CN101215138A - 掺矿渣活性粉末混凝土 - Google Patents

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Abstract

掺矿渣活性粉末混凝土是一种具有超高强度和超高耐久性能的新型工程材料，具体说是利用各种工业废渣作为活性粉末制备而成的一种具有超高性能的水泥基复合材料。该混凝土各组分相对硅酸盐水泥的重量比例为：硅酸盐水泥：1；矿渣：0.40～0.60；硅粉：0.20～0.35；石英粉：0.20～0.35；河砂：1.20～1.60；水：0.20～0.28；减水剂：0.02～0.03。

Description

掺矿渣活性粉末混凝土
技术领域
本发明是一种具有超高强度和超高耐久性能的新型工程材料，具体说是利用各种工业废渣作为活性粉末制备而成的一种具有超高性能的水泥基复合材料。
背景技术
水泥基材料是近现代使用最广泛的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料。与其它常用建筑材料(如钢铁、木材、塑料等)相比，水泥混凝土生产耗能低，原料来源广，工艺简便，因而生产成本低；它还具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。因此，在今后相当长的时间内，水泥混凝土仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。但是，在混凝土出现至今的170多年间，大量的混凝土由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服务年限；这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于结构的耐久性不足而导致的。
国内外的统计资料表明，由于混凝土的耐久性病害而导致的经济损失是非常巨大的，并且耐久性问题会越来越严重。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋的防护节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。过去由于忽视对混凝土耐久性的研究，给我们带来了沉重的教训。水泥基材料缺乏较高的耐久性能，给工程结构埋下了潜在的隐患，给国家和人民的生命财产造成巨大损失。经过工程事故的警示，人们逐渐开始认识到混凝土的耐久性将直接影响结构物的安全性和使用性能，必须以材料的耐久性为主要目标进行原材料选择和配比设计，研制出具有超高强度和超高性能的新型混凝土材料，这对工程界具有重大的现实意义。
在上世纪80年代出现了两种超高性能材料，即DSP材料(含均匀分布超细颗粒的致密系统)和MDF材料(无宏观缺陷水泥)，在这两种材料的基础上，科学家研制出了早期的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)。这种RPC具有很高的强度，但是其缺陷也是比较明显的，比如其制备工艺比较复杂，造价昂贵，成型以后试样的自收缩比较大等等。因此，结合我国的实际国情，研制造价比较低廉、制备工艺相对简单的RPC材料是本项发明的重要出发点。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要改善目前国内混凝土材料长期耐久性能无法保障的难题，提供一种能够在多个方面综合改善各种结构工程耐久性的掺矿渣活性粉末混凝土。
技术方案：本发明混凝土各组分相对硅酸盐水泥的重量比例为：
硅酸盐水泥：1
矿渣：      0.40～0.60
硅粉：      0.20～0.35
石英粉：    0.20～0.35
河砂：      1.20～1.60
水：        0.20～0.28
减水剂：    0.02～0.03
硅酸盐水泥的标号应在52.5级以上。
矿渣中CaO含量在35％～40％左右，组分的颗粒细度控制在4500～5000cm2/g之间。
硅粉的SiO2含量在95％以上。
石英粉的SiO2含量＞99％。
河砂应经过筛洗处理，其粒径应控制在0.16～0.63mm之间。
减水剂的减水率达到15％～20％。
根据具体工程需要可掺加钢纤维，钢纤维的掺量为0.015，指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比，钢纤维的形状为波浪型或弯钩型，长/径比为50，抗拉强度≥380MPa。
有益效果：本项发明的特点在于：
(1)剔除传统混凝土材料中的粗骨料，以经过筛选处理的河砂和石英粉作为材料中的主要骨料成分，骨料粒径不超过600μm，这样可使材料中出现孔隙和裂缝等的可能性大大降低，同时也提高了材料的均质性。
(2)优化颗粒级配，选取不同粒径范围的组分以达到材料堆积上的最优组合。在本项发明中，河砂的粒径范围为150～600μm，水泥和矿渣的粒径范围在20～80μm，石英粉和硅粉的粒径则在10μm以下，因此较一般的混凝土材料而言可以形成更为密实的结构。
(3)掺入钢纤维，以提高材料的力学性能。在本项发明中，可根据工程具体需求掺加一定量的钢纤维，钢纤维为波浪型，可以提高胶凝材料对其产生的握裹能力。掺入钢纤维的RPC材料，不仅其韧性大大加强，其抗压强度和抗折强度也有很大的提高。
(4)材料样品成型以后，采用热养护手段，以改善混凝土的微观结构。
(5)使用矿渣和硅粉等工业废料，替代材料中的部分水泥，可以减少工程中的水泥用量，使得材料更趋于环保型。
(6)掺入矿渣的RPC材料与一般的RPC材料比较，在抵抗硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀以及各种酸性物质侵蚀方面，具有明显的优势。
(7)所配制的RPC材料，其抗压强度在120MPa以上，抗折强度在20MPa以上，这种力学性能远高于一般的高强混凝土。
具体实施方式
实施实例1
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1          矿渣：0.5
硅粉：0.3        石英粉：0.3
河砂：1.5        水：0.25
钢纤维：0.015    减水剂：0.025
其中，钢纤维的掺量指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比。
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。然后加入一半钢纤维用量，搅拌3min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。
实施实例2
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1      矿渣：0.5
硅粉：0.3    石英粉：0.3
河砂：1.5    水：0.25
减水剂：0.025
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。
实施实例3
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1          矿渣：0.4
硅粉：0.3        石英粉：0.3
河砂：1.5        水：0.25
钢纤维：0.015    减水剂：0.03
其中，钢纤维的掺量指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比。
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。然后加入一半钢纤维用量，搅拌3min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。
实施实例4
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1          矿渣：0.6
硅粉：0.3        石英粉：0.3
河砂：1.5        水：0.25
钢纤维：0.015    减水剂：0.02
其中，钢纤维的掺量指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比。
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。然后加入一半钢纤维用量，搅拌3min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。
实施实例5
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1          矿渣：0.5
硅粉：0.2        石英粉：0.2
河砂：1.5        水：0.25
钢纤维：0.015    减水剂：0.03
其中，钢纤维的掺量指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比。
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。然后加入一半钢纤维用量，搅拌3min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。
实施实例6
相对硅酸盐水泥的重量比例为：
水泥：1          矿渣：0.5
硅粉：0.3        石英粉：0.3
河砂：1.3        水：0.28
钢纤维：0.015    减水剂：0.03
其中，钢纤维的掺量指的是钢纤维的体积与材料制备成型后的体积的比。
按要求称量各组份，将水泥、河砂、矿渣、硅粉及石英粉倒入搅拌锅中，干拌1min。将需要的减水剂和水混和，先在搅拌锅中加入一半用水量，搅拌3min。再加入另一半用水量，搅拌3min。然后加入一半钢纤维用量，搅拌3min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3min。
成型试模采用标准水泥胶砂三联试模，尺寸为40mm×40mm×160mm。拌和物注入后，在震动台上振捣180s。试件成型后，将其放入养护箱内养护(温度(20？1)℃，湿度＞90％)，24h后拆模。随后放入90℃水中热养护3d。热养护完毕以后待其自然冷却到室温，然后再放入水中养护至28d即可。

Claims (8)

1.一种掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于该混凝土各组分相对硅酸盐水泥的重量比例为：
硅酸盐水泥：1
矿渣：      0.40～0.60
硅粉：      0.20～0.35
石英粉：    0.20～0.35
河砂：      1.20～1.60
水：        0.20～0.28
减水剂：    0.02～0.03。
2.如权利要求1所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于该混凝土中掺入钢纤维，钢纤维的掺入体积与该混凝土制备成型后的体积的比为0.015，钢纤维的形状为波浪型或弯钩型，长/径比为50，抗拉强度≥380MPa。
3.如权利要求1或2所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于硅酸盐水泥的标号应在52.5级以上。
4.如权利要求1或2所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于矿渣中CaO含量在35％～40％之间，组分的颗粒细度控制在4500～5000cm2/g之间。
5.如权利要求1或2所述的矿渣活性粉末混凝土，其特征在于硅粉的SiO2含量在95％以上。
6.如权利要求1或2所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于石英粉的SiO2含量＞99％。
7.如权利要求1或2所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于河砂应经过筛洗处理，其粒径应控制在0.16～0.63mm之间。
8.如权利要求1或2所述的掺矿渣活性粉末混凝土，其特征在于减水剂的减水率达到15％～20％。
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