CN108314373B - 辅助胶凝材料和胶凝材料及其应用和混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及胶凝材料领域,具体提供了一种辅助胶凝材料,该辅助胶凝材料含有粉煤灰,所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在45μm以下;同时提供了一种胶凝材料,该胶凝材料含有辅助胶凝材料和水泥,所述辅助胶凝材料为本发明所述的辅助胶凝材料;同时提供了本发明所述的胶凝材料或辅助胶凝材料在混凝土和/或砂浆中的应用;同时提供了一种混凝土,所述混凝土用胶凝材料为本发明所述的胶凝材料。

Description

辅助胶凝材料和胶凝材料及其应用和混凝土
技术领域
本发明涉及一种辅助胶凝材料和一种胶凝材料,以及一种辅助胶凝材料或一种胶凝材料在混凝土或砂浆中的应用,以及一种混凝土。
背景技术
在建筑领域混凝土是应用最广泛的材料。辅助胶凝材料,如高炉矿渣、粉煤灰等,一般添加到混凝土中以减少水泥使用量和改善新拌混凝土的性能。对于只有一种辅助胶凝材料的体系,如只含粉煤灰,这种辅助胶凝材料的剂量约占总胶凝材料20%至30%。如果通过辅助胶凝材料用量的增加来替代更多的水泥,混凝土的强度将明显下降,特别是早期强度(3天,7天)。同时,新拌混凝土的性能将变差,流动性下降,坍落度损失,出现离析。因此,粉煤灰在混凝土中的用量一般不能超过35%。
另一方面,熟料生产排放大量的CO2,生产1kg熟料产生0.8kg CO2。从环保、降低成本等方面,混凝土工业企业希望减少水泥用量,提高辅助水泥材料的用量。粉煤灰作为一种主要的辅助胶凝材料,是一种固体废弃物,是燃煤发电的副产物,为了环境和经济效益,一直被用作替代水泥的一种物质。因此,在建筑领域使用更多的粉煤灰和更少的水泥,是水泥和混凝土行业降低碳排放,维持长期、可持续发展的解决方案。
基于以上几个方面,混凝土行业非常希望有一种独特的粉煤灰作为新辅助胶凝材料,可以达到很高的掺量,如不少于35%,并能保证新拌混凝土的和易性、泵送性,以及硬化混凝土的早期和后期强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辅助胶凝材料,这种辅助胶凝材料能够大大增加粉煤灰的用量而减少其余高价值胶凝材料例如水泥的用量,且能够保证胶凝后材料如混凝土或砂浆的强度及使用性能。
为实现前述目的,根据本发明的第一方面,本发明提供了一种辅助胶凝材料,该辅助胶凝材料含有粉煤灰,所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在45μm以下。
根据本发明的第二方面,本发明提供了一种胶凝材料,该胶凝材料含有辅助胶凝材料和水泥,所述辅助胶凝材料为本发明所述的辅助胶凝材料。
根据本发明的第三方面,本发明提供了本发明所述的胶凝材料或辅助胶凝材料在砂浆和/或混凝土中的应用。
根据本发明的第四方面,本发明提供了一种混凝土,所述混凝土用胶凝材料含本发明所述的胶凝材料。
本发明描述的辅助胶凝材料含粉煤灰,可以以大于总胶凝材料的45重量%的用量使用,且能够保证胶凝后材料的强度,例如将辅助胶凝材料用于混凝土和/或砂浆,仍能保证混凝土和砂浆的强度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明中,D90指的是90%体积含量处,颗粒的粒径,通过马尔文激光粒度仪测试而得。
本发明中,D10指的是10%体积含量处,颗粒的粒径,通过马尔文激光粒度仪测试而得。
本发明中,D50指的是50%体积含量处,颗粒的粒径,通过马尔文激光粒度仪测试而得。
如前所述,本发明提供了一种辅助胶凝材料,该辅助胶凝材料含有粉煤灰,所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在45μm以下。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在35μm以下,优选为10-35μm,进一步优选为14-20μm。由此可以在保证胶凝后材料的强度的前提下,可以进一步增加辅助胶凝材料在总胶凝材料中的使用量,或者在相同辅助胶凝材料使用量的前提下,可以提高胶凝后材料的强度。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选所述辅助胶凝材料的粒径满足10*D10+3*D50+D90在65μm以下,优选为60μm以下,更有选为25-60μm,进一步优选为25-35μm。由此可以在保证胶凝后材料的强度的前提下,可以进一步增加辅助胶凝材料在总胶凝材料中的使用量,或者在相同辅助胶凝材料使用量的前提下,可以提高胶凝后材料的强度。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选所述粉煤灰中含有铝氧化物至少7重量%,优选为15-35重量%。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选以所述辅助胶凝材料的总重为基准,所述粉煤灰的含量在80重量%以上。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选所述辅助胶凝材料中还含有第二组分,所述第二组分选自水泥、熟料、石灰石、火山灰、石灰和矿渣中的一种或多种。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选以所述辅助胶凝材料的总重为基准,所述粉煤灰的含量为80-95重量%,第二组分的含量为5-20重量%。
根据本发明所述的辅助胶凝材料,优选所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90在45μm以下,优选为35μm以下。由此可以在保证胶凝后材料的强度的前提下,可以进一步增加辅助胶凝材料在总胶凝材料中的使用量,或者在相同辅助胶凝材料使用量的前提下,可以提高胶凝后材料的强度。
如前所述,本发明提供了一种胶凝材料,该胶凝材料含有辅助胶凝材料和水泥,所述辅助胶凝材料为本发明所述的辅助胶凝材料。在保证胶凝后材料的强度的情况下,增加了粉煤灰的用量,最大限度使用了粉煤灰,具有很大的工业应用价值。
如前所述,本发明提供了本发明所述的辅助胶凝材料或本发明所述的胶凝材料在砂浆和/或混凝土中的应用。
本发明描述的胶凝材料,粉煤灰可以以更高的用量使用并能够确保混凝土具有高于原来混凝土的强度。
如前所述,本发明提供了一种混凝土,所述混凝土用胶凝材料为本发明所述的胶凝材料。
本发明描述的胶凝材料是混凝土或砂浆的一种重要成分。混凝土一般是由胶凝材料、砂、石子、添加剂和水组成的,且通过在一定比例的前述成分混合配料生产的,其中混合比例可以为本领域的常规选择,在此不详细描述。
以下通过实施例显示本发明的胶凝材料用于C30混凝土的优势,样品制备和测试结果如下显示。
实施例1
本发明的辅助胶凝材料用于混凝土
1、原料
水泥:一般混凝土用的水泥
市售的II级粉煤灰A:D10为4.996微米、D90为135.044微米、D50为38.434微米;
市售的II级粉煤灰B:D10为2.836微米、D90为121.87微米、D50为25.217微米;
本发明的辅助胶凝材料A:D10为0.788微米、D90为7.829微米、D50为3.895微米;
本发明的辅助胶凝材料B:D10为0.938微米、D90为10.24微米、D50为4.648微米;
本发明的辅助胶凝材料C:D10为1.599微米、D90为19.835微米、D50为7.517微米;
对比的辅助胶凝材料D:D10为1.691微米、D90为26.641微米、D50为8.918微米;
对比的辅助胶凝材料E:D10为2.494微米、D90为43.712微米、D50为13.223微米;
对比的辅助胶凝材料F:D10为2.387微米、D90为68.417微米、D50为18.146微米;
以上为本发明的辅助胶凝材料A、B、C以及对比的辅助胶凝材料D、E、F含有95重量%粉煤灰与5重量%基准水泥P.O 42.5;
砂:由粗砂和细砂组成,处于饱和面干状态;
石子:碎石,处于饱和面干状态;
添加剂:东方雨虹生产的减水剂。
2、混凝土制备
混凝土的制备包括如下步骤:
(1)将预称重的固体原料倒入混凝土搅拌机;
(2)启动混凝土搅拌机并开始加入减水剂和部分水;
(3)继续加入另一部分水,加入的具体水量取决于新拌混凝土的工作性(塌落度和扩展度);
(4)关掉搅拌机,倒出浆体;
(5)测试新拌混凝土的坍落度和扩展度,并判断是否发生泌水。如果混凝土浆的状态良好,则将浆体转移到带盖容器中放置。1h后,再次测试浆体的坍落度和扩展度;
(7)如果1h后的性能也较好,则将混凝土浆置入10cm*10cm*10cm大小的立方体混凝土模具中成型;
(8)然后把成型的样品在振动台上振动30s。之后,用模具将样品放置在(20±2)℃和R.H.≥95%的条件下养护24h后脱模,随后将脱模的样块养护到给定的龄期(3天,7天和28天);
(9)在设定的龄期,用抗压试验机对相应的样品进行抗压强度检测;
(10)实验设计如表1所示,实验结果如表2所示:
表1
胶凝材料 粗砂 细砂 碎石 外加剂
Kg/m<sup>3</sup> 360 555 240 1055 可调 胶凝材料的1.6%
表2
Figure BDA0001211878980000061
Figure BDA0001211878980000071
由表2的结果可知,本发明的辅助胶凝材料A、B和C在50%的掺量下,3d、7d、28d强度均高于含市售II级粉煤灰B混凝土的强度,也高于含市售II级粉煤灰A 33%的基准混凝土试样。对比的辅助胶凝材料D、E和F在50%的掺量下,其各龄期强度均低于基准试样Ⅰ-1(含量33%市售II级粉煤灰A的样品)。
实施例2
按照实施例1的方式配方和试验,不同的是,本发明的辅助胶凝材料的配方不同,具体配方和结果见表3。
本发明的辅助胶凝材料A含有95重量%粉煤灰与5重量%基准水泥P.O 42.5:D10为0.788微米、D90为7.829微米、D50为3.895微米;
本发明的辅助胶凝材料A1含有90重量%粉煤灰与10重量%基准水泥P.O 42.5:D10为0.783微米、D90为9.225微米、D50为3.909微米;
本发明的辅助胶凝材料A2含有80重量%粉煤灰与20重量%基准水泥P.O 42.5:D10为0.809微米、D90为10.622微米、D50为3.923微米;
本实施例中,本发明的辅助胶凝材料用量占混凝土中胶凝材料量的50重量%。
表3
Figure BDA0001211878980000081
由表3的结果可以看出,使用本发明的辅助胶凝材料取代50%水泥的混凝土样品(II-3–II5)相比于使用市售级粉煤灰取代33%水泥的混凝土样品(II-2)抗压强度更高,且高于不含任何粉煤灰的混凝土样品(II-1)。
通过对比II-1、II-2、II-3至II-5,结果显示使用本发明的辅助胶凝材料取代50重量%水泥的混凝土样品(II-3至II-5),相比于不使用任何粉煤灰取代的混凝土样品(II-1)具有更高的3天,7天和28天抗压强度,并且与使用市售级粉煤灰取代33重量%的水泥的混凝土样品(II-2)相比,抗压强度更高。
由以上结果可以看出,在C30混凝土中,本发明的辅助胶凝材料的剂量可以代替50重量%的水泥,而且本发明的辅助胶凝材料中,以所述辅助胶凝材料的总重为基准,粉煤灰含量为80-95重量%;而以总胶凝材料的总重为基准,粉煤灰含量为40%-47.5%,超过目前粉煤灰的用量(如II-2的33%用量)。含有本发明辅助胶凝材料的混凝土样品显示比原来的C30混凝土具有更高的抗压强度和较好的流动性。
本发明辅助胶凝材料含有二个组分,其中主要组分是粉煤灰,而第二组分选自水泥、熟料、石灰石、火山灰、石灰和矿渣中的一种或多种。从化学成分而言,粉煤灰含铝氧化物含量较高,可以用含铝氧化物含量间接认证其本发明辅助胶凝材料使用了粉煤灰。
表4是市售II级粉煤灰B以及使用相同粉煤灰制备的对比与本发明辅助胶凝材料的粉煤灰含量与铝氧化物含量。
表4基准水泥、粉煤灰、本发明与对比辅助胶凝材料含铝氧化物的含量
材料 粉煤灰含量(%) 铝氧化物含量(%)
水泥-基准水泥P.O 42.5 0 4.4
市售II级粉煤灰B 100 31.6
本发明辅助胶凝材料A 95 30.4
本发明辅助胶凝材料B 95 30.4
本发明辅助胶凝材料C 95 30.5
对比辅助胶凝材料D 95 30.6
对比辅助胶凝材料E 95 30.6
对比辅助胶凝材料F 95 30.2
本发明辅助胶凝材料A1 90 29.0
本发明辅助胶凝材料A2 80 26.3
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种辅助胶凝材料,其特征在于,该辅助胶凝材料含有粉煤灰,所述辅助胶凝材料的粒径满足9*D10+D90为14-20μm,所述辅助胶凝材料的粒径满足10*D10+3*D50+D90为25-35μm。
2.根据权利要求1所述的辅助胶凝材料,所述辅助胶凝材料含有铝氧化物至少7重量%。
3.根据权利要求1或2所述的辅助胶凝材料,其中,以所述辅助胶凝材料的总重为基准,所述粉煤灰的含量在80重量%以上。
4.根据权利要求1或2所述的辅助胶凝材料,其中,所述辅助胶凝材料中还含有第二组分,所述第二组分选自水泥、熟料、石灰石、火山灰、石灰和矿渣中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的辅助胶凝材料,其中,以所述辅助胶凝材料的总重为基准,所述粉煤灰的含量为80-95重量%,第二组分的含量为5-20重量%。
6.一种胶凝材料,该胶凝材料含有辅助胶凝材料和水泥,其特征在于,所述辅助胶凝材料为权利要求1-5中任意一项所述的辅助胶凝材料。
7.权利要求1-5中任意一项所述的辅助胶凝材料或权利要求6所述的胶凝材料在混凝土和/或砂浆中的应用。
8.一种混凝土,其特征在于,所述混凝土用胶凝材料含权利要求6所述的胶凝材料。
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