CN110482883B - 一种现场配制混凝土专用混合水泥及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水泥及混凝土领域,公开了一种现场配制混凝土专用混合水泥及制备方法与应用,除采用水泥熟料与其它原料混合粉磨外,采用配制方式,按水泥质量计其配比:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥60%~80%、石膏3.0%~6.0%、石灰石5%~15%、混合材2%~29%、功能性外加剂0.5%~3.0%;所述42.5等级及以上通用硅酸盐水泥,须符合GB175要求外,其控制参数:≤3um的微粉质量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,水泥净浆标准稠度用水量≤28%,碱含量以0.658K2O+Na2O计<0.6%,氯离子含量<0.06%。本发明原料来源广泛,本发明水泥可直接用于现场配制或预拌混凝土,不需再掺掺合料与功能性外加剂,改善了混凝土抗裂及工作性、力学性能,并简化了施工作业。

Description

一种现场配制混凝土专用混合水泥及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水泥及混凝土生产技术领域,具体涉及一种现场配制混凝土专用混合水泥及制备方法与应用。
背景技术
按照建筑工程设计、施工和验收规范,常见建筑工程各部位的混凝土强度可划分为:①一般垫层C10—C15;桩砼一般C30以上;基础梁、板、承台、柱一般C25——C35;②墙板柱一般C20—C35(根据建筑物需要更高强度);③楼板一般C20—C30;④其他二次结构一般C20—C30。
据统计国内C15~C30强度等级混凝土约占所有混凝土量的75%以上,2018年,湖南省最大的商混企业销售商品混凝土1650万立方米,28天抗压强度加权平均值29.8MPa。用42.5及以上等级水泥配制C15~C30强度范围内的混凝土时,为了保证混凝土工作性能与密实性,还须在每立方混凝土中另外掺入100~250kg的掺合料微粉。混凝土的胶凝材料中硅酸盐水泥熟料系数实际在0.5以下,将水泥、掺合料、砂、石、功能性外加剂在搅拌时间30秒左右拌匀,难度很大。
对于农村、乡镇等建设施工现场配制混凝土,由于现场计量等设施及混合材资源、生产、专用车辆、储存等条件限制,用42.5等级及以上水泥配制混凝土时就很难实施掺加掺合料与外加剂来满足工程需要,且胶凝材料使用成本偏高。外加剂的应用对推动水泥混凝土技术发展发挥了极其重要作用,乡村用混凝土在我国是一个体量很大的市场。由于受条件和技术限制。目前,在乡村配制混凝土基本上不使用外加剂和掺合料,用水量很高,混凝土强度和耐久性没有很好发挥。因此,在乡村等现场拌制混凝土工程所用水泥中推广加入外加剂是水泥及混凝土工业可持续发展的方向之一。
目前国内混凝土早期开裂及耐久性问题非常突岀,导致混凝土工程质量问题及纠纷愈发频繁和严重,造成了巨大的经济损失。目前,混凝土开裂是影响混凝土耐久性的关键性因素,造成混凝土普遍开裂的原因很复杂:除使用早强、高强、超细及硅酸盐水泥熟料中早强矿物成分C3A、C3S高的水泥,以及混凝土质量匀质性差外;由于现代混凝土配制时掺入高效减水剂与掺合料掺量大,引起混凝土体积变形与收缩加剧而易导致开裂。如用52.5级水泥配制C15~C30混凝土时,直接使用52.5级水泥配制混凝土时,要掺入的掺合料比使用42.5级水泥更多。而掺合料中很少甚至几乎没有SO3,仅靠水泥中SO3,影响了水泥体系内的硫酸根离子含量,可能加剧胶凝材料与减水剂之间的适应性不良现象,且将导致混凝土中胶凝材料水化反应所需的SO3严重不足或匮乏。而混凝土中SO3不仅影响混凝土拌合物的凝结时间、需水性质、强度发展规律以及与外加剂相容性,而且还影响混凝土体积变形,增加开裂风险,变形或收缩量较大时易导致开裂。
另外,减水剂有利于改善施工性能及提高混凝土强度,对未掺减水剂的混凝土经典理论认为“配制混凝土时水胶比越大,混凝土28天收缩率越大”,减水作用相比于没有加减水剂的普通混凝土用水量要少,即水胶比小,经典理论认为收缩率要小。但是,本专利发现通用水泥与减水剂配制的混凝土,在水胶比小于0.4的范围内,水胶比越小,收缩越大,不再是“水胶比越大收缩越大”。因为水泥水化需要充足水分,这些水分除了用于水化反应外,还要填充混凝土内各种微细孔隙(如凝胶孔、毛细孔)。当水胶比W/C>0.4时,混凝土内有足够的水分进行水化反应和填充微细孔隙,产生的自身收缩较小,与混凝土的其它收缩相比可以忽略;当水胶比W/C≤0.4时,由于水泥的水化反应和凝胶吸水,使混凝土内孔隙失水干燥,从而使混凝土在凝结硬化过程中产生明显收缩,严重时就会引起混凝土开裂。以上现象是现代混凝土使用掺合料与高效减水剂带来的一些新问题,需要寻求相应解决方法、措施。为抑制因使用高效减水剂导致混凝土中凝胶失水及干燥收缩,减少混凝土开裂现象,非常有必要对高效减水剂进行改性,发挥其减水优势功能的同时增加其对混凝土体积的减缩功能。
与搅拌站及现场配制混凝土相比较,由于水泥厂生产装备、均化、控制、管理体系等条件更完善,可确保配比更精确、混合更均匀。因此,混凝土中胶凝材料与其水化反应所需SO3更适宜在水泥制备阶段掺入补齐。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的一种现场配制混凝土专用混合水泥可直接用于现场配制或预拌混凝土,不需再掺掺合料与功能性外加剂,改善了混凝土抗裂性及工作、力学性能,并简化了施工作业。
本发明目的,在于提供一种现场配制混凝土专用混合水泥的制备方法,该方法原料来源广泛。
本发明采取的技术方案是:
一种现场配制混凝土专用混合水泥,除采用硅酸盐水泥熟料与其它原料混合粉磨外,采用配制方式,按水泥质量计其配比:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥60%~80%、石膏3.0%~6.0%、石灰石5%~15%、混合材2%~29%、功能性外加剂0.5%~3.0%;所述42.5等级及以上通用硅酸盐水泥,须符合GB175要求外,其控制参数:≤3um的微粉质量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,水泥净浆标准稠度用水量≤28%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%。
进一步的,所述功能性外加剂包括复合改性减水剂,复合改性减水剂按减水剂与减缩剂质量计为1~12:1复配而成,要求在温度≤60℃时性能保持稳定;所述减水剂包括符合GB8076的高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂中一种或多种干粉,所述减水剂中外水分含量≤1%;所述减缩剂包括庚基乙二醇十二烷基醚、1.7庚二醇中一种或两种。
进一步的,所述功能性外加剂还包括:引气剂、早强剂、降六价铬还原剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂和阻锈剂、着色剂、水泥混凝土和砂浆用合成纤维、公路水泥混凝土纤维材料、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维中一种或多种。
进一步的,所述混合材为粉煤灰、矿渣与炉渣、煅烧煤矸石、火山灰质材料中一种或多种,其中允许有0~8%的砂岩、磷渣、窑灰、钢渣替代所述混合材,将其磨细到比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,其中≤3um的微粉质量占比≥15%;所述混合材中碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%,测试混合材与基准水泥质量比为3:7的混合物与基准水泥28天抗压强度的比值≥65%。
进一步的,石灰石须符合GB/T 35164要求外,其中45um方孔筛筛余量≤15%,且≤3um的微粉质量占比≥15%。
进一步的,GB/T21371要求;所述石膏按质量计预配在混合材粉中或单独粉磨成45um方孔筛筛余量<10%的微粉。
一种现场配制混凝土专用混合水泥的制备方法,采用42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥与通过球磨机或立磨粉磨成相应细度的其它原料微粉按质量配比混合拌匀配制,其它原料粉磨时可加入工艺助剂;其步骤为:
步骤一,原料选择,42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、混合材、石膏、石灰石、复合改性减水剂及其他功能性外加剂进行检测,符合规定原料才允许投入下道生产工序。
步骤二,配制时,先将石灰石、混合材、石膏、工艺助剂单独或任几种按质量配比预配混合后由球磨机或立磨粉磨分别制成比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,且≤3um的微粉质量占比≥15%的相应种类微粉,或直接购买部分符合要求的原料微粉;将符合要求的各组分原料微粉:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、石灰石粉、混合材粉、石膏粉、功能性外加剂按质量计配料后,进入混料机中拌和,对产品进行均匀性检测与控制,得到专用混合水泥入成品库。
步骤三,控制专用混合水泥3天抗压强度、28天抗压强度分别≥13MPa、≥32.5MPa;控制专用混合水泥比表面积≥290m2/kg且≤360m2/kg,3um~32um颗粒含量≥70%;2.2%≤SO3<3.5%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,水泥净浆标准稠度用水量≤22%。合格专用混合水泥入库储存。
进一步的,所述的步骤三中专用混合水泥3天抗压强度是依据GB/T17671检测、控制;预测与控制水泥28天抗压强度方法:依据JC/T738《水泥强度快速检验法》检测1天抗压强度与GB/T17671检测28天实际抗压强度,通过大量试验数据,总结两者之间的强度增长规律并建立预测公式(即数学模型),对水泥28天抗压强度进行预测与控制。
进一步的,所述专用混合水泥的均匀性进行检测与控制方法为:配料采用计算机、计量秤、现场摄像智能联网控制,通过连续自动取样器采集拌和后的水泥样品,每1小时测定一次CaO含量,每2小时测定一次SO3含量,检测信息反馈到配料控制系统,调整水泥组分配比,直至特征值CaO、SO3达到控制指标范围内;单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%、单次测定结果不得超过SO3控制值的偏差0.3%以内,其最大值<3.5%。
一种应用专用混合水泥配制混凝土,混凝土的组分包括水、专用混合水泥、骨料,于现场配制和预拌混凝土,不需再掺入掺合料与外加剂;用于配制C35及以下等级混凝土;混凝土的早期抗裂等级至少达L-Ⅲ。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明将现场配制混凝土所用胶凝材料与功能性外加剂均在生产条件完善的水泥厂一次性完成,制备专用混合水泥。根据所需要的混凝土性能要求,选择购买相应功能的专用混合水泥,用于配制C15~C35混凝土时,不需再次掺加掺合料与功能性外加剂,省略了混凝土的试配程序;对提高胶凝材料体系的匀质性及质量稳定性有很大作用,在拌制现场可简化配制工艺,提高工效,对节能降耗、减排利废等方面有重大意义。
(2)本发明专用混合水泥早期抗裂等级达L-Ⅲ,通过对原料及产品细度、相关技术指标的控制,可预防混凝土早期开裂。如要求原料42.5等级及以上水泥中≤3um的重量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,要求石灰石粉及混合材粉≤3um质量占比>15%,及控制水泥3um~32um颗粒含量≥70%,掺入足量的石膏,保持混凝土中有充足的SO3,控制专用混合水泥3天抗压强度≥13MPa。所述这些控制措施均可抑制或预防混凝土体积变形即降低混凝土的应变,提高抗裂性;同时控制水泥早期水化速率,提高混凝土的抗拉强度与混凝土从终凝时间到24小时时间内的弹性模量,预防混凝土早期开裂。
(3)本发明应用复合改性减水剂及技术,有利于降低干缩开裂风险,利用减缩剂如庚基乙二醇十二烷基醚、1.7庚二醇对混凝土能明显减小混凝土毛细孔隙内液体表面张力、能大幅度地减少混凝土干燥收缩变形和早期自收缩变形、减少混凝土非荷载裂缝的发生、明显抑制混凝土早期裂缝的特点,用复合改性减水剂按减水剂与减缩剂质量计为1~12:1复配进行复合改性,抑制混凝土凝胶干燥失水收缩,降低混凝土在凝结硬化过程中干缩开裂风险。
(4)本发明系统提岀了专用混合水泥配方与综合生产技术方案,本发明控制拌和与掺加功能性外加剂时水泥温度不超过60℃,不会破坏功能性外加剂组分的分子结构,有利于掺入功能性外加剂和稳定功能性外加剂性能效果,改善水泥与外加剂的相容性,采用专用混合水泥现场配制的混凝土具有易拌和、不泌水、收缩小、结构致密、开裂风险机率小的特点。混凝土所需的功能性外加剂,改在水泥制备过程中掺入,避免了功能性外加剂在现场配制过程中由于温度过高造成的失效或掺入不均导致的开裂现象。通过对原料质量及细度微粉颗粒分布等的控制、混凝土中SO3含量的控制、应用复合改性减水剂技术、控制专用混合水泥3天抗压强度≥13MPa、控制水泥制备过程中的温度等综合措施,确保水泥用于配制混凝土时,具有良好的抗开裂效果。
(5)本发明专用混合水泥针对不同混凝土性能特点和工程应用要求。如果需要引气,可加入引气剂;如果需要增加混凝土或砂浆流动性或减少拌和用水量,可加入泵送剂或减水剂;如果需要更高早期强度,可加入早强剂;如果需要延迟凝固时间,可加入缓凝剂;如果需要加速凝固时间,可加入速凝剂;如果需要保持固相体积不减缩,可加入膨胀剂;如果需要提高抗渗压力,可加入防水剂;如果需要降低钢筋锈蚀,可加入阻锈剂;如果需要降低水溶性六价铬,可加入降六价铬还原剂;如果需要改善混凝土及砂浆颜色,可加入着色剂如铁红、炭黑,或改善颜色的混合材组分如煤矸石;如果需要提高砂浆保水率、稠度损失率、拉伸粘结强度,可加入增稠剂、保水剂;如果需要降低混凝土中微裂缝的扩展及控制宏观裂缝,提高混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性,可加入钢纤维或合成纤维。
(6)本发明采取有效技术措施增强混凝土耐久性。将混合材及石灰石磨细到比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,其中≤3um的微粉质量占比≥15%,一方面提高配制水泥微粉中颗粒堆积密度、降低用水量,另一方面加速活性不高混合材的水化反应,让混凝土强度得到持续增长;要求水泥中碱含量以0.658K2O+Na2O计<0.6%,有利于防止混凝土体积膨胀而开裂,控制原料带入的碱,减少混凝土中碱骨料反应,提高混凝土耐久性。控制水泥中氯离子含量<0.06%,减少氯离子对混凝土中钢筋腐蚀,提高混凝土耐久性;测试混合材粉与基准水泥质量比为3:7的混合物与基准水泥28天抗压强度的比值≥65%,及优选原材料品种,主要是在满足水泥早期强度符合要求后还能保证水泥后期强度的持续增长。控制专用混合水泥标准稠度用水量≤22%,是为了保证在使用专用混合水泥配制混凝土时有良好工作性能。
附图说明
图1为一种现场配制混凝土专用混合水泥制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
.一种现场配制混凝土专用混合水泥,其特征在于,除采用硅酸盐水泥熟料与其它原料混合粉磨外,采用配制方式,按水泥质量计其配比:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥60%~80%、石膏3.0%~6.0%、石灰石5%~15%、混合材2%~29%、功能性外加剂0.5%~3.0%;所述42.5等级及以上通用硅酸盐水泥,须符合GB175要求外,其控制参数:≤3um的微粉质量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,水泥净浆标准稠度用水量≤28%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%。
优选的,所述功能性外加剂包括复合改性减水剂,复合改性减水剂按减水剂与减缩剂质量计为1~12:1复配而成,要求在温度≤60℃时性能保持稳定;所述减水剂包括符合GB8076的高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂中一种或多种干粉,所述减水剂中外水分含量≤1%;所述减缩剂包括庚基乙二醇十二烷基醚、1.7庚二醇中一种或两种。
优选的,所述功能性外加剂还包括:引气剂、早强剂、降六价铬还原剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂和阻锈剂、着色剂、水泥混凝土和砂浆用合成纤维、公路水泥混凝土纤维材料、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维中一种或多种。
优选的,所述混合材为粉煤灰、矿渣与炉渣、煅烧煤矸石、火山灰质材料中一种或多种,其中允许有0~8%的砂岩、磷渣、窑灰、钢渣替代所述混合材,将其磨细到比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,其中≤3um的微粉质量占比≥15%;所述混合材中碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%,测试混合材与基准水泥质量比为3:7的混合物与基准水泥28天抗压强度的比值≥65%。
优选的,石灰石须符合GB/T 35164要求外,其中45um方孔筛筛余量≤15%,且≤3um的微粉质量占比≥15%。
优选的,石膏符合GB/T5483或GB/T21371要求;所述石膏按质量计预配在混合材粉中或单独粉磨成45um方孔筛筛余量<10%的微粉。
一种现场配制混凝土专用混合水泥的制备方法,采用42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥与通过球磨机或立磨粉磨成相应细度的其它原料微粉按质量配比混合拌匀配制,其它原料粉磨时可加入工艺助剂;其步骤为:
步骤一,原料选择,42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、混合材、石膏、石灰石、复合改性减水剂及其他功能性外加剂进行检测,符合规定原料才允许投入下道生产工序。
步骤二,配制时,先将石灰石、混合材、石膏、工艺助剂单独或任几种按质量配比预配混合后由球磨机或立磨粉磨分别制成比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,且≤3um的微粉质量占比≥15%的相应种类微粉,或直接购买部分符合要求的原料微粉;将符合要求的各组分原料微粉:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、石灰石粉、混合材粉、石膏粉、功能性外加剂按质量计配料后,进入混料机中拌和;对产品进行均匀性检测与控制,得到专用混合水泥入成品库。
步骤三,控制专用混合水泥3天抗压强度、28天抗压强度分别≥13MPa、≥32.5MPa;控制专用混合水泥比表面积≥290m2/kg且≤360m2/kg,3um~32um颗粒含量≥70%;2.2%≤SO3<3.5%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,水泥净浆标准稠度用水量≤22%。合格专用混合水泥入库储存。
优选的,所述的步骤三中专用混合水泥3天抗压强度是依据GB/T17671检测、控制;预测与控制水泥28天抗压强度方法:依据JC/T738《水泥强度快速检验法》检测1天抗压强度与GB/T17671检测28天实际抗压强度,通过大量试验数据,总结两者之间的强度增长规律并建立预测公式(即数学模型);≤3um的微粉质量占比检测用激光粒度仪测试,碱含量与氯离子含量检测用快速钾钠氯分析仪测试;所述的成品细度控制参数:专用混合水泥其检测使用勃氏比表面积测定仪测定;3um~32um颗粒含量用激光粒度仪测试。
优选的,所述专用混合水泥的均匀性进行检测与控制方法为:配料采用计算机、计量秤、现场摄像智能联网控制,通过连续自动取样器采集拌和后的水泥样品,每1小时测定一次CaO含量,每2小时测定一次SO3含量,检测信息反馈到配料控制系统,调整水泥组分配比,直至特征值CaO、SO3达到控制指标范围内;单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%、单次测定结果不得超过SO3控制值的偏差0.3%以内,其最大值<3.5%。
优选的,所述专用混合水泥专门用于现场配制C35及以下等级混凝土,不掺入掺合料与外加剂,混凝土的组分包括水、专用混合水泥、骨料;专用混合水泥控制指标为:比表面积≥290m2/kg且≤350m2/kg,2.2%≤SO3<3.5%,专用混合水泥成品3um~32um颗粒含量≥70%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%,水泥净浆标准稠度用水量≤22%;3天抗压强度、28天抗压强度分别≥13MPa、≥32.5MPa。混凝土的早期抗裂等级至少达L-Ⅲ。骨料包括砂和石。
所述复合改性减水剂及技术,利用1.7庚二醇或庚基乙二醇十二烷基醚对混凝土能明显减小混凝土毛细孔隙内液体表面张力,能大幅度地减少混凝土干燥收缩变形和早期自收缩变形,从而减少混凝土非荷载裂缝的发生。能改善混凝土早期开裂,且对混凝土用水量减少后的混凝土凝胶干燥失水收缩有抑制作用,降低了混凝土在凝结硬化过程中干缩开裂风险。
采取综合措施的目的,是为了防止混凝土体积变形即降低混凝土的应变,达到改善混凝土抗裂性等性能;同时通过控制42.5等级及以上通用硅酸盐水泥与混合材微粉中≤3um、3~32um颗料含量及1天、3天抗压强度,用于控制水泥早期水化速率,提高混凝土的抗拉强度与混凝土从终凝时间到24小时时间内的弹性模量,防止混凝土早期开裂。控制原料碱含量,要求42.5等级及以上通用硅酸盐水泥中碱含量以0.658K2O与Na2O计<0.6%,减少混凝土中碱骨料反应,有利于防止混凝土体积膨胀而开裂,从而提高混凝土耐久性。控制氯离子含量<0.06%,有利于减少混合材带入水泥的氯离子对混凝土中钢筋腐蚀。
所述混凝土中所有掺合料全部在生产水泥时添加完成,在搅拌站或现场配制不需再添加任何掺合料微粉与外加剂,只需加水、砂、石;将混合材粉由水泥厂和搅拌站两处添加改为水泥厂一处添加,有利于改善混凝土的工程质量。
42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥主要选用42.5等级及以上的普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥、硅酸盐水泥。
实施例1
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:42.5等级普通硅酸盐水泥60%、石膏6%、石灰石5%、混合材(粉煤灰、粒化高炉矿渣)26.5%、功能性外加剂(复合改性高效减水剂)2.5%。组分材料符合有关标准及要求。制备方式及具体步骤如下:
所述42.5普通硅酸盐水泥,须符合GB175要求外,其控制参数:≤3um的微粉质量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,水泥净浆标准稠度用水量≤28%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%。所述功能性外加剂包括复合改性减水剂,还包括:引气剂、早强剂、降六价铬还原剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂和阻锈剂、着色剂、水泥混凝土和砂浆用合成纤维、公路水泥混凝土纤维材料、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维;复合改性减水剂按减水剂与减缩剂质量计为12:1复配而成,要求在温度≤60℃时保持性能稳定;所述减水剂包括符合GB8076的高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂中一种或多种干粉,所述减水剂中外水分含量≤1%;所述减缩剂包括庚基乙二醇十二烷基醚、1.7庚二醇中一种或两种。所述混合材为粉煤灰、矿渣与炉渣、煅烧煤矸石、火山灰质材料中一种或多种,其中有0-8%的砂岩、磷渣、窑灰、钢渣替代所述混合材,将其磨细到比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,其中≤3um的微粉质量占比≥15%;所述混合材中碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%,测试混合材与基准水泥质量比为3:7的混合物与基准水泥28天抗压强度的比值≥65%。石灰石须符合GB/T 35164要求外,其中45um方孔筛筛余量≤15%,且≤3um的微粉质量占比≥15%。石膏符合GB/T5483或GB/T21371要求;所述石膏按质量计预配在混合材粉中粉磨成45um方孔筛筛余量<10%的微粉。
制备方法:为采用42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥与通过球磨机或立磨粉磨成相应细度的其它原料微粉按质量配比混合拌匀配制,其它原料粉磨时可加入工艺助剂(助磨剂);其步骤为:
步骤一,原料选择,42.5等级及以上通用硅酸盐水泥、混合材、石膏、石灰石、复合改性减水剂及其他功能性外加剂进行检测,符合规定原料才允许投入下道生产工序。
步骤二,配制时,先将石灰石、混合材、石膏单独或任几种按质量配比预配混合后由球磨机或立磨粉磨分别制成比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,粉磨时加入工艺助剂,且≤3um的微粉质量占比≥15%的相应种类微粉,或直接购买部分符合要求的原料微粉;将符合要求的各组分原料微粉:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、石灰石粉、混合材粉、石膏粉、功能性外加剂按质量计配料后,进入混料机中拌和,对产品进行均匀性检测与控制,得到专用混合水泥入成品库。
步骤三,控制专用混合水泥3天抗压强度、28天抗压强度分别≥13MPa、≥32.5MPa;控制专用混合水泥比表面积≥290m2/kg且≤360m2/kg,3um~32um颗粒含量≥70%;2.2%≤SO3<3.5%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,水泥净浆标准稠度用水量≤22%。合格专用混合水泥入库储存。
所述的步骤三中专用混合水泥3天抗压强度是依据GB/T17671检测、控制;预测与控制水泥28天抗压强度方法:依据JC/T738《水泥强度快速检验法》检测1天抗压强度与GB/T17671检测28天实际抗压强度,通过大量试验数据,总结两者之间的强度增长规律并建立预测公式(即数学模型)。
专用混合水泥制备方法中所述专用混合水泥的均匀性进行检测与控制方法为:
配料采用计算机、计量秤、现场摄像智能联网控制,通过连续自动取样器采集拌和后的水泥样品,每1小时测定一次CaO含量,每2小时测定一次SO3含量,检测信息反馈到配料控制系统,调整水泥组分配比,直至特征值CaO、SO3达到控制指标范围内;单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%、单次测定结果不得超过SO3控制值的偏差0.3%以内,其最大值<3.5%。
实施例2
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:42.5等级普通硅酸盐水泥65%、石膏4%、石灰石10%、混合材(炉渣、粒化高炉矿渣)20.5%、功能性外加剂(复合改性减水剂)0.5%。组分材料符合有关标准及前述要求。其他同实施例1。
实施例3
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:42.5级复合硅酸盐水泥70%、石膏4.0%、石灰石粉8%、混合材粉(粒化高炉矿渣粉)16%、功能性外加剂(复合改性减水剂)2.0%。组分材料符合有关标准及前述要求。其他同实施例1。
实施例4
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:42.5级复合硅酸盐水泥65%、石膏粉4.0%、石灰石粉12%、混合材粉18%、功能性外加剂(复合改性减水剂)1.0%。组分材料符合有关标准及前述要求。粉状组分均为直接购买得到的符合要求的原料。其他同实施例1。
实施例5
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:42.5等级复合硅酸盐水泥68%、石膏4%、石灰石8%、混合材(粉煤灰、粒化高炉矿渣)19%,功能性外加剂(复合改性减水剂)1.0%。组分材料符合有关标准及前述要求。42.5等级复合硅酸盐水泥,≤3um的微粉质量占比为20%,其他同实施例1。
实施例6
一种现场配制混凝土专用混合水泥,其质量配比为:52.5级普通硅酸盐水泥60%、石膏6%、石灰石10%、混合材(粒化高炉矿渣)21%,功能性外加剂(复合改性减水剂)3.0%。组分材料符合有关标准及前述要求。其他同实施例1。
实施例7
配制一种低三氧化硫对比试验用混合水泥,其质量配比为:52.5级普通硅酸盐水泥65%、石灰石粉10%、粒化高炉矿渣粉22%、功能性外加剂(复合改性减水剂)3.0%。组分材料符合有关标准及前述要求。对比试验用混合水泥中SO3为1.8%。其他同实施2。
实施例8
配制一种高三氧化硫对比试验用混合水泥,其质量配比为:52.5级普通硅酸盐水泥75%、石膏粉8.0%、石灰石粉7.5%、混合材粉9.0%、功能性外加剂(复合改性减水剂)0.5%。组分材料符合有关标准及前述要求。其他同实施2。对比试验用混合水泥中SO3为4.3%。
实施例9
配制一种不掺复合改性减水剂的试验用混合水泥,其质量配比为:42.5等级普通硅酸盐水泥65%、石膏4%、石灰石10%、混合材(炉渣、粒化高炉矿渣)21%。组分材料符合有关标准及前述要求,除混合材的比表面积范围为270-330m2/kg,且≤3um的微粉质量占比10%,且没有添加实施例2中相同的功能性外加剂(复合改性减水剂)0.5%,其他同实施例2。
实施例10
配制一种不掺复合改性减水剂的试验用混合水泥,其质量配比为:42.5等级普通硅酸盐水泥65%、石膏4%、石灰石10%、混合材(炉渣、粒化高炉矿渣)21%。组分材料符合有关标准及前述要求,且没有添加实施例2中相同的功能性外加剂(复合改性减水剂)0.5%,其他同实施例2。
试验例1
分别对上述8个实例中现场配制混凝土专用混合水泥及试验对比水泥进行化学和物理性能进行检测,水泥检测结果见下表1-3,配制的混凝土测试结果见表4-6。
表1.现场配制混凝土专用混合水泥性能检测结果
Figure BDA0002206266710000111
Figure BDA0002206266710000121
表2.现场配制混凝土专用混合水泥及试验对比水泥性能检测结果
Figure BDA0002206266710000122
Figure BDA0002206266710000131
表3.专用混合水泥配制的C15混凝土性能
Figure BDA0002206266710000132
表4.专用混合水泥配制的C20混凝土性能
Figure BDA0002206266710000133
表5.专用混合水泥及试验对比水泥配制的C25混凝土的性能
Figure BDA0002206266710000134
Figure BDA0002206266710000141
表6.专用混合水泥及试验对比水泥配制的C30混凝土的性能
Figure BDA0002206266710000142
由表5和表6可以看出,本发明通过对原料及细度、颗粒组成、SO3含量及相关技术指标的控制,确保了专用水泥在用于混凝土时,具有良好的抗开裂效果。
试验例2
利用实施例2未加复合减水剂的水泥,对以下样品测试其7、28天抗压强度、早期抗裂性指标、28天收缩率,验证本发明。未加任何功能性外加剂的水泥(空白)、在水泥中,单掺聚羧酸盐高性能减水剂、单掺庚基乙二醇十二烷基醚、掺复合改性减水剂(复合掺聚羧酸盐高性能减水剂含固量8%:庚基乙二醇十二烷基醚12:1),配制出相应水泥试验样品。将其与同水、砂、石调节用水量配制相同流动度的C20、C30混凝土,测试结果见表7。
表7,不同专用混合水泥7、28天抗压强度、早期抗裂性指标和28天收缩率测试表
Figure BDA0002206266710000143
Figure BDA0002206266710000151
早期抗裂性指标越低与28天收缩率越低,抗裂性越好。上述试验例验证表明,若配制同等级的混凝土,单掺高效减水剂的抗压、抗折强度比未掺减水剂(空白)的明显要高,同时其早期抗裂性指标、28天收缩率指标也明显增大,不利于混凝土耐久性。单掺庚基乙二醇十二烷基醚的7、28天抗压强度与未掺减水剂(空白)接近,比掺高效减水剂的明显要低。其早期抗裂性指标、28天收缩率指标均得到明显改善。高效减水剂与庚基乙二醇十二烷基醚复配掺入水泥后,其配制的混凝土7、28天抗压强度、早期抗裂性指标与28天收缩率指标都得到明显改善,综合抗开裂效果最好。
试验例3
使用60升单卧轴式混凝土搅拌机,按下述质量配合比配制混凝土拌合物试验样,将实施例2制备的专用混合水泥:水:砂:石:外加剂为1:0.45:2.35:3.25:0.024,一次性将水泥、砂、石投入后,在15秒内将水、外加剂陆续加完。配制30升混凝土,制成一盘混凝土拌合物,按GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法》取样,分别制成六个150mm×150mm×150mm立方体试块,分别测定三块试样的7天、三块试样的28天抗压强度。
编号1:在实施例2的水泥制备中掺入混合材,按正常生产时间搅拌30秒。
编号2:按延长搅拌时间降低工效提高能耗预计能拌和均匀情况搅拌120秒,其他同编号1。在混凝土配制中掺入,制样程序与1基本情况相同。
编号3:42.5水泥70%与30%的掺合料(石灰石粉14.5%其中仿生产实际将4.5%的石膏用石灰石粉替代、混合材粉15.5%)。配合比中用此比例代替专用混合水泥;其他同编号1,按正常生产时间搅拌30秒。
编号4:按延长搅拌时间降低工效提高能耗预计能拌和均匀情况搅拌120秒,其他同编号1。
编号5:在实施例9的水泥制备中掺入混合材,和按正常生产时间搅拌30秒。制样程序与1基本情况相同。
编号6:按延长搅拌时间降低工效提高能耗预计能拌和均匀情况搅拌120秒,其他同编号5。在混凝土配制中掺入,制样程序与1基本情况相同。
编号7:在实施例10的水泥制备中掺入混合材,在配制混凝土时添加实施例2中相同的功能性外加剂(复合改性减水剂)0.6%,按正常生产时间搅拌30秒,制样程序与1基本情况相同。
编号8:按延长搅拌时间降低工效提高能耗预计能拌和均匀情况搅拌120秒,其他同编号7。在混凝土配制中掺入和实施例2中相同的功能性外加剂(复合改性减水剂)0.6%,制样程序与1基本情况相同。
表8,不同方法制备的混凝土试验样7、28天抗压强度测试表
Figure BDA0002206266710000161
Figure BDA0002206266710000171
混凝土所用掺合料与功能性外加剂,全部在水泥生产过程中制备,即本专利专用混合水泥,按配比加水与砂石,配制多组混凝土试块;同样的,用传统配制混凝土方法即采用水泥、掺合料、外加剂、水、砂石骨料配制多组混凝土试块,测试这些不同方法制备的混凝土试块的7、28天抗压强度、早期抗裂性与28天收缩率,比较制备的水泥混凝土质量均匀性。
极差值越小,表示混凝土中胶凝材料与砂石组成混合越均匀,极差值越大,说明混合得越不均匀。上述试验表明:1)无论在水泥制备中还是在混凝土制备中掺入混合材或掺合料,拌合时间越长,试块之间的强度极差值越小。2)在水泥制备中比在混凝土配制中掺入混合材(掺合料)的,7天、28天抗压强度极差值均要小。3)传统配制混凝土中掺入大量掺合料,但均没有掺入石膏,导致混凝土中三氧化硫缺乏,影响混凝土强度等性能。同等条件下,采用传统方法生产的水泥所配制的混凝土试块,其7天、28天抗压强度平均值均比采用本专利专用混合水泥所配制的混凝土试块低于1MPa。
综合表7和表8,减水剂与减缩剂临时在混凝土中掺入时,遇上水泥温度过高,造成部分复合减水剂失去其功能。并且在搅拌混凝土时分布不均,造成早期抗裂性和28天收缩率偏高。
本发明通过对原料细度、SO3等技术指标的控制、减缩剂和减水剂复配技术的开发应用,水泥制备过程中对温度的有效控制,确保了专用水泥在用于混凝土时,具有良好的抗开裂效果,本发明现场配制混凝土专用混合水泥,其混凝土中胶凝材料及功能性外加剂均由水泥生产企业制备与掺加,避免了功能性外加剂在现场配制过程中温度过高造成的失效或不均质导致的开裂现象。采用所述综合措施,使用专用混合水泥比传统水泥配制混凝土的抗开裂指标(早期抗裂性指标为单位面积上的总开裂面积,其值越大,越不抗裂)比单一控制的要低。
并提出了相应制备与应用方法及关键工艺、控制装置,解决了现场配制混凝土不方便添加掺合料微粉与外加剂计量不准确等问题,改善了混凝土中胶凝材料的匀质性和稳定性。
本发明针对现场配制混凝土专用混合水泥不同类型与用户需求,对功能性外加剂实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。同样地,如果需要引气,可加入引气剂;如果需要增加混凝土或砂浆流动性或减少拌配过程中用水量,可加入复合改性减水剂或泵送剂;如果需要更高早期强度,可加入早强剂;如果需要延迟凝固时间,可加入缓凝剂;如果需要加速凝固时间,可加入速凝剂;如果需要保持固相体积不减缩,可加入膨胀剂;如果需要提高抗渗压力,可加入防水剂;如果需要降低钢筋锈蚀,可加入阻锈剂;如果需要降低水溶性六价铬,可加入降六价铬还原剂;如果需要改善混凝土及砂浆颜色,可加入着色剂如铁红、炭黑,或改善颜色的混合材组分如煤矸石;如果需要提高砂浆保水率、稠度损失率、拉伸粘结强度,可加入增稠剂、保水剂;如果需要降低混凝土中微裂缝的扩展及控制宏观裂缝,提高混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性,可加入钢纤维或合成纤维;如果为了满足装饰装修用户需求,在不加入复合改性减水剂时可按质量配比改加可再分散乳胶粉或纤维素醚的增稠剂、保水剂制得装饰、装修用专用水泥或水泥基胶凝材料。
本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改,并将在此说明的一般原理应用到其他实施例中,而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理,不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种现场配制混凝土专用混合水泥,其特征在于,除采用硅酸盐水泥熟料与其它原料混合粉磨外,采用配制方式,按水泥质量计其配比:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥60%~80%、石膏3.0%~6.0%、石灰石5%~15%、混合材2%~29%、功能性外加剂0.5%~3.0%;所述42.5等级及以上通用硅酸盐水泥,须符合GB175要求外,其控制参数:≤3um的微粉质量占比≤10%,1天抗压强度≤12MPa,3天抗压强度≥20MPa,28天抗压强度≥45MPa,水泥净浆标准稠度用水量≤28%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%;所述功能性外加剂包括复合改性减水剂,复合改性减水剂按减水剂与减缩剂质量计为1~12:1复配而成,要求在温度≤60℃时性能保持稳定;所述减水剂包括符合GB8076的高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂中一种或多种干粉,所述减水剂中外水分含量均≤1%;所述减缩剂包括庚基乙二醇十二烷基醚、1,7-庚二醇中一种或两种;所述混合材为粉煤灰、矿渣与炉渣、煅烧煤矸石、火山灰质材料中一种或多种,其中允许有0~8%的砂岩、磷渣、窑灰、钢渣替代所述混合材,将其磨细到比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,其中≤3um的微粉质量占比≥15%;所述混合材中碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,氯离子含量<0.06%,测试混合材与基准水泥质量比为3:7的混合物与基准水泥28天抗压强度的比值≥65%。
2.根据权利要求1所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥,其特征在于,所述功能性外加剂还包括:引气剂、早强剂、降六价铬还原剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂和阻锈剂、着色剂、水泥混凝土和砂浆用合成纤维、公路水泥混凝土纤维材料, 所述水泥混凝土和砂浆用合成纤维包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥,其特征在于,石灰石须符合GB∕T 35164要求外,其中45um方孔筛筛余量≤15%,且≤3um的微粉质量占比≥15%。
4.根据权利要求1所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥,其特征在于,石膏符合GB/T5483或GB/T21371要求;所述石膏按质量计预配在混合材粉中或单独粉磨成45um方孔筛筛余量<10%的微粉。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥的制备方法,其特征在于,采用42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥与通过球磨机或立磨粉磨成相应细度的其它原料微粉按质量配比混合拌匀配制,其它原料粉磨时加入工艺助剂;其步骤为:
步骤一,原料选择,42.5等级及以上通用硅酸盐水泥、混合材、石膏、石灰石、复合改性减水剂及其他功能性外加剂进行检测,符合规定原料才允许投入下道生产工序;
步骤二,配制时,先将石灰石、混合材、石膏、工艺助剂单独或任几种按质量配比预配混合后由球磨机或立磨粉磨,分别制成比表面积≥330m2/kg且≤450m2/kg,且≤3um的微粉质量占比≥15%的相应种类微粉,或直接购买部分符合要求的原料微粉;将符合要求的各组分原料微粉:42.5等级及以上的通用硅酸盐水泥、石灰石粉、混合材粉、石膏粉、功能性外加剂按质量计配料后,进入混料机中拌和;
对产品进行均匀性检测与控制,得到专用混合水泥入成品库;
步骤三,控制专用混合水泥3天抗压强度、28天抗压强度分别≥13MPa、≥32.5MPa;控制专用混合水泥比表面积≥290m2/kg且≤360m2/kg,3um~32um颗粒含量≥70%;2.2%≤SO3<3.5%,碱含量要求<0.6%,所述碱含量的计算方式用0.658K2O与Na2O之和表述,水泥净浆标准稠度用水量≤22%;合格专用混合水泥入库储存。
6.根据权利要求5所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥的制备方法,其特征在于,所述的步骤三中混合水泥3天抗压强度是依据GB/T17671检测、控制;预测与控制水泥28天抗压强度方法:依据JC/T738《水泥强度快速检验方法》检测1天抗压强度与GB/T17671检测28天实际抗压强度,通过大量试验数据,总结两者之间的强度增长规律并建立预测公式即数学模型,对水泥28天抗压强度进行预测与控制。
7.根据权利要求5所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥制备方法,其特征在于,所述专用混合水泥的均匀性进行检测与控制方法为:
配料采用计算机、计量秤、现场摄像智能联网控制,通过连续自动取样器采集拌和后的水泥样品,每1小时测定一次CaO含量,每2小时测定一次SO3含量,检测信息反馈到配料控制系统,调整水泥组分配比,直至特征值CaO、SO3达到控制指标范围内;单次测定结果不得超过CaO控制值的2.0%、单次测定结果不得超过SO3控制值的偏差0.3%,其最大值<3.5%。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种现场配制混凝土专用混合水泥的应用,其特征在于,混凝土的组分包括水、专用混合水泥、骨料,用于现场配制和预拌混凝土,不需再掺入掺合料与外加剂;用于配制C35及以下等级混凝土;混凝土的早期抗裂等级至少达L-Ⅲ。
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