CN107500574A - 抗压强度120‑200MPa的生态混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗压强度120‑200MPa的生态混凝土及其制备方法，由重量份数的以下组分组成：生态水泥600‑750份，粉煤灰微珠400‑450份，砂料1000‑1600份，钢纤维150‑160份，高效减水剂8‑12份，消泡剂0.1‑0.3份，水156‑210份；所述生态水泥，由粉体材料和添加剂组成，所述粉体材料为灰岩、石灰石、火山灰、火山浮石、玄武岩、伊利石、蒙脱石、长石、页岩、高岭土、粘土、硅灰石、煤矸石、硅灰、粉煤灰中的至少一种，所述添加剂为卤化物、碳酸盐、硫酸盐、胺的碱性物质、硅酸盐、铝酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物中的至少一种。成本低廉，节能环保，原材料易得，流动性好，施工容易。

Description

抗压强度120-200MPa的生态混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土及其制备方法，特别提供一种抗压强度120-200MPa的生态混凝土及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，工程结构朝更高、更大、更强方向发展，这对混凝土的性能提出了新的要求。随着科学技术的进步，超高性能混凝土是解决这一问题的主要方向之一。超高性能混凝土具有良好的耐久性，可大幅度提高混凝土结构的使用寿命。同时，也具有优异的力学性能，能够大幅减小构件尺寸。一般而言，超高性能混凝土结构自重约是传统混凝土结构的1/3或1/2，可以有效减结构自重，节省材料和成本。然而当前工程应用并不多：有些因为成本太高，有些因为制备技术太复杂，而有些则在强度提高的同时流动性指标下降而无法应用于工程之中。因此，为满足当前需要，配置出大流动性低成本的超高性能生态混凝土，便显得极为必要。

目前对于超高性能混凝土而言，虽然已有少量工程应用，但大部分仍然停留在实验室研究阶段，现有超高性能混凝土在生产时往往采用高温或蒸压养护，生产工艺复杂限制了超高性能混凝土在实际工程中的应用。由于水胶比很低、超细颗粒用量大，超高性能混凝土表现出粘性大和坍落度小的缺点。而且，现有超高性能混凝土的水泥用量高达800～1000kg/m³，增大了水化热，产生收缩。因此，需要发明一种新型生态混凝土，减小水泥用量，降低制备成本，提高混凝土流动性，并简化生产工艺。

建筑物材料中凡是自身经过一系列物理、化学作用，或与其他物质(如水等)混合后一起经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒材料(如砂、石等)或块、片状材料(如砖、石块等)胶结成整体的物质，称为胶凝材料。

水泥是目前普遍使用的胶凝材料，但是，一方面，水泥生产耗能极大,占世界总能耗15％,我国水泥年产2亿吨以上,居世界第一,但我国水泥单位能耗达到5280KJ/kg,比世界水泥平均单位能耗3260KJ/kg高60％,生产耗能问题尤其突出。另一方面我国各类矿物资源非常丰富,工业废渣大量积压,占用大片土地污染环境，急待开发利用。开发能耗低的胶凝材料，同时又能消耗大量的矿物资源、工业废渣成为我们需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种常温常压养护抗压强度120-200MPa的生态混凝土，本发明还提供其制备方法，成本低、节能环保、制作工艺简单、具有优异的施工性、和易性。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案如下：一种抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：由重量份数的以下组分组成：

所述生态水泥，由粉体材料和添加剂组成，所述粉体材料为灰岩、石灰石、火山灰、火山浮石、玄武岩、伊利石、蒙脱石、长石、页岩、高岭土、粘土、硅灰石、煤矸石、硅灰、粉煤灰中的至少一种，所述添加剂为卤化物、碳酸盐、硫酸盐、胺的碱性物质、硅酸盐、铝酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物中的至少一种。

上述方案中：所述生态水泥中的粉体材料中的灰岩、石灰石、火山灰、火山浮石、玄武岩、伊利石、蒙脱石、长石、页岩、高岭土、粘土、硅灰石、煤矸石需要先经过磨粉处理后，再在600-1000℃环境下进行干燥处理。生态水泥的性能，提高强度。

上述方案中：按照重量份数，所述粉体材料为80-100份，所述添加剂为10-30份。

上述方案中：所述添加剂为碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物。

上述方案中：所述添加剂为胺的碱性物质。

上述方案中：所述胺的碱性物质为十二烷基三甲基氯化铵或季胺碱。采用季胺盐得到的凝胶材料的性能更好。

上述方案中：所述添加剂为卤化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、铝酸盐中的至少一种。

优选：所述所述粉煤灰微珠为超细粉煤灰精细沉珠；

所述砂料为粒径0.3-0.6mm的石英砂、粒径0.212-0.3mm的石英砂、粒径0.106-0.212mm的石英砂中至少一种，混合后最大粒径≤0.6mm；

所述钢纤维直径d＝0.12-0.3mm，长度3-10mm，且抗拉强度大于4000MPa；

所述高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥35％。

所述消泡剂为聚乙二醇溶液，其中固体含量为30％。

本发明的生态水泥，以水为传质介质及反应媒介，凝固后部分水作为结构水存在于反应物当中，该材料不存在硅酸钙的水化反应，其最终产物以离子键及共价键为主，范德瓦乐斯键为辅，而传统水泥则以范德瓦尔斯键以及氢键为主，因此其性能优于传统水泥。

与现有技术的水泥相比，本发明中的生态水泥具有以下优点：(1)、强度高，主要力学性能指标优于玻璃与水泥，可与陶瓷、铝钢等金属材料相媲美。并且与其他水泥相比，该材料在650℃干燥后，其强度无任何损失。该材料耐磨度为4.9，同类材料仅为1.9。

(2)、具有较强的耐腐蚀性与较好的耐久性，具有高耐硫酸盐侵蚀性，与其他水泥相比，经过4小时30％硫酸侵蚀，其强度损失仅为水泥的1/5到1/6，大大优于传统水泥材料。

(3)、具有较好的快硬固化性，凝结时间快，硬化快。该材料用于道路修补，可实现施工2小时后轻量交通、4小时后可通车，6小时后机场可实现飞机起降。

(4)、材料耐高温，隔热效果好，其导热系数较低，可与轻质耐火粘土砖相媲美。

(5)、配方简单、原料价格低廉，储量丰富。

(6)、生产能耗低，单位能耗小于600KJ/k，其能耗只有陶瓷的1/20，钢的1/70，塑料的1/150。

(7)、其独特的笼形结构，可开发出许多新的功能用途，如制成薄膜吸附材料。

(8)该本发明制得的混凝土抗冻等级能达到F300，同类材料仅为F100。本发明制得的混凝土抗渗等级能达到S40，同类材料仅为S10。

(9)、可低温、全天侯施工，养护周期短。

(10)、该生态水泥、体积收缩小、不易开裂。

本发明的混凝土在保证超高性能混凝土各项指标的前提下，配生态混凝土所需水泥少，减小了水化热，混凝土不易产生收缩,同时节约了成本。

本发明的混凝土中加入了粉煤灰微珠、聚羧酸减水剂及消泡剂，粉煤灰微珠降低了生态混凝土粘度，聚羧酸类减水剂使生态混凝土保持较低水灰比的情况下仍能获得良好的流动性。消泡剂消除超高混凝土中出现气泡，保证了生态混凝土的内部结构的密实度，从而确保了混凝土的强度；

本发明混凝土中加入了钢纤维，乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，与生态水泥配合使用显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。

本发明配置的生态混凝土抗压强度在120-200MPa，仅使用常规原材料，不需要特殊原材料，制造成本较低。

本发明配置的生态混凝土，使用常温常压养护，简化了养护工艺。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种权利要求1-9任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土的制备方法，其特征在于：按照如下步骤：

(1)将生态水泥、粉煤灰微珠、砂料混合形成组分A；将高效减水剂、消泡剂和水混合形成组分B；

(2)先将组分A置于混凝土搅拌机中，开启混凝土搅拌机将组分A充分搅拌混合5～20秒后，再将组分B加入搅拌机中，一起搅拌混合2～4分钟，等待混合料成为浆体时均匀加入钢纤维，待混合均匀后停止得到所需混凝土。

搅拌完成后，将所得混凝土浇筑入模，24h后拆模，放置于标准大气压的环境下养护28d即可。生产工艺简单，成本低。

有益效果：本发明所配置的生态混凝土不需要特殊原材料，成本低廉，节能环保，能够在提高混凝土强度的同时，也大幅度提高混凝土的流动性。具有优异的施工和易性。同时，该混凝土还具有超高的抗拉强度、卓越的韧性和优异的耐久性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

生态水泥的制备

按照重量份数，粘土60份，凝灰岩30份，氢氧化钠8份、氢氧化钙2份，粘土和凝灰岩先经过磨粉处理，然后在700℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例2

生态水泥的制备

按照重量份数，凝灰岩20份，页岩60份，十二烷基三甲基氯化铵10份，硫酸钠10份，两种岩石磨粉后，粉体混合，在600℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例3

生态水泥的制备

按照重量份数，硅灰25份，高岭土60份，季胺碱15份，高岭土经磨粉处理后，在600℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例4

生态水泥的制备

按照重量份数，煤矸石45份，粉煤灰35份，硅酸钠15份，铝酸钠5份。煤矸石经磨粉后，在900℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例5

生态水泥的制备

按照重量份数，灰岩40份，石灰石50份，氢氧化钾20份。灰岩和石灰石经磨粉后，在850℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例6

生态水泥的制备

按照重量份数，火山灰20份，火山浮石60份，氢氧化镁25份。火山灰和火山浮石经磨粉后，在600℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例7

生态水泥的制备

按照重量份数，玄武岩25份，火山浮石55份，碳酸钠30份。玄武岩和火山浮石经磨粉后，在600℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例8

生态水泥的制备

按照重量份数，伊利石、蒙脱石、长石共86份，磷酸钠22份。伊利石、蒙脱石、长石经磨粉后，在700℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例9

生态水泥的制备

按照重量份数，火山灰100份，氟化钠25份。火山灰经磨粉后，在600℃下做干燥处理。上述各物料混合均匀得到生态水泥。

实施例10

生态水泥的制备按照重量份数，硅灰82份，氯化钠20份混合均匀得到生态水泥。

实施例11-20为混凝土的制备方法

实施例11-20分别用的实施例1-10的生态水泥，其组成如下表所示：

表中数据按照重量份数配比。

砂料为粒径0.3-0.6mm的石英砂、粒径0.212-0.3mm的石英砂、粒径0.106-0.212mm的石英砂中至少一种，混合后最大粒径≤0.6mm。在上述实施例中，选择两种及以上粒径范围的石英砂的混合物。

所述钢纤维直径d＝0.12-0.3mm，长度3-10mm，且抗拉强度大于4000MPa。

高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥35％。

消泡剂为聚乙二醇溶液，其中固体含量为30％。

制备时将生态水泥、粉煤灰微珠、砂料混合形成组分A。将高效减水剂、消泡剂和水混合形成组分B。

将组分A置于混凝土搅拌机中，开启混凝土搅拌机将组分A充分搅拌混合5～20秒后，再将组分B加入搅拌机中，一起搅拌混合2～4分钟，等待混合料成为浆体时均匀加入钢纤维，待混合均匀后停止得到所需混凝土。

本发明不局限于上述具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。总之，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：由重量份数的以下组分组成：

所述生态水泥，由粉体材料和添加剂组成，所述粉体材料为灰岩、石灰石、火山灰、火山浮石、玄武岩、伊利石、蒙脱石、长石、页岩、高岭土、粘土、硅灰石、煤矸石、硅灰、粉煤灰中的至少一种，所述添加剂为卤化物、碳酸盐、硫酸盐、胺的碱性物质、硅酸盐、铝酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物中的至少一种。

2.根据权利要求1所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述生态水泥的粉体材料中的灰岩、石灰石、火山灰、火山浮石、玄武岩、伊利石、蒙脱石、长石、页岩、高岭土、粘土、硅灰石、煤矸石需要先经过磨粉处理后，再在600-1000℃环境下进行干燥处理。

3.根据权利要求2所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：按照重量份数，所述粉体材料为80-100份，所述添加剂为10-30份。

4.根据权利要求1-3任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述添加剂为碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物。

5.根据权利要求1-3任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述添加剂为胺的碱性物质。

6.根据权利要求5所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述胺的碱性物质为十二烷基三甲基氯化铵或季胺碱。

7.根据权利要求1-3任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述添加剂为卤化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、铝酸盐中的至少一种。

8.根据权利要求1-3任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土，其特征在于：所述所述粉煤灰微珠为超细粉煤灰精细沉珠；

所述砂料为粒径0.3-0.6mm的石英砂、粒径0.212-0.3mm的石英砂、粒径0.106-0.212mm的石英砂中的至少一种；

所述钢纤维直径d＝0.12-0.3mm，长度3-10mm，且抗拉强度大于4000MPa；

所述高效减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率≥35％。

9.根据权利要求8所述抗压强度120-200MPa的超高性能生态混凝土，其特征在于：所述消泡剂为聚乙二醇溶液，其中固体含量为30％。

10.一种权利要求1-9任一项所述抗压强度120-200MPa的生态混凝土的制备方法，其特征在于：按照如下步骤：

(1)将生态水泥、粉煤灰微珠、砂料混合形成组分A；将高效减水剂、消泡剂和水混合形成组分B；

(2)先将组分A置于混凝土搅拌机中，开启混凝土搅拌机将组分A充分搅拌混合5～20秒后，再将组分B加入搅拌机中，一起搅拌混合2～4分钟，等待混合料成为浆体时均匀加入钢纤维，待混合均匀后停止得到所需混凝土。