CN110183164A - 矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土及其制备工艺，包括如下重量份数的组分，胶凝材料320‑600、碱激发剂2.41‑7份、中砂610‑771份、碎石1109‑1160份、外加剂7‑12份、水133‑157份。本申请文件提出的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土的交结混凝土，其能够形成不同水胶比梯度，配制出不同标号的混凝土。

Description

矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土及其 制备工艺

技术领域

本发明涉及混凝土制备的技术领域，尤其是涉及一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土及其制备工艺。

背景技术

硅酸盐水泥已成为现代化建设与社会发展进步不可或缺的建筑材料之一。然而，普通硅酸盐水泥原料煅烧过程中二氧化碳形成和释放造成了碳排放量增加。1kg普通硅酸盐水泥生产过程中产生0.66-0.82kg碳排放。全球水泥生产产生的二氧化碳占人为二氧化碳排放的5％-7％。另一方面，生产过程中1400℃的高温条件消耗了大量的能量，因此，低能耗高环保建筑材料的探索与研发已经成为全球建设建筑材料研究工作的重点。

地质聚合物混凝土作为一种新型的绿色建筑材料，以来源广泛的工业固体废弃物为原料，能耗小、碳排放低、制备方便，并且抗压抗折强度、抗酸侵蚀性能、抗碳化性能优异，具有广阔的应用前景，是普通硅酸盐水泥及材料最佳的替代物之一。

现有的，授权公告号为CN101570426B的中国专利公开了一种地质聚合物再生混凝土及其制备方法，其组分包括再生粗骨料、再生细集料、粉煤灰、矿渣粉、水、硅酸钠、氢氧化钠、萘磺酸盐甲醛缩合物和蔗糖化钙，该地质聚合物混凝土的配合比按各组分的质量比(再生粗集料按100份计)如下：再生粗集料100，再生细集料35-90，粉煤灰7-42，矿渣粉7-50，水9-10，硅酸钠0.5-3，氢氧化钠0.5-3，萘磺酸盐甲醛缩合物 0.05-0.20，蔗糖化盖0.005-0.05。

上述组分中的地质聚合物再生混凝土其胶凝材料选择粉煤灰和矿渣粉，但是对于上述的混凝土，为使混凝土达到预期的强度和工作性性，配合比的设计至关重要，但是由于地质聚合物特殊的原材料和反应机理，导致了其配合比设计方法的独特性。要实现不同强度的混凝土很难有明确的胶凝材料和化学激发剂的准确用量。目前使用要形成混凝土不同强度梯度还是存在局限性。

发明内容

本发明的目的一是提供一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，能够形成不同的强度梯度，增加混凝土的适用范围。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土的交结混凝土，包括如下重量份数的组分，胶凝材料320-600、碱激发剂2.41-7份、中砂610-771份、碎石1109-1160份、外加剂7-12份、水133-157份；所述胶凝材料包括水泥和矿渣粉。

通过采用上述技术方案，在本申请文件中胶凝材料选择水泥和矿渣粉，且在上述的组分的配比下，制备出的交结混凝土改善了传统的矿渣粉基地质聚合物混凝土存在的早期强度低、十分粘聚、坍落度小、无法泵送、成本高，经济效益低的制约地质聚合物混凝土发展的问题，且能够形成明显的梯度比。水泥的掺入一方面增加了浆体中的总钙含量，加快了地质聚合物混凝土的反应速度，导致其早期抗压强度较高，另一方面也降低了硬化浆体的孔隙率和干缩率。同时加入水泥后能够形成不同水胶比梯度，配置出不同标号的混凝土。在交结的混凝土中，矿渣粉能够替代部分水泥，混凝土耐久性能够满足 C10-C60混凝土要求，且在组分中矿渣粉一方面作为细填料，填满孔隙，另一方面也增强了总胶凝材料的胶凝性，减小了地质聚合物混凝土的孔隙率，可大幅度提高地质聚合物混凝土的抗压强度、耐久性以及抗海水侵蚀等能力。最终制备出的交结的混凝土的和易性良好，适合泵送，增加了混凝土的适用性，且能够形成明显的梯度比，制备出不同强度等级的混凝土。

碱激发剂起激发作用，在碱性环境中，高浓度的-OH强烈作用，使键能较低的Ca-O和Mg-O首先发生断裂，富钙相发生溶解，当富钙相溶解后，富硅相逐渐暴露于碱性介质中，使整个体系的反应程度得到了较大的提高，反应产物增多，材料的强度和抗渗性能得到了显著的改善。

本发明进一步设置为：所述碱激发剂选择氢氧化钠与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物、氢氧化钾与硅灰、硅酸钾、硅酸钠或三氧化二铝与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物。

通过采用上述技术方案，氢氧化钠、氢氧化钾或三氧化二铝与硅酸钠或硅酸钾一起使用时，。一方面高碱性环境加快了原材料中Si、Al组分溶出，另一方面硅酸钠溶液的加入促进了预聚体的形成，加快了浆体聚合态的转变，从而缩短了地质聚合物固化所需时间。

而进一步的用硅灰替代硅酸钠或硅酸钾，可减少硅酸钠制备过程中所需要的高温高压的能耗；同时与硅酸钠相比，硅灰中硅的含量较高，并且其比较面积较大，使用效果更佳优良。

本发明进一步设置为：包括如下重量份数的组分，水泥108-144份、矿渣粉216-252份、碱激发剂2.41-4.82份、中砂723-771份、碎石1109-1157份、外加剂7-8份和水133-157份。

本发明进一步设置为：包括如下重量份数的组分，水泥123-164份、矿渣粉253-287份、碱激发剂3.9-4.9份、中砂700-740份、碎石1000-1150份、外加剂8-9.8份和水133-157份。

本发明进一步设置为：包括如下重量份数的组分，水泥144-192份、矿渣粉288-336份、碱激发剂4.5-5.7份、中砂650-700份、碎石1020-1150份、外加剂9-11份和水133-157份。

本发明进一步设置为：包括如下重量份数的组分，水泥216-270份、矿渣粉270-324份、碱激发剂5.3-7份、中砂610-650份、碎石1000-1100份、外加剂10.6-11.4 份和水133-157份。

通过采用上述技术方案，上述的几组方案中形成了不同的水胶比，且明确了碱激发剂和胶凝材料的比，制备出来不同的梯度等级的混凝土，同时增加了地质聚合物混凝土的适用范围，且较之地质聚合物混凝土降低了成本。

本发明进一步设置为：所述矿渣粉选择S95级矿渣粉。

通过采用上述技术方案，S95级矿渣粉活性指数7d大于75％、28d大于95％，比表面积大于350m/kg，烧失量小于3％，适用于本申请的交结混凝土中使用。

本发明进一步设置为：所述外加剂为聚羧酸型高效减水剂。

通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂具有良好的减水效果，但是实际中受到原材料波动影响较大，本申请文件中配合上述的组分含量及材料的性能，高性能聚羧酸发挥了比较大的作用。且聚羧酸高性能减水剂本身与各种水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，延长混凝土的施工时间。且在使用时掺量低，减水率高，收缩小，能够大幅度的提高混凝土的早期、后期强度，且选择聚羧酸高性能减水剂氯离子含量低、碱含量低、有利于混凝土的耐久性。

本发明的又一发明目的在于提供一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土的制备工艺，利用上述工艺制备出的混凝土具有强度高，且能够形成明显梯度比的优点。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土的制备工艺，包括如下的制备步骤，

步骤1：将中砂和碎石混合后搅拌20-40S，得第一混合物；

步骤2：将矿渣粉、水泥和碱激发剂加入第一混合物中搅拌30-35S得第二混合物；

步骤3：向第二混合物中加入外加剂和水继续搅拌30-40S即得交结的混凝土。

通过采用上述技术方案，利用上述的制备步骤就完成了交结混凝土的制备，制备工艺简单，操作性强。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.本申请文件提出的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土的交结混凝土，其能够形成不同水胶比梯度，配制出不同标号的混凝土；

2.在交结的混凝土中，矿渣粉能够代替部分水泥用量，混凝土强度及耐久性满足C10-C60混凝土要求；

3.利用本申请配合比和工艺制备得到的交结的混凝土和易性良好，适宜泵送；且更加节能减排、经济合理；适用性广泛。

具体实施方式

矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土的交结混凝土，包括如下重量分数的组分，胶凝材料320-600份、碱激发剂2.41-7份、中砂610-771份、碎石1109-1160份、外加剂7-12份、水133-157份；胶凝材料包括水泥和矿渣粉。

其中碱激发剂选择氢氧化钠与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物、氢氧化钾与硅灰、硅酸钾、硅酸钠或三氧化二铝与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物。

具体的碱激发剂中氢氧化钠的纯度为≥99％，氢氧化钾的纯度为99.5％。硅酸钠为 3.3模。硅酸钾为3.3模。硅灰为市售的普通硅灰。

且碱激发剂在使用时直接将两者混合即可。

水泥属于普通硅酸盐P·O42.5水泥；矿渣粉选择S95级矿渣粉。中砂属于Ⅱ类中砂；碎石为5-25mm连续级配碎石；外加剂选择聚羧酸型高效减水剂。聚羧酸型高效减水剂采购自陕西渤海化工有限公司。

具体包括以下实施例：

实施例1

矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土包括水泥133kg、矿渣粉220kg、氢氧化钠2.41kg、中砂771kg、碎石1143.25kg、聚羧酸型高效减水剂7.5kg和水133kg。

矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土的制备工艺，包括如下的制备步骤，

步骤1：将中砂和碎石混合后搅拌20-40S，本实施例中优选为30S，得第一混合物；

步骤2：将矿渣粉、水泥和碱激发剂加入第一混合物中搅拌30-35S，本实施例中优选为30S,得第二混合物；

步骤3：向第二混合物中加入外加剂和水继续搅拌30-40S即得交结的混凝土。本实施例中优选搅拌时间为30S。。

实施例2-12

实施例2-12与实施例1的区别在于组分含量的不同。

具体的组分含量参见表1

表1实施例1-12的组分含量表。

实验检测

1、坍落度试验：(1)将坍落度筒固定在底板上，将制备成的C30-C60混凝土分三层装入坍落度筒中；(2)每装一层混凝土，应用捣棒由外向内按螺旋型插捣25次，插捣底层时捣棒应贯穿到最底部，插捣第二层和顶层时捣棒应插透下一层表面；(3)装入到顶层时，混凝土应高出坍落度筒口，并沿筒口抹平；(4)清除坍落度筒边底板上的混凝土，垂直平稳的提起坍落度筒，轻放于试样旁边；(5)当混凝土试体不在坍落时，用钢尺测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为坍落度值，单位mm，修约至 5mm。

2、扩展度试验：接上述坍落度试验(1)-(4)步骤后，当混凝土试体不在扩展时，用钢尺测量混凝土试体扩展面的最大直径与最大直径呈垂直方向的直径，当两直径之差小于50mm时，应取两直径算术平均值作为扩展度值，单位mm，修约至5mm。当两直径之差大于50mm时，重新试验。

3、混凝土试件制作及试验：将制备好的混凝土一次装入混凝土试模中，并高出试模口；将试模放在混凝土振动台上振动，持续到表面返浆为止；停止振动，取下试模，刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平，放在20±5℃的环境中；24小时后编号，拆模，放入标准养护室进行养护；当到达28天标准养护龄期时，取出，做抗压强度试验。

表2实施例1-12及对比例1-12的检测结果

由上表的实验数据能够得出，同一个标号混凝土，

添加碱激发剂的混凝土28天强度及施工性能大大优于未添加碱激发剂的普通混凝土，并且满足国家标准。且随着强度等级的增大，矿渣粉占胶凝材料的质量分数趋于下限。

且本申请的混凝土选择普通混凝土和地质聚合物混凝土交结后形成的混凝土能够形成明显的梯度，且普适性广，能够满足C10-C60混凝土要求。

以C30混凝土为例，组分中的碱激发剂还可以选择不同的材料。

实施例13

实施例13与实施例1的区别在于组分中的碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钾，且氢氧化钠与硅酸钾的比例为7：3。

实施例14

实施例14与实施例1的区别在于组分中的碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠，且氢氧化钠与硅酸钾的比例为7：3。

在其他实施例中碱激发剂还可以选择氢氧化钾与硅灰、氢氧化钾与硅酸钾、氢氧化钾与硅酸钠或三氧化二铝与硅灰、三氧化二铝与硅酸钾、三氧化二铝与硅酸钠的任一组的混合，其中氢氧化钾与硅灰、氢氧化钾与硅酸钾、氢氧化钾与硅酸钠或三氧化二铝与硅灰、三氧化二铝与硅酸钾、三氧化二铝与硅酸钠的重量比例均为7：3。

在实施例13和14中，得到的交结的混凝土的早期强度更高。

本申请的交结的混凝土同样适用于C10和C20的混凝土，具体的配比参见下述表格。

表3 C10和C20的混凝土的含量

表4实施例15-20级对比例15-20的实验检测结果

实施例15-20的组分选择在上述的含量范围内，仍然能够适用。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，胶凝材料320-600、碱激发剂2.41-7份、中砂610-771份、碎石1109-1160份、外加剂7-12份、水133-157份；所述胶凝材料包括水泥和矿渣粉。

2.根据权利要求1所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：所述碱激发剂选择氢氧化钠与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物、氢氧化钾与硅灰、硅酸钾、硅酸钠或三氧化二铝与硅灰、硅酸钾、硅酸钠中的任一种的混合物。

3.根据权利要求1所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥108-144份、矿渣粉216-252份、碱激发剂2.41-4.82份、中砂723-771份、碎石1109-1157份、外加剂7-8份和水133-157份。

4.根据权利要求1所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥123-164份、矿渣粉253-287份、碱激发剂3.9-4.9份、中砂700-740份、碎石1000-1150份、外加剂8-9.8份和水133-157份。

5.根据权利要求1所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥144-192份、矿渣粉288-336份、碱激发剂4.5-5.7份、中砂650-700份、碎石1020-1150份、外加剂9-11份和水133-157份。

6.根据权利要求1所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥216-270份、矿渣粉270-324份、碱激发剂5.3-7份、中砂610-650份、碎石1000-1100份、外加剂10.6-11.4份和水133-157份。

7.根据权利要求1-6任一项所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：所述矿渣粉选择S95级矿渣粉。

8.根据权利要求1-6任一项所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土，其特征在于：所述外加剂选择聚羧酸型高效减水剂。

9.一种如权利要求1-6任一项所述的矿渣粉基地质聚合物混凝土与普通混凝土交结的混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下的制备步骤，

步骤1：将中砂和碎石混合后搅拌20-40S，得第一混合物;

步骤2：将矿渣粉、水泥和碱激发剂加入第一混合物中搅拌30-35S得第二混合物；

步骤3：向第二混合物中加入外加剂和水继续搅拌30-40S即得交结的混凝土。