CN106747093A - 一种早强高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种早强高强混凝土，以重量份数计，包括：水泥657～700份；矿渣微粉418～430份；微硅粉119～130份；钢纤维156份；硅砂1051～1100份；减水剂15～18份；水；所述水的重量与水泥、矿渣微粉和微硅粉的总重量比为0.198～0.226。本发明以矿渣微粉、微硅粉和钢纤维等工业副产品作为添加剂，制备得到以硅砂为骨料的早强高强混凝土，7天抗压强度超过70MPa。本发明早强高强混凝土实现了废物的有效再利用，制作工艺简单，具有密实度好、养护时间短、早期强度高等优点。

Description

一种早强高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型建筑材料技术领域，尤其涉及一种早强高强混凝土及其制备方法。
背景技术
随着经济的不断发展，传统建筑业已经达到了前所未有的规模，它一方面极大地加快了中国的城市化进程，但另一方面，高耗能、高污染、高浪费、粗放型的现场人工作业，对生态、对城市、对产业结构等都带来了极其严重的负面影响。面对这种情况，从全球的发展趋势来看，从传统建筑模式转型到新型建筑工业化是我国建筑业发展的必由之路。“十三五”期间，国家发展规划明显提出了绿色建筑工业化的发展方向。预制装配式建筑工业化施工周期约为传统建筑方式的1/3，速度快，效率高，施工简单。因此，建筑工业化发展中，建设单位与施工单位均强烈要求能有早强性质的、高性能的建筑混凝土品种用以满足周期要求。另外，如果建筑物局部发生损坏，要求在短时间内进行抢修，以防突发坍塌，这也就凸显了早强高强混凝土制备的必要性。
使用早强高强混凝土能够满足预制装配式建筑工业化的工期要求，提前达到设计强度,可以降低大量的维护和施工费用,使建筑物提前投入使用发挥效益，同时满足快速施工、建筑物抢修及突发事故应急施工的需要。矿渣硅粉等固体废料的再生利用，符合可持续发展的战略要求。因此，研发早强高强混凝土，对促进我国建筑工业化的发展具有重要的科学意义和实用的工程应用价值。然而，现有的高强混凝土大部分缺乏早强特性，而早强混凝土通常又欠缺高强性能；另外，现有为数不多的早强高强混凝土密实度相对较差，影响了混凝土耐久性及抗渗性能。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种早强高强混凝土及其制备方法，制备的混凝土能够同时具有良好的早强、高强特性。
本发明提供了一种早强高强混凝土，以重量份数计，包括：
水；
所述水的重量与水泥、矿渣微粉和微硅粉的总重量比为0.198～0.226。
所述矿渣微粉为生产工艺先进的燃煤电厂生产过程中产生的工业副产物，优选的，其比表面积为400m2/kg，密度为2.8g/m3，烧失量不大于3％。
本发明使用的矿渣微粉具有潜在活性，能提高混凝土的强度，有微集料的作用，抑制了混凝土的收缩，矿渣微粉作为混凝土的独立组分不仅有利于水化作用和提高密实度，而且还能减低孔隙率，改善孔结构，从而提高硬化混凝土的抗渗性能。
所述微硅粉是生产含硅合金时产生的工业尘埃经回收得到的微硅粉，优选的，其烧失量为2.14％，二氧化硅含量为98.5％，比表面积为20×103～23×103m2/kg，含水率为0.3％，氯离子含量为0.017％，总碱量为0.4％。
本发明中，所述微硅粉符合国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》GB/T18736-2002的要求。
本发明使用的微硅粉是冶炼工业硅产生的废料，来源广泛，具有极强的火山灰性能，能与水泥水化反应生成C-S-H凝胶，加速水泥的水化过程，减少水泥的使用，提高混凝土的力学性能，如抗压、抗折强度。
优选的，所述钢纤维的长度为13mm，长径比为65，抗拉强度为3000MPa，密度为7.82g/cm3。
所述钢纤维乱向分布于混凝土基体中会产生桥接和拉结效应，可以改善混凝土的抗裂性和获得较好的韧性和延性。
所述减水剂为由聚羧酸高性能减水剂，缓凝、保塑等组分复合而成的缓凝高性能减水剂。优选的，其减水率为20％～45％，含气量为1％～5％，缓凝时间为2～8小时，28天抗压强度提高30％以上，收缩率比≤110％。
在本发明的某些具体实施例中，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，型号QL-PC2。
优选的，所述硅砂的粒径为50～100目，比表面积为410m2/kg，SiO2含量为93％，烧失量为0.05％，含水量为0.12％，密度为2.7g/cm3，Al2O3含量为0.99％，细度模数为2.4～2.6，含水率为2％～5％。
本发明提供的混凝土中，骨料只含硅砂作为细骨料，不包含任何粗骨料。
本发明使用的硅砂以石英为主要矿物成分，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，具有很强的耐磨性，耐高温，热膨胀系数小，耐腐蚀。
上述各原料均为一般市售，本发明对其来源并无特殊限定。
本发明采用一定量的矿渣微粉和微硅粉等工业副产品为原料，和钢纤维配合，并添加一定量的硅砂作为骨料，以及减水剂和水，制备的混凝土具有早强和高强的性能，其7d抗压强度达到了C70混凝土强度等级。本发明提供的早强高强混凝土实现了废物的有效再利用，制作工艺简单，具有养护时间短、早期强度高、经济效益好等优点，有利于推广应用于预制装配式建筑工业化建设，缩短我国整体的建筑施工工期。
本发明还提供了上述早强高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿渣微粉、硅砂和微硅粉在强制式搅拌机中搅拌3～5分钟，得到混合物料；
(2)向步骤(1)得到的混合物料中，用同掺法加入减水剂和水混合搅拌3～5分钟，得到混合物料；
(3)向步骤(2)得到的混合物料中，边搅拌边加入钢纤维，然后搅拌3分钟，得到混凝土浆料，经固化、养护，得到早强高强混凝土。
与现有技术相比，本发明提供了一种早强高强混凝土，以重量份数计，包括：水泥657～700份；矿渣微粉418～430份；微硅粉119～130份；钢纤维156份；硅砂1051～1100份；减水剂15～18份；水；所述水的重量与水泥、矿渣微粉和微硅粉的总重量比为0.198～0.226。本发明以矿渣微粉、微硅粉和钢纤维等工业副产品作为添加剂，制备得到以硅砂为骨料的早强高强混凝土，7天抗压强度超过70MPa。本发明早强高强混凝土实现了废物的有效再利用，制作工艺简单，具有密实度好、养护时间短、早期强度高等优点。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的早强高强混凝土及其制备方法进行详细描述。
以下实施例、比较例中的各原料具体如下：
所述水泥采用石井牌普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；
所述硅砂采用江门市新会区双水合成陶瓷玻璃原料加工厂生产；
所述矿渣微粉采用广东基础新世纪混凝土有限公司生产；
所述微硅粉采用成都东蓝星科有限公司生产，SiO2含量为98.5％，烧失量为2.14％，比表面积为22.99×103m2/kg，含水率为0.3％，氯离子含量0.017％，总碱量为0.4％；
所述钢纤维采用武汉新途工程纤维制造有限公司提供的镀铜微丝钢纤维。
所述减水剂采用广东省江门强力建材科技有限公司生产，型号为QL-PC2型聚羧酸缓凝高性能减水剂。
所述拌合水采用自来水。
所述塌落度、凝结时间、抗压强度性能测试方法及仪器分别严格按照GB/T-50080《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T-50081《普通混凝土力学性能试验方法》执行。
实施例1
在强制式搅拌机中加入水泥700kg、矿渣微粉430kg、硅砂1100kg，微硅粉130kg，搅拌5分钟，手工将其翻覆均匀后，再开机搅拌5分钟；加入减水剂18kg、水250kg，搅拌5分钟，手工将其翻覆均匀后，再开机搅拌5分钟，得到混合物料；加入钢纤维156kg的同时搅动搅拌机，搅拌时间为3分钟，得到混凝土浆料。将浆料倒入标准塑模并振捣密实，第一天地面浇水，装着混凝土浆料的模放在地上，用塑料膜覆盖，再浇水到塑料膜上，一天浇两次水，第三天拆模，之后直接浇水到混凝土表面和地面，再盖上塑料膜，浇水到塑料膜上，每天浇水两次，养护至第7天，得到早期固化试件，进行早期强度测试；对于没有进行早期强度测试的试件在养护至第7天之后就直接静置至28天，得到150mm*150mm*150mm的高强度混凝土试件，制备A、B、C三个平行试件。
其各原料配比见表1。
通过材料压缩试验机对混凝土试件进行在单轴压缩加载测试，得到混凝土试件的立方体抗压强度，强度测试结果见表2。
实施例2
按照常规混凝土制备方法制备混凝土，具体是在强制式搅拌机中加入水泥657kg、矿渣微粉418kg、硅砂1051kg，微硅粉119kg，搅拌5分钟，手工将其翻覆均匀后，再开机搅拌5分钟；加入减水剂15.24kg、水270kg，搅拌5分钟，手工将其翻覆均匀后，再开机搅拌5分钟，得到混合物料；加入钢纤维156kg的同时搅动搅拌机，搅拌时间为3分钟，得到混凝土浆料，养护方法同实施例1，得到150mm*150mm*150mm的混凝土试件，制备A、B、C三个平行试件，进行强度测试。
其各原料配比见表1。
强度测试同实施例1，结果见表2。
比较例1～2
按照实施例1的制备方法制备混凝土试件，其各原料配比见表1。
强度测试同实施例1，结果见表2。
表1实施例及比较例各原料配比
样品 水泥 矿渣微粉 微硅粉 胶体总量 水 钢纤维 硅砂 减水剂 水胶比
实施例1 700 430 130 1260 250 156 1100 18.00 0.198
实施例2 657 418 119 1194 270 156 1051 15.24 0.226
比较例1 657 418 119 1194 270 0 1051 15.24 0.226
比较例2 700 430 130 1260 250 0 1100 18.00 0.198
注：水胶比为水与水泥、矿渣微粉、微硅粉的质量总和之比。
表2实施例及比较例性能测试结果
从上述实验结果可以看出，本发明制备得到的早强高强混凝土，塌落度为33～35mm，7d抗压强度为76～88MPa，28d抗压强度为78～92MPa，其性能指标均符合混凝土的技术性能指标。同时加了体积2％钢纤维能够有效提高混凝土强度21％～37％，但同时会造成坍落度下降34％～37％。
由上述实施例及比较例可知，本发明采用一定量的矿渣微粉和微硅粉等工业副产品为原料，和钢纤维配合，并添加一定量的硅砂作为骨料，制备的混凝土具有优异的早强和高强特性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种早强高强混凝土，其特征在于，以重量份数计，包括：
所述水的重量与水泥、矿渣微粉和微硅粉的总重量比为0.198～0.226。
2.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述矿渣微粉的比表面积为400m2/kg，密度为2.8g/m3，烧失量不大于3％。
3.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述微硅粉的烧失量为2.14％，二氧化硅含量为98.5％，比表面积为20×103～23×103m2/kg，含水率为0.3％，氯离子含量为0.017％，总碱量为0.4％。
4.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述钢纤维的长度为13mm，长径比为65，抗拉强度为3000MPa，密度为7.82g/cm3。
5.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述减水剂的减水率为20％～45％，含气量为1％～5％，缓凝时间为2～8小时，28天抗压强度提高30％以上，收缩率比≤110％。
6.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
7.根据权利要求1所述的早强高强混凝土，其特征在于，所述硅砂粒径为50～100目，比表面积为410m2/kg，SiO2含量为93％，烧失量为0.05％，含水量为0.12％，密度为2.7g/cm3。
8.权利要求1～7任一项所述的早强高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿渣微粉、硅砂和微硅粉在强制式搅拌机中搅拌3～5分钟，得到混合物料；
(2)向步骤(1)得到的混合物料中，用同掺法加入减水剂和水混合搅拌3～5分钟，得到混合物料；
(3)向步骤(2)得到的混合物料中，边搅拌边加入钢纤维，然后搅拌3分钟，得到混凝土浆料，经固化、养护，得到早强高强混凝土。
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