CN107352902A - 一种自密实微膨胀c55混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明一种自密实微膨胀C55混凝土，属于固体废弃物资源化利用技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种自密实微膨胀C55混凝土；解决该技术问题采用的技术方案为：一种自密实微膨胀C55混凝土，包括下述重量份的组分：磨细脱硫渣150‑174份，水泥350‑406份，河砂750‑800份，碎石850‑900份，水150‑174份，激发剂7.5‑8.7份，减水剂7.0‑8.1份；所述磨细脱硫渣和水泥为胶凝材料，所述激发剂占胶凝材料总重量份的1.5%，所述减水剂占胶凝材料总重量份的1.4%，所述磨细脱硫渣由煤矸石脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得；所述磨细脱硫渣的比表面积不低于390 m2/kg；本发明C55混凝土具有强度高、自密实、微膨胀的优点；本发明可广泛应用于建筑领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种自密实微膨胀C55混凝土，属于固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
煤矸石是成煤过程中与煤伴生的一种含碳量低的黑色岩石，是在煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物。目前煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%-20%，平均约为12%，已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废弃物。煤矸石含有碳、氢、氧等热值成分，利用煤矸石进行发电是煤矸石综合利用的一条重要途径。为了促进节能减排，鼓励对煤矸石的利用，国家专门针对煤矸石发电出台了相关政策，推动了大量煤矸石电厂的兴建。煤矸石电厂在消化煤矸石产生经济效益的同时，产生了大量的灰渣。煤矸石脱硫渣是煤矸石电厂经循环流化床锅炉（CFBC）燃烧并脱硫后，经炉底排出的废渣。与循环流化床（CFB）燃煤脱硫灰渣相比，由于煤矸石属劣质燃料，其排渣量更大。由于煤矸石与普通燃煤结构、化学成分等方面的差异，导致产生的煤矸石脱硫渣与普通燃煤脱硫渣性能上亦存在较大差异。目前CFB煤矸石脱硫渣的利用率很低，大量CFB煤矸石脱硫渣的闲散堆放，在占用大量土地的同时，也会造成环境污染。利用CFB煤矸石脱硫渣等量替代水泥配制高性能混凝土，在消化利用废渣的同时，可以节约水泥，具有重大的现实意义和经济价值，但是现有技术中相关的研究报道还较少。
另一方面，现有技术中所配制的混凝土仍存在着一定的缺陷。首先，配制膨胀混凝土的常规做法是通过掺入膨胀剂或膨胀水泥来提供膨胀源，虽然可以补偿收缩或产生自应力，但存在后期强度有所下降和长期稳定性较差的问题。其次，普通混凝土不具有自密实效果，在建筑使用时需要对其进行振捣。这不仅需要消耗人力财力，所产生的噪音导致不能够进行夜间施工，影响施工进度。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供了一种自密实微膨胀C55混凝土。本发明提供的混凝土具有强度高、自密实、补偿收缩的优点。一方面可以实现废渣利用，另一方面可以节约水泥，提高混凝土的强度和耐久性，产生巨大的经济效益和环保效益。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种自密实微膨胀C55混凝土，包括下述重量份的组分：磨细脱硫渣150-174份，水泥350-406份，河砂750-800份，碎石850-900份，水150-174份，激发剂7.5-8.7份，减水剂7.0-8.1份；所述磨细脱硫渣和水泥为胶凝材料，所述激发剂占胶凝材料总重量份的1.5%，所述减水剂占胶凝材料总重量份的1.4%，所述磨细脱硫渣由煤矸石脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得；所述磨细脱硫渣的比表面积不低于390 m2/kg。
进一步地，所述磨细脱硫渣的比表面积为393-405 m2/kg。
进一步地，所述一种自密实微膨胀C55混凝土，包括下述重量份的组分：磨细脱硫渣164.4份，水泥383.6份，河砂784.7份，碎石876.9份，水164.4份，激发剂8.22份，减水剂7.67份；所述磨细脱硫渣由煤矸石脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得；所述磨细脱硫渣比表面积为401 m2/kg。
所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
所述碎石为粒径5-20mm连续级配碎石。
所述激发剂为硫酸钠。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
采用本发明技术方案的混凝土，其主要原料包括磨细脱硫渣、水泥、河砂、碎石、水、激发剂和减水剂。在混凝土中掺杂磨细脱硫渣不仅可以节约大量水泥，与减水剂共同作用有效减少用水量，还能够改善混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性，降低混凝土水化热，提高混凝土抗渗能力；改善混凝土中的孔结构，使孔径得以细化和均化，提高混凝土的抗渗性、抗冻融性和耐久性。本申请所用煤矸石脱硫渣SO3含量为5.91%，脱硫渣中的SO3是以Ⅱ- CaSO4，即硬石膏的形式存在的。硬石膏活性低，反应缓慢。粉磨以及掺入硫酸钠可以充分激发硬石膏的活性，让其在早期参与水化，生成钙矾石，让膨胀在早期释放，避免后期水化反应造成水泥石的胀裂。粗集料（碎石）、细集料（河砂）对混凝土的抗折强度、耐久性均具有重要意义。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明所用煤矸石脱硫渣为工业废弃物，将其磨细后取代一部分水泥配制混凝土，一方面可实现固体废弃物的资源化利用，另一方面可节约混凝土生产成本。
2、本发明自密实混凝土无需振捣，一方面不会产生环境噪音，可在夜间进行施工从而缩短建筑周期；另一方面，能够有效缩短浇筑时间，降低工人劳动强度和数量，减少建筑成本。
3、本发明利用脱硫渣具有自硬性、火山灰活性、膨胀性的特点，以掺入脱硫渣取代膨胀剂或膨胀水泥，是对传统自密实混凝土配制的创新。本发明混凝土可实现补偿收缩，能够防止混凝土开裂以及有效避免因膨胀剂的加入而导致后期强度下降问题。此外，本申请中通过利用煤矸石脱硫渣为原料，能够有效控制混凝土膨胀性的释放时间。本申请中C55混凝土的膨胀性能主要在早期释放（养护龄期为2、3、7d时膨胀率增长较快），在后期（28d后）则趋于稳定，能够有效避免现有技术中后期膨胀导致的胀裂现象。总之，该混凝土在后期使用过程中不收缩，不胀裂。
4、本发明所述高性能混凝土，磨细脱硫渣掺入量占胶凝材料的质量比可达到30%，在大量节约水泥的同时，为脱硫渣资源化利用提供了一种新途径。本发明混凝土7d抗压强度达52MPa，28d抗压强度达57MPa。
5、本发明自密实微膨胀混凝土能够显著改善与钢材界面的粘结性能，有效发挥其与钢材协同工作的性能，提高承载力，可广泛用于钢管混凝土或型钢混凝土组合结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请C55混凝土的主要组分是：胶凝材料、细集料、粗集料、水、激发剂、减水剂。具体地，胶凝材料为水泥和磨细脱硫渣，磨细脱硫渣掺量占胶凝材料总质量的30%。水泥采用P.O42.5太原智海水泥。磨细脱硫渣由来自山西平朔煤矸石电厂的脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得，磨细脱硫渣的比表面积为393-405 m2/kg；细集料采用河砂，细度模数不宜太大或太小，太大难以保证从胶凝材料至粗集料形成一个相对连续的粒径分布，太小则增大用水量，使混凝土变得粘稠，难以泵送，因此，宜选用中砂；粗集料选用质地坚硬、致密，针片状含量低，吸水率小的碎石，宜采用5-20mm连续级配的碎石；水采用自来水；激发剂采用硫酸钠，能够很好地激发磨细脱硫渣的活性，提高混凝土的强度，激发剂占胶凝材料总重量份的1.5%。减水剂采用聚羧酸高效减水剂，水泥及磨细脱硫渣与其相容性高，减水剂占胶凝材料总重量份的1.4%。
不同电厂产生的煤矸石脱硫渣的成分不同，会显著影响混凝土的膨胀率和强度。本申请中使用的脱硫渣来源于山西平朔煤矸石电厂的煤矸石脱硫渣。脱硫渣中的主要化学成分及其质量百分比为：SiO2 42.19%，Al2O3 25.90%，CaO 10.99%，SO3 5.91%，Fe2O3 3.10%，MgO 1.35%，TiO2 0.84%，K2O 0.79%，P2O5 0.12%，Na2O 0.06%,MnO 0.03%，Cl 0.02%，ZnO0.01%。
实施例1：
分别称取一定质量的各原料，磨细脱硫渣150kg，水泥350kg，河砂750kg，碎石850kg，水150kg，激发剂7.5kg，减水剂7.0kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为37分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为393 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例2：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣164.4kg，水泥383.6kg，河砂784.7kg，碎石876.9kg，水164.4kg，激发剂8.22kg，减水剂7.67kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为39分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为401 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例3：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣174kg，水泥406kg，河砂800kg，碎石900kg，水174kg，激发剂8.7kg，减水剂8.1kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为40分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为405 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例4：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣160.2kg，水泥373.8kg，河砂760.2kg，碎石862.3kg，水160.2kg，激发剂8.01kg，减水剂7.5kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为38分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为397 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例5：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣163.2kg，水泥380.8kg，河砂770kg，碎石863.7kg，水163.2kg，激发剂8.16kg，减水剂7.6kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为37分钟，所得磨细脱硫渣的比表面积为393 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例6：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣168kg，水泥392kg，河砂780kg，碎石870.2kg，水168kg，激发剂8.4kg，减水剂7.84kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为38分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为397 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例7：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣170.1kg，水泥396.9kg，河砂785kg，碎石879.3kg，水170.1kg，激发剂8.51kg，减水剂7.94kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为40分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为404 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
实施例8：
制备自密实微膨胀C55混凝土，各原料及其相应质量如下：磨细脱硫渣172.5kg，水泥402.5kg，河砂790kg，碎石890kg，水172.5kg，激发剂8.63kg，减水剂8.05kg。本实施例中，制备磨细脱硫渣时球磨机粉磨时间为37分钟,所得磨细脱硫渣的比表面积为394 m2/kg。
将称好的碎石倒入搅拌机中，再依次倒入河砂，水泥，磨细脱硫渣，搅拌均匀得到混合均匀的混合料；将40％～60％的水倒入搅拌机，搅拌使混合料充分预湿；将称好的减水剂和激发剂倒入剩余的水中，搅拌得到均匀的混合水剂；边搅拌边将混合水剂加入混合料中，搅拌后得到自密实微膨胀C55混凝土。
上述实施例1-8中高性能混凝土坍落扩展度达到SF1级，可应用于以下方面：1、从顶部浇筑的无配筋或配筋较少的混凝土结构物；2、泵送浇筑施工的工程；3、截面较小，无需水平长距离移动的竖向结构物。
对上述实施例1-4中的混凝土的抗压强度和膨胀率进行测试，相关性能见表1。值得指出的是，当养护龄期为2、3、7d时，混凝土的膨胀率增长较快，在后期28d之后则趋于稳定。由此可得，本申请充分利用磨细脱硫渣自身的膨胀性，不外加其他膨胀剂，所得混凝土的膨胀性能在早期释放，能够避免后期膨胀导致的开裂问题。
表1。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (7)
1.一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，包括下述重量份的组分：磨细脱硫渣150-174份，水泥350-406份，河砂750-800份，碎石850-900份，水150-174份，激发剂7.5-8.7份，减水剂7.0-8.1份；所述磨细脱硫渣和水泥为胶凝材料，所述激发剂占胶凝材料总重量份的1.5%，所述减水剂占胶凝材料总重量份的1.4%，所述磨细脱硫渣由煤矸石脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得；所述磨细脱硫渣的比表面积不低于390 m2/kg。
2.根据权利要求1所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，所述磨细脱硫渣的比表面积为393-405 m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，包括下述重量份的组分：磨细脱硫渣164.4份，水泥383.6份，河砂784.7份，碎石876.9份，水164.4份，激发剂8.22份，减水剂7.67份；所述磨细脱硫渣由煤矸石脱硫渣经球磨机粉磨，过80µm方孔筛制得；所述磨细脱硫渣比表面积为401 m2/kg。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，所述碎石为粒径5-20mm连续级配碎石。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，所述激发剂为硫酸钠。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种自密实微膨胀C55混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
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