CN109384433B - 低热损伤混凝土构件用胶凝材料 - Google Patents
低热损伤混凝土构件用胶凝材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种低热损伤混凝土构件用胶凝材料,解决了现有混凝土构件用胶凝材料存在的掺合料利用率低、早期强度低、脱模时间长等问题,技术方案包括以下重量份的原料:分级活化粉煤灰浆料40‑60份、硅酸盐水泥40‑60份、减水剂0.15‑0.3份、纳米晶核0.5‑5份、修复助剂1‑5份、水20‑50份;其中,分级活化粉煤灰浆料按重量计包括:原状粉煤灰50‑150份、中细粉煤灰浆料100份和超细粉煤灰浆料50‑150份。本发明胶凝材料粉煤灰掺量高、成本低、绿色环保、早期强度高,收缩小,耐久性强、适用于蒸养装配式构件制造。
Description
技术领域
本发明公开了一种建筑材料,具体的说一种低热损伤混凝土构件用胶凝材料。
背景技术
1)装配式建造技术促进我国建筑业转型升级,从中央到地方各级政府均在大力推广。蒸养混凝土构件是装配式结构工程的主体部分,是工程结构实现装配式建造的基石。本行业普遍认为大掺量掺合料是修复微结构缺陷的有效手段。与矿渣等掺合料相比,粉煤灰蒸养阶段活性低,标养阶段后期才缓慢释放水化产物,在微结构缺陷修复方面潜力巨大。但这类蒸养构件仍存在以下问题:(1)大掺量粉煤灰导致的早期强度低、脱模时间长(带模养护时间长)无法满足装配式构件制备工艺的要求;(2)蒸养阶段,过多激发的活化粉煤灰,大量溶出的铝相,促进针状、棒状钙钒石的生成,提高孔隙率,后期不易修复,同时可能产生延迟性钙钒石破坏;导致粉煤灰后期水化反应有限,对微结构缺陷的修复能力大幅度下降,而蒸养阶段的微结构缺陷导致抗渗性等耐久性指标低。
CN102924027A公开了一种高可塑成型的粉煤灰蒸养砖,由粉煤灰、炉渣、水泥、生石灰、石膏、粉煤灰塑化剂配制而成。利用粉煤灰砖坯料塑化剂使粉煤灰砖的掺量大幅度的提高。CN106278050A公开了一种用于预制装配式建筑构件的早强水泥基胶凝料,由硅酸盐水泥基胶凝材料、粉煤灰、炉渣、矿渣微粉、憎水性珍珠岩、聚酯纤维搅拌混合而成。上述专利文献中除了掺入了粉煤灰,还通过掺入添加剂以提高构件塑化性能或早期强度,但仍然没有从根本上解决煤粉灰大量掺入带来的上述问题。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题,提供一种粉煤灰掺量高、早期强度高,收缩小,耐久性强、适用于蒸养装配式构件制造的低热损伤混凝土构件用胶凝材料。
本发明胶凝材料包括以下重量份的原料:分级活化粉煤灰浆料40-60份、硅酸盐水泥40-60份、减水剂0.15-0.3份、纳米晶核0.5-5份、修复助剂1-5份、水20-50份;
其中,分级活化粉煤灰浆料按重量计包括:原状粉煤灰50-150份、中细粉煤灰浆料100份和超细粉煤灰浆料50-150份。
所述原状粉煤灰的中值粒径15-30μm,28d活性指数60-85%;所述中细粉煤灰浆料由粉煤灰100份、减水剂0.2-0.5份和水30-40份在大型湿磨机中研磨后得到,所含有的中细粉煤灰的中值粒径为4-10μm,28d活性指数90-115%;所述超细粉煤灰浆料由粉煤灰100份、减水剂0.2-0.5份、水30-40份在大型湿磨机中研磨后得到,所含有的超细粉煤灰的中值粒径1-2.5μm,28d活性指数120-140%。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为200-300纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合质量比为1:1。
所述修复助剂为硅酸盐类修复助剂;
所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂或萘系减水剂。
针对背景技术中存在的问题,发明人对粉煤灰进行了深入研究,发现通过煤粉灰的合理级配从而分级活化粉煤灰,达到调控粉煤灰的反应进程的目的。在蒸养阶段通过纳米晶核诱导激发水泥矿物水化贡献早期强度,提供足够的碱度,并诱导超细和中细粉煤灰的火山灰反应;在标养阶段及其后,通过中细粉煤灰和原状粉煤灰的火山灰反应,缓慢生成水化产物,提供持续发展的强度,实现大掺量粉煤灰装配式构件蒸养混凝土的超早强与微结构缺陷修复。其中,原状粉煤灰50-150份,过多会导致早期强度低、脱模时间长,过少会导致粉煤灰后期水化反应有限,对微结构缺陷的修复能力大幅度下降;超细粉煤灰浆料50-150份,过多会导致在蒸养阶段过多激发活化粉煤灰,促进针状、棒状钙钒石的生成,提高孔隙率,降低抗渗性,过少会导致在蒸养阶段激发的活化粉煤灰太少,早期强度得不到保证。
本发明中优选粉煤灰为一级粉煤灰,中值粒径15-30μm,28d活性指数60-85%;中细粉煤灰中值粒径4-10μm,28d活性指数90-115%;超细粉煤灰中值粒径1-2.5μm,28d活性指数120-140%,在上述级配及活性指数是根据粉煤灰的掺量及以蒸养构件的制备过程特点进行设计的,在此范围下能够更好的实现粉煤灰在不同阶段分级活化效果。
进一步地,本发明各级粉煤灰最好采用湿磨工艺制得,除在节能降耗方面的优势外,湿磨环境可明显降低颗粒的表面能态,突破传统研磨的粒径限制,实现粉煤灰颗粒的微纳粒子化;湿磨机械力化学作用使得粉煤灰颗粒产生晶格缺陷,增加颗粒表面不饱和键,降低结晶度及硅氧聚合态,可大幅加速钙、钠、铁、硅、铝等离子或基团的溶出,大幅度提高粉煤灰活性。而采用其它方式获得的中细或超细粉煤灰,如风选过程,存在临界粒径问题(3-5μm),在同等粒径条件下,粉煤灰活性明显小于湿磨粉煤灰活性。并且以湿磨的方法获得中细或超细粉煤灰还能够直接制成浆料,有利于后期均匀混合。
进一步的,本发明原料中纳米晶核0.01-0.05%份,所述纳米晶核是利用锂渣和石灰石的易磨性,采用湿磨方法直接研磨、真空干燥而成,易于规模化生产,降低成本;湿磨研磨机械力具有高速剪切稀化的特征,可降低纳米颗粒间的作用力,保证反应微区相对均匀;纳米晶核制备过程中预置水化环境,与现有用作水泥水化诱导晶核的SiO2、TiO2等纳米颗粒相比,具有先天的高相容性优势,有利于对胶凝材料的高效水化诱导。纳米晶核的作用是使C-S-H和Ca(OH)2生长在晶核表面,加速了C3S的水化,有利于胶凝材料强度的增长,优选采用中值粒径为200-300纳米的锂渣和石灰石混合物,混合质量比为1:1。锂渣可与水泥水化放出的Ca(OH)2发生火山灰反应,生成稳定的C-S-H凝胶及水化铝酸钙,消耗了Ca(OH)2,又促进水泥的水化反应,同时使Ca(OH)2晶粒细化,使水泥石结构致密;石灰石粉与含铝相会生成碳铝酸盐及碱式碳酸盐,所形成的新相晶体尺寸迅速增大,并且转化为牢固连生的结晶聚体,增强了石灰石颗粒与硬化水泥浆体的界面,使水泥石结构致密,提高浆体的抗渗性能。两者混合可以更好的诱导激发水泥矿物水化贡献早期强度,提供足够的碱度。
有益效果:
1)本发明采用与水泥掺量相当的高掺量粉煤灰,并在原状粉煤灰的基础上,还加入了中细粉煤灰和超细粉煤灰,三者共同作用实现粉煤灰的分级活化,缓慢生成水化产物,提供持续发展的强度,并对微结构缺陷的长期修复,实现了大掺量粉煤灰装配式构件蒸养混凝土的超早强与微结构缺陷修复。
2)采用湿磨的工艺得到中细和超细粉煤灰的浆料,除在节能降耗方面的优势外,湿磨环境可明显降低颗粒的表面能态,突破传统研磨的粒径限制,实现粉煤灰颗粒的微纳粒子化;湿磨机械力化学作用使得粉煤灰颗粒产生晶格缺陷,增加颗粒表面不饱和键,降低结晶度及硅氧聚合态,可大幅加速钙、钠、铁、硅、铝等离子或基团的溶出,大幅度提高粉煤灰活性。并且以湿磨的方法获得中细或超细粉煤灰还能够直接制成浆料,有利于后期均匀混合。
3)采用湿磨、真空干燥工艺得到的锂渣和石灰石纳米晶核,易于规模化生产,成本低,反应微区相对均匀与胶凝材料的相容性高,有利于对胶凝材料的高效水化诱导。
4)本发明无需添加外添剂,粉煤灰掺量高、早期强度高,收缩小,耐久性强、适用于蒸养装配式构件制造。
具体实施方式
同一实施例中使用的原状粉煤灰相同。
实施例1:
1)将原状粉煤灰(中值粒径30μm,28d活性指数60%)100份、减水剂0.2份、水30份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为40r/s,研磨时间为1小时,得到中细粉煤灰浆料(中值粒径10μm,28d活性指数90%);将原状粉煤灰100份、减水剂0.2份、水30份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为40r/s,研磨时间为4小时,得到超细细粉煤灰浆料(中值粒径2.5微米,28d活性指数120%)。
2)按重量份计,取原状粉煤灰50份与在步骤1)中所得的中细粉煤灰浆料100份;超细粉煤灰浆料150份搅拌均匀得到混合均匀的分级活化粉煤灰浆料。
3)按重量份计,取步骤2)所得的分级活化粉煤灰浆料40份置于搅拌机中;加入硅酸盐水泥60份、减水剂0.1份、纳米晶核0.5份、修复助剂1份、水50份,搅拌成型得到胶凝材料。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为200纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合比例为1:1;
所述修复助剂为硅酸钠;
所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂。
实施例2:
1)将原状粉煤灰100份(中值粒径15μm,28d活性指数85%)、减水剂0.5份、水40份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为3小时,得到中细粉煤灰浆料(中值粒径4μm,28d活性指数115%);将原状粉煤灰100份、减水剂0.5份、水40份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为6小时,得到超细细粉煤灰浆料(中值粒径1μm,28d活性指数140%)。
2)按重量份计,取原状粉煤灰150份与在步骤1)中所得的中细粉煤灰浆料100份;超细粉煤灰浆料50份搅拌均匀,得到混合均匀的分级活化粉煤灰浆料。
3)按重量份计,取步骤2)所得的分级活化粉煤灰浆料60份置于搅拌机中;加入硅酸盐水泥40份、减水剂0.3份、纳米晶核5份、修复助剂5份、水20份,搅拌成型得到胶凝材料。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为300纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合比例为1:1;
所述修复助剂为硅酸钾;
所述减水剂为萘系减水剂。
实施例3:
1)将原状粉煤灰100份(中值粒径17.2μm,28d活性指数80%)、减水剂0.3份、水35份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为50r/s,研磨时间为1.5小时,得到中细粉煤灰浆料(中值粒径7.4μm,28d活性指数100%);将原状粉煤灰100份、减水剂0.3份、水35份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为50r/s,研磨时间为5小时,得到超细细粉煤灰浆料(中值粒径2μm,28d活性指数125%)。
2)按重量份计,取原状粉煤灰100份与在步骤1)中所得的中细粉煤灰浆料100份;超细粉煤灰浆料100份搅拌均匀得到混合均匀的分级活化粉煤灰浆料。
3)按重量份计,取步骤2)所得的分级活化粉煤灰浆料50份置于搅拌机中;加入硅酸盐水泥50份、减水剂0.2份、纳米晶核3份、修复助剂3份、水40份,搅拌成型得到胶凝材料。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为240纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合比例为1:1;
所述修复助剂为硅酸钠;
所述减水剂为萘系减水剂。
实施例4:
1)将原状粉煤灰100份(中值粒径17.2μm,28d活性指数80%)、减水剂0.5份、水30份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为1小时,得到中细粉煤灰浆料(中值粒径8μm,28d活性指数95%);将粉煤灰100份、减水剂0.5份、水40份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为6小时,得到超细细粉煤灰浆料(中值粒径2μm,28d活性指数125%)。
2)按重量份计,取原状粉煤灰120份与在步骤1)中所得的粉煤灰浆料按中细粉煤灰浆料100份;超细粉煤灰浆料80份搅拌均匀,得到混合均匀的分级活化粉煤灰浆料。
3)按重量份计,取步骤2)所得的分级活化粉煤灰浆料40份置于搅拌机中;加入硅酸盐水泥60份、减水剂0.3份、纳米晶核3份、修复助剂3份、水50份,搅拌成型得到胶凝材料。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为200纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合比例为1:1;
所述修复助剂为硅酸钾;
所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂。
实施例5:
1)将原状粉煤灰100份(中值粒径15μm,28d活性指数85%)、减水剂0.5份、水40份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为2小时,得到中细粉煤灰浆料(中值粒径6μm,28d活性指数105%);将粉煤灰100份、减水剂0.5份、水40份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为5小时,得到超细细粉煤灰浆料(中值粒径1.6μm,28d活性指数130%)。
2)按重量份计,取原状粉煤灰80份与在步骤1)中所得的中细粉煤灰浆料100份;超细粉煤灰浆料120份在大型湿磨机中进行研磨,混合物与磨球之间的比例为3:7,转速为60r/s,研磨时间为5min,得到混合均匀的分级活化粉煤灰浆料。
3)按重量份计,取步骤2)所得的分级活化粉煤灰浆料60份置于搅拌机中;加入硅酸盐水泥40份、减水剂0.2份、纳米晶核3份、修复助剂3份、水50份,搅拌成型得到胶凝材料。
所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为240纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合比例为1:1;
所述修复助剂为硅酸钠;
所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂。
比较例1:
本比较例除用水泥代替分级活化粉煤灰浆料外,其余均与实施例1一致,搅拌成型得到胶凝材料。
比较例2:
本比较例除用原状粉煤灰代替分级活化粉煤灰浆料外,其余均与实施例1一致,搅拌成型得到胶凝材料。
比较例3:
本比较例除用中细粉煤灰代替分级活化粉煤灰浆料外,其余均与实施例1一致,搅拌成型得到胶凝材料。
比较例4:
本比较例除用超细粉煤灰代替分级活化粉煤灰浆料外,其余均与实施例1一致,搅拌成型得到胶凝材料。
比较例5:
本比较例除用纳米二氧化硅代替纳米晶核外,其余均与实施例1一致,搅拌成型得到胶凝材料。
本申请人参照标准JGJT7-2009对上述实施例的抗压强度、抗折强度、收缩率进行了测试,参照CSTM C1202法对上述实施例的抗氯离子渗透性能进行了测试,测试结果见下表。
表1实施例1-5及比较例1-3的胶凝材料主要性能
从表中可见本发明各实施例1-5制备的胶凝材料与比较例1-5相比,在力学性能和收缩性和耐久性方面具有明显优势。而实施例2-5在减少蒸养时间和降低蒸养温度的条件下,仍然具有较高的脱模强度,收缩率小,后期耐久性。所以本发明胶凝材料是具有绿色环保,节约能耗,早期强度高,收缩小,耐久性强的优点。
Claims (3)
1.一种低热损伤混凝土构件用胶凝材料,其特征在于,包括以下重量份的原料:分级活化粉煤灰浆料40-60份、硅酸盐水泥40-60份、减水剂0.15-0.3份、纳米晶核0.5-5份、修复助剂1-5份、水20-50份;
其中,所述修复助剂为硅酸盐类修复助剂,分级活化粉煤灰浆料按重量计包括:原状粉煤灰50-150份、中细粉煤灰浆料100份和超细粉煤灰浆料50-150份;
所述原状粉煤灰的中值粒径15-30μm,28d活性指数60-85%;所述中细粉煤灰浆料由粉煤灰100份、减水剂0.2-0.5份和水30-40份在大型湿磨机中研磨后得到,所含有的中细粉煤灰的中值粒径为4-10μm,28d活性指数90-115%;所述超细粉煤灰浆料由粉煤灰100份、减水剂0.2-0.5份、水30-40份在大型湿磨机中研磨后得到,所含有的超细粉煤灰的中值粒径1-2.5μm, 28d活性指数120-140%。
2.如权利要求1所述的低热损伤混凝土构件用胶凝材料,其特征在于, 所述纳米晶核为采用湿磨后真空干燥所得的中值粒径为200-300纳米的锂渣和石灰石的混合物,混合质量比为1:1。
3.如权利要求1所述的低热损伤混凝土构件用胶凝材料,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸盐系减水剂或萘系减水剂。
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