CN108546009B - 掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料 - Google Patents

掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料，解决了现有高性能混凝土成本高、未水化水泥颗粒大量存在的问题，提高其工作性能。所述浆状掺合料中浆状掺合料干重比为:纳微石灰石1％‑5％、石灰石粉5％‑20％、超细矿渣50％‑80％、复合激发剂5％‑40％、减水剂1‰‑3‰，合计100％，各组分加水后湿磨，再混匀后得到浆状掺合料；其中，控制湿磨后各组分满足以下级配要求：纳微石灰石由中值粒径2μm‑1μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围组成；超细矿渣中值径为4μm‑8μm；复合激发剂和石灰石粉的中值粒径为9‑13μm。本发明成分简单、生产成本低，充分利用矿渣、生产的浆料具有高流动性和分散性好、无收缩、微膨胀和早强。

Description

掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料
技术领域
本发明涉及一种混凝土掺合料，具体的说是一种掺多尺度粒径 CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料。
背景技术
超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC) 是一种新型的水泥基工程材料，具有超高的力学性能及良好的耐久性能。UHPC的应用前景非常广泛，不仅可以应用于一些新型特殊的工程构件中，而且可以作为一种修复材料，对基础工程进行维护与加固。虽然UHPC的应用潜力非常巨大，但是由于受到多种因素的限制，其在实际工程中的应用尚未大规模普及，其中UHPC超高的生产成本是最主要的原因之一。传统UHPC配合比中含有大量的水泥、硅灰、减水剂和钢纤维等组分，水泥含量通常为1100～1300kg/m3，硅灰含量为200～ 350kg/m3。如此大掺量的水泥和硅灰不仅增加了UHPC的生产成本，还显著增加了CO2排放量，不利于可持续发展。由于UHPC的水胶比非常低，因此水泥的水化程度仅为30％～40％，硅灰的反应程度也仅在30％左右，这意味着混凝土内还含有大量未水化的水泥熟料和未反应的硅灰颗粒，这些价格昂贵的颗粒在UHPC中仅仅作为一种填充材料，极大地浪费了资源。因此，从经济和环保的角度，有必要降低传统UHPC 配合比中水泥和硅灰的用量，制备低成本的生态型UHPC。
CN101386478公开了一种矿渣硫酸盐水泥及其制备方法。矿渣硫酸盐水泥，它由矿渣、石膏、石灰石和外加剂原料混合而成，各原料所占质量百分数为：矿渣20％～75％，石膏20％～70％，石灰石0.01％～40％，外加剂0.01％～10％。所述的外加剂为：硅酸盐水泥熟料、石灰、钢渣、氢氧化钙、强碱、强碱盐中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。
CN1322690公开了一种高性能混凝土掺合料，该掺合料以石灰石为主要原料，复合少量石膏及矿渣，经粉磨加工，制得粉末状物料。该物料由于石灰石掺量较多，故活性不强，用作矿物掺合料时用量少。
上述胶凝材料或存在石灰石含量偏高导致后期抗压强度不高现象，或存在由于材料的配料问题导致其施工凝固后存在收缩的情况，从而导致混凝土在凝固后，结构强度不够高，所以配料存在改进的空间。
发明内容
本发明的目是为了解决上述技术问题，提供一种成分简单、生产成本低，充分利用矿渣、生产的浆料具有高流动性和分散性好、无收缩、微膨胀和早强的掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料。
技术方案所述浆状掺合料干重比为:纳微石灰石1％-5％、石灰石粉5％-20％、超细矿渣50％-80％、复合激发剂5％-40％、减水剂1‰-3 ‰，合计100％，各组分加水后湿磨，再混匀后得到浆状掺合料；其中，控制湿磨后各组分满足以下级配要求：纳微石灰石由中值粒径2 μm-1μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围组成；超细矿渣中值径为4μm-8μm；复合激发剂和石灰石粉的中值粒径为9-13μm。
所述纳微石灰石由中值粒径2μm-0.3μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围组成，两者质量比为3-1：1。
所述复合激发剂包括电解锰渣和电石渣。
所述复合激发剂包中电解锰渣和电石渣的质量比为2-0.5：1。
所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的至少一种。
所述浆状掺合料的浆料质量分数为20％-60％。
所述湿磨工艺中研磨介质填充率30％-80％、磨机转速大于 300r/mim。
针对背景技术中存在的问题，发明人作出如下改进：
1)根据最紧密堆积原理，分析各组分特性，从纳米级、亚微米级到微米级对掺合料各组分的粒径进行限定，物理上的填充效应良好，大幅提升材料强度。
2)纳微石灰石由中值粒径2μm-1μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围组成，其作用在于：a，湿磨得到的亚微米级和微米级的石灰石相互作用具有很好的微集料效应，不仅能够提高混凝土的流动性能，而且由于湿磨使得材料的比表面积比水泥大，更能够降低浆体的泌水率和沉降作用；在亚微米量级上调整颗粒级配，增大其填充效应同时减少用水量，有利于混凝土的强度提高；b,能更好的充当水化产物的成核基体，降低成核位垒，改善水泥石界面，加速早期的水化，有利于混凝土早期强度的提高；c,石灰石和水泥中的铝相反应生成具有一定胶结能力的碳铝酸盐复合物，有利于混凝土后期强度的提高。
3)原料中含有中值粒径为9-13μm的石灰石粉，该种粒度下，石灰石粉的滚珠效应增加了浆体的流动性能，增加了硬化水泥石的致密度，显著提高材料的强度,与纳微石灰石形成掺多尺度粒径CaCO3的添加状态。
4)矿渣经湿磨后粒径变小，得到中值径为4μm-8μm超细矿渣，其活性增加，材料强度得到明显的增强，通过级配和湿磨工艺后，超细矿渣的添加量可达50％-80％。
5)所述复合激发剂均为工业废弃物，湿磨后粒径变小，一方面其中的惰性材料填充效应增加，另一方面CaSO4和Ca(OH)2比表面积增大，SO4 2-和OH-离子溶出增大，活性增加，对矿渣激发效果更好。SO4 2-能够和水化铝酸钙反应生成具有膨胀效应的钙矾石，使结构更致密的同时改善后期收缩。湿磨电解锰渣可磨出部分可溶性的Mn、Pb、Cd、 Cr、Ni、Zn等重金属，电石渣磨出的OH-一方面可与其形成沉淀消除危害，另一方面还激发电解锰渣中形成胶凝结构N-A-S-H，使其活性增加，两者复配效果显著。所述复合激发剂的添加量可达5％-40％。
6)采用水热合成、溶胶凝胶等方式制备的纳米颗粒，水泥在拌和过程中纳米颗粒极易团聚。本发明中湿磨制备的亚微米石灰石浆料虽然尺寸有稍许增高，但与水泥浆体相容性好，在混凝土中具有良好的成核效应。
本发明制备成本低、工艺简单，在大幅提高矿渣、电石渣和电解锰渣等渣料添加量的同时，扬长避短，配合湿磨工艺和特定的颗粒级配，生产的胶凝材料具有高强、高流动度及分散性好等性能，实现了与高性能混凝土掺合料相当的性能。
具体实施方式
工艺实施例：
纳微石灰石：将石灰石粉加水送入湿磨机磨细分别得到中值粒径 2μm-1μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围的料浆，两者质量比为3-1：1；
超细矿渣：将矿渣加水送入湿磨机磨细至中值径为4μm-8μm；
石灰石粉：将石灰石粉加水送入湿磨机磨细至中值粒径为9-13μ m，得到石灰石料浆；
复合激发剂：将电解锰渣和电石渣加水送入湿磨机磨细至中值粒径为9-13μm，得到复合激发剂料浆；
所有湿磨后的原料和减水剂可直接混合均匀或再次送入湿磨机混均后制成浆状掺合料，控制浆状掺合料的浆料质量分数为20％-60％，为便于实验比较，本实施例和比较例均将浆料质量分数控制在60％。
所述湿磨机参数为：研磨介质填充率30％-80％、磨机转速大于 300r/mim，湿磨过程中根据需要可加入分散剂或其它助剂。
表1为实施例1-7各组分添加量(％为质量百分比，合计100％)
Figure BDA0001644401230000051
Figure BDA0001644401230000061
为了说明本发明制备方法所制得超混凝土浆状掺合料的功效，申请人进行如下测试：取重量比为1:0.25:1.1:0.3:0.19的水泥、硅灰、石英砂、石英粉和减水剂配制成对比混凝土，水胶比为0.27，水泥均为42.5型硅酸盐水泥。将采用实施例1获得的矿物掺合料代替30％的水泥和硅灰，水泥和硅灰的质量比不变，制成的试验混凝土简称为试验混凝土1，实施例2获得的矿物掺合料制成的试验混凝土简称为试验混凝土2，并依次类推。然后将对比混凝土与各试验混凝土进行强度测定，结果如表2所示
表2
Figure BDA0001644401230000062
Figure BDA0001644401230000071
经上表可知，对比混凝土和试验混凝土1-7中各试样混凝土在后期相差不大，但对比混凝土1、2的强度降低明显，说明本掺合料采用的颗粒级配具有可实施性，并且极大的提高了材料的利用率。本申请的掺合料在满足高性能混凝土标准的前提下极大的利用工业废弃物，节约资源的同时解决工业废料的排放对环境造成污染。

Claims (5)

1.一种掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料,其特征在于，所述浆状掺合料干重比为:纳微石灰石1％-5％、石灰石粉5％-20％、超细矿渣50％-80％、复合激发剂5％-40％、减水剂1‰-3‰，合计100％，各组分加水后湿磨，再混匀后得到浆状掺合料；其中，控制湿磨后各组分满足以下级配要求：所述纳微石灰石由中值粒径2μm-1μm和中值径低于0.3μm两种粒度范围组成，两者质量比为3-1：1；超细矿渣中值径为4μm-8μm；复合激发剂和石灰石粉的中值粒径为9μm-13μm，所述复合激发剂包括电解锰渣和电石渣。
2.如权利要求1所述的掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料,其特征在于，所述复合激发剂中电解锰渣和电石渣的质量比为2-0.5：1。
3.如权利要求1所述的掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料,其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料,其特征在于，所述浆状掺合料中浆料质量分数为20％-60％。
5.如权利要求1或4所述的掺多尺度粒径CaCO3的高性能混凝土浆状掺合料,其特征在于，所述湿磨工艺中研磨介质填充率30％-80％、磨机转速大于300r/mim。
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