CN108569883B - 一种用于混凝土帆布体系的水泥基体 - Google Patents

一种用于混凝土帆布体系的水泥基体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土帆布体系的水泥基体，所述的水泥基体按照重量份数，该水泥基体由以下组分组成：工业废渣：55份～65份，水玻璃：28份～38份，胶凝剂：8.5份～12.5份，减缩剂：8份～12份；本发明解决了碱激发胶凝材料的碱流失问题，实现了碱激发矿渣体系成为混凝土帆布的新型水泥基体，实现工业废渣回收利用，减少碳排放对环境污染；本发明的产品在经过成型和养护后，在10天厚度方向抗压强度25MPa，经向抗压强度达到40MPa，达到了硫铝酸盐水泥混凝土帆布的强度水平；后期干缩降低了90%以上。

Description

一种用于混凝土帆布体系的水泥基体
技术领域
本发明涉及混凝土帆布材料的技术领域，尤其涉及一种用于混凝土帆布体系的水泥基体。
背景技术
混凝土帆布是一种新型的建筑材料。它是水泥粉末材料填充到三维间隔织物中制备而成的，施工过程在其表面晒水即可，可以形成各种形状的建筑结构；混凝土帆布新阶段主要应用于传统混凝土不便施工的工程中，如山体护坡，沟渠斜坡，水下管道维修等工程。此外，混凝土帆布成本低廉，性能优异，施工速度快，需要的施工人员数量少、施工设备简单，具有很好的前景。
碱激发矿渣体系是一种新型的胶凝材料，因为其优异的力学性能和抗腐蚀性能，低廉的成本，以及大幅度降低碳排放的优点，得到了普遍关注，被广泛用于各种建筑结构中。
目前，制备混凝土帆布所采用的水泥基体大多为高铝水泥，硫酸铝水泥或者硅酸盐水泥。然而因为此类水泥在生产过程中，伴随着高能耗，高污染的环境问题，不利于可持续发展。而碱激发矿渣胶凝材料作为水泥基体，一方面可以实现废物利用，另一方面也表现出来了优异的性能；但是若直接将碱激发混凝土体系用的碱激发胶凝材料应用于混凝土帆布体系中洒水后发现碱激发胶凝材料粉体大量流失，导致残留在混凝土帆布三维织物中的粉体无法凝固。
常温养护下碱激发胶凝材料的干缩变形是硅酸盐水泥的4～6倍，这严重制约了碱激发混凝土在实际工程中的应用。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种将该水泥基体可以应用于混凝土帆布中，实现工业废渣回收利用，减少碳排放对环境污染的新型水泥基体。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于混凝土帆布体系的水泥基体，所述的水泥基体按照重量份数，该水泥基体由以下组分组成：工业废渣：55份～65份，水玻璃：28份～38份，胶凝剂：8.5份～12.5份，减缩剂：8份～12份。
本发明所述的工业废渣为矿渣、磷渣、钢渣、铁镍渣、铜渣、粉煤灰、煅烧粘土、天然火山灰中的一种或两种的混合物或三种的混合物；工业废渣优选为矿渣、钢渣、粉煤灰的一种或两种的混合物或三种的混合物。
本发明所述的水玻璃为速溶水玻璃粉末；所述水玻璃的水玻璃模数为0.8～3.0。
本发明所述的胶凝剂为硫铝酸盐水泥、高铝水泥、硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐-石膏复合水泥、硫铝酸盐-石膏-石灰复合水泥、高铝水泥-石膏复合水泥、高铝水泥-石膏-石灰复合水泥中的一种；胶凝剂优选为硫铝酸盐水泥、高铝水泥、硅酸盐水泥中的一种。
本发明所述的减缩剂为氧化钙、氧化镁、超吸水树脂中的一种或两种的混合物；减缩剂优选为氧化钙、氧化镁、超吸水树脂中的一种或两种的混合物。
本发明的成型方法如下：将水泥基体粉末充分搅拌后，填充到三维间隔织物中，然后喷水成型。
本发明提供的用于混凝土帆布体系的水泥基体的养护方法，所述的养护方法是：将成型后的水泥基体先在温度20±2℃，湿度60±5%的条件下自然养护6小时，然后将其进行浸入水温20±2℃的水中养护。
本发明的优点在于：本发明的技术方案具有以下有益效果：
1）本发明实现了碱激发矿渣体系成为混凝土帆布的新型水泥基体；该发明水泥基体通过掺入10%左右的胶凝剂，解决了混凝土帆布在洒水过程导致碱激发胶凝材料的碱流失，造成大量孔隙且残余粉体无法胶凝的问题。
2）力学性能优异；本发明的水泥基体制备的混凝土帆布力学性能，在10天厚度方向抗压强度25MPa，经向抗压强度达到40MPa，达到了硫铝酸盐水泥混凝土帆布的强度水平。
3）明显改善了碱激发材料的干缩问题；该发明水泥基体通过掺入胶凝材料质量分数10～30%氧化钙，使得干缩减少了80%，通过控制养护条件，在混凝土帆布终凝后，进行浸水养护；干缩得到了进一步改善，从初始的20000με达到200～300με。
附图说明
图1未掺入减缩剂的新型水泥基体的经向的抗压强度发展；
图2未掺入减缩剂的新型水泥基体的厚度方向的抗压强度发展；
图3掺入减缩剂的新型水泥基体的自然养护下干缩发展；
图4未掺入减缩剂的新型水泥基体在水养条件下干缩发展；
图5掺入减缩剂的新型水泥基体的水养条件下干缩发展。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例1：本发明提供的用于混凝土帆布体系的新型水泥基体，按照重量份数，该水泥基体由以下组分组成：工业废渣：550份-650份，水玻璃：280份-380份，胶凝剂： 85份-125份，减缩剂：80份-120份。其中，工业废渣为粒化高炉矿渣；水玻璃为速溶水玻璃粉末，水玻璃模数为2.0；胶凝剂为硫铝酸盐水泥、贝利特硫铝酸盐水泥、 高铝水泥或者硅酸盐水泥；减缩剂为氧化钙，氧化镁。
将上述用于混凝土帆布体系的新型水泥基体使用方法，将水泥粉体充分搅拌后，填充到三维织物中，然后洒水成型；为了使得碱激发矿渣作为水泥基体适用于混凝土帆布体系，该水泥基体由矿渣，水玻璃，胶凝剂，以及减缩剂组成；采用碱激发矿渣制备混凝土帆布，主要是因为碱激发矿渣具有优异的抗腐蚀性能、较好的力学性能以及可以充分使用工业废弃物的优点。其原理是：作为激发剂的水玻璃，会和矿渣中的活性氧化物反应，生成C(N)-A-S-H凝胶，形成网状结构；胶凝剂主要是防止激发剂水玻璃在洒水时流失；减缩剂主要通过后期自身膨胀来补偿基体的干缩；浸水养护主要是为后期减缩剂的膨胀提高水环境。
试验结果为：本发明的水泥基体的力学性能达到了较高的水平，具体见图1、图2。
实施例2：新型水泥基体的干缩性能在掺入减缩剂后，得到了明显改善，在采用了浸水养护条件，得到了进一步的优化，具体见图3图4和图5。
实施例3：本发明提供的水泥基体制备混凝土帆布样品，称取水玻璃310份，矿渣630份以及胶凝剂94份粉体混合搅拌均匀，搅拌3min，制备成均匀的水泥粉体，填充到用于制备混凝土帆布的10mm涤纶三维间隔织物中，后洒水成型，水胶比为0.37。
样品在温度20±2℃，湿度60±5%自然养护。然后，切割为10mm(长)*10mm(宽)*10mm(厚)的试样，测其抗压强度。样品抗压强度参考标准ASTM C109/C109M进行测试，凝结时间参考GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性检验方法》。
试验结果：混凝土帆布样品的终凝时间为85min，在10天厚度方向抗压强度25MPa，经向抗压强度达到40MPa。
实施例4：本发明提供的水泥基体制备混凝土帆布样品，称取水玻璃300份，矿渣605份，胶凝剂91份以及减缩剂100份粉体混合搅拌均匀，搅拌3min，制备成均匀的水泥粉体，填充到用于制备混凝土帆布的10mm涤纶三维间隔织物中。
样品在温度20±2℃，湿度60±5%自然养护成型，6小时后切割样品为100mm(经向)*40mm(纬向)*10mm(厚度)作为试样，测量其试件长度，作为试样初始长度，在温度20±2℃，湿度60±5%条件下自然养护，测其经向干缩性能。
试验结果为：样品20天的干缩达到稳定，经向的干缩率从不掺入氧化钙的超过20000με降低至3000με，有效降低了85%以上的干缩。
实施例5：本发明提供的水泥基体制备混凝土帆布样品，称取水玻璃300份，矿渣605份，胶凝剂91份粉体混合搅拌均匀，搅拌3min，制备成均匀的水泥粉体，填充到用于制备混凝土帆布的10mm涤纶三维间隔织物中。
样品在温度20±2℃，湿度60±5%自然养护成型，6小时后切割样品为100mm(经向)*40mm(纬向)*10mm(厚度)作为试样，测量其试件长度，作为试样初始长度。然后将试样浸入水中养护，测其干缩性能。
试验结果为：浸水养护可以有效的降低试验样品的干缩，样品20天的干缩达到稳定，干缩率低于2000με。
实施例6：本发明提供的水泥基体制备混凝土帆布样品，称取水玻璃300份，矿渣605份，胶凝剂91份以及减缩剂100份粉体混合搅拌均匀，搅拌3min，制备成均匀的水泥粉体，填充到用于制备混凝土帆布的10mm涤纶三维间隔织物中。
样品在温度20±2℃，湿度60±5%自然养护成型，6小时后切割样品为100mm(经向)*40mm(纬向)*10mm(厚度)作为试样，测量其试件长度，作为试样初始长度。然后将试样浸入水中养护，测其干缩性能。
试验结果为：在浸水养护和减缩剂共同作用下，可以有效的降低试验样品的干缩，试样20天的干缩达到稳定，最优的试样干缩率可以降至200με，减少99%的干缩。
实施例7：本发明的水泥基体制备的混凝土帆布样品：
1）当速溶水玻璃模数大于3.0时，会因为水玻璃的黏度过高，碱激发反应发生效果差，无法形成具有一定强度的试样，试样最终的强度不符合实际的使用需求；
2）当水玻璃模数过低时，则低模数的水玻璃易溶于水，导致碱流失严重。
实施例8：本发明的水泥基体制备的混凝土帆布样品，在同等情况下，工业废渣为煅烧火山灰等材料时，碱激发效果差，而在工业废渣优选的矿渣等材料中激发效果好。
试验结果为：煅烧火山等材料中因为有效成分含量低，10天厚度方向抗压强度均远低于10MPa而矿渣组试样10天厚度方向抗压强度则高于20MPa。
实施例9：本发明的水泥基体制备的混凝土帆布样品，胶凝剂优选的硫铝酸盐水泥等效果更好，在同等情况下，混凝土帆布样品的抗压强度明显高于其他组分的胶凝剂。
试验结果为：硫铝酸盐水泥作为促凝剂的试样10天厚度方向抗压强度可以达到20MPa以上，而其他试样组试样10天厚度方向抗压强度只能达到10-15MPa。
实施例10：本发明的水泥基体制备混凝土帆布样品，称取水玻璃300份，矿渣605份，胶凝剂91份以及减缩剂100份粉体混合搅拌均匀，搅拌3min，制备成均匀的水泥粉体，填充到用于制备混凝土帆布的10mm涤纶三维间隔织物中。分别置于温度为3±2℃，和20±2℃，同等湿度条件下自然养护湿度。测量其抗压强度。
试验结果为：在温度为3±2℃的试样，其14天厚度方向的抗压强度仅为15MPa；而温度为20±2℃的试样，其14天厚度方向的抗压强度可以达到28MPa。
需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所做出的任意组合或等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，所述的水泥基体按照重量份数，该水泥基体由以下组分组成：
工业废渣：55份～65份，
水玻璃：28份～38份，
胶凝剂：8.5份～12.5份，
减缩剂：8份～12份；
所述的工业废渣为矿渣、磷渣、钢渣、铁镍渣、铜渣、粉煤灰、煅烧粘土、天然火山灰中的一种或两种的混合物或三种的混合物；所述的胶凝剂为硫铝酸盐水泥、高铝水泥、硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐-石膏复合水泥、硫铝酸盐-石膏-石灰复合水泥、高铝水泥-石膏复合水泥、高铝水泥-石膏-石灰复合水泥中的一种。
2.如权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，工业废渣为矿渣、钢渣、粉煤灰中的一种或两种的混合物或三种的混合物。
3.如权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，所述的水玻璃为速溶水玻璃粉末。
4.如权利要求3所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，所述水玻璃的模数为0.8～3.0。
5.如权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，所述的胶凝剂为硫铝酸盐水泥、高铝水泥、硅酸盐水泥中的一种。
6.如权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体，其特征在于，所述的减缩剂为氧化钙、氧化镁、超吸水树脂中的一种或两种的混合物。
7.一种如权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的水泥基体的养护方法，其特征在于，所述的养护方法是：将成型后的水泥基体先在温度20±2℃，湿度60±5%的条件下自然养护6小时，然后将其进行浸入水温20±2℃的水中养护。
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