CN1305797C - 可作为水泥生料的混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可作为水泥生料的混凝土，由水泥、砂子、石子及水搅拌而成，所述的砂子由硅砂和钙砂组成，硅砂含量见右式，钙砂含量S_p-CaO＝S_p-S_p-SiO#-[2]，式中：S_P——混凝土总含砂率；KH、SM、IM——水泥三率值，KH为石灰饱和系数；SM为硅率；IM为铝率。使混凝土在满足自身性质要求的前提下，废弃后可直根接作为生产水泥的生料使用，解决了水泥生产过程中对自然资源的过度开采及二氧化碳释放而产生的环境污染问题，同时也解决了混凝土废弃再利用困难的问题，减少了建筑垃圾污染，节约了由于堆积、填埋混凝土废弃物而带来的经济损失。并且用此混凝土作为水泥生料生产的水泥，还可以再次作为混凝土用水泥，所生产的混凝土具有火灾后自修复功能。

Description

可作为水泥生料的混凝土

技术领域：

本发明涉及一种建筑用混凝土，尤其是一种可作为水泥生料的混凝土。

背景技术：

混凝土的主要原料之一是水泥，据资料统计，全世界混凝土年使用量大约为100亿吨以上，而水泥年产量已达到16.0亿吨。

目前，生产水泥是先用石灰石和粘土等，按照水泥三率值(KH为石灰饱和系数、SM为硅率、IM为铝率)要求制成水泥生料，再对水泥生料进行烧制，如生产1吨水泥大概需要1.2吨石灰石和0.35吨粘土。现有水泥的生产方法存在着如下缺点：一方面由于制造水泥需要开采大量的天然粘土和石灰石资源，会造成大量的水土流失而影响环境；另一方面在水泥生产过程中，石灰石分解生成石灰(CaO)，同时排出具有温室效应的CO₂气体(生产1吨水泥大约要排出1吨CO₂气体)，所排出量占全世界CO₂的排放量的1/10，是产生温室效应气体的大户。

现有的混凝土均是由水泥、砂子、石子及水搅拌而成，各组分含量需根据配制强度要求来确定。由于现有混凝土中的砂子主要是天然河砂(硅砂)，主要成分为二氧化硅，大部分建筑用后的混凝土都成为废弃料(建筑垃圾)；并且用一般水泥制成的混凝土遇火烧后，没有自修复功能，也只能成为废弃料。根据***世界火灾统计中心统计，几年来，在全球范围内，每年发生的火灾有600～700万起，这就大大地增加了混凝土的废弃量，年废弃量达到10亿吨左右，需要大面积的场地来堆积、填埋，垃圾处理费用较高。虽然，近年来废弃混凝土被越来越多应用为再生骨料，但是质量难以保证，而且生产费用昂贵。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术所存在的水土流失、污染环境及建筑垃圾处理费用较高的技术问题，提供一种保护环境、节约成本可作为水泥生料的混凝土。

本发明的技术解决方案是：一种可作为水泥生料的混凝土，由水泥、砂子、石子及水搅拌而成，其特征在于：所述的砂子由硅砂和钙砂组成，硅砂含量 $S_{p-{\mathrm{SiO}}_2}=\frac{1}{1+\frac{2\mathrm{SM}\·\mathrm{KH}\·(\mathrm{IM}+1)+2.95(\mathrm{IM}+1)-2.32}{\mathrm{SM}\·(\mathrm{IM}+1)}},$ 钙砂含量 $S_{p-\mathrm{CaO}}=S_p-S_{p-\mathrm{Si}{O}_2},$

式中：S_p——混凝土总含砂率；

KH、SM、IM——水泥三率值，其中KH为石灰饱和系数；SM为硅率；IM为铝率。

本发明是将硅砂、钙砂按所定比例配比，再与水泥、石子、水混合制成混凝土，使混凝土在满足自身性质要求的前提下，废弃后可直接作为生产水泥的生料使用，解决了水泥生产过程中对自然资源的过度开采及二氧化碳释放而产生的环境污染问题，同时也解决了混凝土废弃再利用困难的问题，减少了建筑垃圾污染，节约了由于堆积、填埋混凝土废弃物而带来的经济损失。并且用此混凝土作为水泥生料生产的水泥，还可以再次作为混凝土用水泥，所生产的混凝土具有火灾后自修复功能。

具体实施方式：

下面将详细叙述本发明的具体实施方式。

配制可作为生料的混凝土，需要如下步骤

(1)确定配制强度f_cu，0，计算水灰比W/C；

(2)选择单位用水量W，计算单位水泥用量C；

(3)确定砂率S_p

a.选择总砂率。按照行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55选择砂率S_p；

b.依据最终需要生产水泥的率值(KH为石灰饱和系数、SM为硅率、IM为铝率)要求，计算硅砂率 $S_{p-{\mathrm{SiO}}_2}=\frac{1}{1+\frac{2\mathrm{SM}\·\mathrm{KH}\·(\mathrm{IM}+1)+2.95(\mathrm{IM}+1)-2.32}{\mathrm{SM}\·(\mathrm{IM}+1)}};$

c.计算钙砂率，用符号S_p-CaO表示。钙砂率为总的砂率S_p与硅砂率S_p-SiO2之差，以公式 $S_{p-\mathrm{CaO}}=S_p-S_{p-\mathrm{Si}{O}_2}$ 计算。

(4)计算粗、细集料单位用量(S和G)；

(5)确定混凝土配合比。

实施例：

某工程预制钢筋混凝土梁，混凝土设计强度为C25。施工要求坍落度为30～50mm，根据施工单位近期同一品种混凝土强度标准差σ＝4.5MPa.

混凝土采用材料如下：

水泥：42.5强度等级的硅酸盐水泥，ρ_c＝3.2g/cm³(比重)；硅砂：河砂， ${\mathrm{\ρ}}_{s-\mathrm{si}{o}_2=2.65g/{\mathrm{cm}}^3,}$ M_x(细度模数)＝2.7；钙砂：石灰石质机制砂，ρ_s-cao＝2.71g/cm³，M_x＝3.3；石子：碎石，ρ_G＝2.70g/cm³，D_m(最大粒径)＝20mm；水。

步骤1：确定配制强度f_cu，0，计算水灰比W/C，

f_cu.o＝f_cu.k+tσ＝25+1.645×4.5＝32.4(MPa)

$C/W=\frac{f_{\mathrm{ci}.o}}{{\mathrm{Af}}_c}+B=\frac{32.4}{0.642\×42.5}+0.559=1.75$

            W/C＝0.5714

因最大水灰比不作规定，取W/C＝0.55。

步骤2：选择单位用水量W，计算单位水泥用量C；取W＝170kg/m³，C＝W/(W/C)＝170/0.55＝309kg/m³；

步骤3：确定砂率

A.选择总砂率。按照行业标准《普通混凝土配合比设计规程》，选择砂率S_p＝30％；

B.计算天然砂率，即硅砂率。

$S_{p-{\mathrm{SiO}}_2}=\frac{1}{1+\frac{5\mathrm{SM}\·\mathrm{KH}\·(\mathrm{IM}+1)+2.95(\mathrm{IM}+1)-2.32}{\mathrm{SM}\·(\mathrm{IM}+1)}}$

$=\frac{1}{1+\frac{5\×2.1\×0.89\×(1.3+1)+2.95(1.3+1)-2.32}{2.1\×(1.3+1)}}=0.16=16\%$

C.计算的机制砂率，即钙砂率。

$S_{p-\mathrm{CaO}}=S_p-S_{p-{\mathrm{SiO}}_2}=30\%-16\%=14\%$

(4)计算粗、细集料单位用量(S和G，S包括)。

由公式 $\frac{C}{{\mathrm{\ρ}}_c}+\frac{W}{{\mathrm{\ρ}}_w}+\frac{G}{{\mathrm{\ρ}}_g}+\frac{S_{{\mathrm{SiO}}_2}}{{\mathrm{\ρ}}_{s-{\mathrm{SiO}}_2}}+\frac{S_{{\mathrm{CaO}}_2}}{{\mathrm{\ρ}}_{s-{\mathrm{CaO}}_2}}+0.01\mathrm{\α}=1,$ $S_{p-{\mathrm{SiO}}_2}=\frac{S_{{\mathrm{SiO}}_2}}{S_{{\mathrm{SiO}}_2}+S_{{\mathrm{CaO}}_2}+G}$ 和

$S_{p-\mathrm{CaO}}=\frac{S_{{\mathrm{Cao}}_2}}{S_{\mathrm{Si}{O}_2}+S_{{\mathrm{CaO}}_2}+G}$ 得： $S_{{\mathrm{SiO}}_2}=355\mathrm{kg},$ $S_{{\mathrm{CaO}}_2}=310\mathrm{kg},$ G＝1551kg。

(5)确定水泥混凝土配合比

$C:S_{{\mathrm{SiO}}_2}:S_{{\mathrm{CaO}}_2}:G:W=309:355:310:1551:170=1:1.15:1.00:5.02:0.55.$

按该比例所生产的混凝土中的氧化物成分与水泥生料氧化物成分相同，将所废弃的混凝土破碎成水泥生料所需粒度，可以直接作为水泥生料使用；用此混凝土所生产的水泥又可作为生产混凝土的原料，且生产出的混凝土具有火灾自修复功能，即混凝土建筑火灾过后通入水蒸气进行养护，可恢复原有混凝土的胶凝度。

Claims (1)

1.一种可作为水泥生料的混凝土，由水泥、砂子、石子及水搅拌而成，其特征在于：所述的砂子由硅砂和钙砂组成，硅砂含量 $S_{p-\mathrm{Si}{O}_2}=\frac{1}{1+\frac{5\mathrm{SM}\·\mathrm{KH}\·(\mathrm{IM}+1)+2.95(\mathrm{IM}+1)-2.32}{\mathrm{SM}\·(\mathrm{IM}+1)}},$ 钙砂含量 $S_{p-\mathrm{CaO}}=S_p-S_{p-{\mathrm{SiO}}_2},$

式中：S_P——混凝土总含砂率；

KH、SM、IM——水泥三率值，其中KH为石灰饱和系数；SM为硅率；IM为铝率。