CN107382185A - 一种用高石粉含量石屑配制的c50高性能混凝土 - Google Patents

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    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Abstract

本发明适用于建筑材料领域，提供了一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土的配合比范围，混凝土的原材料成分包括胶凝材料、高石粉含量石屑、石子、减水剂和水，胶凝材料用量为400～430kg/m3，砂率为38％～40％，水胶比为0.33～0.36，粗骨料和高石粉含量石屑的用量根据体积法计算得到，掺加适量减水剂能使混凝土工作性能满足要求；据此制得的C50高性能混凝土，突破了高石粉含量石屑混凝土体积稳定性差的难题，并有效的利用高石粉含量石屑中的石粉填充粗细骨料的空隙，降低胶凝材料用量，每立方米混凝土能降低胶凝材料用量20kg～80kg，达到了保护环境和节约成本的效果。

Description

一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
目前国内建筑行业正处于快速发展时期，大面积的旧城改造和新建筑的开发，带来了建筑材料资源不足的难题。长期以来，我国建筑细骨料以河砂为主，我国大部分地区河砂短缺，不仅在用砂高峰时砂的价格偏高，甚至没有天然砂提供，在用砂缺口巨大的情况下，影响了城镇化建设的进程，甚至有些沿海地区使用海砂，从而严重的影响了建筑的质量安全。
目前国内外针对用其他细骨料取代河砂做了大量的研究，主要为机制砂，再生细骨料，以及石屑。石屑是生产碎石过程中筛出的副产品，每生产100吨碎石，大约产生20～30吨石屑。它作为采石场的废弃物，既占用场地又污染环境，将石屑用于混凝土中取代河砂，既可充分利用社会资源，也可减少对河砂的需求量，减少过度采砂对河道的危害，具有很高的经济和社会效益。
而一般的石屑级配较差，含有一部分大于4.75mm的碎石，而且石屑中含有大量石粉，造成石屑混凝土工作性能差，因此石屑混凝土的推广应用困难。
而通过对石屑进行加工，将大于4.75mm以上的碎石制成小于4.75mm以下的细骨料与原来小于4.75mm以下的石屑混合。这样一方面能够改善石屑的级配，另一方面将小石制备成石屑，使石屑中的骨料增加，粉体相对原来4.75mm以下的石屑减少，压碎指标变小。使石屑的性能变好，有利于石屑的推广使用。
但这种处理方法虽然使得石屑的级配变好，但仍存在石粉含量过高的问题，其石粉含量通常超过10.0％，不符合现有国家标准的规定，而难以应用。
虽然高石粉含量石屑的骨料性能得到了改善，但目前混凝土配合比设计一般还是采用《普通混凝土配合比设计规程》，而该标准主要针对普通细骨料，对于高石粉含量石屑还是有很多不适应的地方，粉多，吸水率高，导致掺入的水多，强度低，或者掺的外加剂多，成本高等难题，很难设计出一个合理的配合比。同时，对于高强度等级的混凝土强度要求较高，在进行配合比设计时会使用较多的胶凝材料特别是水泥用量来保证质量，这样生产的高强度混凝土不仅费用高、体积稳定性差，而且达不到保护环境的要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土及其制备方法，旨在解决高石粉含量石屑配制高强度等级混凝土时胶凝材料用量多、体积稳定性差，成本高等难题，同时使其具有良好的工作性能和符合要求的强度指标。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，所述C50高性能混凝土包括胶凝材料、石屑、石子、减水剂和水；其中，所述胶凝材料的用量为400～430kg/m3，水胶比为0.33～0.36，砂率为38％～40％，石子和石屑的用量根据体积法计算得到，掺加适量减水剂使混凝土工作性能满足要求。
优选地，所述胶凝材料包括以下按重量比计的原料：
42.5或52.5级硅酸盐水泥 60％-100％，
矿渣粉 0-30％
粉煤灰 0-10％。
进一步优选地，所述矿渣粉和粉煤灰的总用量不超过胶凝材料质量的30％。
更优选地，所述胶凝材料包括以下按重量比计的原料：
42.5或52.5级硅酸盐水泥 70％-90％，
矿渣粉 5-20％
粉煤灰 5-10％。
优选地，所述石子为碎石，碎石的最大粒径不超过31.5mm。
优选地，所述石屑的粒径小于4.75mm。
优选地，所述石屑为高石粉含量石屑，其中，石粉含量大于10.0％，且小于等于20.0％。
进一步优选地，所述高石粉含量石屑需计算附加水量，附加水量等于高石粉含量石屑的质量乘以饱和面干吸水率乘以高石粉含量石屑饱和系数，附加水量不计入水胶比。高石粉含量石屑饱和系数指高石粉含量石屑含水率与饱和面干吸水率的比值，其取值范围是0％～100％。所述高石粉含量石屑饱和系数的优选取值范围是10％～60％。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
优选地，所述体积法是根据混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气的体积总和来计算，可按下列方程组计算石子、石屑用量：
式中mco——计算配合比每立方米混凝土的水泥用量，kg；
mko——计算配合比每立方米混凝土的矿渣粉用量，kg；
mfo——计算配合比每立方米混凝土的粉煤灰用量，kg；
mgo——计算配合比每立方米混凝土的石子用量，kg；
mso——计算配合比每立方米混凝土的石屑用量，kg；
mjo——计算配合比每立方米混凝土的减水剂量，kg；
mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；
ρc——水泥密度，kg/m3；
ρk——矿渣粉密度，kg/m3；
ρf——粉煤灰密度，kg/m3；
ρg——石子的表观密度，kg/m3；
ρs——石屑的表观密度，kg/m3；
ρj——减水剂的密度，kg/m33；
ρw——水的密度，kg/m3，为1000kg/m3；
α——混凝土含气量百分数，为1.0～1.5％；
βs——砂率，％。
本发明的有益效果：
1.本发明的C50高性能混凝土以石场废弃料作为原料，解决天然河砂短缺的问题，同时可大量减少对天然河砂的开采，保护环境，具有明显的环境、经济和社会综合效益；
2.本发明将石场废弃石屑全部破碎为粒径小于4.75mm的细骨料，利用其石粉含量较大的特点，用石粉填充粗细骨料的空隙，达到降低胶凝材料用量、节约成本、改善混凝土性能的效果；
3.与C50河砂混凝土中胶凝材料用量为450-480kg/m3相比，每方混凝土可降低胶凝材料用量20-80kg，有效降低混凝土的凝胶材料用量，从而降低混凝土的成本，突破了高石粉含量石屑混凝土体积稳定性差的难题，达到在实际工程中利用高石粉含量石屑制成高性能混凝土的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步详细的描述。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用于解释本发明，并不限定此发明。
实施例1
一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，各组分及用量包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、聚羧酸减水剂、水，其中，
所述的粗骨料为碎石，粗骨料最大粒径等于31.5mm。
所述细骨料为高石粉含量石屑，其微粉含量为13.9％，饱和面干吸水率为1.4％。
所述的高石粉含量石屑的附加水量为其饱和面干吸水率的40％，附加水不计入水胶比。
所述胶凝材料用量为400kg/m3，水胶比为0.36，砂率为40％，粗骨料和高石粉含量石屑的用量根据体积法计算得到，减水剂的折固用量为胶凝材料重量的0.4％。
所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、S95级矿渣粉，其中矿渣粉用量为胶凝材料质量的20％。由单方混凝土中胶凝材料用量为400kg，计算得到水泥用量为320kg，矿渣粉为80kg。
由减水剂的折固用量为胶凝材料的0.4％，计算得到减水剂的固体用量为1.6kg，按固含量为20％，计算得到减水剂液体用量为8kg，其中水含量为6.4kg。
由水胶比为0.36，计算得到混凝土单方用水量为144kg。扣除减水剂的水，另外需加水137.6kg。
测定的材料密度分别为水泥3120kg/m3，矿渣粉为2820kg/m3，粉煤灰微粉2180kg/m3，减水剂的密度为1050kg/m3，高石粉含量石屑的表观密度为2650kg/m3，石子的表观密度为2650kg/m3。按JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》的体积法计算砂石用量，含气量取1.5％。
体积法是根据混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气的体积总和来计算，可按下列方程组计算粗细骨料用量：
式中mco——计算配合比每立方米混凝土的水泥用量，kg；
mko——计算配合比每立方米混凝土的矿渣粉用量，kg；
mfo——计算配合比每立方米混凝土的粉煤灰用量，kg；
mgo——计算配合比每立方米混凝土的石子用量，kg；
mso——计算配合比每立方米混凝土的石屑用量，kg；
mjo——计算配合比每立方米混凝土的减水剂量，kg；
mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；
ρc——水泥密度，kg/m3；
ρk——矿渣粉密度，kg/m3；
ρf——粉煤灰密度，kg/m3；
ρg——石子的表观密度，kg/m3；
ρs——石屑的表观密度，kg/m3；
ρj——减水剂的密度，kg/m33；
ρw——水的密度，kg/m3，可取1000kg/m3；
α——混凝土含气量百分数，
βs——砂率，％；
计算得到高石粉含量石屑为751kg，粗骨料为1127kg。
根据高石粉含量石屑的附加水量为其饱和面干吸水率的40％，计算得到附加水为4.2kg。
实施例2
一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，各组分及用量包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、减水剂、水，其中，
所述原材料种类和性能与实施例一相同。
所述胶凝材料用量为430kg/m3，水胶比为0.33，砂率为38％，粗骨料和高石粉含量石屑的用量根据体积法计算得到，减水剂的折固用量为胶凝材料的0.45％。
所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、S95级矿渣粉、II级粉煤灰，其中矿渣粉用量为胶凝材料质量的20％，粉煤灰用量为胶凝材料质量的10％。
按实施例一的方法计算得到单方混凝土中原材料用量为：
水泥301kg，矿渣粉86kg，粉煤灰43kg，减水剂9.68kg，水134.2kg，高石粉含量石屑700kg，粗骨料1142kg。高石粉含量石屑附加水为3.9kg。
实施例3
一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，各组分及用量包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、减水剂、水，其中，
所述原材料种类和性能与实施例一相同。
所述胶凝材料用量为420kg/m3，水胶比为0.34，砂率为39％，粗骨料和高石粉含量石屑的用量根据体积法计算得到，减水剂的折固用量为胶凝材料的0.42％。
所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、S95级矿渣粉，其中矿渣粉用量为胶凝材料质量的10％。
按实施例一的方法计算得到单方混凝土中原材料用量为：
水泥378kg，矿渣粉42kg，减水剂8.82kg，水135.7kg，高石粉含量石屑728kg，粗骨料1139kg。高石粉含量石屑附加水为4.1kg。
对比例1
一种混凝土，包括以下原料：
所述原材料种类和性能与实施例一相同，河砂的表观密度为2680kg/m3，
所述胶凝材料用量为460kg/m3，水胶比为0.34，砂率为42％，粗骨料和河砂的用量根据体积法计算得到，减水剂的折固用量为胶凝材料的0.28％。
所述胶凝材料包括42.5级硅酸盐水泥、S95级矿渣粉，其中矿渣粉用量为胶凝材料质量的10％。
将实施例1-3和对比例1的混凝土进行施工后测试其性能，结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1的混凝土的原料及性能
由上表可见，用高石粉含量石屑配比制的混凝土，强度均符合C50混凝土强度要求。不仅将石场废弃物再利用，响应国家绿色建筑的号召，而且由于利用的是废弃物，经过合理设计后与河砂混凝土相比降低了胶凝材料，每立方米能降低胶凝材料30kg-60kg，制备混凝土的成本大大降低。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述C50高性能混凝土包括胶凝材料、石屑、石子、减水剂和水；其中，所述胶凝材料的用量为400～430kg/m3，水胶比为0.33～0.36，砂率为38％～40％，石子和石屑的用量根据体积法计算得到。
2.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括以下按重量比计的原料：
42.5或52.5级硅酸盐水泥 60％-100％，
矿渣粉 0-30％
粉煤灰 0-10％。
3.根据权利要求2所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述矿渣粉和粉煤灰的总用量不超过胶凝材料质量的30％。
4.根据权利要求2所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述胶凝材料包括以下按重量比计的原料：
42.5或52.5级硅酸盐水泥 70％-90％，
矿渣粉 5-20％
粉煤灰 5-10％。
5.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述石子为碎石，碎石的最大粒径不超过31.5mm。
6.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述石屑的粒径小于4.75mm。
7.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述石屑为高石粉含量石屑，其中，石粉含量大于10.0％，且小于等于20.0％。
8.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述高石粉含量石屑需计算附加水量，附加水量等于高石粉含量石屑的质量乘以饱和面干吸水率乘以高石粉含量石屑饱和系数，附加水量不计入水胶比，其中所述高石粉含量石屑饱和系数取值范围是0％～100％。
9.根据权利要求8所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述高石粉含量石屑饱和系数取值范围是10％～60％。
10.根据权利要求1所述的用高石粉含量石屑配制的C50高性能混凝土，其特征在于，所述体积法是根据混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气的体积总和来计算，可按下列方程组计算石子、石屑的用量：
式中mco——计算配合比每立方米混凝土的水泥用量，kg；
mko——计算配合比每立方米混凝土的矿渣粉用量，kg；
mfo——计算配合比每立方米混凝土的粉煤灰用量，kg；
mgo——计算配合比每立方米混凝土的石子用量，kg；
mso——计算配合比每立方米混凝土的石屑用量，kg；
mjo——计算配合比每立方米混凝土的减水剂量，kg；
mwo——计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；
ρc——水泥密度，kg/m3；
ρk——矿渣粉密度，kg/m3；
ρf——粉煤灰密度，kg/m3；
ρg——石子的表观密度，kg/m3；
ρs——石屑的表观密度，kg/m3；
ρj——减水剂的密度，kg/m3；
ρw——水的密度，kg/m3，为1000kg/m3；
α——混凝土含气量百分数，为1.0～1.5％；
βs——砂率，％。
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