一种低胶材自密实混凝土

1.一种低胶材自密实混凝土，由以下成分组成：
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水泥 200~400kg/m 掺合料 100~300kg/m
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聚羧酸高效减水剂 5~15kg/m 水洗特细砂 150~350kg/m
3 3
中砂 550~700kg/m 石子 800~1000kg/m
羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）的混合物
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0.04~0.10 kg/m 用水量 160~175 kg/m。
2.如权利要求1所述的自密实混凝土，由以下成分组成：
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水泥 280kg/m 掺合料 200kg/m
3 3
聚羧酸高效减水剂 5.8kg/m 水洗特细砂 200kg/m
3 3
中砂 645kg/m 石子 900kg/m
羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）的混合物
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0.08kg/m 用水量 170 kg/m。
3.如权利要求1或2所述的自密实混凝土，其特征在于所述的CMC：MC：HPMC的重量百分比为30%~40%∶40%~50%∶15%~25%。
4.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于所述的CMC：MC：HPMC的重量百分比为35%∶45%∶20%。
5.如权利要求1或2所述的自密实混凝土，其特征在于所述的水洗特细砂是尾矿的一部分，其SiO2含量的重量百分比为50%~70%，细度模数0.5~0.9。
6.如权利要求1或2所述的自密实混凝土，其特征在于所述的掺合料为粉煤灰与矿粉，二者比例为1:1.25~1:2。
7.如权利要求1或2所述的自密实混凝土，其特征在于所述的石子为粒径为5~25 mm与5-16mm石子的复合物，复合比例按重量百分比为50%~60%。

一种低胶材自密实混凝土\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种自密实混凝土，特别涉及一种用特细尾矿砂来替代部分胶凝材料制备的低胶材自密实混凝土。\n背景技术\n[0002] 自密实混凝土是指具有较高的流动性、良好的粘聚性、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重作用，无需振捣而达到密实的混凝土。随着我国混凝土建设工程的现代化高速发展，自密实混凝土在我国已引起广泛重视，其推广应用量迅速增长。自密实混凝土能依靠自重填充模板，不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型，改善了混凝土的外观质量。不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构，增加了结构设计的自由度，具有良好的施工性能。自密实混凝土使混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，可以提高施工进度。由于没有振捣噪音、避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”，改善了工作环境和安全性。\n[0003] 自密实混凝土填充集料堆积时形成的空隙所用的粉末材料基本上为水泥和粉煤\n3\n灰等形成的胶凝材料浆体。现有技术中的自密实混凝土胶凝材料用量一般在500kg/m 以\n3\n上，水泥用量一般在350kg/m 以上。水泥是自密实混凝土胶凝材料胶材中的主要原材料，水泥用量偏高会因为水泥水化热过高而容易引起混凝土收缩值偏大，对混凝土的裂缝控制和提高混凝土的耐久性不利，特别是配制C40以下低强度等级自密实混凝土时，易出现离析和泌水等问题，例如一些墙体材料、承重砌块结构中芯柱和圈梁等，容易产生裂纹。另外，水泥用量多，价格高，使得自密实混凝土的价格居高不下。由于以上种种原因使得自密实混凝土的推广应用受到限制。\n[0004] 站在环境保护的角度看，人类活动所排放温室气体的10％来自水泥混凝土工业，水泥混凝土工业具有很大的减排潜力。水泥工业是二氧化碳的排放大户，其排放量约占人类活动所产生二氧化碳总量的5％，全球水泥工业在未来发展中必须攻克减排二氧化碳的课题。中国是世界上最大的水泥生产国，2009年水泥产量突破16.3亿吨，占全球总产量的\n50％以上。水泥工业排放的温室气体99％以上为二氧化碳，每生产1吨水泥熟料大约就产生1吨二氧化碳气体。2009年我国水泥熟料产量约10.5亿吨，二氧化碳排放量约8.4亿吨。水泥工业是单位产值二氧化碳排放量的龙头老大，而混凝土行业是水泥工业的最大用户。\n[0005] 尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的废弃物。据统计，2000年以前，我国矿山产出的尾矿总量为50.26亿吨，其中铁矿尾矿量为26.14亿吨。尾矿占全国固体废料的1/3左右，但尾矿综合利用率仅为8.2％左右，尾矿排入河道、沟谷、低地，污染水土大气，破坏环境，乃至造成灾害。矿山尾矿堆存场所还占用了大量农田、林地，对环境也有一定污染。随着国家加强环境保护和土地管理，尾矿的治理和利用已成为必须解决的迫切问题，但是只回收有价值尾矿仍然处理不了剩下的大量尾矿，只有将尾矿作为建筑材料利用才是最根本的出路。\n[0006] 综上所述，充分利用固体废弃物，减少水泥的用量，是摆在混凝土行业中的一个重大课题，对发展我国低碳经济、循环经济、节能减排有着重大意义。\n发明内容\n[0007] 为了克服现有技术中存在的缺陷，针对自密实混凝土工作性和耐久性的较高要求，以及易出现离析和泌水等问题，本发明通过自配添加剂XAMC，结合外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配以及特定的配合比设计，综合利用粉煤灰、矿粉及尾矿砂，制备出一种低胶材自密实混凝土。\n[0008] 本发明所述的自密实混凝土由如下成分配制而成：\n[0009] 水泥 200～400kg/m3 掺合料 100～300kg/m3\n[0010] 外加剂 5～15kg/m3 水洗特细砂 150～350kg/m3\n[0011] 中砂 550～700kg/m3 石子 800～1000kg/m3\n[0012] XAMC 0.04～0.10kg/m3 用水量 160～175kg/m3\n[0013] 本发明自密实混凝土较好的配方为：\n[0014] 水泥 280kg/m3 掺合料 200kg/m3\n[0015] 外加剂 5.8kg/m3 水洗特细砂 200kg/m3\n[0016] 中砂 645kg/m3 石子 900kg/m3\n[0017] XAMC 0.08kg/m3 用水量 170kg/m3\n[0018] 其中添加剂XAMC为化学纤维素，纤维素分子链除两个端基外，每个葡萄糖基都有三个羟基C2(OH)、C3(OH)及C6(OH)，由于纤维素是线型长链分子，具有为数众多的羟基，在分子内和分子间可形成大量氢键。分散作用机理为吸附在粒子表面形成紧密吸附层来防止粒子间的絮凝与聚并，从而达到分散稳定作用。此外，它还可以使表面张力或界面张力减小使液体珠滴变小，从而达到分散作用。本发明配方中的XAMC为羧甲基纤维素(CMC)甲基纤维素(MC)羟丙基甲基纤维素(HPMC)按一定比例合成，合成比例为CMC∶MC∶HPMC＝(30％～40％)∶(40％～50％)∶(15％～25％)，较好的合成比例为CMC∶MC∶HPMC为35％∶45％∶20％。XAMC加入混凝土，使混凝土具有明显的增稠、保水作用，混凝土拌合物不泌水、不离析，提高了混凝土的匀质性、和易性。本发明配方中的水洗特细砂是尾矿的一部分，细度模数小于0.9，SiO2含量大于50％；现有技术所用的掺合料主要是粉煤灰和矿粉等，本发明中用特细尾矿砂取代部分掺合料和水泥，采用较小粒径的石子与现有技术中常用的5～25mm的石料进行复合，改善粗集料的级配，当较小粒径(5～16mm)的石子与常用的5～25mm的石料复合比例达到重量百分比为50％～60％时，石子的骨料的空隙率最小(如图1所示)，可达到最大堆积密实度；本发明配方中所述的掺合料为粉煤灰与矿粉，二者比例为1∶1.25～1∶2，外加剂为聚羧酸高效减水剂，本发明自密实混凝土的水胶比为0.25～0.40，砂率为40～52％；\n[0019] 若非特指，本发明所用的外加剂、添加剂等均为市售化学产品。\n[0020] 本发明所述的低胶材自密实混凝土针对自密实混凝土拌合物的高流动性与高抗离析性这对主要矛盾，以及胶凝材料用量偏大等问题，应用自行配制的添加剂，结合聚羧酸外加剂、调整粗集料的空隙率、利用粉煤灰和矿粉双掺效应，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中。掺加适量矿物掺合料，如粉煤灰，矿粉，能调节混凝土的流变性能，提高塑性粘度，同时提高拌合物中的浆固比，改善混凝土和易性，使混凝土匀质性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。XAMC的添加对水泥粒子产生强烈的分散作用，并阻止分散粒子凝聚，具有一定的保塑功能。提高了混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩裂缝，提高了混凝土抗裂能力，同时提高了混凝土粘聚性，改善了混凝土外观质量。\n[0021] 本发明采用资源丰富的水洗特细砂代替部分矿物掺和料制备出的低胶材自密实混凝土拌和物具有优良的和易性和泵送性能，且混凝土的收缩和绝热温升相应降低，有利于混凝土的体积稳定性和耐久性的提高。本发明所述的低胶材自密实混凝土与现有技术相\n3 3\n比可降低水泥用量至少50kg/m，降低胶凝材料用量至少50kg/m，综合利用固体废弃物至\n3 3\n少400kg/m，降低砼成本至少30元/m，而每减少一吨水泥约减少1吨CO2排放量，2009年全国生产混凝土41690.28万方，北京市生产混凝土2821.26万方，那么应用本发明，2009年全国可减少CO2排放量2084.5万吨，北京市可减少CO2排放量141.06万吨；由此看出，本发明低胶材自密实混凝土降低了胶凝材料、水泥的用量，使得混凝土在减少胶材的情况下，也能用于如水下、海底、辐射及剧毒等各种强度等级的形状复杂、配筋密集、不易振捣的现代建筑结构。并且在提高工作性，降低砼收缩的情况下仍能达到高强度混凝土的基本要求。\n水泥用量的降低，减少了二氧化碳排放量，有利于节能、减排、降耗和环境的可持续发展。水泥用量的减少和综合利用固体废弃物，降低了自密实混凝土的成本，有利于进一步推广应用自密实混凝土。\n附图说明\n[0022] 图1是石子复合比例与空隙率关系曲线图。\n[0023] 以下通过具体实施例来进一步说明本发明，但实施例仅用于说明本发明，并不能限制本发明的范围。\n[0024] 在本发明中，若非特指，所有的份、量均为以总重量为基础的重量单位，所有的原料均可以从市场购得。\n具体实施方式\n[0025] 由于生产设备的原因，目前常用的5～25mm机碎石级配普遍达不到标准要求，\n16mm以上的大颗粒明显偏多，空隙率偏大，混凝土的包盖系数较小，造成混凝土和易性差。\n采用较小粒径的石子与目前常用的5～25mm的石料进行复合，改善粗集料的级配，当复合比例达到50％左右时，骨料的空隙率最小。复合比例与空隙率的关系如图1所示。\n[0026] 试验是在上述调整粗集料空隙率的基础上，在单方胶材总量不超过480kg/m3情况下，用特细砂取代部分矿物掺和料作为填充料。\n[0027] 1、低胶材自密实混凝土配合比举例(表1)\n[0028] 采用原材料为，普通硅酸盐42.5水泥，比表面积400kg/m3左右，质量、强度稳定；\n3\nI级粉煤灰，主要成分为二氧化硅，氧化铝，三氧化铁；S95级矿粉，比表面积大于400kg/m ；\n砂，细度模数大于2.6；特细砂，细度模数小于0.9；石子，级配良好以及聚羧酸外加剂和自配XAMC。为对比还配制了不掺水洗特细砂和XAMC的混凝土作为空白混凝土(A1)。对混凝土测试了拌合物性能(表2)，自密实性能(表3)和强度(表4)。\n[0029] 表1配合比\n[0030] \n[0031] 搅拌机投料顺序为先投砂、水洗特细砂、水泥、矿粉及粉煤灰，搅拌5s，然后加部分水、聚羧酸高效减水剂，XAMC，，搅拌20s，加入剩余水及石子再搅拌160s出料。应保证混凝土搅拌均匀，适当延长混凝土搅拌时间。加水计量必须精确，应充分考虑骨料含水率的变化，及时调整加水量。\n[0032] 2、拌和物和易性试验\n[0033] 混凝土拌和物扩展度和倒置坍落度筒的排空时间试验结果见表2。\n[0034] 表2混凝土拌合物和易性试验结果\n[0035] \n 试验编号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7\n 扩展度(mm) 650 720 720 700 700 710 710\n 排空时间(s) 15 12 10 10 9 10 10\n[0036] 从表2可以看出：\n[0037] (1)新拌混凝土的扩展度均大于700mm，说明低胶材自密实混凝土流动性非常优良。\n[0038] (2)混凝土的粘聚性：用倒置的坍落度筒测定混凝土拌和物的排空时间，均在15秒之内，说明混凝土拌和物不泌水、不粘稠、不板结，即混凝土拌合物很“软”，具有极好的可泵性。\n[0039] 3、自密实性能试验\n[0040] 用U型高差仪和L型高差仪进行混凝土的钢筋通过率试验，用以验证低胶材用量自密实混凝土自密实性能的变化。从表3中可以看出：混凝土拌和物通过U型高差仪底部φ16@30钢筋流动基本停止时的时间均为2分钟左右，高差仅为0.3～0.5cm，而且上表面石子均匀分布；混凝土通过L型高差仪底部的φ16@30钢筋自由流到40cm的距离时时间均为5秒左右，流动时砂浆包裹着石子一起流动，流动停止后，前后水平高度差仅为0.5cm，与长度60cm的比例为0.83％。说明细砂取代前后混凝土拌和物均具有优异的自密实性能。\n[0041] 表3混凝土拌和物自密实性能试验\n[0042] \n[0043] 4、混凝土强度试验\n[0044] 各龄期的抗压强度试验结果见表4。\n[0045] 表4混凝土强度试验结果\n[0046] \n 龄期 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7\n 3d 35.4 32.6 30.8 29.2 28.7 28.1 21.5\n 7d 56.5 52.5 48.0 45.1 43.9 40.6 32.4\n 28d 68.2 66.1 63.3 59.7 55.8 51.0 45.9\n 60d 75.1 70.8 68.6 65.8 63.9 62.4 54.6\n 90d 81.7 76.8 73.1 70.3 67.1 64.8 60.2\n[0047] 从与空白项的各项性能值对比可以看出强度发展较明显的规律如下：\n[0048] 1)在外加剂用量保持不变的情况下，随着单方混凝土胶材总量的降低，混凝土各龄强度均有所降低，下降幅度并不大。这是由于特细砂只是起到填充密实作用，需水量小，在外加剂用量不变的情况下，单方混凝土用水量减少，混凝土的水胶比变化并不显著。\n[0049] 2)在添加剂用量不变的情况下，单方混凝土用水量减少，混凝土的水胶比变化并不显著。虽然胶材总量减少了，但拌合物的和易性和工作性保持良好。\n3\n[0050] 3)在胶材总量仅为405kg/m 的情况下，混凝土28d标养强度仍能满足C45自密实混凝土试配强度要求。