CN112110684A - 一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法，涉及绿色建筑材料的领域，该大掺量粉煤灰混凝土包括以下重量份数的组分：粗骨料1000‑1100份、细骨料700‑800份、水泥180‑230份、粉煤灰130‑160份、减水剂4‑6份、激发剂0.3‑0.6份、水150‑180份，其中激发剂为硫酸钠、α‑烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的混合物。该大掺量粉煤灰混凝土的制备方法包括以下步骤：S1.干料预混合、S2.水剂添加。本申请具有改善提高粉煤灰掺量导致的混凝土强度和施工性能下降的问题的效果。

Description

一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及绿色建筑材料的领域，尤其是涉及一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，也是混凝土的重要掺料。粉煤灰具有“形态效应”，即粉煤灰中含有70％以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密。这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用、致密作用和匀质作用，改变拌合物的流变性质、初始结构以及硬化后的多种功能，尤其对泵送混凝土能起到良好的润滑作用。此外，粉煤灰还具有“活性效应”，粉煤灰中粒径很小的微珠和碎屑在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显改善和增强混凝土及其制品的结构强度，提高匀质性和致密性。
目前混凝土中粉煤灰掺量一般在10-15％，粉煤灰掺量过大容易造成粉煤灰颗粒上浮发生泌浆，且混凝土早期强度下降较大，低温时，大掺量还可能导致凝结缓慢等问题。因此，如何在提高粉煤灰掺量以降低成本同时保证混凝土强度及施工性能是亟需解决的难题。
发明内容
为了改善提高粉煤灰掺量导致的混凝土强度和施工性能下降的问题，本申请提供一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法。
本申请提供的一种大掺量粉煤灰混凝土采用如下的技术方案：
一种大掺量粉煤灰混凝土，包括以下重量份数的组分：粗骨料1000-1100份、细骨料700-800份、水泥180-230份、粉煤灰130-160份、减水剂4-6份、激发剂0.3-0.6份、水150-180份，其中激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的混合物。
通过采用上述技术方案，混凝土中粉煤灰掺量达到50％以上，可极大降低材料成本，且更加符合废渣资源再利用的环保理念。激发剂中的硫酸钠可促进早期水泥水化，避免混凝土凝结时间过长和早期强度过低，而且可在中后期激发粉煤灰的活性，避免后期强度一直处于很低的状态，从而保证在低水泥、大掺量粉煤灰的情况下混凝土仍具有良好的结构强度。α-烯基磺酸钠起到增加流动性和流动性保持的作用，后期α-烯基磺酸钠还起到提高耐久性、抗渗抗冲刷的作用。聚丙烯酸钠有利于保持混凝土稳定性，使混凝土不泌水、不离析。三乙醇胺的主要作用也是促进早期水化，提高早强。
通过激发剂对大掺量粉煤灰混凝土进行各方面的性能补强，既极大降低生产成本，也更加环保且混凝土的施工性能和使用性能均得以保障。
优选的，所述混凝土包括以下重量份数的组分：粗骨料1040-1060份、细骨料760-790份、水泥205-215份、粉煤灰145-155份、减水剂4.2-5.6份、激发剂0.45-0.55份、水155-170份，其中激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的混合物。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当各原料采用上述配比时，混凝土具有更加优异的施工性能和综合使用性能。
优选的，所述激发剂中硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的质量比为(3-5)：(1-1.5)：(2-3)：(3-4)。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当激发剂中各组分采用上述配比时，其对混凝土的性能增强效果更加明显，混凝土的综合性能更加优异。
优选的，所述粉煤灰为活化粉煤灰，所述活化粉煤灰的采用以下步骤制备得到：
a.粉煤灰预处理：在不断搅拌的情况下，将水喷洒进粉煤灰中，静置20-30min；
b.粉煤灰煅烧：在500-550℃、惰性气体氛围中对a步骤得到的粉煤灰进行煅烧，再降温冷却至室温；
c.粉煤灰活化：在不断搅拌、温度为40-45℃条件下，将乙醇喷洒进b步骤得到的粉煤灰中，然后在80-85℃条件下进行球磨处理，再静置5-10min，得到活化粉煤灰。
通过采用上述技术方案，在粉煤灰中喷入水并静置，水均匀吸附在粉煤灰内部的孔隙中，然后经过加热、煅烧处理，可在粉煤灰孔隙中引入大量羟基，且羟基均匀分布在粉煤灰中，并增强原料之间的结合强度，从而提高混凝土的早期强度，缩短施工时间。同时对粉煤灰进行球磨，并加入乙醇，不仅能提高粉煤灰的球磨效率，且乙醇在球磨过程中挥发，在粉煤灰表面形成保护层，从而对粉煤灰起到保护作用。经过上述a、b、c三个步骤处理之后的粉煤灰具有更高的反应活性和稳定性。
优选的，在制备活化粉煤灰的a步骤中，喷洒的水与粉煤灰质量比为0.25:1。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当喷洒的水与粉煤灰质量比为0.25:1时，粉煤灰的活性提高更加显著，主要体现在粉煤灰对混凝土早期强度性能的影响上。
优选的，在制备活化粉煤灰的b步骤中，粉煤灰煅烧时间为0.5-1.0h；在c步骤中粉煤灰的球磨时间为15-20min。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，采用上述粉煤灰煅烧时间和球磨时间，可使粉煤灰的活化更彻底，主要体现在粉煤灰对混凝土早期强度性能的影响上。
优选的，所述粗骨料为粒径在10mm-35mm连续级配碎石，压碎值为6.5-9.8％。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当粗骨料采用10-35mm的连接级配碎石且压碎值为6.5-9.8％时，混凝土的后期抗压强度更高。
优选的，所述细骨料为细度模数在2.5-3.5的机制砂。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当细骨料采用细度模数在2.5-3.5的机制砂时，混凝的早强、后期强度及抗渗性能均更加优异，说明细骨料与粗骨料之间形成了良好级配，混凝土内部结构缺陷更少，更加密实。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本申请提供的一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法采用如下的技术方案：
一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
通过采用上述技术方案，将粗骨料、细骨料、水泥和粉煤灰干料先进行混合，可使各干料之间混合分散均匀，避免引入水剂之后水泥、粉煤灰团聚导致分散不均的问题。水剂中先将水与激发剂混合形成混合液，可使激发剂中各组分随水在干料中均匀分散，从而更好地协同粉煤灰发挥作用。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.混凝土中粉煤灰掺量达到50％以上，可极大降低材料成本，且更加符合废渣资源再利用的环保理念；同时混凝土中添加激发剂，对大掺量粉煤灰混凝土进行补强，既降低混凝土制造成本，也可保障相应的施工性能和使用性能；
2.粉煤灰进行活化处理，经过喷水、加热煅烧和球磨等工序后，粉煤灰中引入了大量的羟基且具有较高的稳定性，羟基均匀分布在粉煤灰中可增强原料之间的结合强度，从而提高混凝土的早期强度，缩短施工时间；
3.采用适当粒径的粗骨料和细骨料进行级配，使混凝土内部结构缺陷更少，更加密实，从而综合性能更加优异。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例1：
一种活化粉煤灰，其通过以下步骤制备得到：
a.粉煤灰预处理：在不断搅拌的情况下，将水喷洒进粉煤灰中，水与粉煤灰的质量比为0.25:1，静置20min；
b.粉煤灰煅烧：在500℃、惰性气体氛围中对a步骤得到的粉煤灰进行煅烧0.5h，再降温冷却至室温；
c.粉煤灰活化：在不断搅拌、温度为40℃条件下，将乙醇喷洒进b步骤得到的粉煤灰中，然后在80℃条件下进行球磨处理15min，再静置5min，得到活化粉煤灰。
制备例2：
一种活化粉煤灰，其通过以下步骤制备得到：
a.粉煤灰预处理：在不断搅拌的情况下，将水喷洒进粉煤灰中，水与粉煤灰的质量比为0.25:1，静置25min；
b.粉煤灰煅烧：在530℃、惰性气体氛围中对a步骤得到的粉煤灰进行煅烧0.8h，再降温冷却至室温；
c.粉煤灰活化：在不断搅拌、温度为42℃条件下，将乙醇喷洒进b步骤得到的粉煤灰中，然后在83℃条件下进行球磨处理18min，再静置8min，得到活化粉煤灰。
制备例3：
一种活化粉煤灰，其通过以下步骤制备得到：
a.粉煤灰预处理：在不断搅拌的情况下，将水喷洒进粉煤灰中，水与粉煤灰的质量比为0.25:1，静置30min；
b.粉煤灰煅烧：在550℃、惰性气体氛围中对a步骤得到的粉煤灰进行煅烧1h，再降温冷却至室温；
c.粉煤灰活化：在不断搅拌、温度为45℃条件下，将乙醇喷洒进b步骤得到的粉煤灰中，然后在85℃条件下进行球磨处理20min，再静置10min，得到活化粉煤灰。
实施例1：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
表1实施例1-6组分含量表。
Figure BDA0002660559460000051
其中，粗骨料为粒径在40-60mm的碎石，压碎值为12.6％。
细骨料为细度模数为5.2的机制砂。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为1:1:1:1混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
实施例2：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，粗骨料为粒径在5-10mm的连续级配碎石，压碎值为3.5％。
细骨料选用细度模数为1.8的机制砂。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为1:1:1:1混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
实施例3：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，粗骨料为粒径在10-35mm的连续级配碎石，压碎值为6.8％。
细骨料选用细度模数为2.8的机制砂。
粉煤灰选用制备例1中的活化粉煤灰。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为3:1:2:3混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
实施例4：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，粗骨料为粒径在10-35mm的连续级配碎石，压碎值为7.5％。
细骨料选用细度模数为3.2的机制砂。
粉煤灰选用制备例2中的活化粉煤灰。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为4:1.25:2.5:3.5混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
实施例5：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，粗骨料为粒径在10-35mm的连续级配碎石，压碎值为8.8％。
细骨料选用细度模数为3.5的机制砂。
粉煤灰选用制备例3中的活化粉煤灰。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为4.5:1.25:3:3混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
实施例6：
一种大掺量粉煤灰混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，粗骨料为粒径在10-35mm的连续级配碎石，压碎值为9.5％。
细骨料选用细度模数为3.2的机制砂。
粉煤灰选用制备例3中的活化粉煤灰。
减水剂为聚羧酸减水剂。
激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺宜质量比为5:1.5:3:4混合的混合物。
本实施例还提供一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
对比例1：
本对比例与实施例1的区别在于，不含有激发剂。
性能检测：
抗压强度测试：
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002测定实施例1-6、对比例1中拌合混凝土的抗压强度。混凝土立方体抗压强度试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面，且在温度为20±5℃的环境中带模养护至终凝后24h内拆模。拆模后立即放入温度为20±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护室中养护，分别测定3d、7d和28d的抗压强度测试。测试结果如表2所示。
抗渗性能测试：
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082—2009对实施例1-6和对比例1所制得的混凝土试件进行28d抗水渗透试验。试验结果如表2所示。
表2实施例1-6和对比例1的性能测试数据表
Figure BDA0002660559460000081
本申请实施例的实施原理为：混凝土中粉煤灰掺量达到50％以上，可极大降低材料成本，且更加符合废渣资源再利用的环保理念；同时混凝土中添加激发剂，对大掺量粉煤灰混凝土进行补强，既降低混凝土制造成本，也可保障相应的施工性能和使用性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：粗骨料1000-1100份、细骨料700-800份、水泥180-230份、粉煤灰130-160份、减水剂4-6份、激发剂0.3-0.6份、水150-180份，其中激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：粗骨料1040-1060份、细骨料760-790份、水泥205-215份、粉煤灰145-155份、减水剂4.2-5.6份、激发剂0.45-0.55份、水155-170份，其中激发剂为硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：所述激发剂中硫酸钠、α-烯基磺酸钠、聚丙烯酸钠、三乙醇胺的质量比为（3-5）：（1-1.5）：（2-3）：（3-4）。
4.根据权利要求3所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为活化粉煤灰，所述活化粉煤灰的采用以下步骤制备得到：
a.粉煤灰预处理：在不断搅拌的情况下，将水喷洒进粉煤灰中，静置20-30min；
b.粉煤灰煅烧：在500-550℃、惰性气体氛围中对a步骤得到的粉煤灰进行煅烧，再降温冷却至室温；
c.粉煤灰活化：在不断搅拌、温度为40-45℃条件下，将乙醇喷洒进b步骤得到的粉煤灰中，然后在 80-85℃条件下进行球磨处理，再静置5-10min，得到活化粉煤灰。
5.根据权利要求4所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：在制备活化粉煤灰的a步骤中，喷洒的水与粉煤灰质量比为0.25:1。
6.根据权利要求5所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：在制备活化粉煤灰的b步骤中，粉煤灰煅烧时间为0.5-1.0h；在c步骤中粉煤灰的球磨时间为15-20min。
7.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：所述粗骨料为粒径在10mm-35mm连续级配碎石，压碎值为6.5-9.8%。
8.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：所述细骨料为细度模数在2.5-3.5的机制砂。
9.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
10.权利要求1-9任一项所述的一种大掺量粉煤灰混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.干料预混合：按配比称取各原料，将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰进行混合，并搅拌分散均匀，形成预混合干料；
S2.水剂添加：将激发剂与水混合均匀形成混合液，向S1步骤得到的预混合干料中加入减水剂，分散均匀后再加入混合液，搅拌均匀得拌和拌合混凝土。
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