CN106882941A

CN106882941A - 一种高性能火山灰混凝土及其生产工艺

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Publication number: CN106882941A
Application number: CN201710015413.0A
Authority: CN
Inventors: 马学文
Original assignee: Shandong Sensen Mining New Material Co Ltd
Current assignee: Shandong Sensen Mining New Material Co Ltd
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-06-23

Abstract

本发明公开了一种高性能火山灰混凝土及其生产工艺，属于和非金属矿深加工领域，包括胶凝材料、砂、石、水以及外加剂，所述胶凝材料包括水泥、优质火山灰、硅灰，所述外加剂为高效减水剂；各原料组成为：水的用量≤150kg，胶凝材料的总量为300kg/m³‑350 kg/m³，其中：水泥用量为胶凝材料总量的50%‑60%，优质火山灰用量为胶凝材料总量的30%‑40%，硅灰用量为胶凝材料总量的2%‑5%；所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的0.5%‑1.0%。本发明所制备的高性能火山灰混凝土不仅具有较好的抗渗、抗化学腐蚀能力，还具有较好的耐久性，且保塌效果良好，所采用的原料成本小，性价比高。

Description

一种高性能火山灰混凝土及其生产工艺

技术领域

本发明涉及材料科学与工程领域和非金属矿深加工领域，尤其涉及一种高性能火山灰混凝土及其生产工艺。

背景技术

近年来随着我国大规模基础建设的展开，混凝土产量激增，导致优质掺和料日益紧缺，很多地区出现了粉煤灰、矿渣等资源紧缺的现象。因此，迫切需要开发一种容易获取、优质廉价的新型掺和料替代品。火山灰是由火山活动产生的细微碎屑物，其主要成分为岩石、矿物、火山玻璃碎片，直径小于2mm。在我国，北起黑龙江南至海南岛的火山分布区，火山灰资源极其丰富。火山灰质材料常用于水泥制品的研究中，改善普通水泥在某些特定工程中的应用缺陷。火山灰的引入利用减少了工程成本。然而，由于天然火山灰具有疏松多孔、比重小、吸附性较强、比表面积大、活化指数低等特点，用其配制的混凝土存在需水量大、坍落度损失快、外加剂适应性差、早期强度低、强度发展慢、耐久性不够等问题。硅灰作为一种高活性矿物掺合料，但因其价格昂贵制约了硅灰的广泛应用，通常仅用于高强混凝土和超高强混凝土中，掺量在5%～10%之间。硅灰极细的颗粒和极高的火山灰活性对提高混凝土强度、增加致密性，提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性等效果显著。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能火山灰混凝土及其生产工艺，克服现有技术中存在的耐久性、工作性能等不能满足要求的缺陷。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高性能火山灰混凝土，包括胶凝材料、砂、石、水以及外加剂，所述胶凝材料包括水泥、优质火山灰、硅灰，所述外加剂为高效减水剂；

所述高性能火山灰混凝土中各原料组成为：

水的用量≤150kg，胶凝材料的总量为300kg/m³~350 kg/m³，其中：

水泥用量为胶凝材料总量的50%~60%，

优质火山灰用量为胶凝材料总量的30%~40%，

硅灰用量为胶凝材料总量的2%~5%；

所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的0.5%~1.0%；

砂：325~370 kg/m³；

砂率为40%~44%；

水胶比不大于0.5。

进一步地，所述水泥为市售的普通硅酸盐52.5水泥。

进一步地，所述优质火山灰是指将火山灰原矿经以下处理所得：

（1）将火山灰原矿加入水中，得到火山灰原矿水溶液，不断搅拌进行擦洗，然后加入碱性调节剂，继续搅拌，加入分散剂，继续搅拌至擦洗结束；

（2）将步骤（1）中擦洗结束后得到的溶液经150~200目筛，保留筛下物，并进行离心处理，离心结束后保留沉淀，即为优质火山灰。

优选地，步骤（1）中火山灰原矿水溶液的固形物的质量浓度为50%~70%。

优选地，步骤（1）中擦洗搅拌5~10min后，加入质量浓度为0.1~0.3%的碱性调节剂，继续搅拌5~10min后加入质量浓度为0.2~0.6%的分散剂，并继续搅拌30~40min。

更优选地，碱性调节剂为氢氧化钾、氢氧化钠等任一种的水溶液。分散剂为硬脂酸钙或硬脂酸镁。

优选地，步骤（2）中离心处理时溶液的固形物质量浓度为20%~30%，离心因数为4~10，离心时间为3~5min。

本发明中优质火山灰重量百分比为30%~40%，火山灰比例过高会带来强度不足和碱含量超标的问题，因此对高性能的掺合料混凝土，不宜大于40%。

进一步地，所述硅灰的比表面积为 400~16000m² /kg，粒径为0.5~60μm，二氧化硅含量大于50%。

进一步地，所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

进一步地，所述砂率为砂的用量/(砂的用量+石子用量)×100%。

本发明还提供了一种制备上述高性能火山灰混凝土的方法，即将各原料组分混合搅拌均匀，即得产品。

本发明另一方面还提供了一种上述高性能火山灰混凝土在建筑领域的应用。

本发明所公开的高性能火山灰混凝土，掺入适量的火山灰，可改善普通水泥存在某些缺陷。而掺入适量硅灰，可以弥补天然火山灰活性不足的缺陷，提高混凝土强度；另一方面，细小的微粒水化物填塞混凝土显微结构中的微空隙，可提高混凝土的密实性，增强混凝土抗渗及抗化学腐蚀的能力。而且小掺量硅灰对单方混凝土成本增加不大，性价比较高。单方用水量对耐久性指标影响显著，应严格控制。对于火山灰混凝土，高效减水剂可以减少水的用量，能完全满足泵送混凝土的塌落度要求，且保塌效果良好。

总之，本发明所制备的高性能火山灰混凝土不仅具有较好的抗渗、抗化学腐蚀能力，还具有较好的耐久性，且保塌效果良好，所采用的原料成本小，性价比高。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

1、优质火山灰的制备：

（1）将火山灰原矿加入水中，得到固形物质量浓度为70%的火山灰原矿水溶液，搅拌5min，然后加入质量浓度为0.1%的碱性调节剂，继续搅拌10min，加入质量浓度为0.4%的分散剂，继续搅拌30min，擦洗结束；

（2）将步骤（1）中擦洗结束后得到的溶液经150~200目筛，保留筛下物，并进行离心处理，离心处理时溶液的固形物质量浓度为20%，离心因数为4~10，离心时间为5min，离心结束后得到溢流和底流，底流即为优质火山灰。

2、高性能火山灰混凝土制备

本实施例中各原料组成为：胶凝材料总量 350kg/m³，其中，水泥用量为胶凝材料总量的60%，优质火山灰用量为胶凝材料总量的35%，硅灰用量为胶凝材料总量的5%；所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的1.0%；

砂率 0.40；

水胶比 0.40；

将各原料组分混合搅拌均匀，即得产品。

实施例2

1、优质火山灰的制备：

（1）将火山灰原矿加入水中，得到固形物质量浓度为50%的火山灰原矿水溶液，搅拌8min，然后加入质量浓度为0.3%的碱性调节剂，继续搅拌5min，加入质量浓度为0.2%的分散剂，继续搅拌40min，擦洗结束；

（2）将步骤（1）中擦洗结束后得到的溶液经150~200目筛，保留筛下物，并进行离心处理，离心处理时溶液的固形物质量浓度为20%，离心因数为4~10，离心时间为5min，离心结束后得到溢流（上层清液）和底流（沉淀），底流即沉淀物为优质火山灰。

2、高性能火山灰混凝土制备

本实施例中各原料组成为：胶凝材料总量 320kg/m³，其中，水泥用量为胶凝材料总量的55%，优质火山灰用量为胶凝材料总量的40%，硅灰用量为胶凝材料总量的3%；所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的0.6%；

砂率 0.44；

水胶比 0.40；

将各原料组分混合搅拌均匀，即得产品。

实施例3

1、优质火山灰的制备：

（1）将火山灰原矿加入水中，得到固形物质量浓度为60%的火山灰原矿水溶液，搅拌10min，然后加入质量浓度为0.2%的碱性调节剂，继续搅拌8min，加入质量浓度为0.6%的分散剂，继续搅拌35min，擦洗结束；

（2）将步骤（1）中擦洗结束后得到的溶液经150~200目筛，保留筛下物，并进行离心处理，离心处理时溶液的固形物质量浓度为30%，离心因数为4~10，离心时间为3min，离心结束后得到溢流和底流，底流即为优质火山灰。

2、高性能火山灰混凝土制备

本实施例中各原料组成为：胶凝材料总量 300kg/m³，其中，水泥用量为胶凝材料总量的50%，优质火山灰用量为胶凝材料总量的30%，硅灰用量为胶凝材料总量的2%；所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的0.5%；

砂率 0.43；

水胶比 0.4；

将各原料组分混合搅拌均匀，即得产品。

性能测试

对上述实施例1-3所制得的高性能火山灰混凝土参考GB50010、GB/T749进行相关性能测试，具体测试结果见下表：

性能测试	实施例1	实施例2	实施例3
				塌落度	21.4cm	18.6cm	20.5cm
28天抗压强度	59.3MPa	40.2MPa	55.7MPa
				56天电通量	768C	769C	765C
抗蚀系数	0.97	0.98	0.96

电的抗通量可用来评价混凝土的渗透性，而混凝土的渗透性直接影响混凝土的抗冻融循环性能和耐久性能。本发明所制得的高性能火山灰混凝土56天电通量为768C左右，满足普通环境下100年设计年限耐久性要求；满足H3、H4环境作用等级100年设计年限耐久性要求。而且塌效果好，具有抗腐蚀性能，原料成本低、性价比高。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种高性能火山灰混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、砂、石、水以及外加剂，所述胶凝材料包括水泥、优质火山灰、硅灰，所述外加剂为高效减水剂；

所述高性能火山灰混凝土中各原料组成为：

水的用量≤150kg，胶凝材料的总量为300kg/m³~350 kg/m³，其中：

水泥用量为胶凝材料总量的50%~60%；

优质火山灰用量为胶凝材料总量的30%~40%；

硅灰用量为胶凝材料总量的2%~5%；

所述高效减水剂的用量为胶凝材料总量的0.5%~1.0%；

砂：325~370 kg/m³；

砂率为40%~44%；

水胶比不大于0.5。

2.根据权利要求1所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，所述优质火山灰是指将火山灰原矿经以下处理所得：

3.根据权利要求2所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，步骤（1）中火山灰原矿水溶液的固形物的质量浓度为50%~70%。

4.根据权利要求2所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，步骤（1）中擦洗搅拌5~10min后，加入质量浓度为0.1~0.3%的碱性调节剂，继续搅拌5~10min后加入质量浓度为0.2~0.6%的分散剂，并继续搅拌30~40min。

5.根据权利要求2所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，步骤（2）中离心处理时溶液的固形物质量浓度为20%~30%，离心因数为4~10，离心时间为3~5min。

6.根据权利要求1所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积为400~16000m² /kg，粒径为0.5~60μm，二氧化硅含量大于50％。

7.根据权利要求1所述的高性能火山灰混凝土，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

8.一种制备权利要求1~7任一项所述高性能火山灰混凝土的方法，其特征在于，将各原料组分混合搅拌均匀，即得产品。

9.权利要求1~7任一项所述高性能火山灰混凝土在建筑领域的应用。