一种矿物掺合料混凝土及其制备方法

1.一种矿物掺合料混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备复合固体激发剂：将原料组成按重量比计：氢氧化钠10～25％，碳酸钠10～
25％，模数2.5～2.8，波美度40～50度的低模数液体水玻璃55～65％，改性剂聚丙烯酰胺或聚磷酸盐0.2～0.5％混合均匀，在真空条件下陈化消解24～48小时，在140～170℃
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下干燥，干燥后，再进行粉磨至比表面积不小于300m/kg得到的固体粉末；
(2)将原料组成按重量比计：掺合料14～19％，水泥0.6～1.7％，复合固体激发剂
0.9～1.7％，含泥量不大于5％的中、粗砂或细砂25～34％，连续级配5～20mm或5～
31.5mm碎石42～50％投入拌合机，拌合40s-60s，混合均匀；其中掺合料为矿渣粉和粉煤灰的复合物，其组成重量比为：矿渣粉50～60％，粉煤灰40～50％；
(3)在步骤(2)混合均匀后的拌合物中按原料组成的重量比再投入7～7.6％的水，拌合60s-90s，搅拌均匀，制得矿物掺合料混凝土。

一种矿物掺合料混凝土及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种矿物掺合料混凝土及其制备方法，用于各种工程建设及混凝土制品中的矿物掺合料混凝土，属于建筑材料。\n背景技术\n[0002] 混凝土作为一种传统的建筑材料，随着对其使用量的增加，资源、能源和环境问题也日益突出。传统水泥生产时，原生资源消耗大，废气、粉尘排放量大，对环境造成严重的污染，因此，今后混凝土的发展方向必然是既要符合人们的需要，又要减轻对地球环境的负荷，尽可能地少占用资源，降低能耗，减少废弃物排放，从而满足可持续发展的要求，和环境更好地协调和符合循环经济模式。\n[0003] 新型混凝土的生产应充分利用工业废渣，如矿渣、粉煤灰等，不用或少用水泥熟料，尽可能降低熟料产量，减少水泥生产过程中的环境负荷，实现混凝土发展与环境的协调。\n[0004] 矿渣，粉煤灰等工业废渣已作为水泥或混凝土中的掺合料。但由于技术上的原因，将这些掺合料作为取代水泥的混合材，存在取代量低，一般不超过50％，且活性不高、混凝土稳定性差的问题，不能完全发挥这些材料的性能。碱激发工业废渣和普通水泥混凝土相比，具有低水化热、高早强、高抗渗性及各种优异的耐久性。利用碱组分通过化学及物理方法激活矿渣，粉煤灰等各种工业废渣制备无熟料、少熟料的胶结材，免去锻烧和多次粉磨工序，是促进水泥与混凝土的可持续发展的有效途径。\n[0005] 目前，激发工业废弃物的碱激发剂中最有效的是低模数液体水玻璃，但采用液体水玻璃具有以下缺点：(1)稳定性差，对人和环境的危害较大，不利于运输储存；(2)现场生产的碱激发水泥混凝土拌合物粘度大，施工十分不便；(3)凝结时间难以控制，实际的混凝土应用中很容易出现速凝或不凝的现象，强度很难保证；(4)凝结的混凝土容易出现泛霜和裂缝的现象。而早期激发效果好的固体激发剂中多以NaOH、KOH为主，NaOH、KOH在空气中极易吸收水分潮解，与胶凝材料共同磨细，会发生局部的碱-胶凝材料的水化反应，造成碱胶凝材料很快失效。如果使用固态碱金属硅酸盐，由于它们在水中的溶解度小且溶解速度很慢，单独对矿渣、粉煤灰进行激发很难达到效果，即使是使用溶解性较好的速溶粉状硅酸钠激发矿渣、粉煤灰，但因凝结时间太长(大于24h)也很难达到效果。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的是提供一种凝结时间正常、强度高、耐久性好，不粘稠、便于施工，成本低廉、节能环保的一种矿物掺合料混凝土及其制备方法。\n[0007] 技术解决方案：\n[0008] 本发明所述矿物掺合料混凝土，包括下列物料的重量百分组分：掺合料14～\n19％，水泥0.6～1.7％，复合固体激发剂0.9～1.7％，砂子25～34％，石子42～50％，水7～7.6％.\n[0009] 所述掺合料为矿渣粉和粉煤灰的的复合物，其组成重量比为：矿渣粉50～60％，粉煤灰40～50％。\n[0010] 所述复合固体激发剂包括：氢氧化钠、碳酸钠、低模数液体水玻璃、改性剂，其原料组成重量比为：氢氧化钠10～25％，碳酸钠10～25％，低模数液体水玻璃(模数2.5～\n2.8，波美度40～50度)55～65％，改性剂聚丙烯酰胺或聚磷酸盐0.2～0.5％。在矿物-\n掺合料混凝土中，复合固体激发剂一方面可以提供充足的OH 离子，使混凝土PH值提高，水化反应加速，对混凝土有较好的早强作用，另一方面使矿渣粉在碱性溶液中水化产生的Ca(OH)2进一步与粉煤灰玻璃体进行火山灰反应，保证了混凝土的后期强度。与现有技术相比，本发明中所采用的复合固体激发剂克服了传统固体碱激发剂的稳定性差、液体激发剂现场施工难的弊端，碱性强，空气中稳定性好，加工简单，成本低廉，使用、储存方便，且对矿渣粉、粉煤灰激发效果显著，混凝土强度高、抗渗性能和抗冻性能等耐久性优异。\n[0011] 所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥水化生成的Ca(OH)2可以激发粉煤灰中活性组分，生成钙矾石和C-S-H凝胶，因此具有提高混凝土早期强度和调整凝结时间的作用。\n[0012] 所述砂子为含泥量不大于5％的中、粗砂或细砂，石子为5～20mm或5～31.5mm连续级配的碎石。砂、石其它指标控制在国家标准以内。\n[0013] 本发明所述矿物掺合料混凝土制备方法，包括如下步骤：\n[0014] (1)制备复合固体激发剂：将原料组成按重量比计：氢氧化钠10～25％，碳酸钠\n10～25％，低模数液体水玻璃55～65％，改性剂聚丙烯酰胺或聚磷酸盐0.2～0.5％的各组分混合均匀，在真空条件下陈化消解24～48小时，在140～170℃下干燥，干燥后，再进\n2\n行粉磨至比表面积不小于300m/kg得到的固体粉末；\n[0015] (2)将原料组成按重量比计：掺合料14～19％，水泥0.6～1.7％，复合固体激发剂0.9～1.7％，砂子25～34％，石子42～50％的各组分投入拌合机，拌合40s-60s，混合均匀；\n[0016] (3)在步骤(2)混合均匀后的拌合物中按原料组成的重量比再投入7～7.6％的水，拌合60s-90s，搅拌均匀，制得矿物掺合料混凝土。\n[0017] 本发明采用矿物掺合料为作为混凝土胶结材料，加入复合固体激发剂激发矿物掺合料潜在活性，配以普通水泥共同作用，制出强度高、凝结时间正常、抗渗性和抗冻性等耐久性优异的混凝土。\n[0018] 本发明在复合固体激发剂和普通硅酸盐水泥的共同作用下，有效地激发了矿物掺合料混凝土中矿渣粉、粉煤灰的潜在活性，可制得标号为C30～C70的混凝土。与同标号普通混凝土相比，本发明由于使用大量的工业废渣而降低了成本，尤其相对于C50以上的\n3\n混凝土，成本降低可达到30元/m，具有明显的社会效益和经济效益。与目前报道的碱激发制备的混凝土相比，由于本发明中复合固体激发剂的独特性，即碱性强、在空气中稳定性好，便于施工等特点，本发明矿物掺合料混凝土克服了现场施工混凝土不稳定、凝结后出现泛霜或裂缝等问题，用在混凝土制品中，脱模时不沾模，施工或使用效果良好。\n[0019] 本发明中复合固体激发剂在矿物掺合料混凝土中分散的是否均匀，对其激发效果有一定的影响。传统的混凝土制备技术，即一次投料技术用在碱激发混凝土中，往往会由于激发剂分散不均而影响激发效果，进一步影响混凝土质量，例如会出现一部分混凝土凝结甚至速凝，一部分不凝的质量事故。本发明采用的制备方法是：先将矿渣粉、粉煤灰、复合固体激发剂、水泥、砂子、石子的复合物投入拌合机，拌合至少40s～60s，使得复合固体激发剂在混凝土中分散均匀，再在拌合物中投入水，拌合至少60s～90s，制得搅拌均匀的矿物掺合料混凝土。本发明制备方法克服了上述缺点，在制备时需较普通混凝土长的搅拌时间。\n附图说明\n[0020] 图1为本发明矿物掺合料混凝土试块28d龄期测抗压强度破损后试块图片；\n[0021] 图2为普通水泥混凝土试块28d龄期测抗压强度破损后试块图片。\n具体实施方式\n[0022] 本发明按重量百分比计，矿物掺合料为14～18％，其中包括60wt％矿渣粉和\n40wt％粉煤灰，复合固体激发剂的用量为1.0～1.3％，425普通硅酸盐水泥用量为0.7～\n0.9％，砂子用量为28～32％砂子采用模数为2.8、含泥量为2％的中砂；石子用量为45％采用5-31.5mm连续级配的碎石，用水量为7.2～7.5％；\n[0023] 复合固体激发剂的原料组成重量比为：氢氧化钠25％，模数为2.5、波美度为46度的液体水玻璃65％，碳酸钠10％，改性剂聚丙烯酰胺0.2％，上述原料充分混合后，在真空\n2\n条件下陈化消解36h，在150℃下干燥，干燥后，粉磨至比表面积为305m/kg制得固体粉末。\n[0024] 每立方米矿物掺合料混凝土配合比见表1中配比1-5。为进行对比，同时配制未用激发剂，且在保持相同用水量的情况下，应用了常用萘系减水剂的配比，见表2中配比\n6-10，表2中配比11-13分别为C50、C55、C60普通水泥混凝土配合比。进行混凝土拌合物凝结时间、3d、7d、28d、60d龄期抗压强度试验，并对比进行了配比3和配比8的抗渗、抗冻性能试验。\n[0025] 表1矿物掺合料混凝土配合比kg/m3\n[0026] \n[0027] 表2普通混凝土配合比kg/m3\n[0028] \n[0029] 本发明中复合固体激发剂的成本为2200元/吨左右，从表1配比1-5和表2配比\n6-10对比可以看出，采用本发明复合固体激发剂配制的矿物掺合料混凝土，比未用本发明\n3\n复合固体激发剂配制的普通水泥混凝土节约成本10～20元/m。