CN110482925B - 一种高强混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强混凝土及其制备工艺。高强混凝土由包含以下重量的原料制成：水泥451～473份、矿物掺合料198～217份、细集料545～570份、粗集料1110～1145份、拌合水135～147份和外加剂26～29份；其具有合理利用搅拌站上的污水，且保持甚至改善了高强混凝土强度的优点；其制备方法为：(1)将水泥、矿物掺合料、细集料和粗集料按比例投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；(2)将外加剂加入拌合水里面，搅拌均匀，得到混合水；(3)将混合水加入搅拌机内，搅拌均匀，即可制得高强混凝土；本发明的制备方法具有步骤简单，易于实施，便于批量制备且制备的混凝土具有较好的均匀性的优点。

Description

一种高强混凝土及其制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高强混凝土及其制备工艺。

背景技术

普通混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土，C100强度等级以上的混凝土称为超高强混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍。

现有技术中，申请公布号为CN109020401A的专利公开了一种C100高强混凝土，由以下材料组成：水泥420～470份、矿粉90～120份、粉煤灰30～40份、固硫灰60～70份、粗骨料970～1010份、细骨料650～670份、减水剂4.5～6.5份、阻锈剂5～15份和水120～130份，以重量份数计。

上述的现有技术方案存在以下缺陷：使用的水是混凝土标准用水或自来水，但是，在现实生产中，混凝土搅拌站中存在大量的污水，这些污水直接排放会造成水资源的大量浪费。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高强混凝土，其具有合理利用搅拌站上的污水，且保持甚至改善了高强混凝土强度的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种高强混凝土的制备工艺，其具有制备步骤简单，易于实施，便于批量制备且制备的混凝土具有较好的均匀性的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高强混凝土，所述高强混凝土由包含以下重量的原料制成：

水泥451～473份、矿物掺合料198～217份、细集料545～570份、粗集料1110～1145份、拌合水135～147份和外加剂26～29份；

所述拌合水包括清水和拌合污水，所述清水与拌合污水按重量比为(0～2)：1的比例配置成拌合水；

所述矿物掺合料包括粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉和硅粉中的至少一种；

所述外加剂包括高效减水剂和CTF增效剂；

所述细集料包括粗砂和石粉砂；

所述粗集料包括碎石和卵石中的任意一种或几种。

通过采用上述技术方案，混凝土的各组分原料按照设定配比拌合，各组分之间相互作用，相互配合，可制得一种高强度的混凝土；用混凝土搅拌站上的污水作为混凝土的拌合水，实现污水的合理利用，大量的节约了水资源，有利于保护环境；各组分相互配合，使用拌合污水拌合混凝土不仅能保持混凝土的强度，甚至能在一定程度上提高了混凝土的强度，有利于改善混凝土的性能。

进一步地，所述拌合污水由混凝土搅拌站上收集的污水经过分离、几次沉淀得到。

通过采用上述技术方案，本发明中，拌合污水包括混凝土搅拌站上用于冲洗混凝土输送设备的污水、冲洗车场的污水、冲洗运输车的污水和用于冲洗场地的污水等，尽可能的将混凝土搅拌站上的污水收集起来，实现循环利用，有利于节约水资源。本发明中，从混凝土搅拌站收集的污水首先经过砂石分离机分离，去除其中的砂石，然后将分离液经过沉淀池沉淀，得到拌合污水，本发明中，共设置3～5个沉淀池，优选设置为4个，经过处理后的污水符合混凝土拌合水用水的要求。污水处理使用物理方法处理，经过砂石分离机分离出来的砂石烘干或晒干后可用于混凝土搅拌，实现资源的重复利用，有利于节约资源，符合绿色发展的要求。

本发明中，所述拌合水包括清水和拌合污水，所述清水与拌合污水按重量比为(0～2)：1的比例配置成拌合水；进一步地，所述清水与拌合污水的重量比为0.3：1。

通过采用上述技术方案，在本发明中，可以在处理后的拌合污水中加入一定量的清水，也可以不用清水，清水的主要作用是用于溶解外加剂或稀释浓度较高的拌合污水，可以根据具体的污水浓度和质量决定添加清水的量，灵活地将污水运用到混凝土搅拌中，在保证混凝土质强度和质量的同时，实现水资源的重复利用。经过试验，当清水与污水的重量比为0.3：1时，能在最大限度使用污水量的同时，保证拌合后的混凝土具有优良的强度和耐久性。

本发明中，所述外加剂包括高效减水剂和CTF增效剂；进一步地，所述高效减水剂和CTF增效剂的重量比为(4～7):1。

通过采用上述技术方案，混凝土外加剂是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质，外加剂的添加对改善混凝土的性能起到一定的作用。高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土的工作性能。本发明中，高效减水剂优先选择减水率在28％～32％的聚羧酸高效减水剂，聚羧酸高效减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，主要成分是分子量为5000～50000的聚羧酸聚合物系列产品，本发明中，可以选择PCA系聚羧酸高效减水剂。CTF增效剂是一种以有机物为主体，作用机理类似于塑化剂的复合型材料，CTF增效剂的使用，能减少水泥用量、降低成本、节能环保、改善和易性、减少泌水性；本发明中，使用的CTF增效剂为广州市三骏建材科技有限公司生产的混凝土增效剂。在混凝土内加入一定比例的聚羧酸高效减水剂和CTF增效剂，二者相互配合，配伍良好，与各类水泥或其余原料组分的适配性良好；能使浆体增多、可改善预拌混凝土拌合物的初始坍落度和流动性，使混凝土具有良好的坍落度保持性能和良好的抗压强度，保持甚至超过原来的强度。

本发明中，所述矿物掺合料包括粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉和硅粉中的至少一种；进一步地，所述矿物掺合料包括粉煤灰和硅粉，所述粉煤灰和硅粉的重量比为(1～3)：1。

通过采用上述技术方案，矿物掺合料是为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。粉煤灰可以改善水泥浆体基体的界面的密实度，减小基体表面的平均粗糙度，可有效阻止混凝土微结构变形，可增加混凝土的流动性，减少水泥的用量，增强混凝土的强度，本发明中，使用一级粉煤灰。硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，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，是大工业冶炼中的副产物。石灰石粉的主要成分碳酸钙(CaCO₃)，在混凝土中掺入适量的石灰石粉，可减少水泥的用量，提高混凝土的强度，增强混凝土的耐久性能。钢渣粉，是由转炉或电炉钢渣经磁选出铁处理后粉磨达到一定细度的产品，在混凝土中掺加一定量的磨细钢渣粉,可以改善混凝土的流动性和可泵性。一定比例的粉煤灰和硅粉相互配合，具有致密的结构和优良的界面黏结性能，改善拌合混凝土的和易性；可减少水泥的用量，增强混凝土的强度和耐久性。

本发明中，所述细集料包括粗砂和石粉砂；进一步地，所述粗砂和石粉砂的重量比为(0.8～1.5):1。本发明中，所述粗集料包括碎石和卵石中的任意一种或几种；进一步地，所述粗集料为碎石。

通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，砂的粗细程度按细度模数μf分为粗、中、细、特细四级,其范围应符合以下规定：粗砂：μf＝3.7～3.1；中砂：μf＝3.0～2.3；细砂：μf＝2.2～1.6；特细砂：μf＝1.5～0.7。本发明中，粗砂的细度模数3.0；表观密度为2700kg/m³。石粉砂是机制砂生产过程中产生的石粉，石粉砂在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同时参与水化反应，使混凝土更加密实，从而提高了混凝土的强度。本发明中，粗砂和石粉砂按一定的比例混合，有效降低了混凝土拌合物离析和泌水的风险，减少了混凝土的收缩，增强混凝土的强度和耐久性能。

碎石是破碎的小块岩石，它的大小、形状及纹理都呈现不规则状态，它可能是因为天然原因，或是人为加以破坏之后产生的。本发明中，碎石的粒径为5mm～20mm，表观密度为2700kg/m³。卵石是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的、粒径大于5mm的岩石颗粒。本发明中，由碎石作为粗骨料，起到支撑骨架的作用，本发明中，由粗砂、石粉砂和碎石作为按一定的比例混合，作为骨料，可提高混凝土的强度和耐久性等基本力学性能。

本发明中，进一步地，所述混凝土的水胶比优选为0.20～0.25；再进一步优选为0.21；进一步地，所述混凝土的砂率优选为0.32～0.34；再进一步优选为0.31。

通过采用上述技术方案，水胶比是指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值；胶凝材料重量＝水泥重量+掺合料重量(粉煤灰、石灰石粉、钢渣粉和硅粉之类有水硬性或潜在水硬性、火山灰性或潜在火山灰性材料，但不包括石粉)。水胶比的大小直接影响着混凝土的强度、耐久性、和易性和流动性等性能，对于预拌混凝土来说，通常是集中搅拌，生产用混凝土配合比是在原设计配合比的基础上，按砂石含水率和砂含石率调整后形成的生产配合比输入计算机，经准确称量各原材的用量后搅拌生产的，能保证混凝土的质量要求。

砂率是混凝土中“砂”的质量与“砂和石”总质量之比，砂率的变动，会使骨料的总表面积有显著改变，从而对混凝土拌合物的和易性有较大影响。本发明中，将砂率和水胶比控制在一定的范围内，可得到质量均匀、成型密实、强度和耐久性较好的高强混凝土。在水胶比为0.20～0.25范围内，且砂率为0.32～0.34范围内，本发明制得的自密实混凝土的强度、耐久性、和易性和流动性等性能较好，在水胶比为0.21，砂率为0.33时，混凝土的强度、耐久性等基本力学性能达到最佳。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高强混凝土的制备工艺，包括如下步骤：

(1)按设定比例准确称取原材料，将水泥、矿物掺合料、细集料和粗集料投入混凝土搅拌机中，搅拌40s～60s,搅拌均匀；

(2)将高效减水剂和CTF增效剂加入拌合水里面，搅拌均匀，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌1min～2min，即可制得高强混凝土。

通过采用上述技术方案，在制备混凝土时，先将水泥、矿物掺合料、细集料和粗集料搅拌均匀，一定程度上可提高混凝土的匀质性；将外加剂溶解在拌合水中时，有清水，则先将外加剂溶解在清水中，再与拌合污水混合，清水可较好地溶解外加剂，从而使得混合水更均匀；使用上述方法制备的混凝土，均匀性较好，密实成型度更好，强度和耐久性能较好。

进一步地，所述拌合污水的处理步骤如下：

将混凝土搅拌站上收集的污水经过分离、几次沉淀，即可得到拌合污水。

通过采用上述技术方案，从混凝土搅拌站收集的污水首先经过砂石分离机分离，去除其中的砂石，然后将分离液经过沉淀池(共设置3～5个沉淀池，本发明中优选设置为4个)沉淀，得到拌合污水，处理混凝土搅拌站污水的方法简单，易于操作，且处理过程中可收集分离出来的砂石，烘干或晒干后可用于混凝土搅拌，实现资源的重复利用，有利于节约资源，符合绿色发展的要求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、混凝土的各组分原料按照设定配比拌合，各组分之间相互作用，相互配合，可制得一种具有优良的强度和耐久性的高强混凝土；

第二、用混凝土搅拌站上的污水作为混凝土的拌合水，实现污水的合理利用，大量的节约了水资源，有利于保护环境；

第三、能在最大限度实现污水重复利用的同时，保证拌合后的混凝土具有优良的强度和耐久性；

第四、聚羧酸高效减水剂和CTF增效剂相互配合，配伍良好，且与各类水泥或其余原料组分的适配性良好，可改善预拌混凝土拌合物的初始坍落度和流动性，使混凝土具有良好的坍落度保持性能和良好的抗压强度，保持甚至超过原来的强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

制备例

制备例1

从混凝土搅拌站收集的污水(冲洗混凝土输送设备的污水、冲洗车场的污水、冲洗运输车的污水或用于冲洗场地的污水等)首先经过砂石分离机分离，去除其中的砂石；然后将分离液经过3个沉淀池依次沉淀，取第3个沉淀池中沉淀好的上层污水作为拌合污水，此时，经过处理后的拌合污水符合混凝土拌合水用水的要求。

制备例2

从混凝土搅拌站收集的污水(冲洗混凝土输送设备的污水、冲洗车场的污水、冲洗运输车的污水或用于冲洗场地的污水等)首先经过砂石分离机分离，去除其中的砂石；然后将分离液经过4个沉淀池依次沉淀，取第4个沉淀池中沉淀好的上层污水作为拌合污水，此时，经过处理后的拌合污水符合混凝土拌合水用水的要求。

制备例3

从混凝土搅拌站收集的污水(冲洗混凝土输送设备的污水、冲洗车场的污水、冲洗运输车的污水或用于冲洗场地的污水等)首先经过砂石分离机分离，去除其中的砂石；然后将分离液经过5个沉淀池依次沉淀，取第5个沉淀池中沉淀好的上层污水作为拌合污水，此时，经过处理后的拌合污水符合混凝土拌合水用水的要求。

实施例1

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥451kg、粉煤灰99kg、硅粉99kg、粗砂334.2kg、石粉砂222.8kg和碎石1145kg投入混凝土搅拌机中，搅拌40s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂23.2kg和CTF增效剂5.8kg加入139kg拌合污水(制备例1)混合，混合人均匀，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌2min，即可制得高强混凝土。

实施例2

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥473kg、粉煤灰144.67kg、硅粉72.33kg、粗砂272.5kg、石粉砂272.5kg和碎石1125kg投入混凝土搅拌机中，搅拌50s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂24.5kg和CTF增效剂3.5kg加入67.5kg清水里面，搅拌均匀，然后与67.5kg拌合污水(制备例2)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌2min，即可制得高强混凝土。

实施例3

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥463kg、粉煤灰156kg、硅粉52kg、粗砂190kg、石粉砂380kg和碎石1110kg投入混凝土搅拌机中，搅拌60s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂22.29kg和CTF增效剂3.71kg加入98kg清水里面，搅拌均匀，然后与49kg拌合污水(制备例3)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌2min，即可制得高强混凝土。

实施例4

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥460kg、粉煤灰140kg、硅粉70kg、粗砂330kg、石粉砂325kg、和碎石1130kg投入混凝土搅拌机中，搅拌50s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂23kg和CTF增效剂4.2kg加入32.31kg清水里面，搅拌均匀，然后与107.69kg拌合污水(制备例2)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌1min，即可制得高强混凝土。

实施例5

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥460kg、粉煤灰210kg、粗砂370kg、石粉砂185kg和卵石1130kg投入混凝土搅拌机中，搅拌50s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂20kg和CTF增效剂6kg加入32.31kg清水里面，搅拌均匀，然后与107.69kg拌合污水(制备例2)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌1.5min，即可制得高强混凝土。

实施例6

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥460kg、粉煤灰52.5kg、硅粉52.5kg、石灰石粉52.5kg、钢渣粉52.5kg、粗砂330kg、石粉砂325kg、碎石565kg和卵石565kg投入混凝土搅拌机中，搅拌50s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂13kg和CTF增效剂13kg加入32.31kg清水里面，搅拌均匀，然后与107.69kg拌合污水(制备例2)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌1min，即可制得高强混凝土。

实施例7

一种高强混凝土的制备工艺包括如下步骤：

(1)将水泥460kg、硅粉105kg、石灰石粉70kg、钢渣粉35kg、粗砂330kg、石粉砂325kg、碎石376.67kg和卵石753.33kg投入混凝土搅拌机中，搅拌50s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂13.4kg和CTF增效剂13.6kg加入32.31kg清水里面，搅拌均匀，然后与107.69kg拌合污水(制备例2)混合，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌2min，即可制得高强混凝土。

对比例

以实施例4作为参照组

对比例1

对比例1与实施4的区别在于对比例1中拌合水为清水，不使用污水，其它均与实施例4保持一致。

对比例2

对比例2与实施4的区别在于对比例2中混凝土搅拌站上收集的污水经过砂石分离机分离后直接用于拌合混凝土，不经过沉淀池沉淀，其它均与实施例4保持一致。

对比例3

对比例3与实施4的区别在于对比例3中不使用CTF增效剂，其它均与实施例4保持一致。

对比例4

对比例4与实施4的区别在于对比例4中水胶比为0.27，其它均与实施例4保持一致。

对比例5

对比例5与实施4的区别在于对比例5中砂率为0.50，其它均与实施例4保持一致。

性能检测试验

将实施例1～7和对比例1～5中所制得的高强度混凝土在(20±2)℃相对湿度95％以上的标准养护箱内进行养护，按照根据国家标准GB/T 50080～2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测实施例1～7和对比例1～5中所制得的高强混凝土的基本力学性能，检测结果如表1所示。

表1高强混凝土基本性能检测表

样品	坍落度/mm	扩展度/mm	7d抗压强度/MPa	28d抗压强度/MPa
					实施例1	255	685*695	68.9	116.2
实施例2	250	685*700	69.8	117.1
					实施例3	255	695*680	69.2	116.5
实施例4	260	700*700	71.4	118.7
					实施例5	240	670*680	65.2	112.2
实施例6	240	655*650	65.0	113.5
					实施例7	245	645*660	66.1	112.9
对比例1	265	700*700	71.8	119.1
					对比例2	220	600*585	45.7	89.5
对比例3	225	555*560	56.2	100.2
					对比例4	230	585*590	55.2	74.2
对比例5	230	590*590	53.4	85.3

从表1可以看出,混凝土的各组分原料按照设定配比拌合，各组分之间相互作用，相互配合，可制得一种具有优良的强度和耐久性的高强混凝土；从实施例1～7与对比例1的数据，可以看出，本发明能在最大限度实现污水重复利用的同时，保证拌合后的混凝土具有优良的强度和耐久性；由实施例1～7与对比例2的数据可以看出，从混凝土搅拌站收集的污水经过处理(分离和沉淀)后用于拌合混凝土，才不会影响混凝土的基本性能；由实施例1～7与对比例4、5的数据可以看出，水胶比和砂率对混凝土强度等基本性能的影响较大，因此，在拌合混凝土时，需要设计混凝土的水胶比和砂率，以保证混凝土的强度等基本性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种高强混凝土，其特征在于，所述高强混凝土由以下重量的原料制成：

水泥463kg、粉煤灰156kg、硅粉52kg、粗砂190kg、石粉砂380kg、碎石1110kg、聚羧酸高效减水剂22.29kg、CTF增效剂3.71kg、98kg清水和49kg拌合污水；

所述拌合污水由混凝土搅拌站上收集的污水经过分离、几次沉淀得到。

2.根据权利要求1所述的一种高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按设定比例准确称取原材料，将水泥、粉煤灰、硅粉、粗砂、石粉砂和碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌40s～60s,搅拌均匀；

(2)将聚羧酸高效减水剂和CTF增效剂加入清水中，然后与拌合污 水搅拌均匀，得到混合水；

(3)将混合水加入搅拌机内，继续搅拌1min～2min，即可制得高强混凝土。