CN108439833A - 一种高性能低碳混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高性能低碳混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高性能低碳混凝土及其制备方法，涉及混凝土技术领域，包括：胶凝材料300‑660份，拌合水130‑160份，骨料1500‑2300份，减水剂8‑16份；胶凝材料包括：矿渣粉15‑43份，细陶瓷粉18‑66份，粉煤灰20‑68份，纳米级硅灰5‑10份，纳米粘土5‑12份；矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为100‑5000nm，纳米级硅灰的平均粒径为100‑1000nm；骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料。本发明大大减少CO2等温室气体的排放，在低碳的同时改善混凝土的力学性能、施工性能，提高混凝土的耐久性。

Description

一种高性能低碳混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高性能低碳混凝土及其制备方法。
背景技术
目前，传统的硅酸盐水泥混凝土的生产存在的主要问题是：消耗自然资源巨大，破坏环境、影响地球生态平衡，尤其是水泥生产的CO2排放量通常占到人类活动碳排放量的5-10％。水泥工业是我国碳排放量的主要来源，占到15％左右，每生产1吨硅酸盐水泥从水泥原料中排放CO2约511kg。因此，水泥业是名符其实的碳排放大户。大量的二氧化碳的排放不仅破坏了人类的生存环境，还极大地损害人类的健康。此外，我国每年因拆除建筑产生的固体废弃物达数亿吨，仅废弃混凝土大约有1亿吨左右，其巨大的处理费用和由此引发的环境问题十分突出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于传统的水泥混凝土CO2排放量大，破坏人类生存环境和损害人类健康的问题。
本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料300-660份，拌合水130-160份，骨料1500-2300份，减水剂8-16份；
所述胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉15-43份，细陶瓷粉18-66份，粉煤灰20-68份，纳米级硅灰5-10份，纳米粘土5-12份；所述矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为100-5000nm，所述纳米级硅灰的平均粒径为100-1000nm；
所述骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，所述天然骨料包括质量比为1：1：0.6-1的砂子、石子和粗陶瓷粉。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，包括以下按重量份计的原料：胶凝材料540份，拌合水150份，骨料2000份，减水剂14份。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉31份，细陶瓷粉45份，粉煤灰47份，纳米级硅灰8份，纳米粘土7份；所述矿渣粉、陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为2.4μm，所述纳米级硅灰的平均粒径为400nm。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述再生骨料在使用前放入浓度为30-35wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡20-50小时，所述钠米二氧化钛的粒径范围为50-100nm。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述再生骨料的粒径为5-18mm，浸泡处理前的吸水率为4-6％。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述石子包括粒径为5-10mm的细石子和粒径为10-20mm的粗石子，所述细石子和粗石子的质量比为4：6。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述砂子和粗陶瓷粉的粒径为0.5-4mm。
本发明所述的一种高性能低碳混凝土，其中，所述胶凝材料中还包括水泥10-20份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
本发明选用矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰细集料作为胶凝材料的原料，大量利用了矿渣粉等固体废弃物，具有环保效益，并加入纳米级硅土和纳米粘土，混合形成颗粒级配合理的微集料混合物，可替代水泥使用，使混凝土的强度保持施工要求，减少CO2等温室气体的排放。骨料采用再生骨料和混合骨料，将再生骨料和天然骨料、减水剂、矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰细集料混合使用，填补了再生骨料间的空隙，对再生骨料表面薄弱的区域起到了修复增强的作用，强化了再生骨料与天然骨料间的界面过渡区，提高抗压强度，实现废物利用，在低碳的同时改善混凝土的力学性能、施工性能，提高混凝土的耐久性。
采用钠米二氧化钛分散液对再生骨料进行改性，进一步改善再生骨料空隙率高导致的吸水率高的特点，提高混凝土的力学性能和耐久性。
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
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料300份，拌合水130份，骨料1500份，减水剂8份；
胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉15份，细陶瓷粉18份，粉煤灰20份，纳米级硅灰5份，纳米粘土5份；矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为100nm，纳米级硅灰的平均粒径为100nm；
骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，天然骨料包括质量比为1：1：0.6的砂子、石子和粗陶瓷粉。
细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
再生骨料在使用前放入浓度为30wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡20小时，钠米二氧化钛的粒径范围为50nm。
再生骨料的粒径为5mm，浸泡处理前的吸水率为4％。
石子包括粒径为5mm的细石子和粒径为10mm的粗石子，细石子和粗石子的质量比为4：6。
砂子和粗陶瓷粉的粒径为0.5mm。
胶凝材料中还包括水泥10份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
实施例2
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料660份，拌合水160份，骨料2300份，减水剂16份；
胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉43份，细陶瓷粉66份，粉煤灰68份，纳米级硅灰10份，纳米粘土12份；矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为5000nm，纳米级硅灰的平均粒径为1000nm；
骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，天然骨料包括质量比为1：1：0.6-1的砂子、石子和粗陶瓷粉。
细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
再生骨料在使用前放入浓度为35wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡50小时，钠米二氧化钛的粒径范围为100nm。
再生骨料的粒径为18mm，浸泡处理前的吸水率为6％。
石子包括粒径为10mm的细石子和粒径为20mm的粗石子，细石子和粗石子的质量比为4：6。
砂子和粗陶瓷粉的粒径为4mm。
胶凝材料中还包括水泥20份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
实施例3
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料540份，拌合水150份，骨料2000份，减水剂14份。
胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉31份，细陶瓷粉45份，粉煤灰47份，纳米级硅灰8份，纳米粘土7份；矿渣粉、陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为2400nm，纳米级硅灰的平均粒径为400nm。
骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，天然骨料包括质量比为1：1：0.8的砂子、石子和粗陶瓷粉。
细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
再生骨料在使用前放入浓度为32wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡35小时，钠米二氧化钛的粒径范围为77nm。
再生骨料的粒径为14mm，浸泡处理前的吸水率为5％。
石子包括粒径为8mm的细石子和粒径为17mm的粗石子，细石子和粗石子的质量比为4：6。
砂子和粗陶瓷粉的粒径为2.3mm。
胶凝材料中还包括水泥15份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
实施例4
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料400份，拌合水140份，骨料1600份，减水剂11份；
胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉19份，细陶瓷粉24份，粉煤灰25份，纳米级硅灰6份，纳米粘土7份；矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为1000nm，纳米级硅灰的平均粒径为300nm；
骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，天然骨料包括质量比为1：1：0.7的砂子、石子和粗陶瓷粉。
细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
再生骨料在使用前放入浓度为31wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡25小时，钠米二氧化钛的粒径范围为60nm。
再生骨料的粒径为7mm，浸泡处理前的吸水率为4.3％。
石子包括粒径为6mm的细石子和粒径为12mm的粗石子，细石子和粗石子的质量比为4：6。
砂子和粗陶瓷粉的粒径为1.5mm。
胶凝材料中还包括水泥13份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
实施例5
一种高性能低碳混凝土，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料600份，拌合水156份，骨料2130份，减水剂14份；
胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉39份，细陶瓷粉58份，粉煤灰59份，纳米级硅灰8份，纳米粘土10份；矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为4000nm，纳米级硅灰的平均粒径为900nm；
骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，天然骨料包括质量比为1：1：0.9的砂子、石子和粗陶瓷粉。
细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
再生骨料在使用前放入浓度为34wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡45小时，钠米二氧化钛的粒径范围为90nm。
再生骨料的粒径为16mm，浸泡处理前的吸水率为5.8％。
石子包括粒径为9mm的细石子和粒径为18mm的粗石子，细石子和粗石子的质量比为4：6。
砂子和粗陶瓷粉的粒径为3mm。
胶凝材料中还包括水泥18份。
所述的高性能低碳混凝土的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
实施例6
对实施例1-5制备得到的低碳混凝土进行28d、60d抗压强度、坍落度和碳化深度的性能测试，测试结果如表1所示。
表1
由表1可见，采用本发明方法制备的混凝土，坍落度低于104.4mm，28天碳化深度低于0.18mm，7天抗压强度高于48.18MPa，28天抗压强度高于79.64MPa。本发明制备的混凝土低碳环保，在实现低碳的同时改善了混凝土的力学性能、施工性能，提高了混凝土的耐久性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能低碳混凝土，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：
胶凝材料300-660份，拌合水130-160份，骨料1500-2300份，减水剂8-16份；
所述胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉15-43份，细陶瓷粉18-66份，粉煤灰20-68份，纳米级硅灰5-10份，纳米粘土5-12份；所述矿渣粉、细陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为100-5000nm，所述纳米级硅灰的平均粒径为100-1000nm；
所述骨料包括质量比为1：1的再生骨料和天然骨料，所述天然骨料包括质量比为1：1：0.6-1的砂子、石子和粗陶瓷粉。
2.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：胶凝材料540份，拌合水150份，骨料2000份，减水剂14份。
3.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述胶凝材料按以下重量份配制：
矿渣粉31份，细陶瓷粉45份，粉煤灰47份，纳米级硅灰8份，纳米粘土7份；所述矿渣粉、陶瓷粉和粉煤灰的平均粒径为2.4μm，所述纳米级硅灰的平均粒径为400nm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述细陶瓷粉和粗陶瓷粉均由废弃的陶瓷碎片经粉碎筛选得到。
5.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述再生骨料在使用前放入浓度为30-35wt％的纳米二氧化钠分散液中浸泡20-50小时，所述钠米二氧化钛的粒径范围为50-100nm。
6.根据权利要求5所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述再生骨料的粒径为5-18mm，浸泡处理前的吸水率为4-6％。
7.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述石子包括粒径为5-10mm的细石子和粒径为10-20mm的粗石子，所述细石子和粗石子的质量比为4：6。
8.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述砂子和粗陶瓷粉的粒径为0.5-4mm。
9.根据权利要求1所述的一种高性能低碳混凝土，其特征在于，所述胶凝材料中还包括水泥10-20份。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的高性能低碳混凝土的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)将矿渣粉、细陶瓷粉、粉煤灰、纳米级硅灰和纳米粘土混合并搅拌均匀，得到胶凝混合物料；
(2)向胶凝混合物料中加入50％的拌合水并搅拌均匀，得到胶凝液；
(3)向胶凝液中加入再生骨料和天然骨料，搅拌均匀，得到混合液；
(4)将减水剂加入剩余的50％拌合水中并混合均匀，得到减水剂水溶液；
(5)将步骤(3)中的混合液与步骤(4)中的减水剂混合，搅拌均匀，得到低碳混凝土。
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