CN103224358A - 一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土。所述混凝土由如下质量分配比的原料制成：平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥590~700份；平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉180~210份；平均粒径10~30μm的Ⅰ级粉煤灰85~100份；平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉85~100份；粒径为0.16~1.63mm的石英砂1030~1200份；减水率大于30%的高效减水剂22~26份；增效剂6~10份；阻锈剂7~12份；水135~165份；直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜超细钢纤维80~160份。这种混凝土综合成本造价低，材料来源广泛、大掺量工业废料；耐化学腐蚀性好，自密实性能好，水化热低、工作度调整范围大，适合不同施工构件制作工艺要求。

Description

一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地，涉及一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土。

背景技术

活性粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和500MPa、800MPa级。主要原理是采用堆积密度原理设计混凝土材料组份，通过减小颗粒间的体积比来提高界面强度和致密度，通过钢纤维来调整抗折性能。现国内主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达120~200MPA，抗折强度可达14~40MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。现国内活性粉末混凝土材料已经在不断应用于在铁路工程、桥梁预制上。

由于活性粉末混凝土材料各方面的优越性能，被推广为世界未来发展和使用的主要混凝土材料。但由于现其组成混凝土原材料成本高，混凝土胶凝材料使用量大，硅灰掺量比例高、混凝土粘度系数大，水化热高、不易形成自密实等特点，限制了粉末混凝土在建筑预制件行业中的广泛使用和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有粉末混凝土的上述缺陷，提供一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土，以磨细河沙取代活性粉末混凝土中的硅灰，价格相对低廉，掺有大量工业废渣，其混凝土性能保持原有活性粉末混凝土的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定指标，同时大幅度降低制作过程中水化热高、粘聚性强的现象且使其能够有自密实工作性能，以满足其在建筑构件领域中的应用。

上述目的是通过以下技术手段加以实现的：

一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土，由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥590~700份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉180~210份；

平均粒径10~30μm的Ⅰ级粉煤灰85~100份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉85~100份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂1030~1200份；

减水率大于30%的高效减水剂22~26份；

增效剂6~10份；

阻锈剂7~12份；

水135~165份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜超细钢纤维80~160份。

上述配方更优选由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥630~660份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉190~200份；

平均粒径10~30μm的Ⅰ级粉煤灰95~100份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉95~100份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂1110~1160份；

减水率大于30%的高效减水剂23~25份；

增效剂7~9份；

阻锈剂9~10份；

水145~155份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜超细钢纤维90~120份。

这种混凝土综合成本造价低，材料来源广泛、大掺量工业废料；耐化学腐蚀性好，自密实性能好，水化热低、工作度调整范围大，适合不同施工构件制作工艺要求。

上述混凝土组成采用了致密堆积原理匹配组成，采用大量废弃粉料作为原材料（磨细河砂、粉煤灰、矿渣）取代水泥，采用磨细河砂作为高温反映活性材料和填充料，超细钢纤维和石英砂作为混凝土骨架结构，采用复合高效减水剂对材料性能调节，保证了混凝土性能与普通活性粉末混凝土性能达到一致。

上述混凝土采用了磨细河沙取代硅粉和部分石英粉，充分利用了不同温度下SiO₂反应活性原理，使材料来源更广泛，成本更低。采用了大量的工业废渣粉取代部分水泥和部分石英砂粉，降低了RPC混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，降低了早期粉末混凝土水化热过高现象。

优选地，所述粉煤灰中的氧化钙含量为≤10%。

优选地，所述阻锈剂为三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂，从而减少和杜绝了RPC混凝土表面钢纤维锈蚀斑点现象，改善了外观，同时增加混凝土耐久性。

优选地，所述石英砂为粒径0.16~1.63mm连续级配的石英砂，能够进一步增加混凝土的致密性。

本发明引入了增效剂组份，具有碱性激发和胶凝材料均匀分散效果，提高了磨细河砂的反应活性。

本发明还提供上述绿色环保磨细河砂粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤： 

S1.将超细镀铜钢纤维和水泥、磨细河砂粉、粉煤灰、矿粉加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；

S2.向上述搅拌后得到的材料中依次加入阻锈剂、增效剂、高效减水剂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀；

S3.加入石英砂搅拌1~2分钟后得到绿色环保磨细河砂粉末混凝土。

上述方法中，最后才加入骨料石英砂，形成浆体包裹效应，使混凝土材料分散更均匀，一致性更好，界面不良效应大大削弱。

本发明还提供上述制备方法获得的绿色环保磨细河砂粉末混凝土的养护方法，即标准养护12小时后，进行远红外线干热养护，升温至200~250℃恒温10~12小时，降温后移出到室外。

上述养护方法采用红外线养护，高温养护200℃~250℃，温控度容易恒定，操作方便可做移动式箱体，节能、环保、安全。

优选地，上述养护方法中的升温速率不超过20℃/小时，降温速度不超过30℃/小时，移出时与室外温差不超过25~30℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）上述配方和制备过程制备的绿色环保磨细河砂粉末混凝土，抗压强度可达130~220MPA，抗折强度可达15~30MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失，与原有粉末混凝土指标基本一致。

（2）配方中去除了原有的硅灰超细粉和石英砂粉，减少水泥的使用量，用磨细河沙、矿粉和粉煤灰对物料进行取代，大大降低了粉末混凝土的成本，改善了粉末混凝土粘聚性高、自密实性差、水化热高等现象，充分利用了废渣粉、磨细河沙粉等廉价资源。

（3）采用远红外线养护环保节能，材料中废渣再循环利用，降低了处理费用，使粉末混凝土应用范围更加广泛。

具体实施方式

实施例1   

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥645份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉195份；

平均粒径10~30μm的低钙Ⅰ级粉煤灰98份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉98份；

连续级配粒径为0.16~1.63mm的石英砂1140份；

减水率大于30%的高效减水剂24份；

阻锈剂9份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂3：1）； 

增效剂8份；

水150份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜钢纤维105份。

上述原材料配备完成后按照如下步骤进行制备：

S1.将配方限定的超细镀铜钢纤维和水泥、磨细河砂粉、粉煤灰、矿粉加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀。

S2.向上述搅拌后得到的材料中依次加入阻锈剂、增效剂、高效减水剂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀。

S3.最后加入石英砂搅拌1~2分钟后得到绿色环保磨细河砂粉末混凝土。

该混凝土养护采用标准养护12小时后，进行远红外线干热养护，升温速率不超过20℃/小时，以恒温200~250℃恒温10~12小时后结束，降温速度不超过30℃/小时，移出时与室外温差不超过25~30℃。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：174MPa

抗折强度：23.6MPa

弹性模量：46.8GPa

抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.22*10^-12m²/s

抗冻融性：快速检验600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为102秒

自密实性：扩展度370mm，形成自流平状态

耐化学腐蚀性：分别侵泡在pH=2的硫酸溶液、pH=3的盐酸溶液、pH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例2

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥590份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉180份；

平均粒径10~30μm的低钙Ⅰ级粉煤灰85份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉85份；

连续级配粒径为0.16~1.63mm的石英砂1030份；

减水率大于30%的高效减水剂22份；

阻锈剂7份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂3：1）； 

增效剂6份；

水135份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜钢纤维80份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：139MPa

抗折强度：16.5MPa

弹性模量：46.1GPa

抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0mm

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.34*10^-12m²/s

抗冻融性：快速检验600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为105秒

自密实性：扩展度370mm，形成自流平状态

耐化学腐蚀性：分别侵泡在pH=2的硫酸溶液、pH=3的盐酸溶液、pH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例3

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥700份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉210份；

平均粒径10~30μm的低钙Ⅰ级粉煤灰100份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉100份；

连续级配粒径为0.16~1.63mm的石英砂1200份；

减水率大于30%的高效减水剂26份；

阻锈剂12份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂3：1）； 

增效剂10份；

水165份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜钢纤维160份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：214MPa

抗折强度：27.8MPa

弹性模量：48.2GPa

抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0mm

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.24*10^-12m²/s；

抗冻融性：快速检验600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为185秒

自密实性：扩展度280mm，形成轻微振动成自流平状态

耐化学腐蚀性：分别侵泡在pH=2的硫酸溶液、pH=3的盐酸溶液、pH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例4

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥630份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉190份；

平均粒径10~30μm的低钙Ⅰ级粉煤灰95份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉95份；

连续级配粒径为0.16~1.63mm的石英砂1110份；

减水率大于30%的高效减水剂23份；

阻锈剂9份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂3：1）； 

增效剂7份；

水145份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜钢纤维90份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：155MPa

抗折强度：18.9MPa

弹性模量：46.5GPa

抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0mm

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.28*10^-12m²/s

抗冻融性：快速检验600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为110秒

自密实性：扩展度380mm，形成自流平状态

耐化学腐蚀性：分别侵泡在pH=2的硫酸溶液、pH=3的盐酸溶液、pH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例5

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥660份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉200份；

平均粒径10~30μm的低钙Ⅰ级粉煤灰100份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉100份；

连续级配粒径为0.16~1.63mm的石英砂1160份；

减水率大于30%的高效减水剂25份；

阻锈剂9份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂3：1）； 

增效剂10份；

水155份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜钢纤维120份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：186MPa

抗折强度：24.2MPa

弹性模量：46.8GPa

抗渗性能：≥P30，P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0mm

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.24*10^-12m²/s

抗冻融性：快速检验600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为145秒

自密实性：扩展度340mm，形成自流平状态

耐化学腐蚀性：分别侵泡在pH=2的硫酸溶液、pH=3的盐酸溶液、pH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例6

普通活性粉末混凝土与磨细河沙粉末混凝土成分及性能指标对比

普通活性粉末混凝土（养护温度为90度）

                      磨细河沙粉末混凝土性能指标（养护温度220度）

上表中的“工作性能”是指工作塌落度。通过对比得出，磨细河砂粉末混凝土相对普通粉末混凝土在力学性能上基本一致，在工作性能大幅度改善，水灰比在0.15~0.16得到工作性能较好的磨细河砂粉末混凝土。

Claims (8)

1.一种绿色环保磨细河砂粉末混凝土，其特征在于，由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥590~700份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉180~210份；

平均粒径10~30μm的Ⅰ级粉煤灰85~100份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉85~100份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂1030~1200份；

减水率大于30%的高效减水剂22~26份；

增效剂6~10份；

阻锈剂7~12份；

水135~165份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜超细钢纤维80~160份。

2.根据权利要求1所述的绿色环保磨细河砂粉末混凝土，其特征在于，由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的52.5等级硅酸盐水泥630~660份；

平均粒径5~20μm、烧失量≤0.4%、SiO₂含量≥93%的磨细河砂粉190~200份；

平均粒径10~30μm的Ⅰ级粉煤灰95~100份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉95~100份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂1110~1160份；

减水率大于30%的高效减水剂23~25份；

增效剂7~9份；

阻锈剂9~10份；

水145~155份；

直径0.13~0.20mm、长度6~18mm的镀铜超细钢纤维90~120份。

3.根据权利要求1或2所述的绿色环保磨细河砂粉末混凝土，其特征在于，所述粉煤灰中的氧化钙含量为≤10%。

4.根据权利要求1或2所述的绿色环保磨细河砂粉末混凝土，其特征在于，所述阻锈剂为三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂。

5.根据权利要求1或2所述的绿色环保磨细河砂粉末混凝土，其特征在于，所述石英砂为粒径0.16~1.63mm连续级配的石英砂。

6.权利要求1所述绿色环保磨细河砂粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

S1.将超细镀铜钢纤维和水泥、磨细河砂粉、粉煤灰、矿粉加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；

S2.向上述搅拌后得到的材料中依次加入阻锈剂、增效剂、高效减水剂和水继续搅拌3~4分钟至分散均匀；

S3.加入石英砂搅拌1~2分钟后得到绿色环保磨细河砂粉末混凝土。

7.权利要求1所述绿色环保磨细河砂粉末混凝土的养护方法，其特征在于，标准养护12小时后，进行远红外线干热养护，升温至200~250℃恒温10~12小时，降温后移出到室外。

8.根据权利要求7所述的养护方法，其特征在于，升温速率不超过20℃/小时，降温速率不超过30℃/小时，移出时与室外温差不超过25~30℃。