CN113773028B - 地聚物混凝土及其制备方法 - Google Patents

地聚物混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，公开了一种地聚物混凝土及其制备方法。地聚物混凝土含有以下原料组分，按质量份计为：矿粉120‑140份、粉煤灰40‑50份、硅灰20‑30份、细骨料210‑230份、碱激发剂80‑90份、复合减缩剂90‑170份；其中，所述碱激发剂含有强碱、硅酸盐、碳酸盐和水。制备地聚物混凝土的方法包括以下步骤：(1)将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水进行混合I得到碱激发剂；(2)将矿粉、粉煤灰、硅灰、复合减缩剂和细骨料进行混合II得到混合料；(3)将步骤(1)得到的所述碱激发剂和步骤(2)得到的所述混合料进行混合III。本发明提供的地聚物混凝土具有优良的力学和耐久性能，且生产成本低、制备过程简单。

Description

地聚物混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体地，涉及一种地聚物混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土作为当今世界上应用最广泛的建筑材料，在给人们带来巨大使用便利的同时，也带来了十分严峻的资源、能源及环境问题。通常每生产一吨的水泥将会伴随0.83吨的二氧化碳的排放，这将造成温室效应的加剧，此外水泥的生产也导致大量的有害粉尘排放，严重污染环境，破坏生态平衡，给社会经济的可持续发展及人类自身的生存带来了严重的危害。
地质聚合物是近年迅速发展的一类新型无机非金属胶凝材料，主要以低钙的活性硅铝质原材经过碱激发而形成的凝胶材料，具有凝结硬化快、早期强度高、耐高温、耐酸碱盐腐蚀、渗透率低、耐久性优良等优点。因此，其在建筑材料、高强材料、固核固废材料和耐高温材料等方面均显示出巨大的应用前景，具有环境、社会和经济多方面效益。
目前利用地质聚合物制备混凝土虽已形成较为完善的生产体系，但是地质聚合物混凝土的成本是普通混凝土的8-10倍，降低生产成本已成为阻碍地质聚合物混凝土推广应用的主要问题之一，也是对地质聚合物的资源化利用中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的地质聚合物制备混凝土成本高问题，提供一种地聚物混凝土及其制备方法，该地聚物混凝土具有优良的力学和耐久性能，且生产成本低、制备过程简单。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种地聚物混凝土，含有以下原料组分，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份；其中，所述碱激发剂含有强碱、硅酸盐、碳酸盐和水。
优选地，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1。
优选地，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾；
优选地，所述硅酸盐的模数为2.5-3.3。
优选地，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述细骨料为粒径≤2.36mm的中砂，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和/或硫铝酸盐水泥基复合物。
优选地，该地聚物混凝土的原料组分还含有钢纤维，所述钢纤维的质量份为0-10份；
优选地，所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm、长度为4-15mm。
本发明第二方面提供一种制备地聚物混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水进行混合I得到碱激发剂；
(2)将矿粉、粉煤灰、硅灰、复合减缩剂和细骨料进行混合II得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的所述碱激发剂和步骤(2)得到的所述混合料进行混合III；
其中，各原料组分的用量，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份。
优选地，步骤(1)中，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1；
优选地，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾；
优选地，所述硅酸盐的模数为2.5-3.3。
优选地，步骤(2)中，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述细骨料为粒径≤2.36mm的中砂，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和/或硫铝酸盐水泥基复合物。
优选地，该方法还包括：将所述混合III得到的物料与钢纤维进行混合IV，其中，所述钢纤维的用量以质量份计为0-10份；
优选地，所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm、长度为4-15mm；
优选地，所述混合IV的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为250-350s。
优选地，步骤(1)中所述混合I的过程包括：将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水混合均匀后静置20-30h；
优选地，步骤(2)中所述混合II的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为200-300s；
优选地，步骤(3)中所述混合III的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为150-200s。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的地聚物混凝土以矿粉、细骨料和粉煤灰作为主要原料，低碳无熟料，通过与硅灰、碱激发剂相结合，经水化处理后形成的产物与硅酸盐水泥的水化产物相比，结构更为致密、耐久性能更优，具有优良的力学和耐久性能，而且制备成本低，还具有显著的经济效益和绿色环保优势；
(2)本发明的地聚物混凝土制备过程中以强碱、硅酸盐、碳酸盐和水作碱激发剂，可有效调控地聚物混凝土的凝结时间，不需要额外加入减水剂或者缓凝剂，且碳酸钠的制备成本较低，可有效降低碱激发剂成本；
(3)本发明的地聚物混凝土中加入少量硅灰，利用硅灰比表面积大、颗粒活性高的性能，以在制备过程中填充混合料的颗粒孔隙、提高碱激发剂模数，促进浆体流动性，同时适量的硅灰与矿粉、粉煤灰结合能够进一步促进C-A-S-H凝胶的形成，使得混凝土微观结构更加致密，进而提高混凝土的强度。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种地聚物混凝土，含有以下原料组分，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份；其中，所述碱激发剂含有强碱、硅酸盐、碳酸盐和水。
本发明中，矿粉指的是用水淬高炉矿渣，经干燥、粉磨等工艺处理后得到的高细度、高活性粉料，依据国家标准GB/T18046-2000，矿粉分S105、S95、S75三个等级，本发明中矿粉优选采用S95级矿粉，其比表面积为500-550cm2/g；硅灰指的是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成，本发明中硅灰优选为比表面积为1800-2000cm2/g。
优选情况下，地聚物混凝土含有以下原料组分，按质量份计为：矿粉125-135份，具体可以为125份、127份、129份、131份、133份、135份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；粉煤灰42-48份，具体可以为42份、44份、46份、48份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；硅灰22-28份，具体可以为22份、24份、26份、28份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；细骨料215-225份，具体可以为215份、217份、219份、221份、223份、225份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；碱激发剂82-88份，具体可以为82份、84份、86份、88份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；复合减缩剂95-160份，具体可以为95份、105份、115份、125份、135份、145份、155份、160份，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
根据本发明，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于调控制得的地聚物混凝土的凝结时间，且有效降低碱激发剂成本。
本发明中，强碱可以选用任意一种或多种强行碱物质，硅酸盐可以选用任意一种或多种硅酸盐物质，碳酸盐可以选用任意一种或多种碳酸盐物质。优选情况下，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提升碱激发剂的催化作用，使得矿粉、细骨料和粉煤灰等组分混合后的水化反应速度加快。
此时，进一步优选地，所述硅酸盐的模数为2.5-3.3，硅酸盐的模数指的是二氧化硅(SiO2)与氧化钠+氧化钾(Na2O+K2O)的摩尔数的比值。
本发明中，粉煤灰指的是由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒，其粒径一般在1-100μm之间，按国标GB1596-91规定可分为I级、II级和III级。优选情况下，本发明的所述粉煤灰采用I级粉煤灰，其比表面积为450-500cm2/g。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高地聚物混凝土的致密性和力学性能。
根据本发明，细骨料可以是由自然条件作用而形成的天然砂，粒径在5mm以下，例如河砂、天然石英砂；也可以是通过制砂机和其它附属设备加工而成的机制砂。优选情况下，所述细骨料为粒径≤2.36mm的中砂，且其堆积密度为1500-1700kg/m3、表观密度为2500-3000kg/m3。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高地聚物混凝土的强度。
根据本发明，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和/或硫铝酸水泥基复合物。示例性地，氧化烯醇类聚合物可以是氧化聚乙烯醇和/或聚氧化丙烯二醇；硫铝酸水泥基复合物可以是硫铝酸钙水泥基复合物和/或硫铝酸钡钙水泥基复合物。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高地聚物混凝土的耐久性。
根据本发明，该地聚物混凝土的原料组分还含有钢纤维，所述钢纤维的质量份为0-10份。钢纤维指的是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40-80的纤维。优选情况下，所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm，具体可以为0.1mm、0.13mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；长度为4-15mm，具体可以为4mm、6mm、8mm、10mm、13mm、15mm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。进一步优选地，钢纤维的抗拉强度为2700-3000MPa。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于进一步提高地聚物混凝土的力学和耐久性能。
第二方面，本发明提供了一种制备地聚物混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水进行混合I得到碱激发剂；
(2)将矿粉、粉煤灰、硅灰、复合减缩剂和细骨料进行混合II得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的所述碱激发剂和步骤(2)得到的所述混合料进行混合III；
其中，各原料组分的用量，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份。
本发明中，矿粉、粉煤灰、硅灰和细骨料需要经过预处理后可直接用于地聚物混凝土的制备，预处理包括粉磨、干燥至恒重等；混合I、混合II、混合III等操作可以采用搅拌机进行。
根据本发明，地聚物混凝土的制备方法还可以包括：将混合III得到的物料进行装模、成型、养护，其中，所述养护可以在室温下采用塑料薄膜覆盖养护，也可以使用蒸汽快速养护。示例性地，具体过程可以为：将混合III得到的物料分装入到塑料模具(例如100×100×100mm)中，采用机械振捣成型，在温度为20±5℃的环境中静置1d后拆模，拆模后置于温度为20±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护室中养护至规定龄期，或者使用温度为80℃的蒸汽养护1d。
根据本发明，步骤(1)中，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1。优选情况下，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。进一步优选地，所述硅酸盐的模数为2.5-3.3。
根据本发明，步骤(2)中，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述细骨料为粒径≤2.36mm的中砂，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和/或硫铝酸盐水泥基复合物。
根据本发明，该方法还包括：将所述混合III得到的物料与钢纤维进行混合IV，其中，所述钢纤维的用量以质量份计为0-10份；优选地，所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm、长度为4-15mm。优选情况下，所述混合IV的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm，具体可以为130rpm、135rpm、140rpm、145rpm、150rpm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；时间为250-350s，具体可以为250s、270s、290s、310s、330s、350s，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
优选地，步骤(1)中所述混合I的过程包括：将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水混合均匀后静置20-30h；
优选地，步骤(2)中所述混合II的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm，具体可以为130rpm、135rpm、140rpm、145rpm、150rpm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；时间为200-300s，具体可以为200s、220s、240s、260s、280s、300s，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；
优选地，步骤(3)中所述混合III的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm，具体可以为130rpm、135rpm、140rpm、145rpm、150rpm，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值；时间为150-200s，具体可以为150s、170s、190s、210s、230s、250s，以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，地聚物混凝土的浆液流动度通过《GB/T 2419-2005水泥胶砂流动度测定方法》测得，地聚物混凝土的抗压强度通过《GB/T 17671-199水泥胶砂强度测定》测得；在没有特别说明的情况下，各原料均采用市售产品。
实施例1
(1)将0.65kg氢氧化钠、4.9kg硅酸钠、0.63kg碳酸钠和2.32kg水混合并充分搅拌后，静置24h得到碱激发剂；
(2)将13kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、4.5kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、2.5kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、10kg氧化聚乙烯醇、3kg硫铝酸钙水泥基复合物和22kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为140rpm搅拌240s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为140rpm搅拌180s得到的物料，再与0.5kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为140rpm搅拌300s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例2
(1)将0.47kg氢氧化钾、4.69kg硅酸钾、0.7kg碳酸钾和2.34kg水混合并充分搅拌后，静置20h得到碱激发剂；
(2)将12.5kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、4.2kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、2.2kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、2.5kg聚氧化丙烯二醇、7kg硫铝酸钙水泥基复合物和21.5kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为150rpm搅拌200s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为150rpm搅拌150s得到的物料，再与0.1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为150rpm搅拌250s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例3
(1)将1.07kg氢氧化钠、5.36kg硅酸钠、0.22kg碳酸钠和2.15kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将13.5kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、4.8kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、2.8kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、8kg聚氧化丙烯二醇、8kg硫铝酸钡钙水泥基复合物和22.5kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为130rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为130rpm搅拌200s得到的物料，再与1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为130rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例4
按照实施例3的方法制备地聚物混凝土的浆液，不同的是，将河砂替换为粒径≤2.36mm的天然石英砂。
实施例5
按照实施例3的方法制备地聚物混凝土的浆液，不同的是，将河砂替换为粒径>2.36mm的机制砂。
实施例6
(1)将0.55kg氢氧化钠、0.55kg氢氧化钾、2.74kg硅酸钠、2.74kg硅酸钾、0.11kg碳酸钠、0.11kg碳酸钾和2.2kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将25kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、4kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、3kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、3kg硫铝酸钡钙水泥基复合物和12kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为135rpm搅拌200s得到的物料，再与0.5kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为135rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例7
(1)将0.46kg氢氧化钠、4.58kg硅酸钠、0.67kg碳酸钠和2.34kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将12kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、4kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、2kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、9kg硫铝酸钡钙水泥基复合物和21kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为145rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为145rpm搅拌200s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例8
(1)将1.1kg氢氧化钠、4.48kg硅酸钠、1.22kg碳酸钠和1.2kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将14kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、5kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、3kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、10kg聚氧化丙烯二醇、7kg硫铝酸钙水泥基复合物和23kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为135rpm搅拌200s得到的物料，再与1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为135rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
实施例9
按照实施例3的方法制备地聚物混凝土的浆液，不同的是，将直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa的钢纤维替换为直径为1.2mm、长度为40mm的钢纤维。
实施例10
按照实施例3的方法制备地聚物混凝土的浆液，不同的是，将直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa的钢纤维替换为玄武岩纤维。
对比例1
(1)将1.1kg氢氧化钠、5.48kg硅酸钠和2.2kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将14kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、5kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、3kg比表面积为1900cm2/g的硅灰和23kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为135rpm搅拌200s得到的物料，再与1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为135rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
对比例2
(1)将1.1kg氢氧化钠、5.48kg硅酸钠、0.22kg碳酸钠和2.2kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将14kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、5kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、3kg比表面积为1900cm2/g的硅灰投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为135rpm搅拌200s得到的物料，再与1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为135rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
对比例3
(1)将1.1kg氢氧化钠、5.48kg硅酸钠、0.22kg碳酸钠和2.2kg水混合并充分搅拌后，静置30h得到碱激发剂；
(2)将14kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、5kg比表面积为470cm2/g的I级粉煤灰、3kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、23kg粒径≤2.36mm的河砂(堆积密度为1610kg/m3、表观密度为2700kg/m3)、0.2kg高性能聚羧酸减水剂和0.1kg磷酸盐缓凝剂投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到混合料；
(3)将步骤(1)得到的碱激发剂和步骤(2)得到的混合料混合后，以搅拌速率为135rpm搅拌200s得到的物料，再与1kg钢纤维(直径为0.13mm、长度为6-13mm、抗拉强度为2850MPa)混合，在以搅拌速率为135rpm搅拌350s，得到地聚物混凝土的浆液。
对比例4
将7kg比表面积为450cm2/g的水泥、1kg比表面积为530cm2/g的S95级矿粉、2kg比表面积为1900cm2/g的硅灰、1.6kg水、0.2kg高性能聚羧酸减水剂和0.6kg钢纤维(直径为0.2mm、长度为13mm、抗拉强度为2850MPa)投入搅拌机，以搅拌速率为135rpm搅拌300s，充分混合均匀，得到地聚物混凝土的浆液。
测试例
1、浆体流动度的测量
将实施例1-实施例10、对比例1-对比例4制得的地聚物混凝土的浆液，根据《GB/T2419-2005水泥胶砂流动度测定方法》规定的试验方法，进行跳桌测试，测得浆体流动度，结果见表1。
2、抗压强度和碳化深度测试
将实施例1-实施例10、对比例1-对比例4制得的地聚物混凝土的浆液分别分装入到两个100×100×100mm的塑料模具中，采用机械振捣成型，然后在温度为20±5℃的环境中静置1d后拆模，拆模后一个置于温度为20±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护室中养护至规定龄期得到试样I；另一个在温度为80℃的条件下蒸汽养护1d得到试样II。
根据《GB/T 17671-199水泥胶砂强度测定》规定的加载制度，对实施例1-实施例10、对比例1-对比例4对应的试样I和试样II分别进行混凝土抗压强度测试，结果见表1。
将实施例1-实施例10、对比例1-对比例4对应的试样I和试样II，置于相对湿度为60％、温度为20±2℃的实验室环境中，静置420d，测量其碳化深度，结果见表1。
3、制备成本估算
根据实施例1-实施例10、对比例1-对比例4中各原料组分的市场平均价，在不考虑原料物流费用的情况下，以对比例4为基准，比较各混凝土的制备成本，结果见表1。
表1
Figure BDA0003215114550000151
Figure BDA0003215114550000161
通过表1的结果可以看出，实施例1-实施例10采用本发明的制备方法制得的地聚物混凝土，与对比例1-对比例4相比，具有更优异的力学和耐久性能，工作性能优良，而实施例1-实施例10的制备成本显著低于对比例4(市场主流的级超高性能混凝土)的制备成本，具有显著的经济效益和绿色环保优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地聚物混凝土，其特征在于，含有以下原料组分，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份；
其中，所述碱激发剂含有强碱、硅酸盐、碳酸盐和水，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和硫铝酸盐水泥基复合物，所述地聚物混凝土不额外加入减水剂或者缓凝剂。
2.根据权利要求1所述的地聚物混凝土，其特征在于，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1。
3.根据权利要求1所述的地聚物混凝土，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾；
所述硅酸盐的模数为2.5-3.3。
4.根据权利要求1所述的地聚物混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述细骨料为粒径≤ 2.36mm的中砂。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的地聚物混凝土，其特征在于，该地聚物混凝土的原料组分还含有钢纤维，所述钢纤维的质量份为0-10份；
所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm、长度为4-15mm。
6.一种制备地聚物混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水进行混合I得到碱激发剂；
（2）将矿粉、粉煤灰、硅灰、复合减缩剂和细骨料进行混合II得到混合料；
（3）将步骤（1）得到的所述碱激发剂和步骤（2）得到的所述混合料进行混合III；
其中，各原料组分的用量，按质量份计为：矿粉120-140份、粉煤灰40-50份、硅灰20-30份、细骨料210-230份、碱激发剂80-90份、复合减缩剂90-170份，所述复合减缩剂为氧化烯醇类聚合物和硫铝酸盐水泥基复合物，所述地聚物混凝土不额外加入减水剂或者缓凝剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碱激发剂中所述强碱、硅酸盐、碳酸盐和水的质量比为0.2-0.5：2-2.5：0.1-0.3：1；
所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾；
所述硅酸盐的模数为2.5-3.3。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述粉煤灰为I级粉煤灰，所述细骨料为粒径≤ 2.36mm的中砂。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将所述混合III得到的物料与钢纤维进行混合IV，其中，所述钢纤维的用量以质量份计为0-10份；
所述钢纤维的直径为0.1-0.3mm、长度为4-15mm；
所述混合IV的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为250-350s。
10.根据权利要求6至8中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述混合I的过程包括：将强碱、硅酸盐、碳酸盐和水混合均匀后静置20-30h；
步骤（2）中所述混合II的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为200-300s；
步骤（3）中所述混合III的条件至少满足：搅拌速率为130-150rpm、时间为150-200s。
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