CN104030626B - 轻集料高抗震混凝土 - Google Patents
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Abstract
<b>本发明涉及混凝土技术领域，是一种轻集料高抗震混凝土；原料按重量份数包括水泥、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细粉、外加剂、沙漠粉砂、粉煤灰陶砂、粉煤灰陶粒、增强纤维、纤维素、集料表面活化层原料和水。本发明较传统标准配合比得到的抗震混凝土中的水泥用量有很大幅度的降低、粉煤灰和矿粉的用量明显增多、比重有很大幅度的降低，且本发明与传统标准配合比得到的抗震混凝土相当，说明本发明在不降低强度的情况下大大降低了比重；同时本发明有很好的可靠性和稳定性，粉煤灰陶砂材料、粉煤灰陶粒材料、粉煤灰和增强纤维材料提高了结构的抗震阻尼性能，加上合理的配筋结构，可大大提高和改善抗震性能。</b>
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，是一种轻集料高抗震混凝土。
背景技术
就世界性突出问题而言，地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一，其具有突发性的特点，至今为止，世界范围内至今没有可预报预测的可靠技术，而日益增多的地震灾害，常常造成人类巨大的人身和财产损失。而我国属于地震多发国家，地震多发区域及地震带分布广泛，在绝大多数建筑工程设计中，为了最大限度地防震减灾，几乎都需要考虑抗震设防的问题。国外一些地震多发国家，如美国、日本、以及欧洲一些国家的建筑研究机构，都非常重视对建筑物钢筋混凝土柱和梁的抗震性能研究，尤其在中国，由于钢筋混凝土建筑所占比例大，对钢筋混凝土建筑结构（尤其是柱和梁结构）的抗震性能进行研究具有更为重要的现实意义。
与钢结构相比，钢筋混凝土结构其优越的减震性，稳定性和经济、实用性，使得它应用更为广泛，几乎绝大多数公共与民用建筑采用的是钢筋混凝土结构。其中，钢筋混凝土柱是主要受力构件，起着支撑结构的作用，而混凝土结构梁又是承载跨度载荷的主要构件形式，但在混凝土建筑结构中，由于自身比重较大，重量重，阻尼系数低，又处于缺少足够侧向约束的状态，对震动能量的耗散能力较弱，因此地震时极易遭受破坏，主要表现为抗弯强度和延性不足造成的剪切破坏，而跨度混凝土梁结构主要缺少两端的束缚或约束力不足，自身重量重，往往会因一端失去支撑力而整体跌落，也有因其四周无约束，底部侧受拉力抗弯强度不足，抗剪切能力差而引起其局部剥落，逐步失衡，其上被支撑构件或墙体局部破坏掉落，并引起连锁反应。造成灾难性破坏。例如在日本神户、墨西哥中部、中国台湾、唐山、汶川大地震中，钢筋混凝土柱和梁的破坏是建筑破坏的典型形式，也是房屋结构整体倒塌的主要原因之一。因此，钢筋混凝土柱的设计是建筑结构抗震设计的关键环节。
发明内容
本发明提供了一种轻集料高抗震混凝土，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有混凝土结构梁和柱自身比重较大和阻尼系数低，地震时极易遭受破坏的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种轻集料高抗震混凝土，原料按重量份数包括水泥200份至350份、粉煤灰100份至200份、硅粉20份至50份、矿粉50份至100份、水淬渣超细粉50份至100份、外加剂5份至18份、沙漠粉砂150份至300份、粉煤灰陶砂140份至250份、粉煤灰陶粒500份至900份、增强纤维1份至3份、纤维素0.05份至0.12份、集料表面活化层原料1份至3份、水180份至250份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述集料表面活化层包括水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂；水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂的质量比为2.5至3.5:3.5至4.5:0.5至1.5。
上述轻集料高抗震混凝土按下述方法得到：第一步，将所需量的粉煤灰陶粒和所需量的粉煤灰陶砂混合后得到第一混合料，用所需量的美国进口Mixconverter外加剂喷雾在第一混合料表面并均化5秒至10秒，在均化后的第一混合料中加入所需量的水泥生料和所需量的萤石粉强制搅拌均匀得到第二混合料；第二步，在第二混合料中加入所需量的沙漠粉砂、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细、增强纤维、纤维素和水泥并强制搅拌均匀得到混合干料；第三步，在混合干料中加入所需量的水并强制搅拌均匀得到混合湿料；第四步，在混合湿料表面喷雾所需量的外加剂，然后在温度为15℃至30℃下强制搅拌10秒至20秒后得到轻集料高抗震混凝土。
上述粉煤灰为II级粉煤灰，粉煤灰的密度为2915kg/m
3
、粉煤灰的需水量比为104%；或/和，硅粉的堆积密度为200kg/m
3
至300kg/m
3
，硅粉的比表面积为15000cm
2
/g至18000cm
2
/g；或/和，矿粉为煤化工蒸包炉渣超细粉，矿粉的密度为2915kg/m
3
至2950kg/m
3
，矿粉的比表面积为419m
2
/kg至450m
2
/kg；或/和，水淬渣超细粉的密度为3126kg/m
3
至3300kg/m
3
，水淬渣超细粉的比表面积为450m
2
/kg至473m
2
/kg；或/和，外加剂为聚羧酸高效减水剂，外加剂中固体物的质量百分含量为20.5%至22.8%；或/和，沙漠粉砂的表观密度为1250kg/m
3
至1500kg/m
3
，沙漠粉砂中SiO
2
的质量百分含量为60%至70%；或/和，水为磁化水。
上述粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m
3
至550kg/m
3
，粉煤灰陶砂中SiO
2
的质量百分含量为70%至90%；或/和，粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m
3
至450kg/m
3
，粉煤灰陶粒中SiO
2
的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；或/和，纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
上述纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为30∶40∶25组成的混合物。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种轻集料高抗震混凝土的制备方法，按下述步骤进行：第一步，将所需量的粉煤灰陶粒和所需量的粉煤灰陶砂混合后得到第一混合料，用所需量的美国进口Mixconverter外加剂喷雾在第一混合料表面并均化5秒至10秒，在均化后的第一混合料中加入所需量的水泥生料和所需量的萤石粉强制搅拌均匀得到第二混合料；第二步，在第二混合料中加入所需量的沙漠粉砂、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细、增强纤维、纤维素和水泥并强制搅拌均匀得到混合干料；第三步，在混合干料中加入所需量的水并强制搅拌均匀得到混合湿料；第四步，在混合湿料表面喷雾所需量的外加剂，然后在温度为15℃至30℃下强制搅拌10秒至20秒后得到轻集料高抗震混凝土。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述粉煤灰为II级粉煤灰，粉煤灰的密度为2915kg/m
3
、粉煤灰的需水量比为104%；或/和，硅粉的堆积密度为200kg/m
3
至300kg/m
3
，硅粉的比表面积为15000cm
2
/g至18000cm
2
/g；或/和，矿粉为煤化工蒸包炉渣超细粉，矿粉的密度为2915kg/m
3
至2950kg/m
3
，矿粉的比表面积为419m
2
/kg至450m
2
/kg；或/和，水淬渣超细粉的密度为3126kg/m
3
至3300kg/m
3
，水淬渣超细粉的比表面积为450m
2
/kg至473m
2
/kg；或/和，外加剂为聚羧酸高效减水剂，外加剂中固体物的质量百分含量为20.5%至22.8%；或/和，沙漠粉砂的表观密度为1250kg/m
3
至1500kg/m
3
，沙漠粉砂中SiO
2
的质量百分含量为60%至70%；或/和，水为磁化水。
上述粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m
3
至550kg/m
3
，粉煤灰陶砂中SiO
2
的质量百分含量为70%至90%；或/和，粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m
3
至450kg/m
3
，粉煤灰陶粒中SiO
2
的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；或/和，纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
上述纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为30∶40∶25组成的混合物。
本发明较传统标准配合比得到的抗震混凝土中的水泥用量有很大幅度的降低、粉煤灰和矿粉的用量明显增多、比重有很大幅度的降低，且本发明与传统标准配合比得到的抗震混凝土相当，说明本发明在不降低强度的情况下大大降低了比重；同时本发明有很好的可靠性和稳定性，粉煤灰陶砂材料、粉煤灰陶粒材料、粉煤灰和增强纤维材料提高了结构的抗震阻尼性能，加上合理的配筋结构，可大大提高和改善抗震性能。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1，该轻集料高抗震混凝土，原料按重量份数包括水泥200份至350份、粉煤灰100份至200份、硅粉20份至50份、矿粉50份至100份、水淬渣超细粉50份至100份、外加剂5份至18份、沙漠粉砂150份至300份、粉煤灰陶砂140份至250份、粉煤灰陶粒500份至900份、增强纤维1份至3份、纤维素0.05份至0.12份、集料表面活化层原料1份至3份、水180份至250份。
实施例2，该轻集料高抗震混凝土，原料按重量份数包括水泥200份或350份、粉煤灰100份或200份、硅粉20份或50份、矿粉50份或100份、水淬渣超细粉50份或100份、外加剂5份或18份、沙漠粉砂150份或300份、粉煤灰陶砂140份或250份、粉煤灰陶粒500份或900份、增强纤维1份或3份、纤维素0.05份或0.12份、集料表面活化层原料1份或3份、水180份或250份。水泥可为青松建化P.O42.5水泥；水淬渣超细粉可为钢厂水淬渣超细粉；煤化工蒸包炉渣超细粉可为新疆奎屯煤化工蒸包炉渣超细粉。
实施例3，集料表面活化层包括水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂；水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂的质量比为2.5至3.5:3.5至4.5:0.5至1.5。
实施例4，该轻集料高抗震混凝土按下述制备方法得到：第一步，将所需量的粉煤灰陶粒和所需量的粉煤灰陶砂混合后得到第一混合料，用所需量的美国进口Mixconverter外加剂喷雾在第一混合料表面并均化5秒至10秒，在均化后的第一混合料中加入所需量的水泥生料和所需量的萤石粉强制搅拌均匀得到第二混合料；第二步，在第二混合料中加入所需量的沙漠粉砂、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细、增强纤维、纤维素和水泥并强制搅拌均匀得到混合干料；第三步，在混合干料中加入所需量的水并强制搅拌均匀得到混合湿料；第四步，在混合湿料表面喷雾所需量的外加剂，然后在温度为15℃至30℃下强制搅拌10秒至20秒后得到轻集料高抗震混凝土。磁化水可为利用现有技术钠离子交换软化脱碱法制得并经过专利文献“CN200420041615酒水加热磁化器”处理制得，磁化水既能够降低水的硬度、又能够降低水的碱度、提高水的活性和渗透性，改善水胶反应效果。纤维素在拌合过程中，在分子内和分子间可形成大量氢键，对骨料起到分散作用，均匀分布，其分散作用机理为吸附在粒子表面形成紧密吸附层来防止粒子间的絮凝与聚并，从而达到分散稳定作用；此外，它还可以使表面张力或界面张力减小使液体珠滴变小，也达到分散作用目的。沙漠粉砂是经过新疆沙漠戈壁荒滩特有的一种资源，可采用申请号为201320609412.6的专利”混凝土干燥骨料连续多级风选分级系统”专利技术风选分级回收而得的一种粉砂。
实施例5，作为上述实施例的优化，实施例5中粉煤灰为II级粉煤灰，粉煤灰的密度为2915kg/m
3
、粉煤灰的需水量比为104%；或/和，硅粉的堆积密度为200kg/m
3
至300kg/m
3
，硅粉的比表面积为15000cm
2
/g至18000cm
2
/g；或/和，矿粉为煤化工蒸包炉渣超细粉，矿粉的密度为2915kg/m
3
至2950kg/m
3
，矿粉的比表面积为419m
2
/kg至450m
2
/kg；或/和，水淬渣超细粉的密度为3126kg/m
3
至3300kg/m
3
，水淬渣超细粉的比表面积为450m
2
/kg至473m
2
/kg；或/和，外加剂为聚羧酸高效减水剂，外加剂中固体物的质量百分含量为20.5%至22.8%；或/和，沙漠粉砂的表观密度为1250kg/m
3
至1500kg/m
3
，沙漠粉砂中SiO
2
的质量百分含量为60%至70%；或/和，水为磁化水。
实施例6，作为上述实施例的优化，实施例6中粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m
3
至550kg/m
3
，粉煤灰陶砂中SiO
2
的质量百分含量为70%至90%；或/和，粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m
3
至450kg/m
3
，粉煤灰陶粒中SiO
2
的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；或/和，纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
实施例7，作为上述实施例的优化，实施例7中纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为30∶40∶25组成的混合物。
性能参数对比试验
根据现有传统标准配合比得到的抗震混凝土如表1所示,本发明上述实施例得到的轻集料高抗震混凝土的平均性能参数如表2所示,在表1和表2中，ZBZCXF为煤化工蒸包炉渣超细粉，SCZCXF为炼钢厂水淬渣超细粉，2FMHCXF为II级粉煤灰超细粉。
从表1和表2可以看出本发明上述实施例得到的轻集料高抗震混凝土中的水泥用量较传统标准配合比得到的抗震混凝土中的水泥用量有很大幅度的降低，本发明上述实施例得到的轻集料高抗震混凝土中粉煤灰和矿粉的用量明显增多，比重有很大幅度的降低，且本发明上述实施例得到的轻集料高抗震混凝土的塌落度、28d弹模、28d抗弯、7d抗压强度和28d抗压强度与传统标准配合比得到的抗震混凝土塌落度、28d弹模、28d抗弯、7d抗压强度和28d抗压强度相当，说明本发明轻集料高抗震混凝土在不降低强度的情况下大大降低了比重。
本发明利用粉煤灰、煤化工蒸包炉渣超细粉、水淬渣超细粉三掺效应，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中；同时能调节混凝土的流变性能，提高塑性粘度，不仅如此还能提高拌合物中的浆固比，改善混凝土和易性，使混凝土匀质性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高了混凝土的通阻能力。
本发明轻集料高强高抗震混凝土的平均水胶比为0.30至0.45、平均砂率为15％至35％，具有低胶材自密实特性，与现有技术相比可大幅度降低混凝土重量，并且在提高工作性，降低砼收缩的情况下仍能达到高强度混凝土的基本要求，对于建筑抗震安居，减少地震灾害损失具有现实意义；同时本发明通过“裹浆”法对集料粉煤灰陶砂材料和粉煤灰陶粒进行粗造化改性处理，利用粉煤灰陶砂材料和粉煤灰陶粒内部多孔结构特性，通过建立反应机制促进表面水化反应，形成集料与水泥及矿物质胶凝材料基体的紧密结合的界面结构，优化了界面过渡区，增强了集料之间的“啮合”效果；同时，通过对集料的孔结构、集料储水量与水泥浆体组成优化设计，建立水分在集料与水泥浆体之间的传导机制，实现对界面过渡硬区以及水泥浆体的养护控制，可促使集料内养护效应产生叠加效应，显著提高混凝土的综合性能。使其应用于高抗震的梁和柱结构，有很好的可靠性和稳定性，粉煤灰陶砂材料、粉煤灰陶粒材料、粉煤灰和增强纤维材料提高了结构的抗震阻尼性能，加上合理的配筋结构，可大大提高和改善抗震性能。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种轻集料高抗震混凝土，其特征在于原料按重量份数包括水泥200份至350份、粉煤灰100份至200份、硅粉20份至50份、矿粉50份至100份、水淬渣超细粉50份至100份、外加剂5份至18份、沙漠粉砂150份至300份、粉煤灰陶砂140份至250份、粉煤灰陶粒500份至900份、增强纤维1份至3份、纤维素0.05份至0.12份、集料表面活化层原料1份至3份、水180份至250份；所述外加剂为聚羧酸高效减水剂，外加剂中固体物的质量百分含量为20.5%至22.8%；所述集料表面活化层原料包括水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂；水泥生料、萤石粉和美国进口Mixconverter外加剂的质量比为2.5至3.5:3.5至4.5:0.5至1.5。
2.根据权利要求1所述的轻集料高抗震混凝土，其特征在于轻集料高抗震混凝土按下述方法得到：第一步，将所需量的粉煤灰陶粒和所需量的粉煤灰陶砂混合后得到第一混合料，用所需量的美国进口Mixconverter外加剂喷雾在第一混合料表面并均化5秒至10秒，在均化后的第一混合料中加入所需量的水泥生料和所需量的萤石粉强制搅拌均匀得到第二混合料；第二步，在第二混合料中加入所需量的沙漠粉砂、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细粉、增强纤维、纤维素和水泥并强制搅拌均匀得到混合干料；第三步，在混合干料中加入所需量的水并强制搅拌均匀得到混合湿料；第四步，在混合湿料表面喷雾所需量的外加剂，然后在温度为15℃至30℃下强制搅拌10秒至20秒后得到轻集料高抗震混凝土。
3.根据权利要求1或2所述的轻集料高抗震混凝土，其特征在于粉煤灰为II级粉煤灰，粉煤灰的密度为2915kg/m3、粉煤灰的需水量比为104%；硅粉的堆积密度为200kg/m3至300kg/m3，硅粉的比表面积为15000cm2/g至18000cm2/g；矿粉为煤化工蒸包炉渣超细粉，矿粉的密度为2915kg/m3至2950kg/m3，矿粉的比表面积为419m2/kg至450m2/kg；水淬渣超细粉的密度为3126kg/m3至3300kg/m3，水淬渣超细粉的比表面积为450m2/kg至473m2/kg；沙漠粉砂的表观密度为1250kg/m3至1500kg/m3，沙漠粉砂中SiO2的质量百分含量为60%至70%；水为磁化水。
4.根据权利要求1或2所述的轻集料高抗震混凝土，其特征在于粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m3至550kg/m3，粉煤灰陶砂中SiO2的质量百分含量为70%至90%；粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m3至450kg/m3，粉煤灰陶粒中SiO2的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
5.根据权利要求3所述的轻集料高抗震混凝土，其特征在于粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m3至550kg/m3，粉煤灰陶砂中SiO2的质量百分含量为70%至90%；粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m3至450kg/m3，粉煤灰陶粒中SiO2的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的轻集料高抗震混凝土，其特征在于纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为30∶40∶25组成的混合物。
7.一种根据权利要求1所述的轻集料高抗震混凝土的制备方法，其特征在于按下述步骤进行：第一步，将所需量的粉煤灰陶粒和所需量的粉煤灰陶砂混合后得到第一混合料，用所需量的美国进口Mixconverter外加剂喷雾在第一混合料表面并均化5秒至10秒，在均化后的第一混合料中加入所需量的水泥生料和所需量的萤石粉强制搅拌均匀得到第二混合料；第二步，在第二混合料中加入所需量的沙漠粉砂、粉煤灰、硅粉、矿粉、水淬渣超细粉、增强纤维、纤维素和水泥并强制搅拌均匀得到混合干料；第三步，在混合干料中加入所需量的水并强制搅拌均匀得到混合湿料；第四步，在混合湿料表面喷雾所需量的外加剂，然后在温度为15℃至30℃下强制搅拌10秒至20秒后得到轻集料高抗震混凝土。
8.根据权利要求7所述的轻集料高抗震混凝土的制备方法，其特征在于粉煤灰为II级粉煤灰，粉煤灰的密度为2915kg/m3、粉煤灰的需水量比为104%；硅粉的堆积密度为200kg/m3至300kg/m3，硅粉的比表面积为15000cm2/g至18000cm2/g；矿粉为煤化工蒸包炉渣超细粉，矿粉的密度为2915kg/m3至2950kg/m3，矿粉的比表面积为419m2/kg至450m2/kg；水淬渣超细粉的密度为3126kg/m3至3300kg/m3，水淬渣超细粉的比表面积为450m2/kg至473m2/kg；外加剂为聚羧酸高效减水剂，外加剂中固体物的质量百分含量为20.5%至22.8%；沙漠粉砂的表观密度为1250kg/m3至1500kg/m3，沙漠粉砂中SiO2的质量百分含量为60%至70%；水为磁化水。
9.根据权利要求7或8所述的轻集料高抗震混凝土的制备方法，其特征在于粉煤灰陶砂的表观密度为450kg/m3至550kg/m3，粉煤灰陶砂中SiO2的质量百分含量为70%至90%；粉煤灰陶粒的表观密度为350kg/m3至450kg/m3，粉煤灰陶粒中SiO2的质量百分含量为70%至80%，粉煤灰陶粒的细度模数为2.2；增强纤维为聚丙烯纤维；纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为25至45∶35至55∶10至30组成的混合物。
10.根据权利要求7或8所述的轻集料高抗震混凝土的制备方法，其特征在于纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素按质量比为30∶40∶25组成的混合物。
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