CN102923981A - 一种新型混凝土掺和料及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型混凝土掺和料（命名：混凝土新型PL掺和料）配方及其生产方法，属于工程技术和材料领域。该新型PL掺和料的主要原材料为磷矿渣和石灰石，通过一定的生产工艺加工成磷矿渣粉和石灰石粉，并按重量百分比进行混合，可以代替粉煤灰作为水利水电工程等工程项目大体积混凝土掺和料。该材料中，各组成物及其成份含有：磷矿渣粉50-90%，石灰石粉50-10%。各种组份不同的含量比例使该新型PL掺和料具有不同的活性，可根据混凝土对掺和料活性的要求灵活调整。本发明利用的原材料中，磷矿渣为工业废料，石灰时为当地材料，既可解决偏远地区工程建设粉煤灰等材料运距远、价格高、采购困难等问题，也可以解决单独采用磷矿渣粉时造价较高的问题。

Description

一种新型混凝土掺和料及生产方法

技术领域：

本发明涉及一种新型混凝土掺和料（命名：混凝土新型PL掺和料）配方及其生产方法，属于工程技术和材料领域。 

背景技术：

水利水电工程等工程项目大体积混凝土，特别是碾压混凝土之中，通常需要掺入一定比例的掺和料，以取代部分水泥用量，减少混凝土水化热，降低混凝土开裂风险，改善常态混凝土流动性和碾压混凝土可碾性等操作性能。国内工程建设中，最常用的混凝土掺和料为粉煤灰。粉煤灰一般由大型火电厂供应，通过散装水泥运输车运输至工地。由于水利水电工程和部分交通工程等往往修建在偏远山区，交通条件较差，有些工程项目采用粉煤灰作为掺和料时，附近缺乏粉煤灰产地，需要从外地采购，存在运距远、成本高、无法保障工程进度等问题。自上世纪90年代末开始，部分水利水电工程开始研究利用工业矿渣（主要为磷矿渣、铁矿渣等）和当地材料（石灰石、凝灰岩等）经磨细后作为新型混凝土掺和料。已经成功进行了工程应用的有磷矿渣粉单掺、石灰石粉单掺、磷矿渣粉和凝灰岩粉混掺、锰铁矿渣粉与石灰石粉混掺等方式。但是，上述新型掺和料的使用仍存在其局限性。磷矿渣粉或铁矿渣粉单独应用时，由于加工难度较大等原因，往往成本较高；石灰石粉单独应用时，由石灰石粉活性差，对混凝土强度有不利影响；磷矿渣粉与凝灰岩粉混掺，或者铁矿渣粉与石灰石粉混掺方式均可能受到工程所在地原材料制约。 

发明内容：

本发明的目的是解决现有技术的不足，研究出一种混凝土新型掺和料配方及其生产方法，使生产出的产品具有现有混凝土掺和料所不具有的技术或经济优势，以代替粉煤灰或其它掺和料用于水利水电工程等工程项目，增加一种可供选择的混凝土掺和料，使之在特定的条件下具有不可替代的技术或经济优势。该新型混凝土掺和料的主要原材料为磷矿渣和石灰石，通过一定的生产工艺加工成磷矿渣粉和石灰石粉，并按重量百分比进行混合，满足相应的技术指标要求后，可以作 为水利水电工程等工程项目大体积混凝土掺和料。 

为实现上述发明目的，本发明提出解决方案为： 

一种新型混凝土掺和料（命名：混凝土新型PL掺和料），其特征在于以磷矿渣和石灰石为原材料，经磨细加工后按重量百分比计进行混合均匀，其中磷矿渣粉为50-90%，石灰石粉为50-10%。 

所述的新型混凝土掺和料，以重量百分比计，将具有表1技术指标的磷矿渣粉原料，和具有表2技术指标的石灰石粉原料相互混合，按表3记载的不同比例混合后，获得具有表3记载的混凝土新型PL掺和料技术指标产品， 

表1：磷矿渣粉的技术指标 

表2：石灰石粉的技术要求 

表3：混凝土新型PL掺和料的技术要求 

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新型混凝土掺和料的生产方法，其特征在于生产工艺有两种： 

其一是单磨混掺工艺：将经检测达到表1技术指标的磷矿渣和经检测达到表2技术指标石灰石分别进行烘干、破碎后，分别用球磨机磨细，各自分别存入半成品仓库，再通过常规搅拌混合工艺，按表3记载的不同重量百分比，将两种原料按组份混合均匀后，其密度、细度为45μm筛余量、烧失量、含水量、活性指数、需水量比技术指标达到表3技术指标后,作为成品准备出厂； 

其二是混磨工艺：将经检测达到表1技术指标的磷矿渣和经检测达到表2技术指标石灰石分别进行烘干、破碎后，将两种原料按要求的比例混合后，共同放入球磨机进行碾磨，碾磨混合后对密度、细度为45μm筛余量、烧失量、含水量、活性指数、需水量比等技术指标达到表3技术指标后,作为成品准备出厂。 

本发明所使用的原材料中，磷矿渣为工业废料，石灰石为广泛分布的当地材料，既可解决偏远地区工程建设粉煤灰等材料运距远、价格高、采购困难等问题，也可以解决单独采用磷矿渣粉时混凝土水化反应快、早期强度偏高、造价较高等问题，或单独采用石灰石粉时因掺和料活性不足造成混凝土强度偏低等问题，有利于促进工程建设、降低工程造价，同时具有良好的环保效益。 

附图说明

图1为本发明中使用的石灰石粉（L）原料在200倍颗粒形貌图（SEM照片）。 

图2为本发明中使用的石灰石粉（L）原料在2000倍颗粒形貌图（SEM照片）。 

图3为本发明中使用的磷渣粉（P）原料在200倍颗粒形貌图（SEM照片）。 

图4为本发明中使用的磷渣粉（P）原料在2000倍颗粒形貌图（SEM照片）。 

图5为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体7天龄期、200倍颗粒形貌（SEM照片）。 

图6为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体7天龄期、2000倍颗粒形貌（SEM照片）。 

图7为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体28天龄期、200倍颗粒形貌（SEM照片）。 

图8为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体28天龄期、2000倍颗粒形 貌图（SEM照片）。 

图9为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体90天龄期、200倍颗粒形貌（SEM照片） 

图10为本发明新型PL掺和料水泥浆体/掺合料浆体90天龄期、2000倍颗粒形貌图（SEM照片）。 

图11为本发明磷渣粉比例与二级配碾压混凝土抗压强度关系（掺量55％，水胶比0.45）。 

图12为本发明磷渣粉比例与三级配碾压混凝土抗压强度关系（掺量55％，水胶比0.45）。 

具体实施方式

本发明新型混凝土掺和料的生产方法，其中混凝土掺和料中，P₂O₅≤3.5% ；SO₃%≤3.5，磷矿渣粒度在100目的占混合掺和料总量50-70%，磨细后石灰石粒度在200目占混合掺和料总量的50-30%。 

新型混凝土掺和料的生产方法有两种，重量百分比计， 

其一是单磨混掺工艺：即将磷矿渣和石灰石分别进行烘干、破碎后，分别用球磨机磨细，经检测达到要求的石灰石粒度200目，磷矿渣粒度100目，含水量≤1.0%指标后，各自分别存入半成品仓库，再通过搅拌混合工艺，将粒度为磷矿渣粉50-90%与石灰石粉10-50%混合均匀，混合后检测掺和料达到：密度≥2750 m²/kg，45μm筛余量的细度≤25、烧失量≤3.0%、含水量≤1.0%、活性指数≥75、需水量比≤103%技术指标后，作为成品准备出厂； 

比表面积（m²/kg）≥350，密度（kg/m³）为2750、烧失量（%）≤3.0、含水量（%）≤1.0、活性指数≥85、需水量比（%）≤103技术指标后， 

其二是混磨工艺：即将将磷矿渣和石灰石烘干、破碎后，将两种原料按磷矿渣粉50%、石灰石粉50%的比例混合后，共同放入球磨机进行碾磨，碾磨混合后检测掺和料达到：密度≥2750 m²/kg，45μm筛余量的细度≤25、烧失量≤3.0%、含水量≤1.0%、活性指数≥75、需水量比≤103%技术指标后，入成品料仓准备出厂。 

采用磷矿渣（简称P，含量为50-90%）和石灰石（简称L，含量50-10%），经磨细后按不同的重量百分比进行混合，满足相应的技术指标要求后作为一种混凝土新型PL掺和料，取代粉煤灰或其它掺和料。 

本发明混凝土新型PL掺和料的生产工艺有两种： 

其一为单磨混掺工艺，即将磷矿渣进行烘干、石灰石进行破碎后，分别采用球磨机磨细，经检测达到要求的细度、含水量等技术指标，分别存入半成品仓库，再通过一定的工艺按要求的比例混合均匀，经检测达到要求的细度、密度、烧失量、含水量、活性指数、需水量比等技术指标（详见表3）后作为成品准备出厂； 

其二为混磨工艺，即将将磷矿渣进行烘干、石灰石进行破碎后，将两种原料按要求的比例混合后进入球磨机进行碾磨，经检测达到要求的细度、密度、烧失量、含水量、活性指数、需水量比等技术指标（详见表3）后进入成品料仓准备出厂。 

我们研究表明，磨细后的磷矿渣粉（简称：P）具有活性高、早期水化反应较快、水化热较高、易磨性差、颗粒较粗、粒形相对较差、生产成本高的特点，而石灰石粉（简称：L）具有活性较低、具有早期水化惰性、水化热低、易磨性好、颗粒更细、粒形相对较好、生产成本低的特点，两者按合理的重量百分比复合后，能充分发挥它们的功能互补效应，在满足掺和料活性要求的同时使整个水化体系和浆体结构处于较优状态，水化热释放及强度发展更为均衡，掺和料综合技术、经济性能更优，其综合叠加效果优于其单掺效果。磷矿渣粉（简称：P）、石灰石粉（简称：L）的不同含量比例使该新型PL掺和料具有不同的活性，随着磷渣粉比例的增加，混凝土后期强度增加越多，因此提高磷渣粉的比例可以达到适当降低水泥用量的目的。 

使用本发明新型PL掺和料的混凝土性能满足国家和行业标准要求，与掺粉煤灰的混凝土相比，达到相同强度等级时，采用PL掺合料的碾压混凝土轴拉强度、极限拉伸值略高，抗拉弹模、轴压强度、弹性模量相当，干缩值较大，但自生体积变形膨胀值略小。 

磷矿渣粉、石灰石粉和两者按不同比例混合后技术指标要求见表1-表3， 

磷矿渣粉、石灰石粉的颗粒形貌见图1、新型PL掺合料浆体形貌见图1-图10。 

新型PL掺和料不同P、L不同含量比例的胶砂强度对比试验结果见表4。 

新型PL掺和料中磷矿渣粉比例与碾压混凝土抗压强度关系见图11-图12。 

新型PL掺和料混凝土与掺粉煤灰混凝土的性能对比试验结果见表5-表9。 

表1                           磷矿渣粉的技术要求 

注：依据《水工混凝土掺用磷渣粉技术规程》（DL/T 5387-2007）进行检测。 

表2                          石灰石粉的技术要求 

注：参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）进行检测。 

表3                       本发明新型PL掺合料的技术要求 

注：参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）进行检测。 

表4                   新型PL掺合料胶砂强度对比试验结果 

表5      PL掺合料方案与粉煤灰方案的碾压混凝土抗压强度对比试验结果 

表6      新型PL掺合料方案与粉煤灰（F）方案的碾压混凝土轴拉对比试验结果 

表7：    新型PL掺合料方案与粉煤灰（F）方案的碾压混凝土轴压对比试验结果 

表8：    新型PL掺合料方案与粉煤灰（F）方案的碾压混凝土干缩对比试验结果 

表9：  新型PL掺合料与粉煤灰（F）方案的碾压混凝土自生体积变形对比试验结果 

本发明利用的原材料中，磷矿渣是采用电炉法制取黄磷时产生的一种工业废料，石灰时为我国分布非常广泛的当地材料，在特定的条件下可解决偏远地区工程建设粉煤灰等材料运距远、价格高、采购困难的问题，有利于促进基本建设、降低工程造价，同时可实现废料利用，具有良好的环保效益。本发明对粉煤灰采购难度较大，且工程区附近具有生产该新型掺和料所必须的磷矿渣、石灰石等原材料时具有较高的应用价值。 

该新型PL掺和料已经在金沙江中游鲁地拉水电站工程建设中得到了成功的应用。鲁地拉水电站大坝混凝土总量约200万m³,其三级配碾压混凝土、二级配 碾压混凝土、变态混凝土、三级配常态混凝土、二级配常态混凝土均采用了本发明研制的新型PL掺和料。 

鲁地拉工程通过对采用新型PL掺和料的混凝土进行物理、力学、变形、热学、耐久性等性能试验均表明，混凝土抗压强度、轴拉强度、抗拉弹模、极限拉伸值、轴压强度、抗压弹模、干缩变形、自生体积变形、 抗渗、抗冻、线膨胀系数、导温系数，导热系数、比热、绝热温升等指标均满足设计和国家（或行业）规范要求。采用砂浆棒快速法、砂浆棒长度法、压蒸法、混凝土棱柱体法等四种方法开展的碱活性抑制对比试验表明，当PL掺合料掺量为50％以上时，试件膨胀率已低于限值。鲁地拉水电站工程新型PL掺和料混凝土性能试验成果见表10-表12，新型PL掺和料对碱骨料反应抑制效果试验见表13： 

表10：        鲁地拉水电站新型PL掺和料混凝土物理力学性能表 

表11：        鲁地拉水电站新型PL掺和料混凝土耐久性及热学性能表 

注：碾压混凝土抗剪试验的层间处理方式为垫层砂浆。 

表12：        鲁地拉水电站新型PL掺和料混凝土变形性能表 

表13：  鲁地拉水电站新型PL掺和料混凝土砂浆棒快速法碱活性抑制试验结果 

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Claims (3)

1.一种新型混凝土掺和料，其特征在于以磷矿渣和石灰石为原材料，经磨细加工后按重量百分比计进行混合均匀，其中磷矿渣粉为50-90%，石灰石粉为50-10%。

2.根据权利要求1所述的新型混凝土掺和料，其特征在于以重量百分比计，其主要组份的技术指标，将具有表1技术指标的磷矿渣粉原料，和具有表2技术指标的石灰石粉原料相互混合，按表3记载的不同比例混合后，获得具有表3记载的混凝土新型PL掺和料技术指标产品，

表1：磷矿渣粉的技术指标

表2：石灰石粉的技术要求

表3：混凝土新型PL掺和料的技术要求

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3.根据权利要求成1或2所述的新型混凝土掺和料的生产方法，其特征在于生产工艺有两种：

其一是单磨混掺工艺：将经检测达到表1技术指标的磷矿渣和经检测达到表2技术指标石灰石分别进行烘干、破碎后，分别用球磨机磨细，各自分别存入半成品仓库，再通过常规搅拌混合工艺，按表3记载的不同重量百分比，将两种原料按组份混合均匀后，其密度、细度为45μm筛余量、烧失量、含水量、活性指数、需水量比技术指标达到表3技术指标后,作为成品准备出厂；

其二是混磨工艺：将经检测达到表1技术指标的磷矿渣和经检测达到表2技术指标石灰石分别进行烘干、破碎后，将两种原料按要求的比例混合后，共同放入球磨机进行碾磨，碾磨混合后对密度、细度为45μm筛余量、烧失量、含水量、活性指数、需水量比等技术指标达到表3技术指标后,作为成品准备出厂。

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