CN105330240A - 无熟料水泥高延性材料及其制备方法 - Google Patents

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陈波
郭丽萍
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Abstract

无熟料水泥高延性材料及其制备方法，质量份数组成如下，无熟料水泥100份，细砂30-40份，外加剂0.5-3份，PVA纤维0.5-2.5份，水20-40份。所述无熟料水泥由55-80份粉煤灰、10-40份矿渣、0-5份硅灰、2-5份激发剂组成，将上述材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体。本发明的无熟料水泥高延性材料强度等级为C20-C60，极限拉伸变形3.0%-6.0%。本发明提供的无熟料水泥高延性材料不仅具有较高的承载力和优异的延性，同时，极大提高了工业废渣的利用率，可避免硅酸盐水泥生产过程中产生的二氧化碳排放、环境污染和煤炭的消耗。

Description

无熟料水泥高延性材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种无熟料水泥高延性材料及其制备方法。
背景技术
普通高延性水泥基材料是一种由应变硬化材料，因其优异的延性性能，可用于高层建筑中的抗震阻尼器、混凝土结构加固与修补等。普通高延性水泥基材料通常采用通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥等作为胶凝材料，粒径为100~200μm的磨细石英砂作为骨料来制备。水泥在生产过程中消耗大量的煤炭、石灰石、粘土等矿产资源，并排放产生大量二氧化碳；质地坚硬的石英砂的磨细也需要大量的能源，因此，普通高延性水泥基材料的主要原材料的生产会产生严重的环境污染，并消耗宝贵的矿产资源。
粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废物，矿渣是在高炉冶炼生铁过程中产生的国体废弃物。粉煤灰和矿渣均是我国当前排量非常大的工业废渣。随着我国工业的发展，粉煤灰和矿渣排放量逐年增加，如果不加处理，就会产生扬尘，增高空气中的P·M2.5含量，占用和污染土地。粉煤灰和矿渣中均具有火山灰活性，通过适当激发以后，具有足够的胶凝性能。粉煤灰和矿渣等火山灰质材料经激发后，可替代水泥作为高延性材料的胶凝材料。
尾矿砂是选矿中分选作业的产物之一，因其中有用目标组分含量最低，在当前的技术经济条件下，已不宜再进一步分选，因此成为了一种数量极为庞大的固体废弃物。我国有将近100亿吨的尾矿，且每年以6亿吨的速度在递增，截至2015年，我国尾矿综合利用率有尚不足20%。我国每年要花费10-15亿元用于堆存尾矿，花15-25亿元用于维护尾矿库，尾矿堆存管理与维护不仅经济上不堪重负，而且带来严重环境污染和突发性尾矿库溃坝事故。尾矿砂颗粒较细，级配良好，将其进行适当筛分后，可代替磨细石英砂用作高延性水泥基材料的骨料。
在建筑材料中将固体废弃物变废为宝，对于提高固体废弃物的综合利用水平、提高建筑产业的绿色化具有积极作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种无熟料水泥高延性材料。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种无熟料水泥高延性材料，按照质量份数，由以下组分组成：无熟料水泥100份，细砂30-40份，外加剂0.5-3份，PVA纤维0.5-2.5份，水20-40份。
优选的，所述无熟料水泥由55-80份粉煤灰、10-40份矿渣、0-5份硅灰、2-5份激发剂组成，将上述材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体。
优选的，所述粉煤灰为I级或II级F类粉煤灰，矿渣为S75级以上磨细矿渣，激发剂由苛性钠、苏打粉、硫酸钠中的一种或多种组成。
优选的，所述细砂为0.15-2.5mm连续级配的尾矿砂、人工砂，或天然河砂。
优选的，所述外加剂由100份聚羧酸减水剂、0-300份聚丙烯酰胺、0-300份三乙醇胺等组成。聚羧酸减水剂和聚丙烯酰胺为粉状外加剂，三乙醇胺为液体外加剂。
优选的，所述PVA纤维长度6mm-12mm，当量直径(40±5)μm，抗拉强度大于1400MPa，弹性模量大于30GPa。
该无熟料水泥高延性材料强度等级为C20-C60，极限拉伸变形3.0%-6.0%，既能在陆地上施工，也可进行水下不分散施工。
本发明的另一个目的是提供一种上述无熟料水泥高延性材料的制备方法，其技术方案为：
一种无熟料水泥高延性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将55-80份粉煤灰、10-35份矿渣、0-5份硅灰、2-5份激发剂等材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体，制得无熟料水泥。
(2)将无熟料水泥、细砂及粉状外加剂和PVA纤维按比例称好，搅拌均匀并装袋。
(3)在施工现场施工或实验室试验时，直接按比例加入水和液态外加剂。
(4)搅拌4-5分钟，浇筑成型。
本发明的有益效果是：
本发明提供的无熟料水泥高延性材料强度等级为C20-C60，满足混凝土结构工程对承载力的要求，同时它的极限拉伸变形3.0%-6.0%，是混凝土的拉伸变形的200-500倍。既能在陆地上施工，也能在水下施工。无熟料水泥高延性材料不仅具有较高的承载力和优异的延性，同时，极大提高了工业废渣的利用率，还可以有效避免硅酸盐水泥生产过程中产生的二氧化碳排放、环境污染和煤炭的消耗，提高了建筑产业的绿色化水平。
具体实施方式
下面结合具体实施例1～6对本发明作更进一步的说明。
表1为无熟料水泥高延性材料的配合比（重量比），表2为无熟料水泥的组成比例（重量比）及材料类型，表3为外加剂组成比例（重量比），表4为无熟料水泥高延性材料的抗压强度极限拉伸变形值。
实施例1，无熟料水泥高延性材料及其制备方法，无熟料水泥100份，细砂30份，外加剂3份，PVA纤维2.5份，水20份。所述无熟料水泥由55份粉煤灰、40份矿渣、0份硅灰、5份激发剂组成，将上述材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体。制备方法包括以下步骤：(1)将粉煤灰、矿渣、硅灰、激发剂等材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体，制得无熟料水泥。(2)将无熟料水泥、细砂及粉状外加剂和PVA纤维按比例称好，搅拌均匀并装袋。(3)在施工现场施工或实验室试验时，直接按比例加入水和液态外加剂。(4)搅拌4-5分钟，浇筑成型。
实施例2-6，与实施例1基本相同，但各组分比例见以下各表格。
表1无熟料水泥高延性材料的配合比（重量比）
表2无熟料水泥的组成比例（重量比）及材料类型
表3外加剂组成比例（重量比）及细砂的种类
表4无熟料水泥高延性材料的抗压强度极限拉伸变形值
实施例7，与实施例1基本相同，但所述无熟料水泥中的矿渣为10份。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无熟料水泥高延性材料，其特征在于：按照质量份数，由以下组分组成，无熟料水泥100份，细砂30-40份，外加剂0.5-3份，PVA纤维0.5-2.5份，水20-40份。
2.根据权利要求1所述的无熟料水泥高延性材料，其特征在于：所述无熟料水泥由55-80份粉煤灰、10-40份矿渣、0-5份硅灰、2-5份激发剂组成，将上述材料按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体。
3.根据权利要求2所述的无熟料水泥高延性材料，其特征在于：所述粉煤灰为I级或II级F类粉煤灰，矿渣为S75级以上磨细矿渣，硅灰的SiO2含量大于95%，激发剂由苛性钠、苏打粉、硫酸钠中的一种或多种组成。
4.根据权利要求1所述的无熟料水泥高延性材料，其特征在于：所述细砂为0.15-2.5mm连续级配的尾矿砂、人工砂，或天然河砂。
5.根据权利要求1所述的无熟料水泥高延性材料，其特征在于：所述外加剂由100份聚羧酸减水剂、0-300份聚丙烯酰胺、0-300份三乙醇胺组成。
6.根据权利要求1-5之一所述的无熟料水泥高延性材料，其特征在于：所述PVA纤维长度6mm-12mm，当量直径40±5μm，抗拉强度大于1400MPa，弹性模量大于30GPa。
7.权利要求1所述的无熟料水泥高延性材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将粉煤灰、矿渣、硅灰、激发剂按比例混合，并研磨成细度均匀的粉体，制得无熟料水泥；
(2)将无熟料水泥、细砂及粉状外加剂和PVA纤维按比例称好，搅拌均匀并装袋；
(3)在施工现场施工或实验室试验时，直接按比例加入水和液态外加剂；
(4)搅拌4-5分钟，浇筑成型。
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