CN101323515B - 具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法具体涉及超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法,主要用于高层建筑、大跨径桥梁、高速铁路、大型隧道、海洋石油平台、核电工程、防护工程等大型土木工程,各组分及其质量百分比为:水泥11.9~16.2%,复合工业废渣4.2~12.2%,高效减水剂0.25~0.58%,保水增稠引气组分掺量0.16~0.25%,水4.8~5.7%,砂26.7~29.4%,石41.6~44.3%。其中,胶凝材料总量(水泥和各种工业废渣的总和)500~615kg,复合工业废渣占胶凝材料总量的20~50%,水胶比0.20~0.28,高效减水剂占胶凝材料总量的1.1~2.5%,保水增稠引气组分占胶凝材料总量的0.8~1.0%,砂率38~40%。

Description

具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及超高泵送性能的超高强混凝土及其制备 方法,主要用于高层建筑、大跨径桥梁、高速铁路、大型隧道、海洋石油平台、核电工程、防护 工程等大型土木工程。
背景技术
[0002] 混凝土是世界上用量最大的人造建筑材料,每年生产量高达70亿m3以上,用其修 建的大坝、桥梁、机场、公路、隧道、港口码头、海上海下建筑、地下建筑、工业及民用建筑等 基础工程占全世界总财富的70%左右。随着世界经济的迅猛发展,城市化进程快速推进, 城市土地资源越来越紧缺,建筑高层化已成为发展必然趋势;另外,人类生活水平也日益提 高,需要大量能源和资源来支持,这就要求人类不断向海洋进军、向天空探索、向地下挖掘。 因此,大量的高层建筑、大跨径桥梁、高速铁路、大型隧道、海洋石油平台、核电工程、防护工 程等混凝土结构工程已经建成或正在施工建设或正在规划。仅以高层建筑为例,截止到 2007年底,全世界已建成的400米以上的高楼有6座:(1)台北101 (509米),(2)上海环球 金融中心(492米),(3)吉隆坡的双子星塔(452米),(4)芝加哥的希尔斯大廈(442米), (5)上海的金茂大廈(420.5米),(6)香港的国际金融中心(415米);目前正在施工建设的 400米以上的高层建筑有12座:⑴迪拜的Burj Dubai大厦(705米),⑵釜山乐天大厦 (494米),(4)麦加Abraj Al Bait大厦(485米),(4)香港环球贸易广场(484米),(5)南 京绿地紫峰大厦(450米),(6)迪拜Dubai TowersDoha (445米),(7)广州西塔(432米), (8)莫斯科联盟大厦(432米),(9)迪拜王子大厦(420米),(10)大连国贸中心(420米), (11)芝加哥凯旋国际大酒店(415. 1米),(12)科威特Al Hamra大厦(400米);已在规划 的有几十座。这些大型的建筑结构的建造一方面需要混凝土的设计强度高达C80〜C100, 另一方面,需要混凝土要有良好的工作性能,可以一级泵送垂直高度达到400m以上。然而 目前常用的超高强混凝土是通过提高水泥标号和用量、掺加硅灰、降低水胶比(有时达到 0. 20以下)和使用高效减水剂获得,混凝土拌合物流动性差、坍落度损失快、粘度大、容易 板结和扒底,泵送非常困难,目前一级泵送高程达到IOOm的ClOO超高强混凝土比较少见, 至于400m泵送高程的ClOO混凝土未见公开报道。因此,如何确保高强混凝土高强的同时 还易于泵送,始终是高强混凝土推广应用的技术难题。
[0003] 另外,水泥生产和工业废渣是消耗能源、资源和破坏生态环境的重要因素,2007年 我国水泥产量高达13. 6亿吨,占全世界总产量的50%以上,即使如此仍不能满足经济快速 发展的需要。然而硅酸盐水泥生产采用“两磨一烧”工艺,消耗大量不可再生的煤、石油、 天然气等能源,其能耗占世界总能耗15%左右;同时,还消耗大量的石灰石、铁矿石和粘土 等不可再生的自然资源,专家预测我国用于生产硅酸盐水泥的优质石灰石矿山资源在未来 50〜100年将消耗殆尽;另外,水泥生产过程中还排放出巨大量的产生温室效应的CO2,生 产1吨水泥熟料向大气中排放约1吨的CO2,目前由于生产水泥所产生的CO2等有害气体积 存量已达200亿吨之巨,对环境的影响已无法估计。另一方面工业废渣累积堆放量超过100亿吨。以引人注目的粉煤灰和矿渣为例,我国粉煤灰年产量目前约3亿吨,矿渣产量约1亿 吨,这不仅加剧对环境的污染,也造成了资源的巨大浪费。因此,利用材料科学理论,充分发 挥工业废渣的形态效应、火山灰效应和填充效应,使用新一代聚羧酸高效减水剂和保水增 稠引气组分,采用常规原材料和普通生产工艺,制备低成本、高性能并适于规模化生产的具 有超高泵送高度的大流动性超高强混凝土,对于节省能源、资源,保护生态环境,提高水泥 混凝土材料的各项重要性能,具有重要的现实意义和实际应用价值。
发明内容
[0004] 技术问题:本发明的目的是提供一种具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备 方法,针对现有技术中存在的不足和缺陷,利用我国资源丰富的粉煤灰、矿渣工业废渣和少 量硅灰,经合理复合大量取代水泥,再通过使用减水率35%以上的聚羧酸类高效外加剂和 保水增稠引气组分,制备出泵送高程可达400m以上的C80〜ClOO超高强混凝土。
[0005] 技术方案:聚羧酸类外加剂具有很高的减水率,吸附在水泥颗粒的表面,利用空间 位阻效应来充分分散水泥颗粒,使W/B = 0. 20的混凝土拌合物仍具有良好的流动性,同时 其表面张力也较小,因此掺加聚羧酸类外加剂的混凝土的粘度也较低,在一定程度上减少 了超高强混凝土的粘稠、扒底的问题。保水增稠引气组分中的保水增稠组分可以保持超高 强混凝土中的拌合水在泵送过程中不被迅速挤出,引气组分可以产生大量分布均勻的微小 气泡,润滑超高强混凝土拌合物的流动性能。复合工业废渣中的粉煤灰为光圆的球形体,起 “滚珠”作用,可明显提高混凝土的流动性能;磨细矿渣粉为表面致密的玻璃体,有一定的减 水效果;硅灰是粒径非常细小的球形颗粒,可以填充水泥颗粒间和集料-基体界面区,同时 其火山灰活性较高,具有明显的增强作用。再通过适当提高砂率,使用粒形圆滑的碎石和河 砂,制备出泵送高程可达400m以上的C80〜ClOO超高强混凝土。
[0006] 本发明具有超高泵送性能的超高强混凝土各组分的质量百分比为:
[0007]水泥 11. 9 〜16. 2%
[0008] 复合工业废渣 4. 2〜12. 2%
[0009] 高效减水剂 0.25〜0.58%
[0010] 保水增稠引气组分 0.16〜0.25%
[0011]水 4. 8 〜5. 7%
[0012]砂 26. 7 〜29. 4%
[0013]石 41. 6 〜44.3%。
[0014] 所述的水泥是强度等级42. 5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
[0015] 所述的复合工业废渣是超细粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰的任意两种或三种材料的 混合物。
[0016] 所述的高效减水剂是减水率35%以上的聚羧酸类外加剂。
[0017] 所述的保水增稠引气组分是由木质素纤维、纤维素醚、脂肪醇硫酸钠和偏高岭土 混合均勻而成,各组分所占比例为:
[0018] 木质素纤维 14. 1〜44.
[0019] 纤维素醚 3. 3〜6.1%
[0020] 脂肪醇硫酸钠 2. 3〜4. 7%[0021]偏高岭土 46. 9 〜80.1%。
[0022] 所述的砂是最大粒径5mm的普通黄砂或河砂,含泥量< 2%。
[0023] 所述的石是高强的玄武岩碎石、辉绿岩碎石、石灰岩碎石的一种,含泥量< 1%,针 片状含量彡5%,压碎值彡5%。
[0024] 按配方比例称取所需的水泥、复合工业废渣、砂、石,干搅1分钟,使它们均勻地混 合在一起成混合干料;然后按配方比例称取高效减水剂、保水增稠引气组分和水,将其在容 器中混合均勻成所需的水剂;将配制好的水剂缓慢加入到混合均勻的混合干料中,在搅拌 机中搅拌成均勻的大流动性混凝土。
[0025] 有益效果:与国内外同类技术相比,该项成果具有以下特色:(1)本发明所使用的 原材料全部为普通混凝土制备过程中所用的常规材料,原材料易得,价格低廉。(2)本发明 的超高强混凝土具有良好的流动性能,可以一级泵送高程达400mm,适于密集配筋、形状复 杂的高层建筑、大跨径结构等大型土木工程领域。
具体实施方式
[0026] 本发明的具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法,是由七大组分组成, 其比例为:
[0027]水泥 11. 9 〜16. 2%
[0028] 复合工业废渣 4. 2〜12. 2%
[0029] 高效减水剂 0.25〜0.58%
[0030] 保水增稠引气组分 0.16〜0.25%
[0031]水 4. 8 〜5. 7%
[0032]砂 26. 7 〜29. 4%
[0033]石 41. 6 〜44. 3%
[0034] 1、水泥:水泥是强度等级42. 5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
[0035] 2、复合工业废渣:由超细粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰的两种或三种组成的混合物。 其中,超细粉煤灰是火力发电厂工业副产品,要求需水量比<95%,烧失量< 5%,比表面 积彡600m2/kg ;磨细矿渣粉是炼铁厂工业副产品,要求比表面积> 600m2/kg ;硅灰是硅合金 厂工业副产品,要求SiO2含量彡90%,比表面积彡15000m2/kgo
[0036] 3、高效外加剂:减水率> 35%的聚羧酸类外加剂。
[0037] 4、保水增稠引气组分:是由于木质素纤维、纤维素醚、脂肪醇硫酸钠和偏高岭土混 合均勻而成,各组分所占比例为:木质素纤维14. 1〜44. 1%、纤维素醚3. 3〜6. 1%、脂肪 醇硫酸钠2. 3〜4. 7%、偏高岭土 46. 9〜80. 份。其中木质素纤维为絮状木质纤维;月旨 肪醇硫酸钠在市售工业纯脂肪醇硫酸钠;纤维素醚为甲基羟乙基纤维素醚或甲基羟丙基纤 维素醚中的一种,粘度为30000〜50000mPa · S ;偏高岭土的比表面积为8000〜15000m2/
kg 。
[0038] 5、砂:如河砂、黄砂,要求所用材料的细度≤ 5mm,含泥量≤ 2%。
[0039] 6、石:玄武岩碎石、辉绿岩碎石、石灰岩碎石的一种,要求所用材料连续级配、颗粒 粒径5〜20mm,含泥量≤ 1 %,针片状含量≤ 5 %,压碎值≤ 5 %。
[0040] 7、本发明提出的具有超高泵送性能的超高强混凝土及其制备方法,具体步骤如下:
[0041] (1)按配方比例称取所需的水泥、复合工业废渣、砂、石,干搅1分钟,使它们均勻地混合在一起;(2)按配方比例称取高效减水剂、保水增稠引气组分和水,将其在容器中混 合均勻;(3)将配制好的水剂缓慢加入到混合均勻的干料中,在搅拌机中搅拌成均勻的大 流动性混凝土。
[0042] 结合本发明内容提供以下实施例:
[0043] 具于超高泵送高度的超高强混凝土是由水泥、复合工业废渣、高效减水剂、保水增 稠引气组分、砂、石和水按一定比例混合均勻而成,根据应用需要,通过调整发明配方,可以 获得所需要的性能。
[0044] 本发明的制备方法是:(1)按配方比例称取所需的水泥、复合工业废渣、砂、石,干 搅1分钟,使它们均勻地混合在一起;(2)按配方比例称取高效减水剂、保水增稠引气组分 和水,将其在容器中混合均勻;(3)将配制好的水剂缓慢加入到混合均勻的干料中,在搅拌 机中搅拌成均勻的大流动性混凝土。
[0045] 实施例1-10,本发明不限于以下实施例:
[0046] 采用江南小野田P. 1142. 5硅酸盐水泥,细度模数M = 2. 8的赣州中粗河砂,南京 六合的5〜20mm连续级配玄武岩碎石,江苏省建科院减水率35 %以上的聚羧酸高效减水 齐U、南通华能I级粉煤灰、上海埃肯的硅灰、江南水泥厂的比表面积600m2/kg的S95磨细矿
渣。泵送使用“三一”拖泵。
[0047] Im3超高强混凝土中各组分用量如表1所示,对应的物理性能、泵送性能和力学性 能如表2所示。
[0048] 表1超高强混凝土各组分用量
[0049]
<table>table see original document page 6</column></row> <table>[0050] 表2超高强混凝土物理性能、泵送性能和力学性能
[0051]<table>table see original document page 7</column></row> <table> [0052] 上述实施例的结果如下:
[0053] 1、本发明配制的具有超高泵送性能的C80〜ClOO超高强混凝土 :水泥用量295〜 398kg,胶凝材料总用量500〜615kg,复合工业废渣掺量20〜50% (占胶凝材料总量),水 胶比0. 20〜0. 28,高效减水剂掺量1. 1〜2. 5% (占胶凝材料总量),保水增稠引气组分掺 量0. 8〜1. 0% (占胶凝材料总量),用水量118〜140kg,砂率38〜40%。
[0054] 2、本发明配制的超高强混凝土的坍落度215〜255mm,扩展度450〜710mm,含气 量3. 8〜5. 2%,可以一级泵送高程达到400m以上,28天抗压强度99〜119MPa。

Claims (7)

  1. 一种具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,各组分的质量百分比为:水泥                    11.9~16.2%复合工业废渣            4.2~12.2%高效减水剂              0.25~0.58%保水增稠引气组分        0.16~0.25%水                      4.8~5.7%砂                      26.7~29.4%石                      41.6~44.3%;所述的保水增稠引气组分是由木质素纤维、纤维素醚、脂肪醇硫酸钠和偏高岭土混合均匀而成,各组分所占比例为:木质素纤维    14.1~44.1%纤维素醚      3.3~6.1%脂肪醇硫酸钠  2.3~4.7%偏高岭土      46.9~80.1%。
  2. 2.如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,所述的水泥 是强度等级42. 5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
  3. 3.如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,所述的复合 工业废渣是超细粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰的任意两种或三种材料的混合物。
  4. 4.如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,所述的高效 减水剂是减水率35%以上的聚羧酸类外加剂。
  5. 5.如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,所述的砂是 最大粒径5mm的普通黄砂或河砂,含泥量< 2 %。
  6. 6.如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土,其特征在于,所述的石是 高强的玄武岩碎石、辉绿岩碎石、石灰岩碎石的一种,含泥量< 1%,针片状含量< 5%,压 碎值彡5%。
  7. 7. —种如权利要求1所述的具有超高泵送性能的超高强混凝土的制备方法,其特征在 于,按配方比例称取所需的水泥、复合工业废渣、砂、石,干搅1分钟,使它们均勻地混合在 一起成混合干料;然后按配方比例称取高效减水剂、保水增稠引气组分和水,将其在容器中 混合均勻成所需的水剂;将配制好的水剂缓慢加入到混合均勻的混合干料中,在搅拌机中 搅拌成均勻的大流动性混凝土。
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