CN108191338A - 一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土 - Google Patents

一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土。所述米立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水泥500～650份，掺合料60～140份，粗骨料为1000～1100份，人工砂为650～730份，水150～170份，减水剂为13～18份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。本发明采用的混合掺合料中，石粉和稻壳灰都是资源十分丰富、原料廉价易得；通过选择适合比例的混合掺合料，得到了工作性能和抗压强度均较好的高性能混凝土；这不仅提高了石粉和稻壳灰的利用率和附加值，同时减少了水泥的用量，缓解了高性能混凝土对水泥和超细矿渣粉供应的压力，降低了混凝土的制作成本，符合可持续发展的需求。

Description

一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土
技术领域
本发明建筑材料领域，更具体地，涉及一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土。
背景技术
随着人们对自然资源与自然环境的保护意识的不断增强，在国家砂石标准《建筑用砂》（GB/T14684-2001）颁布后，人工砂正式作为一种新型建筑用砂进入了国家标准。目前对于人工砂的研究也越来越多。我国人工砂资源非常充足，替代天然砂制备高性能混凝土，使其变费为宝，这样可以使环境得到保护，降低河沙开采对河床破坏极严重生态破坏，另一方面还可以缓解我过河砂资源短缺的问题。
高性能混凝土是一种具有混凝土结构要求的各项力学性能，具有高的耐久性、高工作性能和高体积稳定性的混凝土。目前高性能混凝土掺合料大多使用优质粉煤灰、超细矿渣，此类掺合料成本较高、生产耗能较大。因此，开发资源较多、成本低廉以及生产耗能较小的掺合料是混凝土掺合料研究的重点。
石粉是生产人工砂的过程中产生的，随着人工砂的大量大量利用，石粉的生产也将越来越多，目前还未见将石粉和稻壳灰作为混合掺合料制备的混凝土。
发明内容
本发明的首要目的在于，提供一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土。本发明通过采用石粉和稻壳灰作为混合掺合料，二者相互激发，具有较好的协调效应，能够明显改善因单掺稻壳灰导致的混凝土工作性能和抗压强度的降低。
本发明的另一目的在于听过所述混凝土的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下方案：
一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土，米立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水泥500～650份，掺合料60～140份，粗骨料为1000～1100份，人工砂为650～730份，水150～170份，减水剂为13～18份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
优选地，所述混凝土每立方米包括以下重要份的原料：水泥595份，掺合料65份，粗骨料为1100份，人工砂为691份，水162.5份，减水剂为16.25份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
优选地，所述混凝土每立方米包括以下重要份的原料：水泥520份，掺合料130份，粗骨料为1100份，人工砂为691份，水162.5份，减水剂为16.25份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
石粉是在人工砂生产过程中产生的，花岗岩与石灰岩在破碎过程中经过机械冲击、碾压等过程中必然会有大量的粉末产生，即为石粉。对于石粉的应用，目前普遍是用来铺筑路基，充当路基底层填土，但这是对石粉经济效益最差的应用。本发明将石粉与稻壳灰混合后作为掺合料，用以部分取代水泥，既提高了石粉的利用效率，有改善了稻壳灰掺和后混凝土的工作性能和抗压强度。
稻壳灰具有巨大比表面积和超高火山灰活性，是一种理想的活性矿物掺料。在制备高性能混凝土时，活性稻壳灰对混凝土具有强烈的增强改性作用，可以极大地促进水泥的水化反应，改善混凝土的微观结构，使其获得极高的强度。
将石粉与稻壳灰作为混合掺合料，一方面所用石粉比表面积较水泥与稻壳灰要小，可以提供更优的颗粒级配，提高混凝土的强度及耐久性；另一方面稻壳灰可以降低石粉混掺胶凝材料的C/S比，使得水化产物中的硬硅钙石生成量增加，从而提高混凝土的抗压强度。另外，稻壳灰中SiO2和MgO、FeO等会生成像蛇纹石类等的水化产物，而这类水化产物自身就具备较高的强度。在相互协调方面，石粉对混凝土存在物理作用，石粉的填充作用阻断了混凝土结构中的部分渗透通道，改善骨料与水化产物的界面结构及界面接触取得性能；稻壳灰起到化学作用；二者作为混合掺合料，比单掺时制备的混凝土的工作性能和抗压强度更好，具有较高的实用价值。
通过调整石粉与稻壳灰混合比例，以及掺和料的用量，使得普通混凝土的工作性和抗压强度达到最优状态，以满足工程对混凝土的技术要求。
优选地，所述混凝土原料中，水灰比为0.25。即水的用量与水泥和掺合料总质量的比值。
优选地，所述掺合料中石粉和稻壳灰的质量比为1.5︰1～1︰4。
更优选地，所述掺合料中石粉和稻壳灰的质量比为1.5︰1或1︰4。
优选地，所述石粉的比表面积为500～1000m2/kg；更优选地，比表面积为700～800m2/kg。
优选地，所述稻壳灰的比表面积为60～80m2/kg；化学组成以质量百分比计，其SiO2含量不低于80%。
更优选地，稻壳灰的化学组成以质量百分计为SiO2为91.71%、CaO为0.86%、MgO为0.31%、Fe2O3为0.90%、Al2O3为0.36%。
优选地，所述人工砂是由较大的原矿石先经过颚式破碎机进行初步破碎，破碎后粒径较小的矿石再经过圆锥式破碎机粉碎后筛分得到的人工砂。
优选地，所述掺合料占胶凝材料总质量的10%～20%。
优选地，所述粗骨料为碎石，其粒径大小为10～15mm。
本发明同时还保护上述混凝土的制备方法，主要包括以下步骤：先将石粉和稻壳灰按照上述配比混合得到混合掺合料，然后将混合掺合料、水泥、人工砂、粗骨料、水和减水剂按照上述配比进行混合，即得到高性能人工砂混凝土。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用的混合掺合料中，石粉和稻壳灰都是资源十分丰富、原料廉价易得；通过选择适合比例的混合掺合料，得到了工作性能和抗压强度均较好的高性能混凝土；这不仅提高了石粉和稻壳灰的利用率和附加值，同时减少了水泥的用量，缓解了高性能混凝土对水泥和超细矿渣粉供应的压力，降低了混凝土的制作成本，符合可持续发展的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
以下实施例所用人工砂取自东莞市大岭山镇大片美村采石场，石粉的比表面积为700～800m2/kg，稻壳灰的比表面积为60～80m2/kg，其化学组成以质量百分计为SiO2为91.71%、CaO为0.86%、MgO为0.31%、Fe2O3为0.90%、Al2O3为0.36%；水泥为广州市越堡水泥有限责任公司生产的金羊牌P·Ⅱ42.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料为大亚湾石场产10～15mm碎石，减水剂是科杰KJ-JS聚羧酸系高性能减水剂。
实施例1
4种混凝土的制备，所用原料的配比见表1。
表1 4中混凝土的原料配比
测试上述4中混凝土的工作性能和抗压强度，其结果见表2所示。
表2 4种混凝土工作性能及抗压强度
由表1和表2可知，第一组和第2、3、4组数据对比，可知当在混凝土中采用混合掺合料替代10%的水泥后制备的混凝土的工作性能和抗压强度均优于纯水泥制备的混凝土。从第2、3、4组数据之间的对比，可知当混和掺合料中石粉与稻壳灰的质量比为1︰1.5时，混凝土的工作性能和抗压强度最佳，其早期强度和后期强度均高于纯水泥制备的混凝土，7d、28d和90d的抗压强度比纯水泥的混凝土的抗压强度分别高出5.93 MPa、7.24 MPa和7.39MPa。
上述实验证明，采用本发明所述混合掺合料替代10%的水泥制备得到的混凝土的工作性能和抗压强度均优于纯水泥制备的混凝土，当混合掺合料中石粉与与稻壳灰的质量比为1︰1.5时，混凝土的工作性能和抗压强度最佳。
实施例2
将实施例1中掺合料的比例由10%变为20%，其他的原料用量不变，制备4中混凝土，其个原料的用量见表3所示。
表3 4种混凝土的原料配比
测试上述4中混凝土的工作性能和抗压强度，其结果见表4所示。
表4 4种混凝土工作性能及抗压强度
由表3和表4可知，第一组和第2、3、4组数据对比，可知当在混凝土中采用混合掺合料替代20%的水泥后制备的混凝土的工作性能和抗压强度均优于纯水泥制备的混凝土。从第2、3、4组数据之间的对比，可知当混和掺合料中石粉与稻壳灰的质量比为1︰1.5时，混凝土的工作性能和抗压强度最佳，其早期强度和后期强度均高于纯水泥制备的混凝土，7d、28d和90d的抗压强度比纯水泥的混凝土的抗压强度分别高出14.39MPa、15.4MPa和15.75MPa。
上述实验证明，采用本发明所述混合掺合料替代20%的水泥制备得到的混凝土的工作性能和抗压强度均优于纯水泥制备的混凝土，当混合掺合料中石粉与与稻壳灰的质量比为1︰1.5时，混凝土的工作性能和抗压强度最佳。
将表2和表4进行对比，可知当混合掺合料中石粉和稻壳灰的比例一样时，掺合料的用量为20%时，制备的混凝土的工作性能和抗压强度优于掺合料用量为10%制备的混凝土。当混合掺合料中石粉与稻壳灰的质量比为1︰1.5时，掺合料的用量为20%制备的混凝土的抗压强度比用量为10%的高9.94MPa。
由此可知，当混合掺合料中石粉与稻壳灰的质量比为1︰1.5，且掺合料的用量为20%时，制备的混凝土的工作性能和抗压强度最佳。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用石粉和稻壳灰作为掺合料制备的高性能人工砂混凝土，其特征在于，米立方米的混凝土包括以下重量份的原料：水泥500～650份，掺合料60～140份，粗骨料为1000～1100份，人工砂为650～730份，水150～170份，减水剂为13～18份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
2.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述混凝土每立方米包括以下重要份的原料：水泥595份，掺合料65份，粗骨料为1100份，人工砂为691份，水162.5份，减水剂为16.25份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
3.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述混凝土每立方米包括以下重要份的原料：水泥520份，掺合料130份，粗骨料为1100份，人工砂为691份，水162.5份，减水剂为16.25份；其中所述掺合料为石粉和稻壳灰。
4.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述混凝土原料中，水灰比为0.25。
5.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述掺合料中石粉和稻壳灰的质量比为1.5︰1～1︰4。
6.根据权利要求5所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述掺合料中石粉和稻壳灰的质量比为1.5︰1或1︰4。
7.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述石粉的比表面积为500～1000m2/kg。
8.根据权利要求1所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，所述稻壳灰的比表面积为60～80m2/kg；化学组成以质量百分比计，其SiO2含量不低于80%。
9.根据权利要求7所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，稻壳灰的化学组成以质量百分计为SiO2为91.71%、CaO为0.86%、MgO为0.31%、Fe2O3为0.90%、Al2O3为0.36%。
10.权利要求1～9任一所述高性能人工砂混凝土，其特征在于，包括以下步骤：先将石粉和稻壳灰按照上述配比混合得到混合掺合料，然后将混合掺合料、水泥、人工砂、粗骨料、水和减水剂按照上述配比进行混合，即得到高性能人工砂混凝土。
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