明书

一种低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着建筑工业化的持续推进，具有“高效、绿色、环保、抗震”等优点的装配式构件在未来城市建设领域具有广阔的发展前景。目前，装配式构件的连接广泛采用钢筋套筒连接技术，并通过灌浆料将套筒和预留钢筋牢固地粘结成整体。灌浆料是以高强度材料作为骨料，以水泥作为胶凝材料，辅以高流态、微膨胀、防离析等功能型外加剂配制而成，具有自流性好、高强、微膨胀等性能。在施工现场加入一定量的水，搅拌均匀即可使用。

[0003] 为了满足性能要求，灌浆料的水泥用量通常较大，不符合低碳建材的可持续发展理念。碱激发胶凝体系，即以矿渣、粉煤灰等固体废弃物为胶凝材料，辅以合适的碱性激发剂，基于硅铝氧结构的解聚‑再聚合过程实现凝结硬化的材料体系，因其原材料和制备过程的低碳性受到广泛的关注。

[0004] 但是，常用的碱性激发剂如氢氧化钠和水玻璃等在制备过程的碳排放很高，而且在使用过程中存在很大的安全隐患；此外，常见的碱激发胶凝体系存在干燥收缩大、易开裂、后期力学性能倒缩等缺陷，这极大的限制了碱性激发剂作为灌浆料推广使用。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明旨在提出一种低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法，以解决现有灌浆料碳排放量大的问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:

[0007] 一种低碳高强微膨胀灌浆料，以重量百分比计，包括以下组分：超细矿渣32‑40％、电石渣4‑12％、再生细骨料16‑24％、碱性激发剂14‑18％、表面活性剂3‑5％、拌合水14‑17％。

[0008] 在上述技术方案中，可选地，所述超细矿渣中值粒径3‑8μm。

[0009] 在上述技术方案中，可选地，所述再生细骨料的中值粒径1.4‑3.6mm。

[0010] 在上述技术方案中，可选地，所述碱性激发剂，以重量百分比计，包括以下组分：冷凝废渣30‑40％、蒸馏废渣60‑70％。

[0011] 在上述技术方案中，可选地，所述表面活性剂，以重量百分比计，包括以下组分：聚羧酸减水剂80‑90％、三乙醇胺5‑10％、葡萄糖胺5‑10％。

[0012] 本发明另一目的在于提供一种上述所述的低碳高强微膨胀灌浆料的制备方法，包括如下步骤：将超细矿渣、电石渣以及再生细骨料干混，加入预溶解碱性激发剂的温水和表面活性剂，混合均匀。

[0013] 在上述技术方案中，可选地，所述再生细骨料在6000ppm浓度CO2环境下持续碳化72h。

[0014] 在上述技术方案中，可选地，所述解碱性激发剂的制备方法包括：将元明粉生产过程中的冷凝废渣和纯碱生产过程中的蒸馏废渣混合，在150℃下干燥16h，得到所述解碱性激发剂。

[0015] 在上述技术方案中，可选地，所述表面活性剂的制备方法包括：将聚羧酸减水剂、三乙醇胺、葡萄糖胺在80℃下搅拌15h，得到所述表面活性剂。

[0016] 相对于现有技术，本发明提供的低碳高强微膨胀灌浆料及其制备方法，具有以下优势：

[0017] (1)本发明以化工产业废渣代替传统碱激发剂，以再生细骨料代替天然细骨料，使得材料体系固体废弃物利用率达到100％，显著降低材料生产制造的成本和碳排放量，突破碱激发胶凝体系作为灌浆料使用的技术瓶颈，符合绿色建材可持续发展理念。

[0018] (2)本发明基于超细矿渣的高物理水化活性、化工产业废渣的碱性活化以及三乙醇胺的长效促溶，实现灌浆料的高强；基于化工产业废渣中大量的硫酸根，定向诱导生成具有膨胀性的钙矾石，消除材料碱激发过程中的剧烈收缩，实现灌浆料的微膨胀；灌浆料的初始流动度在300‑340mm，28d抗压强度在85‑100MPa，28d自由收缩率1.03％‑1.57％。

[0019] (3)本发明制备工艺简单，环境友好，适宜大规模推广。

具体实施方式

[0020] 以下结合具体实施方式对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义。

[0021] 在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段

[0022] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。

[0023] 本发明提供了一种低碳高强微膨胀灌浆料，以重量百分比计，包括以下组分：超细矿渣32‑40％、电石渣4‑12％、再生细骨料16‑24％、碱性激发剂14‑18％、表面活性剂3‑5％、拌合水14‑17％。

[0024] 其中，超细矿渣中值粒径3‑8μm。本发明采用超细矿渣作为碱激发的前驱体，超细矿渣的粒度区间直接决定了其火山灰活性，矿粉粒度越小，火山灰活性越高；但矿粉粒度过细会导致其需水量呈几何式增长，本发明实验论证，当超细矿渣的中值粒径在3‑8μm时，其反应活性很高且需水量不会骤增。

[0025] 进一步地，再生细骨料的中值粒径1.4‑3.6mm；碱性激发剂，以重量百分比计，包括以下组分：冷凝废渣30‑40％、蒸馏废渣60‑70％；表面活性剂，以重量百分比计，包括以下组分：聚羧酸减水剂80‑90％、三乙醇胺5‑10％、葡萄糖胺5‑10％。

[0026] 本发明以化工产业废渣代替传统碱激发剂，以再生细骨料代替天然细骨料，使得材料体系固体废弃物利用率达到100％，显著降低材料生产制造的成本和碳排放量，生产过程碳排放在256‑320kg/t，符合绿色建材可持续发展理念。

[0027] 本发明另一实施例提供一种上述的低碳高强微膨胀灌浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0028] 将超细矿渣、电石渣以及再生细骨料干混，加入预溶解碱性激发剂的温水和表面活性剂，混合均匀。

[0029] 具体地，再生细骨料在6000ppm浓度CO2环境下持续碳化72h，中值粒径为1.4‑3.6mm。

[0030] 碱性激发剂的制备方法包括：将重量份数为30‑40％的元明粉生产过程中的冷凝废渣和重量份数为60‑70％的纯碱生产过程中的蒸馏废渣混合，在150℃下干燥16h，得到解碱性激发剂。

[0031] 进一步地，表面活性剂的制备方法包括：将重量份数为80‑90％的聚羧酸减水剂、重量份数为5‑10％的三乙醇胺、重量份数为5‑10％的葡萄糖胺混合，在80℃下搅拌15h，得到表面活性剂。

[0032] 元明粉生产过程的冷凝废渣经低温处理后，主要成分为硫酸钠，硫酸钠与矿粉反应后会生成钙矾石和硅酸钙凝胶。纯碱生产过程中的蒸馏废渣经低温处理后，主要成分为碳酸钠，碳酸钠与超细矿渣反应后会生成碳酸钙和硅酸钙凝胶。在早期激发过程中，碳酸钙和钙矾石可以为材料体系建立完善的晶体骨架，而后不断累积的硅酸钙凝胶可以填充骨架，提高整体致密度。在后期激发过程中，碳酸钙与钙矾石基于离子交换可以生成多种类型的水化碳铝酸钙，自发性完成钙矾石的相稳定化转变。由此，通过采用元明粉生产过程中的冷凝废渣和纯碱生产过程中的蒸馏废渣作为碱性激发剂，代替化工产业废渣，可以一定程度上消除材料碱激发过程中的剧烈收缩，实现灌浆料的微膨胀。

[0033] 本发明基于超细矿渣的高物理水化活性、化工产业废渣的碱性活化以及三乙醇胺的长效促溶，实现灌浆料的高强性；基于化工产业废渣中大量的硫酸根，定向诱导生成具有膨胀性的钙矾石，消除材料碱激发过程中的剧烈收缩，实现灌浆料的微膨胀，由此提高了低碳高强微膨胀灌浆料的初始流动性、抗压强度，降低了自由收缩率，适用于装配式构件套筒连接工程，实现了固体废弃物的协同利用。

[0034] 在上述实施例的基础上，下面结合低碳高强微膨胀灌浆料的制备方法，进一步阐述本发明。应理解，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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按质量计算。

[0035] 实施例1‑6

[0036] 实施例1‑6分别按照表1原材料参数和表2的配比进行低碳高强微膨胀灌浆料的制备。

[0037] 表1实施例1‑6制备低碳高强微膨胀灌浆料的原材料的参数

[0038]   实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6超细矿粉中值粒径(μm) 3 5 8 6 5 6
再生细骨料中值粒径(mm) 2.0 3.6 1.4 2.5 3.3 1.8
冷凝废渣(％) 30 32 35 40 38 36
蒸馏废渣(％) 70 68 65 60 62 64
聚羧酸减水剂(％) 80 85 90 85 87 83
三乙醇胺(％) 10 5 5 10 7 6
葡萄糖(％) 10 10 5 5 6 7

[0039] 表2实施例1‑6制备低碳高强微膨胀灌浆料的配比

[0040] 实施例 超细矿渣/％ 电石渣/％ 再生细骨料/％ 碱激发剂/％ 表面活性剂/％ 拌合水/％实施例1 32 12 24 15 3 14实施例2 37 7 19 17 4 16
实施例3 40 4 16 18 5 17
实施例4 37 5 22 15 4 17
实施例5 40 8 17 14 5 16
实施例6 35 6 23 17 4 15

[0041] 表1、表2分别为实施例1‑6中原材料的参数和低碳高强微膨胀灌浆料具体制备配比。在实施过程中，按照表2的技术方案，将超细矿渣、电石渣、再生细骨料干混后，加入预溶解碱性激发剂的拌合水和表面活性剂，高速搅拌后即可投入使用。

[0042] 将实施例1‑6制备的低碳高强微膨胀灌浆料进行性能测试，结果如表3所示，相关测试是依据JG/T 408‑2019《钢筋连接用套筒灌浆料》开展。

[0043] 表3实施例1‑6制备的低碳高强微膨胀灌浆料的性能参数

[0044] 实施例 流动度/mm 28d抗压强度/MPa 28d自由膨胀率/％ 碳排放/(kg/t)1 340 85 1.57 256
2 320 92 1.26 296
3 310 100 1.03 320
4 320 87 1.46 296
5 300 94 1.14 320
6 330 90 1.37 280

[0045] 从表3可以看出，按照本发明技术方案制备的灌浆料流动度范围在300‑340mm，28d抗压强度范围在85‑100MPa，28d自由膨胀1.03％‑1.57％，生产过程碳排放在256‑320kg/t。

[0046] 综上，本发明利用超细矿渣、电石渣、再生细骨料、碱性激发剂、表面活性剂以及温水制备的低碳高强微膨胀灌浆料，具有高流动性和良好的力学性能，不仅满足装配式构件灌浆料的使用要求，且符合绿色建材可持续发展理念。

[0047] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。