CN105384400B - 一种废料制备的高性能混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废料制备的高性能混凝土，以质量份数计，包括由以下的原料制备而成：水泥150～300份、粉煤灰100～200份、矿粉100～200份、废砂700～1000份、废石700～1000份、外加剂5～15份、水150～200份；其中，所述废砂为2区中砂，细度模数为2.3～2.5，平均粒径为0.5～0.35mm；所述废石的平均粒径为5.5～25mm。其采用废砂、废石制作而成，不仅经济环保，而且解决了收缩开裂的问题。

Description

一种废料制备的高性能混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土生产技术领域，更具体地说，它涉及一种废料制备的高性能混凝土。
背景技术
随着城市建设的发展和施工技术的进步，对混凝土品质指标提出了更高的要求，促进混凝土相向高性能方向发展。一些大型结构、铁路工程和市政工程设计中，较多出现了C50、C60等高性能混凝土。但是高性能的混凝土制作成本较高，与普通混凝土配合比相比，凝胶材料用量大，水泥用量相对较高。高效混凝土的成本偏高大大制约了高效混凝土的推广应用。
传统的混凝土需要选用碎石作为粗骨料，选用砂子作为细骨料，砂子是采用在河、湖等天然水域中形成和堆积的岩石碎屑，然而随着混凝土使用量越来越大，天然砂资源基本枯竭，因此亟需寻找一种合理地替代品。
与此同时，我国是铸件生产大国，铸件产量在世界上首屈一指，其中砂型铸造需要大量型砂才能进行生产，据统计，我国每生产1吨合格铸件可产生约1.2吨废砂。国内对铸造废砂的处理是有陆地处置和海洋处置，陆地处置主要采用堆积法、掩埋法，海洋处置主要是海洋倾倒。此外，随着国家基础建设的飞速发展，我国矿山被开采的力度显著加大，目前我国矿山剥离废石的堆存量打数百亿吨，仅露天矿山每年剥离废石就达4亿吨以上。这些废砂、废矿由于处置不当，不仅会导致工程灾害加剧、资源浪费、环境污染，也会给社会、经济、环境造成严重危害，与国民经济持续稳定发展息息相关。
现有，申请号为201210242642.8的中国发明专利《一种矿山废石透水混凝土及其制备方法》，其仅仅利用了废石，没有对废砂进行利用，并且抗压强度不高；文献《铸造废砂的再利用》，其中国分类号为TG221、文献标识码为A、文章编号为1000-8365(2010)10-1358-03，阐述了我国铸造废砂的再利用的现状，其中稍稍提及了铸造废砂制造的混凝土的问题，但是没有应用到实际生产；申请号为201210285198.3的中国发明专利《金属矿山废石混凝土》，虽然解决了这些问题，但是其利用金属矿山废石机制砂和金属矿山废石石子制作的混凝土，存在了混凝土收缩开裂引起裂缝问题，进而影响使用寿命。
因此，采用废砂、废石制作的高性能混凝土所引起的收缩开裂问题是亟需解决的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种废料制备的高性能混凝土，其采用废砂、废石制作而成，不仅经济环保，而且解决了收缩开裂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种废料制备的高性能混凝土，以质量份数计，包括由以下的原料制备而成：水泥150～300份、粉煤灰100～200份、矿粉100～200份、废砂700～1000份、废石700～1000份、外加剂5～15份、水150～200份；其中，所述废砂为2区中砂，细度模数为2.3～2.5，平均粒径为0.5～0.35mm；所述废石的平均粒径为5.5～25mm。
所述废砂的M B值≤1.0％，石粉含量≤0.5，泥块含量≤0.4％。
所述废砂的表观密度≥2500Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3。
所述废石的含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针、片状颗粒含量≤6％。
所述废石的表观密度≥2650Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3。
所述外加剂包括减水剂、保塑剂、抗离析剂和缓凝剂，所述减水剂、保塑剂、抗离析剂和缓凝剂的质量份数比为40～60∶30～40∶2～4∶10～20。
所述减水剂包括以下通式的共聚物I：
其中，a、b、c为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物I的分子量为2000万～3000万。
所述保塑剂包括以下通式的共聚物II：
其中，d、e、f、g为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物II的分子量为1500万～2000万。
所述抗离析剂包括以下通式的共聚物III：
其中，h、i、j为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物III的分子量为20万～100万。
所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥。
本发明所述废砂经检验，该砂属2区中砂；放射性(内照射指数、外照射指数)符合GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料的要求；碱集料反应按照快速碱-硅酸反应检验，判定为无潜在碱-硅酸反应危害；其它检测项目符合GB/T14684-2011《建筑用砂》中II类机制砂的指标要求。
本发明所述废石经检验，松散密度为实测值；放射性(内照射指数、外照射指数)符合GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料的要求；碱集料反应按照快速碱-硅酸反应检验，判定为无潜在碱-硅酸反应危害；其它检测项目符合GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》中5～25mm连续粒级II类碎石的指标要求。
所述粉煤灰经检测，符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》和GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》国家标准要求。
所述矿粉经检测，符合QGD-008-2014《轨道交通工程结构混凝土裂缝控制与耐久性技术规程》和GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求。
所述水泥经检测，符合GB175-200742.5普通硅酸盐水泥标准。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
1.本发明提供废料制备的高性能混凝土，充分利用了废砂、废石的性能和价值，对原先作为固体废料处理的废砂、废石进行了再利用，为废砂、废石的处理提供了一种新思路，避免了传统处理不当导致的工程灾害加剧、资源浪费、环境污染的问题。
2.本发明废砂和废石的使用量占原料总量的比例较大，大大降低了水泥的用量，节约了生产成本。
3.该混凝土中加入了特制的减水剂，使混凝土的强度达到fcu，28≥150MPa，工作性能好；坍落度≥210，5.5小时内流动性基本保持不变，耐久性好；抗渗等级＞P35，实现了在大幅度提高混凝土强度的同时，改善和提高了混凝土工作性能及耐久性，使其具备了高性能混凝土的主要特征。
4.该混凝土中加入了特制的保塑剂，使混凝土的减水率≥25％，延缓初、终凝时间≥7天，并且混凝土的强度、耐久性均有较大提高。
5.所述抗离析剂和混凝土的相容性好，有效解决了混凝土离析泌水的问题，提高了混凝土的抗离析性能。
6.该混凝土加入特制减水剂、保塑剂和抗离析剂可有效解决高效混凝土收缩开裂。
7.本法发明一种废料制备的高性能混凝土，适合用于高层建筑、铁路、桥梁等特种工程等，其使用寿命长。
附图说明
图1为共聚物I的核磁氢谱谱图；
图2为共聚物I的红外谱图；
图3为共聚物I的合成过程；
图4为共聚物II的核磁氢谱谱图；
图5为共聚物II的红外谱图
图6为共聚物II的合成过程；
图7为共聚物III的核磁氢谱谱图；
图8为共聚物III的红外谱图；
图9为共聚物III的合成过程。
具体实施方式
实施例一：
表1实施例一中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
300Kg 100Kg 150Kg 1000Kg 700Kg 4.0Kg 4.0Kg 0.16Kg 0.90Kg 190Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例二：
表2实施例二中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
250Kg 200Kg 100Kg 1000Kg 700Kg 3.5Kg 3.2Kg 0.20Kg 1.2Kg 190Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例三：
表3实施例三中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
200Kg 100Kg 200Kg 800Kg 800Kg 5Kg 4Kg 0.2Kg 1.0Kg 200Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例四：
表4实施例四中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 3.1Kg 2.5Kg 0.15Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例五：
表5实施例五中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
250Kg 150Kg 150Kg 725Kg 875Kg 4.0Kg 4.0Kg 0.16Kg 0.80Kg 200Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例六：
表6实施例六中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 抗离析剂 缓凝剂 水
300Kg 150Kg 150Kg 800Kg 800Kg 3.9Kg 3.9Kg 0.15Kg 0.85Kg 200Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例七：
表7实施例七中废料制备的高性能混凝土的配合比
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述保塑剂为共聚物II；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例八：
表8实施例八中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 抗离析剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 3.1Kg 0.15Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例九：
表9实施例九中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 保塑剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 3.1Kg 2.5Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述保塑剂为共聚物II；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例十：
表10实施例十中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 减水剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 3.1Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述减水剂为共聚物I；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例十一：
表11实施例十一中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 保塑剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 2.5Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述保塑剂为共聚物II；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
实施例十二：
表12实施例十二中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 抗离析剂 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 0.15Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述抗离析剂为共聚物III；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
对比例：
表13对比例中废料制备的高性能混凝土的配合比
水泥 粉煤灰 矿粉 废砂 废石 缓凝剂 水
150Kg 200Kg 100Kg 750Kg 950Kg 0.90Kg 150Kg
其中，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥；粉煤灰为II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；所述缓凝剂由昆山冠元疆泓建材国际贸易有限公司购得。
表7实施例一至六中废料制备的高性能混凝土的性能
检测项目 抗压强度MPa 坍落度mm 流动性 抗渗等级 减水率 扩展度mm 分层度
实施例一 153 210 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 29％ 495 0.050
实施例二 150 225 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 30％ 500 0.053
实施例三 160 210 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 27％ 495 0.065
实施例四 167 220 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 33％ 490 0.075
实施例五 158 230 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 28％ 505 0.010
实施例六 163 215 5.5小时内基本保持不变 ＞P35 31％ 490 0.058
实施例七 127 205 5小时内基本保持不变 ＞P30 15％ 485 0.105
实施例八 120 196 5小时内基本保持不变 ＞P30 28％ 480 0.115
实施例九 125 199 5小时内基本保持不变 ＞P30 25％ 483 0.116
实施例十 105 185 4.5小时内基本保持不变 ＞P25 13％ 470 0.210
实施例十一 100 179 4.5小时内基本保持不变 ＞P25 20％ 465 0.215
实施例十二 105 183 4.5小时内基本保持不变 ＞P25 19％ 467 0.217
对比例 80 170 3.5小时内基本保持不变 ＞P20 0％ 306 0.400
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种废料制备的高性能混凝土,其特征在于，以质量份数计，包括由以下的原料制备而成：水泥150～300份、粉煤灰100～200份、矿粉100～200份、废砂700～1000份、废石700～1000份、外加剂5～15份、水150～200份；其中，所述废砂为2区中砂，细度模数为2.3～2.5，平均粒径为0.5～0.35mm；所述废石的平均粒径为5.5～25mm；所述外加剂包括减水剂、保塑剂、抗离析剂和缓凝剂，所述减水剂、保塑剂、抗离析剂和缓凝剂的质量份数比为40～60:30～40:2～4:10～20；所述减水剂包括以下通式的共聚物I：
其中，a、b、c为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物I的分子量为2000万～3000万；所述保塑剂包括以下通式的共聚物II：
其中，d、e、f、g为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物II的分子量为1500万～2000万；所述抗离析剂包括以下通式的共聚物III：
其中，h、i、j为共聚物重复单元的链节数，所述共聚物III的分子量为20万～100万。
2.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于，所述废砂的MB值≤1.0％，石粉含量≤0.5，泥块含量≤0.4％。
3.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于，所述废砂的表观密度≥2500Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3。
4.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于，所述废石的含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针、片状颗粒含量≤6％。
5.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于，所述废石的表观密度≥2650Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3。
6.根据权利要求1所述的废料制备的高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，所述粉煤灰为II级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
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