CN110981337A - 一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法，该活性粉末混凝土包括以下重量份的原料：水泥450～810份、硅灰160～240份、废玻璃粉35～240份、硅砂1200～1250份、减水剂50～60份、高效分散剂18～30份、钢纤维100～150份、水158～200份、活性激发剂10～20份，其中废玻璃粉粒径范围为50～80um，比表面积范围为400～540m2/kg，其主要化学成分按重量比包括：SiO2 65％～70％、Na2O 10％～15％、CaO 9％～10％、Al2O3 3％～4％、MgO 1％～2％。本发明利用废玻璃粉中含有较高含量的碱，可加速与水泥、硅粉、硅砂、钢纤维等混合后的水化反应，进一步提高废玻璃粉的“火山灰活性”，在混凝土内部产生较高的水化热，使得混凝土在常温条件下即可利用自身内部的热量促进水化反应，加速硬化和强度增长。

Description

一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法。
背景技术
活性粉末混凝土是以水泥和矿物掺合料等活性粉末材料、细骨料、外加剂、高强度微细钢纤维和/或有机合成纤维、水等原料生产的超高强增韧混凝土，通过减少材料内部缺陷，改进混凝土内部微观结构，并在蒸汽养护或热水养护条件下获得超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定等优越性能。
废玻璃主要是建筑物与汽车的门窗、玻璃容器等平板玻璃废弃所产生，在城市固体垃圾中随处可见。现有处理废玻璃的主要途径是填埋，既占土地资源又于环境不益，如果能将废玻璃磨成一定粒径的粉末用于制备活性粉末混凝土将具有重大的经济和环境意义。如CN103172323A公开在水泥、硅灰、石英粉、砂子、水、减水剂等原料上加入超细普通废玻璃粉以制备活性粉末混凝土。不过由于活性粉末混凝土在常温养护下，其原料中的活性粉末特别是石英粉的反应活性较低，使得在常温下养护的混凝土抗压强度很低，因此CN103172323A需要采用专门的设备人工制造90～95℃高温环境对其进行养护以获得所需高强度，操作复杂且苛刻，同时也造成极高的养护成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有活性粉末混凝土需要进行高温养护的问题，提供一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土及其制备方法，在常温下进行短时间养护即可获得具有高强度的混凝土。
本发明提供的一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土包括以下重量份的原料：
水泥450～810份；
硅灰160～240份；
废玻璃粉35～240份；
硅砂1200～1250份；
减水剂50～60份；
高效分散剂18～30份；
钢纤维100～150份；
水158～200份；
活性激发剂10～20份；
其中所述废玻璃粉平均粒径为50～80μm，比表面积为400～540m2/kg，其主要化学成分按重量比包括：SiO2 65％～70％、Na2O 10％～15％、CaO 9％～10％、Al2O3 3％～4％、MgO 1％～2％。
在一个较优的实施例中，所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土包括以下重量份的原料：
水泥630份；
硅灰230份；
废玻璃粉70份；
硅砂1220份；
减水剂55份；
高效分散剂25份；
钢纤维150份；
水180份；
活性激发剂15份。
优选地，所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土90d抗压强度≥180MPa，90d抗拉强度≥30MPa。
优选地，所述水泥选自P.O42.5R水泥或以上等级水泥，其比表面积≥350m2/kg。
优选地，所述硅灰平均粒径为0.1～0.2μm，其比表面积为15～25m2/g。
优选地，所述硅砂包括粒径为270～550μm、150～270μm、75～150μm三种组分，所述三种组分的重量比为(2～2.5)：(1.5～2.0)：(1～2)。
优选地，所述减水剂的减水率为25％～30％。在一些优选的实施例中，所述减水剂可选择聚羧酸减水剂，可高效的改善混凝土的流动性，提高混凝土的强度。
优选地，所述高效分散剂选自六偏磷酸钠、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠和聚乙二醇中的至少两种物质的组合。在一些优选的实施例中，高效分散剂选自六偏磷酸钠、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠和聚乙二醇的两种或多种等比例混合，其PH值在8.5～9.5之间，固含量为70％，运用其优异的润湿性、分散性可有效防止干裂，减少颗粒堆积，提高混凝土密实性。
优选地，所述钢纤维长度为12～15mm，为平直状或/和波浪状微细钢纤维。
优选地，所述活性激发剂选自聚乙烯、醚环状聚二甲基硅氧烷、硫铝酸钙和硫酸钙中的至少三种组合。
水采用工业用水。
本发明所提供的掺废玻璃粉的活性粉末混凝土制备方法包括以下步骤：
(1)在水泥、硅灰、废玻璃粉、活性激发剂和减水剂的混合物中加入硅砂搅拌均匀，得干混料；
(2)向干混料加入水，混合至流动度达到150～200时加入钢纤维，混合均匀后加入高效分散剂继续搅拌至流动度为230～300得到拌合料；
(3)将拌合料浇筑入模并振动成型，在常温下养护20～24h后拆模进行水覆盖养护80～90天。
相对于现有技术，本发明在混凝土中掺入主要化学成分按重量比包括：65％～70％SiO2、10％～15％Na2O、9％～10％CaO、3％～4％Al2O3和1％～2％MgO的废玻璃粉，该种类废玻璃粉中含有较高含量的碱，可加速与水泥、硅粉、硅砂、钢纤维等混合后的水化反应，进一步提高废玻璃粉的“火山灰活性”，在混凝土内部产生较高的水化热，使得混凝土在常温条件下即可利用自身内部的热量促进水化反应，加速硬化和强度增长。
同时，为了避免混凝土自身内部产生的水化热导致的温度收缩和自收缩问题，本发明在制备过程中还采用浸水养护对其进行散热收缩补偿，避免混凝土因收缩而产生开裂。
另外，本发明的制备方法中，在加入钢纤维之后再加入高效分散剂，可有效利用具备润湿性与分散性的高效分散剂对钢纤维进行润湿，有效分散蠕动，疏通钢纤维与拌合料的界面接触，使钢纤维不易与其他物料结团，从而均匀分散于整个拌合料中。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明通过使用具有适当碱含量及其他活性物质的废玻璃粉替代水泥，在常温下对活性粉末混凝土进行养护即可获得高强度，同时提高活性混凝土的抗高温能力，以下结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本发明所述的掺废玻璃粉的活性粉末混凝土按重量份计包括：水泥450～810份、硅灰160～240份、废玻璃粉35～240份、硅砂1200～1250份、减水剂50～60份、高效分散剂18～30份、钢纤维100～150份、水158～200份、活性激发剂10～20份。
其制备方法如图1的流程图所示，包括以下步骤：
(1)首先按照表1所示配比进行计量、配料，在搅拌机中将三类粒径的硅砂搅拌均匀；在另一容器中将水泥、硅灰、废玻璃粉、活性激发剂和粉质的减水剂混合搅拌后，倒入搅拌机中与均匀的硅砂进行干混，搅拌均匀，得干混料；
其中表1的水泥为P.O42.5R水泥；硅灰平均粒径为0.2μm，比表面积为25m2/g。
同时，硅砂由三种粒径范围的硅砂组成，粒径依次为270～550μm(30～50目)、150～270μm(50～100目)、75～150μm(100～200目)，三者的重量比为2.5：1.5：1。
废玻璃粉比表面积为421m2/kg，平均粒径为60μm，其主要化学成分按重量比包括：SiO270％、Na2O 10％、CaO 10％、Al2O3 3％、MgO 1％。
减水剂选用聚羧酸减水剂，其减水率为30％；高效分散剂主要成分包括六偏磷酸钠、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠和聚乙二醇；活性激发剂由聚乙烯、醚环状聚二甲基硅氧烷、硫铝酸钙三种物质组成。
(2)在搅拌中向干混料缓缓加入水，进行湿混，搅拌接近糊状(流动度为150～200)时加入钢纤维，再继续湿混，搅拌约6min后至混合物料成糊状(流动度为150～200)时加入高效分散剂继续湿混搅拌，直至最终出现显著的流动性得到拌合料(流动度为230～300)；
(3)将拌合料浇筑入模并振动成型，在常温下养护20～24h后拆模进行水覆盖养护80～90天。
表1.活性粉末混凝土配比(按重量计)
Figure BDA0002299950550000041
Figure BDA0002299950550000051
其中实施例1-1～实施例1-7的变量为废玻璃粉与水泥的用量，实施例1-8～实施例1-13的变量为钢纤维用量，实施例1-14～实施例1-20的主要变量为减水剂的用量。各实施例活性粉末混凝土的主要性能如表2所示。
表2.活性粉末混凝土性能
编号 90d抗压强度/MPa 90d抗拉强度/MPa 拌合料流动度 90d爆裂温度/℃
实施例1-1 183 30.2 234 680
实施例1-2 183.7 32 236 696
实施例1-3 197 34.6 247 745
实施例1-4 194.3 33.9 241 721
实施例1-5 197.7 34 245 738
实施例1-6 195.6 35 250 747
实施例1-7 194.5 34.5 256 760
实施例1-8 190 30.8 265 509
实施例1-9 192 31.5 260 551
实施例1-10 193 32.1 257 613
实施例1-11 194.5 32.8 253 648
实施例1-12 196 33.2 251 689
实施例1-13 197 34.6 247 745
实施例1-14 191 32.5 236 721
实施例1-15 193 32.8 240 730
实施例1-16 194 33.2 243 737
实施例1-17 197 34.6 247 745
实施例1-18 197 34.4 249 749
实施例1-19 197 34.4 251 757
实施例1-20 198 34.5 251 763
从表2可以看出，实施例1-2～实施例1-7掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，尤其是实施例1-3的活性粉末混凝土，与实施例1-1未掺废玻璃粉的普通活性粉末混凝土相比，其抗压强度、抗拉强度、流动度和爆裂温度有所提升，说明在常温养护条件下，本发明使用废玻璃粉替代水泥可增强活性粉末混凝土的密实度，并提高抗高温性能。
而随着钢纤维的增加，掺废玻璃粉的活性粉末混凝土的抗压强度、抗拉强度、爆裂温度单调增大，流动度单调减小，如实施例1-8～实施例1-13所示。
如实施例1-14～实施例1-20所示，减水剂对掺废玻璃粉的活性粉末混凝土的抗压强度、抗拉强度、流动度和爆裂温度影响较小。
实施例2
按照表3和4所示重量配比计量、配料，使用与实施例1相同的制备方法制得掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其性能如表5所示。
表3.实施例2活性粉末混凝土配比(按重量计)
Figure BDA0002299950550000061
表4.实施例2活性粉末混凝土原料性质
Figure BDA0002299950550000062
Figure BDA0002299950550000071
表5.实施例2活性粉末混凝土性能
编号 90d抗压强度/MPa 90d抗拉强度/MPa 拌合料流动度 90d爆裂温度/℃
实施例2-1 190.3 31.2 228 636
实施例2-2 179 29.1 242 628
实施例2-3 193 32.7 231 704
实施例2-4 191.4 32.9 231.5 712
实施例2-5 189.6 32.1 237 693
从表5可以看出，混凝土性能与原料的物理特性之间并无特别的规律，随着废玻璃粉粒径的增加、主要化学成分的改变，以及硅灰、硅砂的性质和组成变化，成型后混凝土的抗压强度、抗拉强度以及爆裂温度呈无规律波动变化，在实施例2-3和实施例2-4中废玻璃粉平均粒径为50～80μm，比表面积为400～540m2/kg，其主要化学成分按重量比包括：SiO265％～70％、Na2O 10％～15％、CaO 9％～10％、Al2O3 3％～4％、MgO 1％～2％，硅灰平均粒径为0.1～0.2μm，其比表面积为15～25m2/g，硅砂中270～550μm、150～270μm、75～150μm三种组分的重量比为(2～2.5)：(1.5～2.0)：(1～2)范围内，成型后混凝土的抗压强度、抗拉强度以及爆裂温度三种性能达到最优的平衡。
同时混凝土性能指标受钢纤维的掺量的影响变化比较有规律，其中流动度随钢纤维掺量的增加而减小，抗压强度、抗拉强度、爆裂温度则随钢纤维掺量的增加而增大。实施例2-3钢纤维掺量在100～150范围以外，所得90d抗压强度179MPa<180MPa，所得90d抗拉强度29.1MPa<30Mpa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、实施例合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：
水泥450～810份；
硅灰160～240份；
废玻璃粉35～240份；
硅砂1200～1250份；
减水剂50～60份；
高效分散剂18～30份；
钢纤维100～150份；
水158～200份；
活性激发剂10～20份；
其中所述废玻璃粉平均粒径为50～80μm，比表面积为400～540m2/kg，其主要化学成分按重量比包括：SiO2 65％～70％、Na2O 10％～15％、CaO 9％～10％、Al2O3 3％～4％、MgO1％～2％。
2.根据权利要求1所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土90d抗压强度≥180MPa，90d抗拉强度≥30MPa。
3.根据权利要求2所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述水泥选自P.O42.5R水泥或以上等级水泥，其比表面积≥350m2/kg。
4.根据权利要求3所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述硅灰平均粒径为0.1～0.2μm，其比表面积为15～25m2/g。
5.根据权利要求4所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述硅砂包括粒径为270～550μm、150～270μm、75～150μm三种组分，所述三种组分的重量比为(2～2.5)：(1.5～2.0)：(1～2)。
6.根据权利要求1所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述减水剂的减水率为25％～30％。
7.根据权利要求1所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述高效分散剂选自六偏磷酸钠、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠和聚乙二醇中的至少两种物质的组合。
8.根据权利要求1所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述钢纤维长度为12～15mm。
9.根据权利要求1所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土，其特征在于：所述活性激发剂选自聚乙烯、醚环状聚二甲基硅氧烷、硫铝酸钙和硫酸钙中的至少三种组合。
10.一种掺废玻璃粉的活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于：所述掺废玻璃粉的活性粉末混凝土包括如权利要求1～9任一项所述原料，包括以下步骤：
(1)在水泥、硅灰、废玻璃粉、活性激发剂和减水剂的混合物中加入硅砂搅拌均匀，得干混料；
(2)向干混料加入水，混合至流动度达到150～200时加入钢纤维，混合均匀后加入高效分散剂继续搅拌至流动度为230～300得到拌合料；
(3)将拌合料浇筑入模并振动成型，在常温下养护20～24h后拆模进行水覆盖养护80～90天。
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