CN101279832A - 一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土 - Google Patents

一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土。一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，其特征在于它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58～0.7，水泥1～1.5，粉煤灰和矿粉0.30～0.36，砂2.37～2.99，混合粗集料3.79～4.6，减水剂0.01～0.25；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50～70％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：30～50％；所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石40～80％，卵石10～30％，高炉矿渣10～30％。本发明具有低成本、高性能、利于环保的特点。

Description

一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土
技术领域
本发明涉及一种混凝土。
背景技术
近年来，随着建筑业的迅速发展，造成水泥、砂、石、外加剂等各种混凝土原材料的价格上涨，这对商品混凝土的成本造成了很大的冲击。目前由于生产商品混凝土的厂家众多，在市场竞争激烈、商品混凝土的价格无法上涨的前提下继续使用传统的混凝土配合比必定不能使企业达到做大做强的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、高性能的混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，其特征在于它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58～0.7，水泥1～1.5，粉煤灰和矿粉0.30～0.36，砂2.37～2.99，混合粗集料3.79～4.6，减水剂0.01～0.25；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50～70％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：30～50％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石40～80％，卵石10～30％，高炉矿渣10～30％，所述碎石的粒径为5～31.5mm，卵石的粒径为5～31.5mm，高炉矿渣的粒径为5～31.5mm。
所述的原料包括早强剂，早强剂的重量配比(kg/m3)为：0.01～0.015。
所述的原料包括防冻剂，防冻剂的重量配比(kg/m3)为：0.02～0.045。
所述的水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥或强度等级42.5的硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％。
所述的矿粉为：细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。
所述的减水剂为萘系高效减水剂，减水率为20％～25％，粉状。
所述的早强剂为FDN-B型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-40min、终凝-55min)，粉状。
所述的防冻剂为FDN-A型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-45min、终凝-60min)，粉状。
传统的混凝土配合比是单一的使用碎石或卵石做为粗集料。根据原国家冶金工业部标准YBJ205-84及一冶企业标准《混凝土用高炉矿渣碎石质量标准》，矿渣碎石可用于一般工业与民用建筑和构筑物的强度等级为C40和C40以下的混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土。通过试验发现，在混凝土中单一使用高炉矿渣做为粗集料，由于高炉矿渣的吸水率大，造成混凝土泵送性能较差，尤其是在泵送距离较长的情况下，混凝土坍落度的损失较大，不利于混凝土的施工作业；在混凝土中单一使用卵石做为粗集料的混凝土，虽然泵送性能较好，但由于卵石的表面光滑，使得与混凝土胶凝材料的结合较差，必然使得混凝土中水泥的用量较大；在混凝土中单一使用碎石做为粗集料的混凝土，虽然能避免前两种粗集料的缺点，但由于目前碎石的价格上涨，使得混凝土的成本较高。而将以上三种粗集料同时在混凝土中使用，不但可以互相弥补缺陷，而且可以降低生产成本。
作为工业废料的粉煤灰充分利用不仅利于环保，而且粉煤灰价格低廉，并具有潜在的火山灰活性，合理选用外加剂并使各组分优化组合，可以极大地激发粉煤灰活性效应。而高炉矿渣粉由于在化学成分、细度、颗粒形态等方面存在着差异，如果共同掺入到混凝土中后有可能相互激发、相互补充，产生一定的叠加效应，其根本原因在于在水泥粉体中加入不同细度的矿物掺合料时使得粉体内部的颗粒级配更趋合理，达到了更紧密填充的效果。粒化高炉矿渣微粉具有潜在水硬性，是水泥与混凝土的优质混合材料，随着粉磨工艺的发展及预拌混凝土的兴起，细磨粒化高炉矿渣(微粉)作为混凝土掺合料得以广泛的利用。粉煤灰、高炉矿渣粉的颗粒形态大部分呈玻璃微珠态，所以在混凝土中能起到减水致密作用，在混凝土硬化过程中，水泥熟料的矿物水化反应在先，并在水化反应过程中生成Ca(OH)2，粉煤灰的火山灰活性效应使其能与Ca(OH)2进行二次水化反应，生成水化凝胶，而粉煤灰的水化产物又为水泥熟料中的矿物水化提供了更多的水化产物，粉煤灰的二次水化与水泥中矿物水化交替进行，相辅相成，促进了强度增长。粉煤灰和高炉矿渣粉的微细颗粒均匀分布于水泥浆体中，象微集料一样，形成硬化浆体，该浆体中水泥熟料与微集料复合，起到了复合增强效果配制出高强度、高流动性、高耐久性混凝土。
本发明具有如下有益效果：
1)、选用高炉矿渣、卵石，减少碎石用量，不但降低了成本，而且其各项性能不低于碎石混凝土。另外混凝土以活性矿物掺合料(高炉矿渣微粉与粉煤灰)取代了部分水泥，从而降低了生产成本，增加了企业效益，每立方米混凝土的生产成本可在传统混凝土的基础上降低20元。
2)、粉煤灰是电厂生产的副产品，使用粉煤灰也是促进环保、减少空气污染的一种措施，矿渣属于工业废料，通过对工业废料的再加工利用，也是减少环境污染的最好方法。
本发明使用范围：一般工业与民用建筑和构筑物的强度等级为C30和C30以下的混凝土、钢筋混凝土。
附图说明
图1是粉煤灰、矿粉复掺对水化热的影响图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.7，水泥1，粉煤灰和矿粉0.36，砂2.99，混合粗集料4.6，减水剂0.01；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：60％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：40％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石50％，卵石25％，高炉矿渣25％，所述碎石的粒径为5～31.5mm，卵石的粒径为5～31.5mm，高炉矿渣的粒径为5～31.5mm。
上述一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土的制备：
1)、原材料准备：
混合粗集料：将碎石50％、卵石25％、高炉矿渣25％按重量比例混合均匀(粒径5-31.5mm，压碎指标≤18，其余技术指标参照GB/T14685-2001)；
细集料：砂(河砂、细度模数2.4-3.0)；
水泥：42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％；
磨细矿粉：S95细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。；
减水剂FDN：萘系磺酸盐FDN(FDN-500高效减水剂)，减水率20％以上；
2)、按表1的比例搅拌强度等级C25混凝土：
表1，单位：kg/m3，
  水   水泥  粉煤灰+矿粉   砂   碎石   卵石   矿渣   减水剂
  0.7   1  0.36   2.99   2.30   1.15   1.15   0.01
该混凝土应用于武钢二炼钢易地改造工程，现场检测坍落度17cm，和易性、流动度良好，在泵送过程中一直保持良好状态，未发生堵泵现象，经检测，3天强度19.8Mpa、7天强度25.4Mpa、28天强度36.7Mpa、60天强度45.8Mpa，其强度值较单一粗集料混凝土相比均高出6-10Mpa。
实施例2：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58，水泥1，粉煤灰和矿粉0.30，砂2.37，混合粗集料3.79，减水剂0.01；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣混合而成，各组份所占重量百分比为：碎石49.87％，卵石25.065％，高炉矿渣25.065％，所述碎石的粒径为5～31.5mm，卵石的粒径为5～31.5mm，高炉矿渣的粒径为5～31.5mm。
上述一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土的制备：
1)、原材料准备：
混合粗集料：将碎石50％、卵石25％、高炉矿渣25％按重量比例混合均匀(粒径5-31.5mm，压碎指标≤18，其余技术指标参照GB/T14685-2001)；
细集料：砂(河砂、细度模数2.4-3.0)；
水泥：42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％；
磨细矿粉：S95细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。；
减水剂FDN：萘系磺酸盐FDN(FDN-500高效减水剂)，减水率20％以上；
2)、按表2的比例搅拌强度等级C30混凝土：
表2，单位：kg/m3，
  水   水泥  粉煤灰+矿粉   砂   碎石   卵石   矿渣   减水剂
  0.58   1  0.30   2.37   1.89   0.95   0.95   0.01
该混凝土应用于武钢高速重轨工程中某设备基础，现场检测坍落度18cm，和易性、流动度良好，经检测，3天强度22.3Mpa、7天强度29.8Mpa、28天强度43.4Mpa、60天强度64.2Mpa，其强度值较单一粗集料混凝土相比均高出5-11Mpa。
技术参数分析，通过试验得出如下技术参数：
1)、不同减水剂对水泥的适应性不同。萘系减水剂是我国目前生产量最大，使用最广的高效减水剂(占减水剂用量的70％以上)，其特点是减水率较高(15％～25％)，不引气，对凝结时间影响小，与水泥适应性相对较好，能与其他各种外加剂复合使用，价格也相对便宜。
2)、用泵送混凝土的砂率采用38-42％，和易性好，强度发展正常。
3)、复合矿物胶结材掺量占总胶材的28-41％，3天、7天、28天、60天强度均超过空白。(以粉煤灰掺量占总胶材15％为空白)见表3；所述的复合矿物胶结材是指粉煤灰和矿粉，所述的总胶材是指水泥、粉煤灰和矿粉。
表3，
Figure A20081004754900061
4)、冬季气温0-10℃，与早强剂配合使用，复合矿物胶结材掺量选择32-35％，强度可满足现场施工及设计要求。
5)、0至-5℃掺防冻剂(加在减水剂池中复合)，搅拌方便，混凝土性能良好。
6)、本发明粘聚性好，减小了混凝土离析及泌水，增加了密实性，因而提高了抗渗性能，室内试验试块及现场检验试块均大于设计P6、P8要求。
7)、本发明增加了混凝土耐久性，90天强度比28天高5-10Mpa，一般都在8-12Mpa。随龄期增长，强度仍会不断增加。
8)、本发明选用矿渣及卵石骨料，既降低了成本，而其各项性能不低于碎石混凝土。
9)、粉煤灰、矿粉复掺对水化热的影响，粉煤灰、矿粉复掺对水化热影响的比对配合比，见表4。
表4
Figure A20081004754900071
表中的FA为粉煤灰代号，SG为矿粉代号；
表中所有代号后面的数字为矿物掺合料的用量。
目前国内一般系统研究了粉煤灰、矿粉单掺对水泥水化放热的影响，缺乏粉煤灰、矿粉复掺对水泥水化放热系统研究，本发明中针对二者复掺进行了进一步研究。实验结果如图1：
1)当粉煤灰与矿粉掺量相同时，放热曲线如5#和8#，发现明显掺矿粉的水泥水化速率要高于掺粉煤灰，出现最高温峰时间矿粉早于粉煤灰，最高温峰也较粉煤灰高，说明矿粉发生二次水化反应早于粉煤灰。
2)当二者复掺取代水泥量为40％时，与粉煤灰、矿粉各单掺40％比较，如曲线5、8、12#，由于粉煤灰水化活性较矿粉差，矿粉复掺粉煤灰相对单掺矿粉能够降低拌合物水化速率，然而对于出现最高温峰时间延长较小(在2h以内)。
3)在矿粉取代水泥60％时，可以看出相对取代水泥40％(单掺或复掺)，水化最高温峰要明显较低，然而出现最高温峰时间比单掺40％矿粉略长，比单掺粉煤灰及复掺要短，即单掺60％矿粉不会较长时间延长拌合物水化放热时间见曲线8、9#。
4)当粉煤灰、矿粉复掺达到60％时，如曲线13#，明显看出相比单掺60％矿粉9#，水化最高温峰基本相同，但出现最高温峰时间明显延长达5h，即当取代水泥量达60％时，掺加20％的粉煤灰能够明显延长拌合物水化放热时间。
因此采用：粉煤灰和矿粉重量配比(kg/m3)为：0.30～0.36。
本发明产品的各种优越性能已得到实践证实，特别是在提高混凝土的强度、控制混凝土水化热以及降低生产成本方面显示了很强的优越性。
实施例3：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58，水泥1，粉煤灰和矿粉0.30，砂2.37，混合粗集料3.79，减水剂0.01；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：70％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：30％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石40％，卵石30％，高炉矿渣30％，所述碎石的粒径为5mm，卵石的粒径为5mm，高炉矿渣的粒径为5mm。
所述的水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％。
所述的矿粉为：细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。
所述的减水剂为萘系高效减水剂(FDN-500高效减水剂)，减水率为20％～25％，粉状。
上述一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土的制备：按上述配比选取原料，搅拌混合产品。
实施例4：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.7，水泥1.5，粉煤灰和矿粉0.36，砂2.99，混合粗集料4.6，减水剂0.25；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石80％，卵石10％，高炉矿渣10％，所述碎石的粒径为5～31.5mm，卵石的粒径为5～31.5mm，高炉矿渣的粒径为5～31.5mm。
所述的水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％。
所述的矿粉为：细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。
所述的减水剂为萘系高效减水剂(FDN-500高效减水剂)，减水率为20％～25％，粉状。
上述一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土的制备：按上述配比选取原料，搅拌混合产品。
实施例5：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料、减水剂、早强剂和防冻剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58，水泥1，粉煤灰和矿粉0.30，砂2.37，混合粗集料3.79，减水剂0.01，早强剂0.01，防冻剂0.02；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石40％，卵石30％，高炉矿渣30％，所述碎石的粒径为5mm，卵石的粒径为5mm，高炉矿渣的粒径为5mm。
所述的水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％。
所述的矿粉为：细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。
所述的减水剂为萘系高效减水剂(FDN-500高效减水剂)，减水率为20％～25％，粉状。
所述的早强剂为FDN-B型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-40min、终凝-55min)，粉状。
所述的防冻剂为FDN-A型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-45min、终凝-60min)，粉状。
实施例6：
一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料、减水剂、早强剂和防冻剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.7，水泥1.5，粉煤灰和矿粉0.36，砂2.99，混合粗集料4.6，减水剂0.25，早强剂0.015，防冻剂0.045；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：70％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：30％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石80％，卵石10％，高炉矿渣10％，所述碎石的粒径为31.5mm，卵石的粒径为31.5mm，高炉矿渣的粒径为31.5mm。
所述的水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为：细度为45μm方孔筛余量≤20％，烧失量≤8％，需水量比≤105％。
所述的矿粉为：细磨粒化高炉矿渣微粉，比表面积≥350m2/kg、流动度比≥90％，活性指标R7≥75，R28≥95。
所述的减水剂为萘系高效减水剂(FDN-500高效减水剂)，减水率为20％～25％，粉状。
所述的早强剂为FDN-B型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-40min、终凝-55min)，粉状。
所述的防冻剂为FDN-A型，水不溶物≤4％，凝结时间(初凝-45min、终凝-60min)，粉状。
所有的萘系高效减水剂都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，其特征在于它主要由水、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、混合粗集料和减水剂原料搅拌混合而成，各原料的重量配比(kg/m3)为：水0.58～0.7，水泥1～1.5，粉煤灰和矿粉0.30～0.36，砂2.37～2.99，混合粗集料3.79～4.6，减水剂0.01～0.25；其中，粉煤灰占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：50～70％，矿粉占粉煤灰和矿粉的重量百分比为：30～50％；
所述的混合粗集料由碎石、卵石和高炉矿渣组成，各组份所占重量百分比为：碎石40～80％，卵石10～30％，高炉矿渣10～30％，所述碎石的粒径为5～31.5mm，卵石的粒径为5～31.5mm，高炉矿渣的粒径为5～31.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，其特征在于：所述的原料包括早强剂，早强剂的重量配比(kg/m3)为：0.01～0.015。
3.根据权利要求1所述的一种混合粗集料的复合矿物掺合料混凝土，其特征在于：所述的原料包括防冻剂，防冻剂的重量配比(kg/m3)为：0.02～0.045。
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