CN103396064A - 一种绿色环保轻质高强粉末混凝土 - Google Patents

一种绿色环保轻质高强粉末混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种绿色环保轻质高强粉末混凝土，由包括以下质量分配比的原料制成：硅酸盐水泥550~650份；硅灰125~150份；粉煤灰90~115份；矿粉110~130份；页岩陶砂650~800份；高效减水剂21~26份；水105~130份。本发明通过借用粉末混凝土的堆积原理，去除金属纤维、石英砂等高成本原料，通过引入高强陶砂来获得容重在1950kg/m3以下的轻质超高强粉末混凝土。

Description

一种绿色环保轻质高强粉末混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种绿色环保轻质高强粉末混凝土。
背景技术
国内外对于轻质混凝土研究多年，但轻质混凝土的最高强度至今一直维持在70兆帕以下，容重基本接近2000kg/m3以下，由于其轻质、保温、隔音等效果十分好，对于现代节能建筑的应用十分广阔。但由于现代城市化的发展，混凝土建筑要求的承载力越来越高，在很多建筑高强预制件中的应用还是大大受到了局限。
活性粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和500MPa、800MPa级。主要原理是采用堆积密度原理设计混凝土材料组份，通过减小颗粒间的体积比来提高界面强度和致密度，通过钢纤维来调整抗折性能，其容重为2350~2500kg/m3左右，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，性能非常好。
目前尚未有将活性粉末混凝土与轻质混凝土相结合的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保轻质高强粉末混凝土。其容重在1950kg/m3以下，掺有大量工业废渣，经过高温养护，抗压强度为100~130兆帕，具有容重轻、超高强度、高耐久性、浇筑后自养护、体积稳定等特性，同时采用大掺量工业渣粉取代水泥，大幅度降低制作过程中水化热现象，提升流动性使其具有大流动、自密实工作性能，以满足其在建筑构件领域中的应用。
本发明的另一个目的在于上述绿色环保轻质高强粉末混凝土的制备方法。 
上述目的是通过以下技术手段加以实现的：
一种绿色环保轻质高强粉末混凝土，由包括以下质量分配比的原料制成：
硅酸盐水泥550~650份；
硅灰125~150份；
粉煤灰90~115份；
矿粉110~130份；
页岩陶砂650~800份；
高效减水剂21~26份；
水105~130份。
本发明通过借用粉末混凝土的堆积原理，去除金属纤维、石英砂等高成本原料，通过引入高强陶砂来获得容重在1950kg/m3以下的轻质超高强粉末混凝土。
本发明采用大量废弃粉料作为原材料（硅灰、粉煤灰、矿粉）取代水泥，并采用轻质页岩陶砂作为混凝土骨架结构，采用互相堆积级配良好的水泥和各种矿物掺合料强度主体，采用高效减水剂调节材料性能。本发明的绿色环保轻质高强粉末混凝土保证了其性能与普通无纤维活性粉末混凝土性能基本一致。
优化各组分的具体尺寸，能够得到性能更好的混凝土。优选地，上述绿色环保轻质高强粉末混凝土由包括以下质量分配比的原料制成：
平均粒径为30~60μm的硅酸盐水泥550~650份；
平均粒径为0.1~0.8μm、SiO2含量≥85%的硅灰125~150份；
平均粒径为10~30μm的Ⅰ级粉煤灰90~115份；
平均粒径为10~50μm的S95级以上的矿粉110~130份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的页岩陶砂650~800份；
减水率大于30%的高效减水剂21~26份；
水105~130份。
进一步优化各组分的配比，能够得到性能更好的混凝土。优选地，上述绿色环保轻质高强粉末混凝土由包括以下质量分配比的原料制成：
平均粒径为30~60μm的硅酸盐水泥580~620份；
平均粒径为0.1~0.8μm、SiO2含量≥85%的硅灰135~140份；
平均粒径为10~30μm的Ⅰ级粉煤灰100~105份；
平均粒径为10~50μm的S95级以上的矿粉115~125份；
连续级配粒径为0.16~4.74mm的页岩陶砂700~750份；
减水率大于30%的高效减水剂23~24份；
水115~120份。
优选地，所述硅酸盐水泥为42.5等级以上的水泥。
上述页岩陶砂是指由页岩经过破碎、筛分、烧胀而成的人造轻集料。优选地，上述页岩陶砂的吸水率小于5%，筒压强度不小于6兆帕。本发明采用了致密堆积原理匹配组成，整体混凝土容重为1850~1950kg/m3，堆积容重为800兆帕级以上。
本发明还提供上述绿色环保轻质高强粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将页岩陶砂浸泡在水中1~2小时，滤干待用；
S2. 将硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉加入搅拌机中搅拌1~2分钟至分散均匀；
S3. 向搅拌机中依次加入页岩陶砂、高效减水剂和1/2~2/3的水继续搅拌2~3分钟至分散均匀；
S4. 加入余下的水搅拌1~2分钟，调整工作度后得到绿色环保轻质高强粉末混凝土。
上述制备方法以后，还应当进行养护，本发明提供两种养护方式。
第一种养护方式是：自然养护24小时后，进行远红外线干热养护，升降温速率不超过30℃/小时，以80~90℃恒温24小时后结束，移出时与室外温差不超过30℃。红外线养护的温控度容易恒定，操作方便，可做移动式箱体，节能、环保、安全，养护周期快。
第二种养护方式是：自然养护25~30天。采用自然养护方式时，无需淋水，因为陶砂本身会自动释放出一部分水，形成内部的自养护功能。
本发明的有益之处在于：
（1）上述配方和制备过程制备的绿色环保轻质高强粉末混凝土，抗压强度可达90~130MPA，抗折强度可达9~12MPA，弹性模量在40GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失，与原有粉末混凝土性能基本一致。
（2）容重为1850~1950kg/m3，相对原粉末混凝土重量轻百分之三十，配方中去除了原有的硅灰超细粉和石英砂粉和减少水泥的使用量，采用矿粉和粉煤灰对水泥进行取代，采用高强页岩陶砂对石英砂进行取代，原材料成本是原无纤维粉末混凝土的二分之一左右，且改善了粉末混凝土自密实性差、水化热高等现象，充分利用了废渣粉等廉价资源，采用远红外线养护环保节能，材料中废渣再循环利用，降低了综合处理费用，使轻质粉末混凝土应用范围更加广泛。
（3）采用的材料更加广泛，大众化、成本更低。采用了大量的工业废渣粉取代部分水泥和部分石英砂粉，降低了轻质高强混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，避免了早期粉末混凝土水化热过高的现象。采用轻质页岩高强陶砂取代石英砂，使容重大幅度降低，相应的经济成本也大幅度降低。
（4）本发明大大降低了活性粉末混凝土的成本，改进混凝土工作性能和养护条件，大大提高了其工程使用价值和范围。
具体实施方式
实施例1 
按照如下比例配备混凝土原材料：
平均粒径40μm 42.5等级以上的硅酸盐水泥600份；
平均粒径0.2μm、SiO2含量≥85%的硅灰138份；
平均粒径30μm的Ⅰ级粉煤灰103份；
平均粒径20μm的S95级以上的矿粉120份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm、吸水率小于5%、筒压强度不小于6兆帕的页岩陶砂725份；
减水率大于30%的高效减水剂23.5份；
水118份；
上述原材料配备完成后按照如下步骤进行搅拌制备：
（1）将页岩陶砂先浸泡在水中一个小时，然后滤干明水待搅拌使用。
    （2）将配方限定的水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉加入搅拌机中搅拌1~2分钟进行分散均匀。
（3）向上述搅拌备用材料中依次加入待用的陶砂、高效减水剂和三分之二的水继续搅拌2~3分钟至分散均匀。
（4）最后加入适量余下的水搅拌1~2分钟，调整粉末混凝土工作度后得到绿色环保轻质高强粉末混凝土。
（5）放置28天自然养护或自然养护24小时后，进行远红外线干热养护，升降温速率不超过30℃/小时，以恒温80~90℃区间恒温24小时后结束，移出时与室外温差不超过30度，达到其性能指标。
本实施例制备的产品性能如下：
抗压强度：122MPa；
抗折强度：11.7MPa；
弹性模量：40GPa；
抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度；
抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0；
电通量（抗氯离子渗透性能）：0.39*10-12m2/s；
混凝土容重：1926kg/m3。
实施例2 
按照如下比例配备原材料：
平均粒径30μm 42.5等级以上硅酸盐水泥550份；
平均粒径0.1μm、SiO2含量≥85%的硅灰125份；
平均粒径10μm的Ⅰ级粉煤灰90份；
平均粒径10μm的S95级以上的矿粉110份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm、吸水率小于5%、筒压碎抗压强度不小于6兆帕的页岩陶砂800份；
减水率大于30%的高效减水剂21份；
水105份。
制备步骤同实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
抗压强度：112MPa；
抗折强度：10.6MPa；
弹性模量：38GPa；
抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度；
抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0；
电通量（抗氯离子渗透性能）：0.4*10-12m2/s；
混凝土容重：1880kg/m3。
实施例3 
平均粒径60μm 42.5等级以上硅酸盐水泥650份；
平均粒径0.8μm、SiO2含量≥85%的硅灰150份；
平均粒径30μm的Ⅰ级粉煤灰115份；
平均粒径50μm的S95级以上的矿粉130份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm、吸水率小于5%、筒压碎抗压强度不小于6兆帕的页岩陶砂650份；
减水率大于30%的高效减水剂26份；
水130份。
制备步骤同实施例1。
本实施例制备的产品性能如下：
抗压强度：127MPa；
抗折强度：11.4MPa；
弹性模量：40GPa；
抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度；
抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0；
电通量（抗氯离子渗透性能）：0.35*10-12m2/s；
混凝土容重：1940kg/m3。
实施例4
本发明的轻质高强活性粉末混凝土与普通无纤维粉末混凝土的成分及性能指标对比。
普通无纤维活性粉末混凝土（养护温度为85度）
Figure 2013103532231100002DEST_PATH_IMAGE001
。
轻质高强粉末混凝土性能指标（养护温度85度）
Figure 296642DEST_PATH_IMAGE002
。
通过对比得出，轻质高强粉末混凝土相对普通粉末混凝土在力学性能上基本一致，但工作性能大幅度改善，水灰比在0.13~0.14左右得到工作性能较好的轻质高强粉末混凝土。

Claims (8)

1. 一种绿色环保轻质高强粉末混凝土，其特征在于，由包括以下质量分配比的原料制成：
硅酸盐水泥550~650份；
硅灰125~150份；
粉煤灰90~115份；
矿粉110~130份；
页岩陶砂650~800份；
高效减水剂21~26份；
水105~130份。
2. 根据权利要求1所述的绿色环保轻质高强粉末混凝土，其特征在于，由包括以下质量分配比的原料制成：
平均粒径为30~60μm的硅酸盐水泥550~650份；
平均粒径为0.1~0.8μm、SiO2含量≥85%的硅灰125~150份；
平均粒径为10~30μm的Ⅰ级粉煤灰90~115份；
平均粒径为10~50μm的S95级以上的矿粉110~130份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的页岩陶砂650~800份；
减水率大于30%的高效减水剂21~26份；
水105~130份。
3. 根据权利要求2所述的绿色环保轻质高强粉末混凝土，其特征在于，由包括以下质量分配比的原料制成：
平均粒径为30~60μm的硅酸盐水泥580~620份；
平均粒径为0.1~0.8μm、SiO2含量≥85%的硅灰135~140份；
平均粒径为10~30μm的Ⅰ级粉煤灰100~105份；
平均粒径为10~50μm的S95级以上的矿粉115~125份；
连续级配粒径为0.16~4.75mm的页岩陶砂700~750份；
减水率大于30%的高效减水剂23~24份；
水115~120份。
4. 根据权利要求1所述的绿色环保轻质高强粉末混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为42.5等级以上的水泥。
5. 根据权利要求1所述的绿色环保轻质高强粉末混凝土，其特征在于，页岩陶砂的吸水率小于5%，筒压强度不小于6兆帕。
6. 权利要求1所述的绿色环保轻质高强粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将页岩陶砂浸泡在水中1~2小时，滤干待用；
S2. 将硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉加入搅拌机中搅拌1~2分钟至分散均匀；
S3. 向搅拌机中依次加入页岩陶砂、高效减水剂和1/2~2/3的水继续搅拌2~3分钟至分散均匀；
S4. 加入余下的水搅拌1~2分钟，调整工作度后得到绿色环保轻质高强粉末混凝土。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5. 自然养护24小时后，进行远红外线干热养护，升降温速率不超过30℃/小时，以80~90℃恒温24小时后结束，移出时与室外温差不超过30℃。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，特征在于，还包括以下步骤：
S5. 自然养护25~30天。
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