CN101805139B - 用于高性能混凝土的复合掺合料 - Google Patents
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Abstract
本发明的高性能混凝土的复合掺合料，它包含高硅尾矿砂、粉煤灰、石灰石、沸石，其中各组分的重量百分比为：高硅尾矿砂25％，粉煤灰55％，石灰石12％，沸石8％。本发明提供一种用于高性能混凝土的复合掺合料，要解决现有高性能混凝土不能用高硅尾矿、原料成本高的问题，提高混凝土的强度与耐久性，减少环境污染、降低生产成本，保护自然生态环境，并促进矿产资源循环经济可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高性能混凝土的复合掺合料。
背景技术
传统混凝土主要原料的水泥工业是一种污染严重的不可持续发展的“夕阳工业”。现在世界各国纷纷制定了“绿色”建材的性能指标，“绿色”高性能混凝土(GHPC)这一全新概念被提了出来。所谓“绿色”即是在混凝土材料中尽可能地用其他材料来代替水泥，生产出性能更好，能耗更低，环境污染更小的新型混凝土。高性能混凝土是今后混凝土的发展方向，国外曾称之为21世纪混凝土。
高性能混凝土具备的特点：
1、尽可能少用水泥熟料，以减少对大气污染，降低天然资源与能源的消耗；2、尽可能多用工业废料或者其他材料作为掺合料，以改善环境，保持混凝土的可持续发展；3、使用各种化学和矿物外加剂，改善和提高混凝土质量及使用寿命。
高性能混凝土是一种能符合特殊性能综合与均匀性要求的混凝土，此种混凝土往往不能用常规的混凝土组分材料和通常的搅拌、浇捣和养护的习惯做法所获得。国际上，挪威于1986年首先对此进行了研究。由于高性能混凝土具有综合的优异技术特性，引起了国内外材料界与工程界的广泛重视与关注。十多年来，世界上许多国家相继投入了大量的人力、财力、物力进行该项研究与工业化开发及工程应用。
高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制、便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土。它具有高填充性、不离析、抗渗性、抗侵蚀性、体积稳定性。特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构，广泛用于高层结构、大跨度结构、高速公路桥梁的上部结构、剪力墙等。配制高性能混凝土的特点是低水胶比并掺有足够数量的矿物细掺合料和高效减水剂，从而使混凝土具有综合的优异的技术特性。掺入一定量的膨胀剂；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高弹性模量的纤维：选用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸盐水泥等等，减少并消除混凝土的自收缩发生。
高性能混凝土原材料选择不合理可能引起混凝土不合格、体积不稳定、外观等质量缺陷，同时使生产成本增大。本项技术，用强度等级42.SR的硅酸盐水泥，可以配制出实际强度超过100R混凝土。因此配制高性能混凝土不必强调水泥的强度等级。回转窑生产的42.SR的硅酸盐水泥或普通水泥质量稳定，强度波动小，是配制高性能混凝土优先选取的原材料。
发明内容
本发明提供一种用于高性能混凝土的复合掺合料，要解决现有高性能混凝土不能用高硅尾矿、原料成本高的问题，提高混凝土的强度与耐久性，减少环境污染、降低生产成本，保护自然生态环境，并促进矿产资源循环经济可持续发展。
本发明的高性能混凝土的复合掺合料，它包含高硅尾矿砂、粉煤灰、石灰石、沸石，其中各组分的重量百分比为：高硅尾矿砂25％，粉煤灰55％，石灰石12％，沸石8％。
技术创新点：
1、在工业废渣高硅尾矿制造高性能混凝土的方法，高硅尾矿成分特征、颗粒级配、复合效应、配方等方面进行筛选和优化，确定了最佳配方和工艺。
2、利用高硅尾矿掺合料所具有的独特的组成特点、结构和作用，充分发挥了自身和在活化剂的作用下所具有的胶凝性，产生叠加效应。
本发明所带来的积极效果是：
1.铁尾矿是一种矿山废弃物，它侵占耕地、污染环境有可能造成溃坝等危及生命财产的灾害性安全事故。将它作为工业原料加以利用可以减少其堆存量，减轻尾矿对生态环境的危害。
2.因为铁尾矿是一种矿山废弃物，所以它除了运输费用以外其它成本基本为零。将其用在高性能混凝土配合料中可以代替部分天然砂、硅粉、铁粉等常规原料可以等量取代混凝土中20％-35％的水泥；能够降低配合料成本20％以上，还大大提高了混凝土的强度与耐久性。总之，本发明带来的好处是提出了代替天然砂的新原料，能够减少环境污染、降低生产成本，保护自然生态环境。并促进矿产资源循环经济可持续发展。
具体实施方式
本发明的实施例如下
实施例1：
用P.o42.5级水泥(58Mpa)、高硅尾矿砂、碎石、粉煤灰S1、S2、高效减水剂，试配C110塑性高强度混凝土。
一.确定混凝土设计强度：Rs28＝1.15×100＝115MPa塑性高强度混凝土
二.确定混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：
碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.9尾矿人工砂；水泥比表面积4.3-10.6倍粉煤灰S1，S1比表面积4.3-10.3倍以上粉煤灰S2。
Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2680，Ps1＝Ps2＝1900
三.确定配制近单位体积(接近一立方米)混凝土主要组成材料的用量：e集＝40％，A＝0.8，W/C＝0.26
X＝2750×(0.8-0.4)＝1100kg
Y＝2700×(1-0.4)×0.4＝648kg
C灰＝2680×(1-0.4)×0.42＝257kg
C＝C胶+C灰＝138+257＝395kg
S1＝1900×395/257(1-0.4)×0.43＝112kg
S2＝1900×395/257(1-0.4)×0.44＝45kg
W＝(395+112+45)×0.26＝143..5kg
四.混凝土拌和物体积：V砼＝0.4+0.4×6+395/2680+157/1900+0.1435＝1.014M3
混凝土空隙率：e砼＝[(143.5-0.36×157)÷1014]×100％+1％＝9.58％
五.混凝土配制强度：m＝log 1.99.58＝3.521
R28＝4.1466×58×(1-)＝116.97Mpa＞Rs28＝115Mpa
六.确定减水剂用量：高效减水剂用量为水泥矿粉用量1.8％时，混凝土已表现出良好工作性，坍落度已经超过10CM。
七.确定混凝土拌和物理论配合比：
X∶Y∶C∶S1∶S2∶W∶J＝1100∶648∶395∶112∶45∶143.5∶10
试件28天抗压强度为112-121MPa，7d抗压强度89Mpa。
实施例2：
用P.o32.5级水泥(42.1Mpa)、高效减水剂、高硅尾矿砂、碎石，配制C50自密实混凝土。
一.确定混凝土设计强度：Rs28＝58Mpa自密实混凝土
二.混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.7，尾矿人工砂；Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2650；
三.确定配制近单位体积混凝土主要组成材料的用量：
e集＝50％，A＝0.8，W/C＝0.28；
X＝2750×(0.8-0.5)＝825kg
Y＝2700×(1-0.5)×0.5＝675kg
C灰＝2650×(1-0.5)×0.52＝331kg
C＝C胶+C灰＝138+331＝469kg
W＝469×0.28＝131.3kg
四.混凝土拌和物体积：V砼＝0.3+0.5×0.5+469/2650+0.1313＝0.858m3；
混凝土空隙率：e砼＝131.3/858＝15.3％；
五.混凝土配制强度：m＝log 1.915.3＝4.24996，
R28＝4.1466×42.1×(1-)＝62.3Mpa＞Rs28＝58Mpa
六.确定减水剂用量：当高效减水剂加到水泥用量2％时，上述配合比坍落度已经超过25CM，坍落扩展度已经达到60CM。
七.确定混凝土理论配合比：
X∶Y∶C∶W∶J＝825∶675∶469∶131.3∶9.4
对以上确定混凝土拌和物配合比，又分两种情况装入试模。
1.直接将拌制的6kg水泥量混凝土拌和物一次性加到一组15×15×15试模内，10分钟后多余混凝土从试模上流出，拆模后有可见气孔。7天强度41MPa，28天强度53MPa。
2.将拌制6kg水泥量混凝土拌和物分三次装入15×15×15一组试模内，每次间隔5-10分钟。装满试模后停5-10分钟沿试模周边各轻击十下，拆模后无可见气孔，7d强度为48MPa，28天强度为61-66MPa。
从例2可以看出，对自密实混凝土，装模速度将影响混凝土中空气逸出，降低混凝土强度。因此控制自密实混凝土装模速度是自密实混凝土施工应特别重视的一个问题。
实施例3：
用P.o42.5级水泥(50.1Mpa)、高效减水剂、高硅尾矿砂、碎石、粉煤灰、汽油配制C60塑性渗透混凝土，环境温度摄氏200C以上，渗水率0.001厘米/秒左右。
一.确定混凝土设计强度：Rs28＝69Mpa渗透混凝土
二.混凝土组成材料的颗粒直径及表观密度：
碎石颗粒直径05-10mm；细度模数大于2.7尾矿人工砂；水泥比表面积4.3-10.3倍磨细粉煤灰S1，S1比表面积4.3倍以上磨细粉煤灰S2。
Px＝2750，Py＝2700，Pc＝2680，Ps1＝Ps2＝1900，PH＝660
三.确定近单位体积混凝土主要组成材料的用量：
e集＝40％，A＝0.8，W/C＝0.28，
X＝2750×(0.8-0.4)＝1100kg
Y＝2700×(1-0.4)×0.4＝648kg
C灰＝2680×(1-0.4)×0.42＝257kg
C＝C胶+C灰＝138+257＝395kg
S1＝1900×395/257(1-0.4)×0.43＝112kg
S2＝1900×395/257(1-0.4)×0.44＝45kg
W＝(395+112+45)×0.26＝143.5kg
H＝5升重3.3kg
四.混凝土体积：V砼＝0.4+0.24+395/2680+157/1900+0.1435+0.005＝1.019M3；
混凝土空隙率：
e砼＝[(143.5-0.36×157+10×5)÷1019]×100％+1％＝14.44％
五.混凝土配制强度：m＝log 1.914.44＝4.1598，
R28＝4.1466×50.1×(1-)＝77.3Mpa＞Rs28＝69Mpa
六.确定混凝土减水剂用量：高效减水剂用量为水泥矿粉用量2％，混凝土已经有良好工作性。
七.确定混凝土理论配合比：X∶Y∶C∶S1∶S2∶W∶J∶H
＝1110∶648∶395∶112∶45∶143.5∶11∶5
混凝土试件28天抗压强度为74-79MPa，渗水率为10-3厘米/秒。
Claims (1)
1.一种用于高性能混凝土的复合掺合料，其特征在于它包含高硅尾矿砂、粉煤灰、石灰石、沸石，其中各组分的重量百分比为：高硅尾矿砂25％，粉煤灰55％，石灰石12％，沸石8％。
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