CN109437777A - 一种高掺量混合瓷砖骨料c150uhpc及其制备方法 - Google Patents

一种高掺量混合瓷砖骨料c150uhpc及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC及其制备方法，其UHPC组成及配比包括：水泥776.5kg/m3；硅灰155.3kg/m3；粉煤灰38.8kg/m3；瓷砖粉155.3kg/m3；高效减水剂46.6kg/m3；瓷砖骨料217.4kg/m3；石英砂869.7kg/m3；水184.4kg/m3；钢纤维156kg/m3；本发明还公开了该UHPC的制备方法，养护方式为：用湿棉布将混凝土试块包裹紧密，并高频间断洒水养护，或置于水中养护。不仅简化了养护制度，还有效防止混凝土中水分的蒸发。本发明具有以下技术优势：对废弃瓷砖回收利用，减少天然材料消耗，达到节能环保的效果；瓷砖粉具有火山灰活性，提高了混凝土强度、耐久性、抗开裂性能及抗折强度；掺入不同粒径瓷砖粉，填补了石英砂之间堆积的空隙，使得结构更加紧密；优选水胶比及高效减水剂，使得本发明UHPC具有自密实的优点。

Description

一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC及其制备方法
技术领域
本发明涉及土木工程材料的制备技术领域，特别涉及一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC及其制备方法。
背景技术
随着现代社会的快速发展，大量超高层建筑、大跨桥梁以及港口机场等超级工程越来越多，作为建筑结构主导材料的混凝土为了顺应这些如雨后春笋般崛起的超级工程，其高强度、高耐久性和高韧性要求在不断提高，一种新型的水泥基复合材料，即超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete, 简称UHPC）应运而生。
传统UHPC的制备方法主要有两个重要手段，一个是降低混凝土水胶比，通过降低混凝土中水的含量，减少水分蒸发来提高强度；另一个是将混凝土置于特殊养护环境下进行养护，如在蒸汽或高温高压条件下进行养护，提高胶凝材料与水的反应程度，加速反应进程。这使得UHPC具有突出的优越性，并使其应用非常广泛，如石油、核电以及军事设施等等。
然而，UHPC的低水胶比使其粘度增大，流动性很差，无法形成自流平状态，造成现场施工十分困难，使其一般仅用于装配式预制构件。而且，UHPC养护条件很苛刻，养护成本昂贵，不仅给实际工程的成本带来了重大负担，也严重制约了UHPC在大构件上的应用。
随着建筑业的发展，建筑业中产生的废弃陶瓷瓷砖也是相当惊人的，如将陶瓷瓷砖废弃物收集后进行加工再利用，生产绿色建材混凝土，不仅可以节约天然资源，变废为宝，还可以减轻环境污染，改善生态环境，促进陶瓷瓷砖工业和社会经济的可持续发展，并且我国是个陶瓷大国，据估计，废弃陶瓷瓷砖占日常陶瓷瓷砖掺量的30%，但其处理措施绝大部分采用废弃堆积或掩埋方法，既不环保也不经济。
将废弃瓷砖经过粉碎粉末处理后作混凝土辅助胶凝材料，研究其在经济上、生态上、技术上的可行性具有重大意义，首先将具有重要的生态环境效益：回收废弃材料，减少堆放占地；部分取代或全部取代混凝土材料，减少天然材料的消耗，减小碳排放。另外，在经济上可节省废弃瓷砖的处置费、降低混凝土成本，在技术上能改善混凝土的工作性能和强度等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC及其制备方法。
一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，包括：水泥、硅灰、粉煤灰、高效减水剂、石英砂、水、钢纤维、瓷砖粉、瓷砖骨料。
其中，该混凝土的组成及配比如下：水泥776.5kg/m3；硅灰155.3kg/m3；粉煤灰38.8kg/m3；瓷砖粉155.3kg/m3；高效减水剂46.6kg/m3；瓷砖骨料217.4kg/m3；石英砂869.7kg/m3；水184.4kg/m3；钢纤维156kg/m3。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，水泥为普通硅盐水泥P.O 42.5，其化学成分为二氧化硅（SiO2）21.4%,氧化铝（Al2O3）5.45%，氧化铁(Fe2O3)3.50%，氧化钙(CaO)64.48%，氧化镁(MgO)1.46%，烧失量2.51%；
所述硅灰为灰白色，二氧化硅（SiO2）含量96%，比表面积23000m2/kg，比重2400kg/m3，颗粒粒度为0.05；
所述粉煤灰氧化钙（CaO）含量5.13%，颗粒粒度为8；
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的水胶比为0.18-0.20。
所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
所述石英砂二氧化硅（SiO2）含量大于99.7%，颗粒粒度为0.85mm。
所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，平均长度13mm，平均直径0.22mm。
所述瓷砖粉与瓷砖骨料均为废弃瓷砖通过粉磨并且筛分后制得，其中：瓷砖粉粒径为1000目，瓷砖骨料粒径为20-40目。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，混凝土的7天抗压强度为90.5Mpa，28天抗压强度为155.7Mpa，28天抗折强度为17.3MPa，28天抗拉强度为9.6MPa，扩展度为198mm；
一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据配比称取特定量瓷砖粉、瓷砖骨料和石英砂，并低速搅拌5min以上；
步骤2：根据配比加入特定量取水泥、硅灰和粉煤灰，并低速搅拌5min以上；
步骤3：根据配比称取特定量水和高效减水剂，并先将二者混合均匀后加入，加入后，低速搅拌2min，再高速搅拌5min，
步骤4：待步骤3完成后，根据配比称取特定量钢纤维，并缓慢加入，加入完成后，继续高速搅拌10min；
步骤5：待步骤4完成后，将拌合好的浆体缓慢倒入模具中，置于20℃条件下的养护室内养护2天；
步骤6：待步骤5完成后，对混凝土进行拆模养护，养护完成后，即得到高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，在步骤6中，混凝土的养护方式可为：1）将混凝土置于20℃的养护室中，用湿棉布紧密包裹，进行高频率间断洒水处理并保持湿棉布湿润；2）将混凝土置于20℃水中进行养护。
本发明的有益效果如下：
一、将瓷砖粉全部替换超高性能混凝土中的石英粉，瓷砖骨料部分替代混凝土中的粗骨料石英砂，取代了石英粉并且减少了石英砂的用量，在环境上减少了自然资源的开采及利用，达到节能减排的目的，并且对废弃瓷砖的回收利用，减少废弃物堆放占地，减少天然材料的消耗，减小碳排放；另外，在经济上可节省废弃瓷砖的处置费、降低混凝土成本；在技术上能改善混凝土的工作性能和强度等。
二、废瓷砖经过粉碎粉磨并且筛分制得的瓷砖骨料自重轻，制得的混凝土相比普通河沙或石英砂骨料制得的混凝土重量减轻，并且瓷砖骨料粗糙、表面含微粉、吸水率大，能够抑制水泥收缩，减小混凝土的早期收缩，并且能够提高混凝土的抗折性能；另外，废瓷砖经过粉碎细磨筛分制得的瓷砖粉，其具有一定火山灰活性，能够降低混凝土的凝结时间，提高混凝土强度及耐久性，并且本发明采用的瓷砖粉，粒径为1000目，为优选粒径，其发生的火山灰反应较粗粒径的瓷砖粉更加充分，并且瓷砖粉还提高了混凝土的抗开裂性能和抗折强度。
三、本发明基于最大堆积密度理论，掺入了20-40目的瓷砖骨料与1000目的瓷砖粉，填补了石英砂之间堆积的空隙，使得结构更加紧密，优化了超高性能混凝土颗粒的堆积密度，使其各组分之间得到了充分堆积，保证了超高性能混凝土的超高强度；本发明还掺入了粉煤灰，其不仅具有火山灰性质，能代替部分水泥，降低了超高性能混凝土的生产成本，经济环保，而且粉煤灰微观颗粒表面光滑，大大提高了混凝土的流动性，加上优化的水胶比，使其完全能达到自密实的优良效果。
四、本发明制备的超高性能混凝土，由于优选的水胶比及高效减水剂作用，搅拌制得的浆体具有一定的流动性，不仅可用于混凝土的泵送，并且浇筑过程中无需振捣，混凝土将自然密实，浆体内气体自然排除，是一种具备优良自密实性质的混凝土；并且本发明制备的超高性能混凝土不需要蒸汽或高温养护，而是用湿棉布将混凝土试块包裹紧密，并进行高频间断洒水养护，或者置于水中养护，这种养护方式不仅简化了养护制度，大大降低了养护成本，还有效防止了混凝土中水分的蒸发，并在混凝土养护期间提供了良好的保湿环境，其养护方式之简便与养护效果之优良，使得超高性能混凝土在实际工程的非预制构件上的大规模使用具有巨大的应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，包括：水泥、硅灰、粉煤灰、高效减水剂、石英砂、水、钢纤维、瓷砖粉、瓷砖骨料。
其中，该混凝土的组成及配比如下：水泥776.5kg/m3；硅灰155.3kg/m3；粉煤灰38.8kg/m3；瓷砖粉155.3kg/m3；高效减水剂46.6kg/m3；瓷砖骨料217.4kg/m3；石英砂869.7kg/m3；水184.4kg/m3；钢纤维156kg/m3。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，所述水泥为普通硅盐水泥P.O 42.5，其化学成分为二氧化硅（SiO2）21.4%,氧化铝（Al2O3）5.45%，氧化铁(Fe2O3)3.50%，氧化钙(CaO)64.48%，氧化镁(MgO)1.46%，烧失量2.51%。
所述硅灰为灰白色，二氧化硅（SiO2）含量96%，比表面积23000m2/kg，比重2400kg/m3，颗粒粒度为0.05。
所述粉煤灰氧化钙（CaO）含量5.13%，颗粒粒度为8。
所述一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的水胶比为0.18-0.20。
所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
所述石英砂二氧化硅（SiO2）含量大于99.7%，颗粒粒度为0.85mm。
所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，平均长度13mm，平均直径0.22mm。
所述瓷砖粉与瓷砖骨料均为废弃瓷砖通过粉磨并且筛分后制得，其中：瓷砖粉粒径为1000目，瓷砖骨料粒径为20-40目。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，混凝土的7天抗压强度为90.5Mpa，28天抗压强度为155.7Mpa，28天抗折强度为17.3MPa，28天抗拉强度为9.6MPa，扩展度为198mm；
一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据配比称取特定量瓷砖粉、瓷砖骨料和石英砂，并低速搅拌5min以上；
步骤2：根据配比加入特定量取水泥、硅灰和粉煤灰，并低速搅拌5min以上；
步骤3：根据配比称取特定量水和高效减水剂，并先将二者混合均匀后加入，加入后，低速搅拌2min，再高速搅拌5min，
步骤4：待步骤3完成后，根据配比称取特定量钢纤维，并缓慢加入，加入完成后，继续高速搅拌10min；
步骤5：待步骤4完成后，将拌合好的浆体缓慢倒入模具中，置于20℃条件下的养护室内养护2天；
步骤6：待步骤5完成后，对混凝土进行拆模养护，养护完成后，即得到高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC。
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，在步骤6中，混凝土的养护方式可为：1）将混凝土置于20℃的养护室中，用湿棉布紧密包裹，进行高频率间断洒水处理并保持湿棉布湿润；2）将混凝土置于20℃水中进行养护。

Claims (8)

1.一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：包括：水泥、硅灰、粉煤灰、高效减水剂、石英砂、水、钢纤维、瓷砖粉、瓷砖骨料；
其中，该混凝土的组成及配比如下：水泥776.5kg/m3；硅灰155.3kg/m3；粉煤灰38.8kg/m3；瓷砖粉155.3kg/m3；高效减水剂46.6kg/m3；瓷砖骨料217.4kg/m3；石英砂869.7kg/m3；水184.4kg/m3；钢纤维156kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述水泥为普通硅盐水泥P.O42.5，其化学成分为二氧化硅（SiO2）21.4%,氧化铝（Al2O3）5.45%，氧化铁(Fe2O3)3.50%，氧化钙(CaO)64.48%，氧化镁(MgO)1.46%，烧失量2.51%；
所述硅灰为灰白色，二氧化硅（SiO2）含量96%，比表面积23000m2/kg，比重2400kg/m3，颗粒粒度为0.05；
所述粉煤灰氧化钙（CaO）含量5.13%，颗粒粒度为8；
所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的水胶比为0.18-0.20。
3.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述石英砂二氧化硅（SiO2）含量大于99.7%，颗粒粒度为0.85mm。
5.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，平均长度13mm，平均直径0.22mm。
6.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述瓷砖粉与瓷砖骨料均为废弃瓷砖通过粉碎及粉磨并且筛分后制得，其中：瓷砖粉粒径为1000目，瓷砖骨料粒径为20-40目。
7.根据权利要求1所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC，其特征在于：所述混凝土的7天抗压强度为90.5Mpa，28天抗压强度为155.7Mpa，28天抗折强度为17.3MPa，28天抗拉强度为9.6MPa，扩展度为198mm；
一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据配比称取特定量瓷砖粉、瓷砖骨料和石英砂，并低速搅拌5min以上；
步骤2：根据配比加入特定量取水泥、硅灰和粉煤灰，并低速搅拌5min以上；
步骤3：根据配比称取特定量水和高效减水剂，并先将二者混合均匀后加入，加入后，低速搅拌2min，再高速搅拌5min，
步骤4：待步骤3完成后，根据配比称取特定量钢纤维，并缓慢加入，加入完成后，继续高速搅拌10min；
步骤5：待步骤4完成后，将拌合好的浆体缓慢倒入模具中，置于20℃条件下的养护室内养护2天；
步骤6：待步骤5完成后，对混凝土进行拆模养护，养护完成后，即得到高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC。
8.根据权利要求8所述的一种高掺量混合瓷砖骨料C150UHPC的制备方法，其特征在于：在步骤6中，混凝土的养护方式可为：1）将混凝土置于20℃的养护室中，用湿棉布紧密包裹，进行高频率间断洒水处理并保持湿棉布湿润；2）将混凝土置于20℃水中进行养护。
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