CN106278025A

CN106278025A - 一种高强度混凝土及其制备方法

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Publication number: CN106278025A
Application number: CN201610649255.XA
Authority: CN
Inventors: 黄亮; 谢建和; 孙明炜
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: CN106278025B

Abstract

本发明公开一种高强度混凝土及其制备方法，原料包括按重量份数计的粗骨料950‑1050份、细骨料600‑650份、水泥550‑600份、粉煤灰150‑200份、硅粉80‑100份及水，水的重量与所述水泥的重量之比为0.25‑0.28。本发明以包括粉煤灰和硅粉等工业副产品作为原料，经过改进的水泥裹砂法制备得到高强度混凝土，原料供应便利廉价，制作工艺简单。

Description

一种高强度混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于新型建筑材料技术领域，具体是一种高强度混凝土及其制备方法。

技术背景

早在上个世纪60年代起，美国、欧洲等发达国家就已经开始推广使用强度相当于我国的C50～C60高强度混凝土，并且在工程中普遍使用的混凝土强度等级已达到C30～C35。经过几十年的发展，发达国家的建筑物设计强度平均达到C50～C60。而我国的建筑物设计强度普遍停留在C30～C40，开发简单、低成本的高强度混凝土制备技术是提高我国建筑物强度等级的迫切需要。另一方面，我国是产煤和烧煤大国，72％的煤炭用于燃烧发电，产生大量以粉煤灰为主的副产品，对坏境保护造成巨大的压力。所以，对粉煤灰的利用已经成为我国可持续发展战略的重要组成部分。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高强度混凝土及其制备方法，本发明以包括粉煤灰和硅粉等工业副产品作为原料，经过配方调整及改进的水泥裹砂法制备得到高强度混凝土，在实现制备高强度混凝土的同时，原料供应便利廉价，制作工艺简单，有利于推广应用于民用建筑，提高我国整体的建筑物设计强度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高强度混凝土，由包括以下按重量分数计的原料制备：

及水，

所述水的重量与水泥的重量之比为0.25-0.28。

所述的粉煤灰是采用由生产工艺先进的燃煤电厂生产得到，优选的，其比表面积为800-900m2/kg，吸水率为104-110％。更优选为优质Ⅰ级特细粉煤灰。

所述硅粉是含硅合金时产生的工业尘埃经回收得到的硅粉，优选的，所述硅粉的比表面积为20×10³-25×10³m²/kg。优选所述硅粉符合国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》GB/T 18736-2002的要求。硅粉具有极强的火山灰性能，能加速水泥的水化过程，提高混凝土的力学性能。

优选的，所述原料还包括添加剂，具体可包括减水剂、消泡剂等，具体物质及用量没有特殊限制。

更优选的，所述消泡剂为德国生产的粉末状P803消泡剂，其掺量为水泥、粉煤灰、硅粉总质量的1％。

优选的，所述细骨料为连续级配的天然细骨料，细度模数为2.4-2.6，含水率2％-5％.

优选的，所述粗骨料包括粒径为5～10mm的粗骨料与粒径为10～16mm的粗骨料，其中粒径为5～10mm的粗骨料的质量占30-40％。

上述高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：

将细骨料、硅粉与占水总质量60％-70％的水混合进行第一次搅拌，得到硅粉浆，加入粗骨料进行第二步混合搅拌，再加入水泥、粉煤灰进行第三步混合搅拌，然后加入减水剂、消泡剂和剩余的水混合搅拌，得到混凝土浆料，经固化、养护，得到高强度混凝土。

本发明通过制备硅粉浆的步骤可以有效提高混凝土的早期强度。

优选的，所述第一次搅拌的时间为1-3min。

优选的，所述第二步混合搅拌的时间是1-3min。

优选的，所述第三步混合搅拌的时间是3-5min。

优选的，所述加入减水剂、消泡剂和剩余的水混合搅拌的时间是3-5min。

本发明采用改进的配方及水泥裹砂法制备高强度混凝土，加入水泥、粉煤灰及硅粉与砂搅拌，会使砂的表面形成一层浆壳，包着浆壳的砂粒之间互相粘结，再加入水搅拌，使分散状的水泥颗粒冲淡为水泥浆，水泥浆会被封在壳体之间的空隙，可以防止泌水。由于壳体之间的互相粘结，防止了分层离析现象。砂粒之间存在着薄的水泥浆层和厚的水泥浆壳层，提高了混凝土的流动性。由于包着浆壳的砂粒强度高，增加了骨料与胶凝材料的粘结力，从而提高混凝土的强度。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使用的粉煤灰在胶凝材料中具有微集料效应、形态效应和火山灰效应，使得混凝土浆液具有良好的流动性、粘聚性、不出现泌水和离析，工作性良好，有利于提高混凝土的抗压强度。

(2)本发明使用的硅粉是冶炼工业硅产生的废料，来源广泛，具有极强的火山灰性能，能与水泥水化反应生成C-S-H凝胶，加速水泥的水化过程，减少水泥的使用，提高混凝土的力学性能，如抗压、抗折强度。

(3)本发明使用水泥裹砂法制备高强度混凝土，在不改变机械设备，不增加人力、物力、成本的前提下，水泥裹砂法较常见方法使混凝土力学性能提高20％左右。

(4)本发明综合上述材料的特性，可以显著提高混凝土的性能，使垃圾废料变废为宝、循环再利用，有利于促进粉煤灰合理、广泛地应用于实际的建设工程中，节约社会资源，减少环境污染。

具体实施方式

本发明可通过如下的实施例、对照例1、对照例2、对照例3进一步的说明，但实施例、对照例1、对照例2、对照例3不是对本发明保护范围的限制。

本发明实施例制备高强度混凝土的准备方法为：分别筛出粒径5～10mm和粒径为10～16mm的粗骨料，除去粗骨料中的杂物如玻璃、木屑、砖块等，用清水清洗后，自然晾干待用；对细骨料进行清洗，除去贝壳等杂物，质量晾干待用，其含水率为5％；

在强制式搅拌机中加入细骨料617kg、硅粉81.7kg和91kg拌合水，搅拌90s得到硅粉浆，加入粒径5～10mm粗骨料302.4kg、粒径为10～16mm的粗骨料705.6kg，搅拌90s，加入水泥585kg、粉煤灰150kg，搅拌180s，加入减水剂18.86kg、消泡剂1.26kg和拌合水61kg，搅拌200s，得到混凝土浆料，将浆料倒入标准塑模并振捣密实，第一天地面浇水，装着混凝土浆料的模放在地上，用塑料膜覆盖，再浇水到塑料膜上，一天浇两次水，第三天拆模，之后直接浇水到混凝土表面和地面，再盖上塑料膜，浇水到塑料膜上，养护至第7天，每天浇水两次，得到早期固化试件，进行早期强度测试；对于没有进行早期强度测试的试件在养护至第7天之后就直接静置至28天，得到150mm*150mm*150mm的高强度混凝土试件，制备A、B、C三个平行试件，进行强度测试。

按照常规混凝土制备方法制备对比混凝土1，具体是在强制式搅拌机中加入粗骨料1008kg、细骨料617kg，搅拌90s，加入水泥585kg、粉煤灰150kg、硅粉81.7kg，搅拌180s，加入减水剂18.86kg、消泡剂1.26kg、拌合水152kg，搅拌200s，得到对比混凝土浆料1，养护方法参照实施例，得到150mm*150mm*150mm的对比混凝土试件，制备A、B、C三个平行试件。

参照实施例的制备方法，制备胶凝材料全部为水泥的对比混凝土2，具体是在强制式搅拌机中加入细骨料617kg和76kg拌合水，搅拌90s，加入粒径5～10mm粗骨料302.4kg、粒径为10～16mm的粗骨料705.6kg，搅拌90s，加入水泥816.7kg，搅拌均匀180s，加入减水剂18.86kg、消泡剂1.26kg和拌合水76kg，搅拌均匀200s，得到对比混凝土浆料2，养护方法参照实施例，得到150mm*150mm*150mm的对比混凝土试件，制备A、B、C三个平行试件。

按照常规水泥裹砂法制备对比混凝土3，具体是在强制式搅拌机中加入细骨料617kg和76kg拌合水，搅拌90s，加入粒径5～10mm粗骨料302.4kg、粒径为10～16mm的粗骨料705.6kg，搅拌90s，加入水泥585kg、粉煤灰150kg、硅粉81.7kg，搅拌均匀180s，加入减水剂18.86kg、消泡剂1.26kg和拌合水76kg，搅拌均匀200s，得到对比混凝土浆料3，养护方法参照实施例，测试养护7天的试件早期强度。

实施例、对照例1、对照例2、对照例3中的水泥、硅粉、粉煤灰、粗骨料、细骨料、水、减水剂及消泡剂的用量(单位为kg)如下表1所示：

表1(水灰比为水与水泥的质量比)

样品	水泥	粉煤灰	硅灰	拌合水	水灰比	减水剂	消泡剂	细骨料	粗骨料
										实施例	585	150	81.7	152	0.26	18.86	1.26	617	1008
对照例1	585	150	81.7	152	0.26	18.86	1.26	617	1008
										对照例2	816.7	0	0	212	0.26	18.86	1.26	617	1008
对照例3	585	150	81.7	152	0.26	18.86	1.26	617	1008

实施例、对照例1、对照例2、对照例3中的各种材料具体如下：

(1)水泥：采用金羊牌硅酸盐水泥，强度等级为P·Ⅱ52.5R；

(2)细骨料：采用连续级配的天然细骨料，比重为2.69、细度模数为2.52、吸水率为0.8％的中粗河砂；

(3)粗骨料：采用30％的碎石粒径为φ5～φ10mm和70％的φ10～φ16mm；

(4)粉煤灰：采用由生产工艺先进的燃煤电厂生产的再经过加工后的优质Ⅰ级特细粉煤灰，其烧失量为2.4％，比表面积为820m2/kg；成分及含量(质量百分比)如表2所示：

表2

成分

二氧化硅

氧化铝

氧化铁

氧化钙

氧化镁

氧化钠

数值

58％

30％

4.3％

1.5％

2.8％

3.2％

(5)硅粉：采用成都东蓝星科有限公司生产，SiO₂含量为98.5％，烧失量为2.14％，比表面积为22.99×10³m²/kg，含水率为0.3％，氯离子含量0.017％，总碱量为0.4％；

(6)减水剂：采用广东省江门强力建材科技有限公司生产，型号为QL-PC2型聚羧酸缓凝高性能减水剂。

(7)消泡剂：采用德国生产的粉末状P803消泡剂，掺量为胶凝材料总量的1％，采用同渗法。

(8)拌合水：采用自来水作为拌合水。

通过材料压缩试验机对混凝土试件进行在单轴压缩加载测试，得到混凝土试件的轴心抗压强度，数据如表3所示：

表3

对实验结果分析可知：

(1)采用粉煤灰、硅粉和水泥裹砂法制得的高强度混凝土强度最高可达109.59MPa，平均28天强度可达107.1MPa；

(2)通过实施例和对照例1的比较可知，水泥裹砂法可将混凝土强度提高21.00％，表明水泥裹砂法制备高强度混凝土能大幅提高混凝土强度。

(3)通过实施例和对照例2的对比可知，在胶凝材料总量不变的前提下添加粉煤灰和硅粉能有效的提高混凝土的强度，强度提高约29.96％。

(4)通过实施例和对照例3的7天强度数据对比表明，本发明的制备方法得到的混凝土早期强度得到显著提高。

(5)通过实施例和对照例2的变异系数与对照例1比较可知，变异系数下降了3.25％～3.36％，即本发明的水泥裹砂法制备高强度混凝土不仅能提高混凝土强度，还能使混凝土的搅拌均匀，改善和易性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行若干推演或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种高强度混凝土，由包括以下按重量份数计的原料制备：

所述水的重量与水泥的重量之比为0.25-0.28。

2.如权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰的比表面积为800-900m²/kg，吸水率为104-110％。

3.如权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述硅粉的比表面积为20×10³-25×10³m²/kg。

4.如权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述细骨料为连续级配的天然细骨料，细度模数为2.4-2.6，含水率2％-5％。

5.如权利要求1所述的高强度混凝土，其特征在于，所述粗骨料包括粒径为5～10mm的粗骨料与粒径为10～16mm的粗骨料，粒径为5～10mm的粗骨料的质量占30-40％。

6.如权利要求1-5任一项所述的高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：

将细骨料、硅粉与占水总质量60％-70％的水混合进行第一次搅拌，得到硅粉浆，加入粗骨料进行第二步混合搅拌，再加入水泥、粉煤灰进行第三步混合搅拌，然后加入剩余的水混合搅拌，得到混凝土浆料，经固化、养护，得到高强度混凝土。