CN105236841A - 一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土及其制备方法，属于建筑材料。所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土，由水泥、硅灰、减水剂、河砂、水和花岗岩石粉为原料制备而成。将花岗岩石粉在盘中摊铺均匀，放入烘箱中烘干，筛分、去除其中的杂质；清理试模，去除试模内的杂物，在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂；将水泥、硅灰、河砂、花岗岩石粉倒入搅拌机内，干拌；然后加入溶有减水剂的水，搅拌；将所得产物浇注于试模中，置于振动台上振动，直至表面出浆后停止，然后用抹刀削去多余的混凝土并待将其表面抹平；静置后拆模，拆模后的试件转入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压养护后转入标准养护室，至规定龄期得掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土。

Description

一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及混凝土，尤其是涉及一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土及其制备方法。

背景技术

活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,简称RPC)，是一种超高强、高韧性、耐久性强和体积稳定性良好的水泥基复合材料。RPC的原材料主要由颗粒细小、具有一定活性的矿物材料组成。在RPC中，活性组分主要有硅灰、石英粉，且硅灰与石英粉的掺量均较高，此外，在RPC中水泥的掺量很高，使得RPC的制备成本高、能耗大。由于其制备成本高，国内外的研究主要用钢渣粉、超细粉煤灰、超细矿渣、稻壳灰等废料替代部分水泥和硅灰，降低成本、能耗制备RPC。而福建是石材生产大省，每年产生大量石粉，污染环境，且石粉颗粒细小、在高温下具有一定的活性，若将石粉替代部分胶凝材料(水泥、硅灰)用于RPC的制备，不仅可以降低RPC成本，而且还能节约资源、保护环境。现在已有的工程当中，例如：加拿大魁北克省在1997年建了首座活性粉末混凝土人行/自行车桥。2000年，在韩国汉城(现称首尔)汉江建成了一座跨度120m的仙游桥，是首座采用活性粉末混凝土建造的拱桥。这些都是活性粉末混凝土在工程上的应用，若采用花岗岩石粉替代部分胶凝材料(水泥、硅灰)用于RPC的制备，则可以有效降低RPC的制备成本及能耗，而且能够有效利用资源，利于环保。

中国专利CN103172322A申请的一种掺超活性矿渣粉的活性粉末混凝土及其制备方法，在其申请的专利中，活性粉末混凝土的主要原材料有水泥、硅灰、石英粉、砂子、水、减水剂和钢纤维、超活性矿渣粉。

中国专利CN103172323A申请的一种掺超细普通玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法，在其申请的专利中，活性粉末混凝土的主要原材料有水泥、硅灰、石英粉、砂子、水、减水剂和钢纤维、超细普通玻璃粉。

上述两个专利制备得到的活性粉末混凝土在常压热养护条件下抗压强度达260～300MPa，但是，在其配合比中引入了新的掺合料——超活性矿渣粉、超细普通玻璃粉，增加了活性粉末混凝土的成本。

本发明的创新之处在于采用废弃的花岗岩石粉部分取代活性粉末混凝土中的胶凝材料(水泥、硅灰)用于活性粉末混凝土的制备，活性粉末混凝土的抗压强度在一定取代率下会有显著提高，即花岗岩石粉内掺能够有效地降低活性粉末混凝土的生产成本，节约资源能源，而且具有较高的环保效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高强度、提升性能、节能环保，降低成本的掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土及其制备方法。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土，由水泥、硅灰、减水剂、河砂、水和花岗岩石粉为原料制备而成，其配方如下：按质量比，水泥∶硅灰∶河砂＝1∶(0.21～0.31)∶(1.00～1.2)，水的含量为水泥和硅灰的总质量的0.16～0.22(水胶比)；按质量百分比，减水剂的含量为水泥质量的2％～3％，花岗岩石粉的含量为水泥和硅灰总质量的5％～20％。

进一步：所述水泥为P.O525普通混凝土硅酸盐水泥，比表面积361m²/kg，烧失量2.34％；硅灰，SiO₂含量≥90％，粒径为0.1～0.2um，平均粒径d_SF为0.162um，表观密度ρ_SF为2293kg/m³；河砂表观密度为2270kg/m³；减水剂为减水率25％的CX-8聚羧酸减水剂；花岗岩石粉比表面积为588m²/kg，烧失量为0.72％，密度为2760kg/m³。

所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将花岗岩石粉在盘中摊铺均匀，放入烘箱中烘干；

在步骤1)中，所述烘干的温度可为60℃，烘干的时间可为12h。

2)将烘干后的花岗岩石粉进行筛分、去除其中的的杂质，筛分后的花岗岩石粉粒径在100μm以下；

3)清理试模，去除试模内的杂物，然后在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂，以方便脱模后清理；

4)将水泥、硅灰、河砂、花岗岩石粉按比例称量，倒入搅拌机内，干拌；然后加入溶有减水剂的水，搅拌；

在步骤4)中，所述干拌的时间可为3min，所述搅拌是先加入溶有减水剂的一半比例量水，搅拌2min，再加入溶有减水剂的另一半比例量水，再搅拌2～3min；

5)将步骤4)所得产物浇注于试模中，置于振动台上振动，直至表面出浆后停止，然后用抹刀削去多余的混凝土并待1h后将其表面抹平；

在步骤5)中，所述振动的时间可为4min；所述试模可为40mm×40mm×160mm三联模。

6)静置24h后拆模，拆模后的试件转入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压养护后转入标准养护室(温度为(20±2)℃的恒湿室)，养护至规定龄期，得到所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土。

在步骤6)中，所述蒸压养护的工艺条件为：抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

由于生产活性粉末混凝土的原材料中掺入了花岗岩石粉，由于活性粉末混凝土本身的强度是依赖于原材料的活性与微集料效应的叠加，而经过预处理后的花岗岩石粉在粒径上介于水泥与河砂之间，因此花岗岩石粉在活性混凝土中的可以发挥其自身的微集料效应，使活性粉末混凝土更加的密实，从而达到提高活性粉末混凝土的强度，采用废弃的花岗岩石粉部分取代活性粉末混凝土中的胶凝材料(水泥、硅灰)用于活性粉末混凝土的制备，活性粉末混凝土的抗压强度在一定取代率下会有显著提高，即花岗岩石粉内掺能够有效地降低活性粉末混凝土的生产成本，节约资源能源，而且具有较高的环保效益。

本发明充分利用加工花岗岩石材的废料，降低水泥与硅灰的用量，节约资源，降低能耗成本，减轻花岗岩石粉对环境的污染，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步的具体描述。

原材料：

(1)水泥

试验用水泥为福建炼石牌水泥有限公司生产的P.O525普通混凝土硅酸盐水泥，水泥的各组分含量如表1，水泥的性能指标如表2。

表1水泥各组分含量(％)

表2水泥的性能指标

(2)硅灰

西宁铁合金厂生产的硅灰，SiO₂含量≥90％，粒径为0.1～0.2um，平均粒径d_SF为0.162um，表观密度ρ_SF为2293kg/m³。硅灰的基本性能参数见表3。

表3硅灰基本性能参数

(3)河砂

砂为闽江河砂，表观密度为2270kg/m³,级配分布见表4

表4砂的级配分布(％)

(4)减水剂

福州创先工程材料有限公司CX-8聚羧酸减水剂，减水率25％

(5)水

水为自来水

(6)花岗岩石粉

花岗岩石粉比表面积为588m²/kg，烧失量为0.72％，密度为2760kg/m³。

实施例1

采用基准配合比制备的活性粉末混凝土，配合比如表5所示。

表5活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.16；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的2.5％；

制备方法为：将水泥、硅灰、河砂按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min；加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min；最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2-3min；测得流动度为126mm；将拌合物浇注40mm×40mm×160mm三联模中，在振动台上振动4min。试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护。蒸压养护制度为，抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。养护完成后，对试块进行抗压试验，最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为126.19MPa。

实施例2

采用花岗岩石粉取代5％的胶凝材料(水泥和硅灰)制备活性粉末混凝土，配合比如表6所示。

表6活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.16；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的2.5％；

制备方法为：将水泥、硅灰、河砂和花岗岩石粉按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min；加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min；最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2-3min；测得流动度为121mm；将拌合物浇注40mm×40mm×160mm三联模中，在振动台上振动4min。试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护。蒸压养护制度为，抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。养护完成后，对试块进行抗压试验，最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为131.17MPa。

实施例3

采用花岗岩石粉取代10％的胶凝材料(水泥和硅灰)制备活性粉末混凝土，配合比如表7所示。

表7活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.16；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的2.5％；

制备方法为：将水泥、硅灰、河砂和花岗岩石粉按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min；加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min；最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2-3min；测得流动度为109mm；将拌合物浇注40mm×40mm×160mm三联模中，在振动台上振动4min。试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护。蒸压养护制度为，抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。养护完成后，对试块进行抗压试验，最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为139.29MPa。

实施例4

采用花岗岩石粉取代20％的胶凝材料(水泥和硅灰)制备活性粉末混凝土，配合比如表8所示。

表8活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.16；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的2.5％；

制备方法为将水泥、硅灰、河砂和花岗岩石粉按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min；加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min；最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2～3min；测得流动度为96mm；将拌合物浇注40mm×40mm×160mm三联模中，在振动台上振动4min。试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护。蒸压养护制度为，抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。养护完成后，对试块进行抗压试验，最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为125.34MPa。

实施例5

采用花岗岩石粉取代5％的胶凝材料(水泥和硅灰)制备活性粉末混凝土，配合比如表9所示。

表9活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.18；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的3％；

本实施例5所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，与实例4相同，最终测得的活性粉末混凝土流动度为135mm。最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为120.26MPa。

实施例6

采用花岗岩石粉取代5％的胶凝材料(水泥和硅灰)制备活性粉末混凝土，配合比如表10所示。

表10活性粉末混凝土配合比

水胶比为0.22；砂胶比0.9；减水剂用量为水泥的2％；

本实施例6所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，与实例4相同，最终测得的活性粉末混凝土流动度为141mm，最终测得的活性粉末混凝土抗压强度为96.35MPa。

由上述实施例可知，花岗岩石粉可以部分取代活性粉末混凝土中的胶凝材料(水泥、硅灰)用于活性粉末混凝土的制备，最终本发明所述的掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土当花岗岩石粉取代胶凝材料的比例达20％时，活性粉末混凝土的抗压强度与基准配合比相差无几，抗压强度为125.34MPa，而当取代率在10％以内时，活性粉末混凝土的抗压强度有显著提高，与未取代相比抗压强度提高9.4％。

上述实施例是为了更好的让该技术领域的人员能够理解和应用本发明而描述的。凡依本发明而做的的改动或者变化，所产生的功能效果均未超出本发明的范围，仍处于本发明的保护范围内。特别说明：由于钢纤维在活性粉末混凝土中主要对其抗折强度影响比较大，对抗压强度虽然有影响，但是并不影响本发明原材料中未掺钢纤维的反应机理，且本发明旨在说明花岗岩石粉可以取代活性粉末混凝土原材料中的胶凝材料(水泥、硅灰)，所以基于本发明的基础上，在原材料中加入钢纤维的发明也在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土，其特征在于，由水泥、硅灰、减水剂、河砂、水和花岗岩石粉为原料制备而成，其配方如下：按质量比，水泥∶硅灰∶河砂＝1∶(0.21～0.31)∶(1.00～1.2)，水的含量为水泥和硅灰的总质量的0.16～0.22(水胶比)；按质量百分比，减水剂的含量为水泥质量的2％～3％，花岗岩石粉的含量为水泥和硅灰总质量的5％～20％。

2.如权利要求1所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O525普通混凝土硅酸盐水泥，比表面积361m²/kg，烧失量2.34％；所述硅灰的SiO₂含量≥90％，粒径为0.1～0.2um，平均粒径d_SF为0.162um，表观密度ρ_SF为2293kg/m³；所述河砂表观密度为2270kg/m³；所述减水剂为减水率25％的CX-8聚羧酸减水剂；所述花岗岩石粉比表面积为588m²/kg，烧失量为0.72％，密度为2760kg/m³。

3.如权利要求1所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将花岗岩石粉在盘中摊铺均匀，放入烘箱中烘干；

2)将烘干后的花岗岩石粉进行筛分、去除其中的的杂质，筛分后的花岗岩石粉粒径在100μm以下；

3)清理试模，去除试模内的杂物，然后在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂，以方便脱模后清理；

4)将水泥、硅灰、河砂、花岗岩石粉按比例称量，倒入搅拌机内，干拌；然后加入溶有减水剂的水，搅拌；

5)将步骤4)所得产物浇注于试模中，置于振动台上振动，直至表面出浆后停止，然后用抹刀削去多余的混凝土并待1h后将其表面抹平；

6)静置24h后拆模，拆模后的试件转入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压养护后转入养护室，养护至规定龄期，得到所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土。

4.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述烘干的温度为60℃，烘干的时间为12h。

5.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述干拌的时间为3min，所述搅拌是先加入溶有减水剂的一半比例量水，搅拌2min，再加入溶有减水剂的另一半比例量水，再搅拌2～3min。

6.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述振动的时间为4min。

7.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述试模为40mm×40mm×160mm三联模。

8.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述蒸压养护的工艺条件为：抽真空0.5h，升温升压1h，恒温恒压6h，降压2h，恒温温度为190～200℃，恒压压力为1.2MPa。

9.如权利要求3所述一种掺花岗岩石粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述养护室采用温度为20±2℃的恒湿室。