CN103253900A - 用于制备混凝土的组合物和混凝土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备混凝土的组合物和混凝土的制备方法，该组合物含有矿物掺合料、水泥、砂、石，其中，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm。本发明还提供一种混凝土的制备方法，该方法包括将上述组合物与水进行混合、成型并硬化。本发明提供的混凝土与普通的混凝土相比，坍落度得到改善，并且强度和抗冻性较好，与现有的高性能混凝土相比，制备的成本较低。

Description

用于制备混凝土的组合物和混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于制备混凝土的组合物和混凝土的制备方法。

背景技术

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。

混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

高性能混凝土（High performance concrete,简称HPC）是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。

受地区资源和条件的影响，制备高性能混凝土的成本较高，一个重要的原因为制备高性能混凝土所用的矿物掺和料极为短缺。目前国内外的矿物掺和料市场上最常见的是矿渣粉和粉煤灰。两者的应用虽然广泛，但是以它们现有的细度和产量在高性能混凝土日趋大规模推广应用的今天已不能满足需求。在配制高性能混凝土时，体系需要更细的组分填充水泥等颗粒留下的空隙，实现体系的紧密填充，保证混凝土具有良好的工作性和耐久性能。硅灰由于具有超级火山灰效应和较大的细度，是制备高性能混凝土不可或缺的原料之一，但由于它是生产硅铁合金的副产物，在我国产量较少且价格昂贵。目前，制备高性能混凝土的成本仍然居高不下。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中高性能混凝土的制备成本较高的缺陷，提供一种用于制备混凝土的组合物和混凝土的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于制备混凝土的组合物，含有矿物掺合料、水泥、砂、石，其中，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm。

本发明还提供一种混凝土的制备方法，该方法包括将上述组合物与水进行混合、成型并硬化。

本发明还提供一种混凝土的制备方法，以所述混凝土的总重量为基准，将矿物掺合料1.8-5.4重量%、水泥12.6-16.2重量%、砂28-34重量%、石37-43重量%和水5-8重量%进行混合、成型并硬化，其中，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm，比表面积为450-1500m²/kg，28d活性指数≥75%，28d自硬性抗压强度为7-15Mpa。

本发明提供的混凝土与普通的混凝土相比，坍落度得到改善，并且强度和抗冻性较好，与现有的高性能混凝土相比，制备的成本较低。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种用于制备混凝土的组合物，含有矿物掺合料、水泥、砂、石，其中，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm。优选情况下，所述超细固硫灰的D50为2-10μm，D90为5-14.5μm，更优选情况下，所述超细固硫灰的D50为2-7μm，D90为5-14μm。

D50和D90分别表示样品的累计粒度分布百分数达到50%和90%时所对应的最大粒径。

本发明提供的组合物中，所述水泥、砂、石可以为本领域常规的制备混凝土所用的原料。

特别的，发明人发现在本发明中所述超细固硫灰的比表面积为450-1500m²/kg则混凝土的性能会更为优越。进一步优选，所述超细固硫灰的比表面积为1000-1500m²/kg。

特别的，发明人发现在本发明中所述超细固硫灰的28d活性指数≥75%则混凝土的性能会更为优越。进一步优选，所述超细固硫灰的28d活性指数为85-98%。其中，关于28d活性指数，参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的定义和测试方法。

特别的，发明人发现本发明提供的超细固硫灰的28d自硬性抗压强度为7-15Mpa则混凝土的性能会更为优越。进一步优选，所述超细固硫灰的28d自硬性抗压强度为9-13Mpa。其中，28d自硬性抗压强度的测试方法为：取约500g超细固硫灰按GB1346-2001的方法，用20mm×20mm×20mm的试模成型，成型24±2h后取出脱模，放入温度为20±3℃、相对湿度大于90%养护箱内养护，待养护至28天时，进行抗压强度试验。实施例中28d自硬性抗压强度的测试方法同上。

本发明提供的组合物中，各组分的含量可以根据实际生产情况进行选择，优选情况下，以所述组合物的总重量为基准，所述矿物掺合料的含量为1.5-6重量%，水泥的含量为13-17.5重量%，砂的含量为30-37重量%，石的含量为40-46.5重量%。

本发明提供的组合物中，只需所述矿物掺合料含有所述超细固硫灰，即可实现发明目的。一种优选情况为，所述矿物掺合料为所述超细固硫灰。另一种优选情况为，所述矿物掺合料含有超细固硫灰、粉煤灰和矿渣粉，其中，所述矿物掺合料中各组分的含量可以根据实际生产需求进行调整，进一步优选，以所述矿物掺合料的总量为基准，所述矿物掺合料含有超细固硫灰50-70重量%，粉煤灰10-30重量%，矿渣粉10-30重量%，其中，所述粉煤灰和矿渣粉可以为本领域常规的粉煤灰和矿渣粉，例如所述粉煤灰和矿渣粉都可以通过常规途径商购得到。

本发明提供的组合物，其中所含的超细固硫灰的制备方法可以包括将固硫灰进行蒸汽动能研磨。所述蒸汽动能研磨指的是以过热蒸汽为动力和粉磨介质，将过热蒸汽加速喷入粉碎腔，使过热蒸汽带动粉碎腔中的粗颗粒反复碰撞摩擦，然后经分级机选出合适粒径的细颗粒并进行收集的工艺。

在上述超细固硫灰的制备方法中，所述固硫灰可以采用本领域常用的固硫灰，优选情况下，所述固硫灰为循环流化床锅炉燃煤电厂燃烧高硫、低热值煤所排放的固硫灰。所述固硫灰中含有CaO1-21重量%、SO₃1-13重量%、f-CaO（游离CaO）0.1-5.7重量%、SiO₂25-52重量%、Al₂O₃11-35重量%、Fe₂O₃3-14重量%。通常，所述固硫灰的D50为20-50μm，D90为60-90μm。

在上述超细固硫灰的制备方法中，只需蒸汽动能研磨的条件使得到的超细固硫灰的D50为0.5-15μm，D90≤30μm即可实现发明目的，优选情况下，所述超细固硫灰的D50为2-10μm，D90为5-14.5μm，更优选情况下，所述超细固硫灰的D50为2-7μm，D90为5-14μm。所述蒸汽动能研磨所需条件包括：蒸汽温度为220-350℃，蒸汽压力为0.3-1.2MPa，分级机频率为1-60Hz。为了使制备的产品性能更好，且同时达到能耗和产量的相互匹配，进一步优选，所述蒸汽动能研磨的条件包括：蒸汽温度为230-280℃，蒸汽压力为0.3-0.6MPa，分级机频率为18-35Hz。

本发明还提供一种混凝土的制备方法，该方法包括将上述组合物与水进行混合、成型并硬化。

上述混凝土的制备方法中，混合、成型和硬化可以是本领域中制备混凝土的常规技术手段。例如，制备混凝土的混合、成型和硬化的过程为：根据设计配方将组合物投入混凝土搅拌机中进行搅拌，拌合5-8min后卸出，然后将其浇筑在待成型的模具中，置于混凝土振实台上振动至表面泛浆，停止振动，然后将混凝土养护30天。硬化过程通常可以在室温（25-35℃）下进行。

上述混凝土的制备方法中，所述组合物和水的含量可以根据实际生产需求进行调整，优选情况下，以所述混凝土的总重量为基准，所述组合物的含量为92-95重量%，水的含量为5-8重量%。

本发明还提供一种混凝土的制备方法，以所述混凝土的总重量为基准，将矿物掺合料1.8-5.4重量%、水泥12.6-16.2重量%、砂28-34重量%、石37-43重量%和水5-8重量%进行混合、成型并硬化，其中，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm，比表面积为450-1500m²/kg，28d活性指数≥75%，28d自硬性抗压强度为7-15Mpa。

用本发明提供的组合物制备的混凝土与普通的混凝土相比，坍落度得到改善，并且强度和抗冻性较好，与现有的高性能混凝土相比，制备的成本较低。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中，原料固硫灰来自四川白马循环流化床示范电站有限责任公司，原灰D50为22.873μm，D90为74.205μm；

I级粉煤灰D50为17.947μm，D90为47.942μm；S75级矿渣粉D50为11.846μm，D90为37.663μm；

蒸汽动能研磨采用绵阳流能流体机械制造厂的LNJ-2000过热蒸汽粉碎设备；

粒度测定采用英国马尔文公司的Mastersizer2000型激光粒度分析仪；

比表面积按照GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法-勃氏法》测试；

28d活性指数的测试方法参照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》进行测试；

28d自硬性抗压强度测试采用深圳新三思材料公司CMT5105微机控制电子万能试验机，测试方法为：取约500g超细固硫灰按GB1346-2001的方法，用20mm×20mm×20mm的试模成型，成型24±2h后取出脱模，放入温度为20±3℃、相对湿度大于90%养护箱内养护，待养护至28天时，进行抗压强度试验；

制备混凝土的混合、成型和硬化的过程为：根据设计配方将组合物投入混凝土搅拌机中进行搅拌，拌合5-8min后卸出，然后将其浇筑在待成型的模具中，置于混凝土振实台上振动至表面泛浆，停止振动，然后将混凝土养护30天，硬化过程通常可以在室温（25-35℃）下进行；

混凝土试块的抗冻性测试采用混凝土快速冻融试验机，按照《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法进行；

混凝土的坍落度测试方法参照GB/T50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准；

混凝土抗压强度的测试方法参照GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的组合物用于制备混凝土。

将原料固硫灰进行蒸汽动能研磨，调整蒸汽动能研磨的条件为蒸汽温度260℃，蒸汽压力为0.5MPa，分级机频率为35Hz。制得超细固硫灰的D50为2.647μm，D90为5.173μm，比表面积为1500m²/kg，28d活性指数为97.6%，28d自硬性抗压强度为12.1Mpa。

以目标混凝土的总重量为基准，将上述制得的超细固硫灰作为矿物掺合料1.8重量%，与水泥16.2重量%、砂（粒度3-4mm）34重量%、石（粒度20-25mm）40重量%、水8重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为60mm，强度为75MPa，300次冻融循环质量损失＜2%。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的组合物用于制备混凝土。

将原料固硫灰进行蒸汽动能研磨，调整蒸汽动能研磨的条件为蒸汽温度280℃，蒸汽压力为0.6MPa，分级机频率为25Hz。制得超细固硫灰的D50为4.134μm，D90为10.158μm，比表面积为1123m²/kg。

将上述制得的超细固硫灰与粉煤灰、矿渣粉进行混合，各个组分的用量使得制备的矿物掺合料中含有超细固硫灰70重量%，粉煤灰20重量%，矿渣粉10重量%。上述制备的矿物掺合料的28d活性指数为91%，28d自硬性抗压强度为10.2Mpa。

以目标混凝土的总重量为基准，将上述制得的矿物掺合料5.4重量%，与水泥12.6重量%、砂（粒度3-4mm）33重量%、石（粒度20-25mm）42重量%、水7重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为80mm，强度为65MPa，300次冻融循环质量损失＜3%。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的组合物用于制备混凝土。

将原料固硫灰进行蒸汽动能研磨，调整蒸汽动能研磨的条件为蒸汽温度230℃，蒸汽压力为0.3MPa，分级机频率为18Hz。制得超细固硫灰的D50为6.170μm，D90为13.586μm，比表面积为1014m²/kg。

将上述制得的超细固硫灰与粉煤灰、矿渣粉进行混合，各个组分的用量使得制备的矿物掺合料中含有超细固硫灰60重量%，粉煤灰10重量%，矿渣粉30重量%。上述制备的矿物掺合料的28d活性指数为80%，28d自硬性抗压强度为8.8Mpa。

以目标混凝土的总重量为基准，将上述制得的矿物掺合料3重量%，与水泥16重量%、砂（粒度3-4mm）34重量%、石（粒度20-25mm）40重量%、水7重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为95mm，强度为60MPa，300次冻融循环质量损失＜5%。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的组合物用于制备混凝土。

将原料固硫灰进行蒸汽动能研磨，调整蒸汽动能研磨的条件为蒸汽温度350℃，蒸汽压力为1.2MPa，分级机频率为5Hz。制得超细固硫灰的D50为9.185μm，D90为14.251μm，比表面积为878m²/kg。

将上述制得的超细固硫灰与粉煤灰、矿渣粉进行混合，各个组分的用量使得制备的矿物掺合料中含有超细固硫灰50重量%，粉煤灰30重量%，矿渣粉20重量%。上述制备的矿物掺合料的28d活性指数为77%，28d自硬性抗压强度为7.4Mpa。

以目标混凝土的总重量为基准，将上述制得的矿物掺合料4重量%，与水泥15重量%、砂（粒度3-4mm）30重量%、石（粒度20-25mm）43重量%、水8重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为120mm，强度为58MPa，300次冻融循环质量损失＜5%。

对比例1

以目标混凝土的总重量为基准，将粉煤灰作为矿物掺合料5.4重量%，与水泥12.6重量%、砂（粒度3-4mm）33重量%、石（粒度20-25mm）42重量%、水7重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为220mm，强度为38MPa，300次冻融循环质量损失＜10%。

对比例2

以目标混凝土的总重量为基准，将粉煤灰和矿渣粉（1:1重量比）混合作为矿物掺合料5.4重量%，与水泥12.6重量%、砂（粒度3-4mm）33重量%、石（粒度20-25mm）42重量%、水7重量%进行混合、成型并硬化，得到混凝土，其坍落度为200mm，强度为40MPa，300次冻融循环质量损失＜9%。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种用于制备混凝土的组合物，该组合物含有矿物掺合料、水泥、砂、石，其特征在于，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述超细固硫灰的比表面积为450-1500m²/kg。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述超细固硫灰的28d活性指数≥75%，28d自硬性抗压强度为7-15Mpa。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中，以所述组合物的总重量为基准，所述矿物掺合料的含量为1.5-6重量%，水泥的含量为13-17.5重量%，砂的含量为30-37重量%，石的含量为40-46.5重量%。

5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述矿物掺合料为所述超细固硫灰。

6.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，以所述矿物掺合料的总重量为基准，所述矿物掺合料含有超细固硫灰50-70重量%，粉煤灰10-30重量%，矿渣粉10-30重量%。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的组合物，其中，所述超细固硫灰的制备方法包括将固硫灰进行蒸汽动能研磨。

8.根据权利要求7所述的组合物，其中，所述蒸汽动能研磨的条件包括蒸汽温度220-350℃，蒸汽压力0.3-1.2MPa，分级机频率1-60Hz。

9.一种混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包括将权利要求1-8中任意一项所述的组合物与水进行混合、成型并硬化。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，以所述混凝土的总重量为基准，所述组合物的含量为92-95重量%，水的含量为5-8重量%。

11.一种混凝土的制备方法，以所述混凝土的总重量为基准，将矿物掺合料1.8-5.4重量%、水泥12.6-16.2重量%、砂28-34重量%、石37-43重量%和水5-8重量%进行混合、成型并硬化，其特征在于，所述矿物掺合料含有超细固硫灰，所述超细固硫灰的D50为0.5-15μm、D90≤30μm，比表面积为450-1500m²/kg，28d活性指数≥75%，28d自硬性抗压强度为7-15Mpa。