CN102795820A

CN102795820A - 一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材

Info

Publication number: CN102795820A
Application number: CN2012103025302A
Authority: CN
Inventors: 仇文革; 王海彦
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公开了一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，应用于山岭隧道二次衬砌结构混凝土施工，制造时物料配比为：水泥熟料40％，粉煤灰15％，矿粉30％，硅灰5％，混合材10％；各满足性能要求的物料备齐后，先将水泥熟料和混合材一起粉磨，矿物掺合料中粉煤灰和矿粉分别粉磨成不同比表面积的粉体材料，然后在均化器中将各粉体材料按配方比例进行均化而得到目标产物。采用本发明的复合胶凝材，加入大量矿物掺合料后水泥的性能非但没有降低，反而得到显著提高，特别是控制混凝土初裂、降低水化热、提高混凝土密实性效果显著，应用于隧道二衬混凝土中可以有效提高耐久性。减少了熟料的使用量和产量，有利于环保和节约能源。

Description

一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材

技术领域

本发明涉及建筑材料制造，具体涉及用于侵蚀环境下隧道及地下工程中低碳高性能衬砌混凝土复合胶凝材料技术领域。

背景技术

目前，我国山岭隧道及地下工程衬砌结构混凝土胶凝材以普通硅酸盐水泥为主，部分采用单掺粉煤灰，而采用双掺或多掺矿物掺合料的胶凝材很少，由于胶凝材成分单一、级配差，加之品质不高，密实性差，导致混凝土水化热高、抗碳化、溶蚀和化学侵蚀能力差，耐久性不足，既不经济，也不环保。

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是设计一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，使之能克服现有技术的缺点，既可较大数量地掺入矿物掺合料获得经济和环保性指标的提高，又可降低混凝土凝结硬化时的水化热，减少混凝土的初裂，提高混凝土的密实度和抗碳化、溶蚀和化学侵蚀能力。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，应用于山岭隧道二次衬砌结构混凝土施工，采用如下的方法制得，

物料配比为：水泥熟料40％，粉煤灰15％，矿粉30％，硅灰5％，混合材10％；各物料具有如下性能要求：

水泥熟料在粉磨前的要求：铝酸三钙＜8％，游离氧化钙＜1.0％，碱含量＜0.6％，水泥熟料粉磨后的要求：3d抗压强度＞26.0Mpa，28d抗压强度＞52.0MPa，比表面积440m²/kg左右，80μm方孔筛筛余不大于3.0％，45μm方孔筛筛余不大于6.0％；

粉煤灰达到Ⅱ级或以上，其中三氧化硫含量＜3.0％，氧化钙含量＜10％，CL^-含量＜0.02％，需水量比＜100％，烧失量＜5.0％，7d抗压强度活性指数＞75％，28d抗压强度活性指数＞85％，经粉磨后比表面积＞600m²/kg；

矿粉达到S105或S95，质量系数K＞1.2，其中三氧化硫含量＜4.0％，CL^-含量＜0.06％，7d抗压强度活性指数＞75％，28d抗压强度活性指数＞95％，比表面积＞450m²/kg；

硅灰比表面积≥18000m²/kg，二氧化硅含量＞85％，28d活性指数＞85％，耐火度＞1600℃；

备齐物料后，先将水泥熟料和混合材一起粉磨，矿物掺合料中粉煤灰和矿粉分别粉磨成不同比表面积的粉体材料，然后在均化器中将各粉体材料按配方比例进行均化而得到目标产物。

发明人采用“鸡尾酒”疗法配制大量不同比例矿物掺合料的混凝土，然后通过混凝土力学和耐久性能试验，获得适合侵蚀环境下隧道衬砌混凝土复合胶凝材配方和工艺，为隧道结构体系耐久性设计提供新的材料选择。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：矿物掺合料掺量加大后水泥的性能非但没有降低，反而得到显著提高，特别是控制混凝土初裂、降低水化热、提高混凝土密实性效果显著，使之应用于隧道二衬混凝土中可以有效提高耐久性。由于在胶凝材中提高了矿物掺合料的掺入量，降低了熟料在胶凝材中的比例，减少了熟料的使用量和产量，不但有利于环保，节约能源，同时还实现了工业废渣的有效利用，循环经济，降低碳排放。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步的详述。

本发明的复合胶凝材能达到水泥强度等级42.5级的力学性能要求设计。以下给出复合胶凝材的具体实施方案及其性能指标，所有实施例中的物料除额声明外都是工业级材料，物料采用重量百分比计量。

一、复合胶凝材配方是：水泥熟料40％，粉煤灰15％，矿粉30％，硅灰5％，混合材10％(含石灰石粉5％、石膏4％、山东宏艺助磨剂1％)。

水泥熟料在粉磨前的要求：铝酸三钙＜8％，游离氧化钙＜1.0％，碱含量＜0.6％，粉磨后熟料3d抗压强度＞26.0Mpa，28d抗压强度＞52.0MPa，比表面积440m²/kg左右，80μm方孔筛筛余不大于3.0％，45μm方孔筛筛余不大于6.0％。

粉煤灰达到Ⅱ级或以上，其中三氧化硫含量＜3.0％，氧化钙含量＜10％，CL^-含量＜0.02％，需水量比＜100％，烧失量＜8.0％，7d抗压强度活性指数＞75％，28d抗压强度活性指数＞85％，经粉磨后比表面积＞600m²/kg。

矿粉达到S105或S95，质量系数K＞1.2，其中三氧化硫含量＜4.0％，CL^-含量＜0.06％，7d抗压强度活性指数＞75％，28d抗压强度活性指数＞95％，比表面积＞450m²/kg。

硅灰比表面积≥18000m²/kg，二氧化硅含量＞85％，28d活性指数＞85％，耐火度＞1600℃。

二、各组分经均化器配制成高性能复合胶凝材各项性能指标为：

1、强度

2、标准稠度和凝结时间

标准稠度	初凝时间h：min	终凝时间h：min
			29.6％	3∶15	4∶25

3、安定性沸煮法合格

4、细度

细度指标	比表面积m²/kg	80μm筛余％	45μm筛余％
				平均值	564	1.3	4.0

5、颗粒级配

颗粒分布	3-24μm	3-32μm	32μm以下
				百分比(％)	60.3	69.5	88.2

6、颗粒圆度系数0.92

7、化学分析结果

化学指标	三氧化硫	烧失量	氧化镁	氯离子	碱含量
						含量(％)	2.4	3.2	4.8	0.03	0.32

8、水化热：3d水化热185J/g；7d水化热258J/g。

制作方法是：将熟料和混合材一起粉磨，粉煤灰、矿粉分别单独粉磨，硅灰直接加入，然后利用均化机将各种粉料材料按照上述配方比例进行均化配制而成的胶凝材料。

在混凝土中应用效果

配合比：选用拟配C40混凝土配合比：胶凝材∶水∶砂子∶石子=1∶0.41∶2.05∶2.61。其中，胶凝材料395kg、水胶比0.41、砂率40％、减水剂1％，表观密度取为2400kg/m³，选用普通硅酸盐基准混凝土和复合胶凝混凝土作对比试验，每立方混凝土胶凝材用量及和易性见下表。

试验结果：

1、力学性能试验

2、耐久性能试验

由以上实验数据可看到：

1、复合胶凝材混凝土3d早期抗压强度比基准混凝土低，但其它龄期抗压强度均比基准混凝土高，28d抗折强度复掺较基准高，说明复合胶凝材能提高混凝土的力学性能。

2、复合胶凝材混凝土各种耐久性能指标均高于基准混凝土，说明复合胶凝材能改善混凝土的密实度，提高混凝土的耐久性。

上述针对较佳实施例的具体描述，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，应用于山岭隧道二次衬砌结构混凝土施工，其特征在于，采用如下的方法制得，

水泥熟料粉磨前的要求：铝酸三钙＜8％，游离氧化钙＜1.0％，碱含量＜0.6％，水泥熟料粉磨后的要求：3d抗压强度＞26.0Mpa，28d抗压强度＞52.0MPa，比表面积440m²/kg左右，80μm方孔筛筛余不大于3.0％，45μm方孔筛筛余不大于6.0％；

2.根据权利要求1所述之一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，其特征在于：所述混合材采用石灰石粉、石膏、助磨剂。

3.根据权利要求2所述之一种低碳高性能隧道衬砌混凝土复合胶凝材，其特征在于，所述混合材采用石灰石粉5％，石膏4％、助磨剂1％。