CN110498630B - 一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土，以重量分数计，混凝土复合外加剂包含以下组分：钢渣3‑11份，磨细矿渣20‑27份，硅灰12‑15份，粉煤灰35‑48份，减水剂3‑11份，膨胀剂2‑6份。本发明还涉及该混凝土复合外加剂的制备方法和添加该混凝土复合外加剂的混凝土。本发明提供的混凝土复合外加剂能够增强混凝土的强度，同时还能改善混凝土的抗裂度和工作性，具有很好的综合性能。

Description

一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土。
背景技术
混凝土是目前最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料、颗粒状集料(也称为骨料)、水、以及必要时加入的外加剂和复合外加剂按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。随着现代建筑的高层化、轻型化、地下化及使用环境的严酷化，对高强度、高耐久性和较好的和易性的混凝土的需求日益增长，高性能混凝土成为科技工作者竞相研究的课题。其中，高性能混凝土的研究重点集中在混凝土结构设计、低水灰比、复合外加剂配比优化及高效外加剂的使用等几个方面。采用复合外加剂替代部分水泥的方式不仅能有效优化混凝土的性能，而且能降低混凝土的生产成本，同时还能实现对工业废弃物的综合利用，减少了环境污染。
专利申请CN109400074A公开了一种节能抗裂混凝土，技术方案要点是按重量分数计，包括水泥200-300份、粉煤灰60-120份、细磨复合外加剂150-200份、河沙550-750份、粗骨料600-900份、高性能羧酸减水剂5-15份、胶凝剂80-180份、外添加剂60-150份、水140-150份，胶凝剂与高性能聚羧酸减水剂减少混凝土的孔隙率。达到提高混凝土的抗裂性能的效果。虽然该专利申请公开了混凝土复合外加剂中使用纤维的作用是增强混凝土的抗裂，但单一的一种成分对抗裂提高的作用是有限的，该专利申请抗裂的性能单一，抗裂等级有待提高，而且现在对混凝土的性能要求除了抗裂要求之外，还有混凝土在施工过程中的工作性，该专利在施工过程中的工作性也有待提高。
专利申请CN103265196A公开了一种矿物复合外加剂及其制备方法和应用。该矿物掺合料含有超细固硫灰50-70重量％、粉煤灰10-30重量％、矿渣粉10-30重量％，该矿物复合外加剂比单一的粉煤灰在提高混凝土的强度方面的效果要好。但该专利申请的混凝土的工作性及耐久性有待提高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种(用于桥隧结构的)混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土。
本发明的目的在于提供一种混凝土复合外加剂，以重量分数计，包含以下组分：钢渣3-11份，磨细矿渣20-28份，硅灰12-15份，粉煤灰35-48份，减水剂3-11份，膨胀剂2-6份。本发明提供的复合外加剂能够增强混凝土的强度，抗裂等级达到L-Ⅲ级，同时还提高了混凝土的工作性，实现自密实效果。本发明所提供的混凝土复合外加剂使得混凝土具有很好的综合性能。
根据本发明的一些优选实施方式，所述钢渣的比表面积为250-410m2/kg，和/或，所述钢渣中游离氧化钙含量为3％以下。本发明通过选择该比表面积范围及含有少量游离氧化钙的钢渣能够使得混凝土强度不受影响，且保证混凝土后期孔结构能力强，渗透性能良好。钢渣含有过高的游离氧化钙，由于游离氧化钙经历了“过烧”的过程，因此活性有所降低，可能会在水泥水化后期发生反应而产生膨胀。本发明采用热焖法和风淬法联合二次处理钢渣，大大减少游离氧化钙的含量，保证了钢渣的稳定性。
根据本发明的一些优选实施方式，所述减水剂为聚羧酸减水剂。本发明通过选择上述减水剂能够改善混凝土的和易性，全面提高混凝土的力学性能。
根据本发明的一些优选实施方式，所述膨胀剂为轻烧氧化镁膨胀剂。本发明通过选择上述膨胀剂能够提高混凝土的可泵性。
根据本发明的一些优选实施方式，所述磨细矿渣的比表面积为350-400m2/kg。本发明通过选择该比表面积范围的磨细矿渣更能有效发挥活性，改善胶凝材料的颗粒级配，使填充胶凝材料孔隙的水量减少，因而也降低了混凝土用水量，且和本发明所选用的粉煤灰配合适合配制高强度混凝土。
根据本发明的一些优选实施方式，所述硅灰的粒径为0.3～1.0μm。本发明通过选择该粒径范围的硅灰，能够改善混凝土的黏聚性和保水性。
根据本发明的一些优选实施方式，所述粉煤灰的比表面积为320-350m2/kg。本发明通过选择该比表面积范围的粉煤灰更有利于粉煤灰活性的发挥，进而增强混凝土的抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度。
根据本发明的一些优选实施方式，包含以下组分：
Figure BDA0002152574290000031
本发明中，当所述的磨细矿渣为上述含量时，使得混凝土复合外加剂不仅能够有效提高混凝土的抗压强度和抗渗性、抗侵蚀性等耐久性及和易性，减少混凝土结构早期温度裂缝，而且还能够节约水泥用量，大大降低混凝土工程成本。当所述的硅灰为上述含量时，使得混凝土复合外加剂能够有效地提高混凝土的强度和保水性等和易性及耐久性。当所述的粉煤灰为上述含量时，使得混凝土复合外加剂不仅能够有效提高混凝土的综合性能，而且可以节约大量的水泥和细骨料，大大降低混凝土工程的成本。当减水剂为上述含量时，提高混凝土的早期强度，保证良好的工作性，且能保证混凝凝土后期开裂问题。当膨胀剂为上述含量时，使得混凝土后期开裂现象减少。通过选用上述含量的钢渣时，使得混凝土早期强度提高，且保证混凝土后期孔结构能力强，渗透性能良好。
在不损害本发明的效果下，本发明的混凝土复合外加剂还可以根据需要含有其他的组分，列举为：超细固硫灰、锰渣、硅钙渣等。
本发明另一方面提供所述的混凝土复合外加剂的制备方法，包括以下步骤：将各组分按照规定的比例称量、混合均匀，得到所述的混凝土复合外加剂。
本发明再一方面提供一种混凝土，包含所述的混凝土复合外加剂。根据本发明，所述的混凝土还包含水泥。其中，所述的水泥选自通用硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、砌筑水泥、道路硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等中的一种或几种。
本发明的有益效果至少在于：本发明的混凝土复合外加剂可以代替部分作为凝胶材料的水泥，节约水泥用量30-60％(包括水泥砂浆)，降低水泥和混凝土工程成本；可以有效增强混凝土的抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度；还能显著降低混凝土的水化热，减小大体积混凝土温差变化及内应力，会使得混凝土的抗裂性和可泵性有较大提高；同时增强混凝土的工作性，实现混凝土的自密实，减少人工、机械费用；能抑制碱骨料反应，显著地提高了混凝土抗碱骨料反应的能力，增强混凝土的耐久性；磨细矿渣和粉煤灰以微集料的形式存在于混凝土中，能改善混凝土中的孔结构，使孔径得以细化和均化，提高了混凝土的抗渗性、抗侵蚀性、抗冻融性等耐久性；本发明的混凝土复合外加剂中掺入钢渣，能够提高混凝土的强度，增加混凝土的抗裂性，并且能够很好的解决我国钢产量过剩，资源浪费的问题。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，实施例中，所用的材料等除特别说明外，均为市售常规原料，如轻烧氧化镁膨胀剂购自黄石黄庭科技发展有限公司。
根据本发明实施例中的混凝土复合外加剂，所述的钢渣是经过热焖法和风淬法联合二次加工过的钢渣粉，能大幅度提高混凝土的韧性，减少水化热，减少裂缝的产生，并有助于提高后期的强度。所述的粉煤灰为F类粉煤灰和/或C类粉煤灰，所述的F类粉煤灰为CaO含量低于10％的粉煤灰，所述的C类粉煤灰为CaO含量超过10％的粉煤灰。由于F类粉煤灰比C类粉煤灰使用时的水化热要低，能够减少混凝土产生的温度裂缝，因此，所述的粉煤灰优选为F类粉煤灰。本发明的混凝土复合外加剂中的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，其颗粒呈多孔型蜂窝状组织。所述的粉煤灰一方面可以节约水泥用量10-15％(包括水泥砂浆)，大大降低混凝土工程成本，带来显著的经济效益，另一方面又可以改善和提高混凝土的性能，具体的：所述的粉煤灰的活性成分主要有SiO2和Al2O3，还包含有少量的FeO、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2等。因此，所述的粉煤灰具有较高的活性，能够增强混凝土的抗压强度，尤其是后期抗压强度；同时，所述的粉煤灰还可以降低混凝土的水化热，减小混凝土因水化热引起的升温，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利，适用于配置大体积混凝土；另外，所述的粉煤灰还能减少用水量，改善混凝土的和易性，增强混凝土的可泵性，减少混凝土的徐变，提高混凝土的抗渗性、抗冻融性等耐久性，增加混凝土的修饰性。
本发明的混凝土复合外加剂中的硅灰是指原矿提炼之后的剩余部分，主要成分是SiO2，具有较高活性，能够提高混凝土的抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度。同时，所述的硅灰还能使混凝土具有一定的保水性，可大大降低混凝土的泌水性能，改善混凝土的和易性。此外，所述的硅灰还能提高混凝土的耐久性，对于本发明所使用的硅灰的种类没有特别的限制，具体列举为工业硅灰、钢渣、太阳能硅灰、半导体硅灰等。
根据本发明所述的磨细矿渣选自S105、S95、S75等级中的一种或几种。本发明的混凝土复合外加剂中的磨细矿渣是用水淬高炉矿渣，经干燥、粉磨等工艺处理后得到的粉料。所述的磨细矿渣一方面可以节约水泥用量30-60％(包括水泥砂浆)，大大降低混凝土工程成本，带来显著的经济效益，另一方面可以明显提高混凝土的性能，具体的：所述的磨细矿渣包含90％以上的活性成分，例如SiO2、CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3，因此，具有较高的活性，能够增强混凝土的抗压强度，尤其是早期抗压强度。同时，由于所述的磨细矿渣具有高活性、高细度的特点，不仅能有效地抑制碱骨料反应，而且能细化水泥石平均孔径，提高浆体中微孔的比例，改善混凝土孔结构，从而加强混凝土的密实度，因此，能够有效提高混凝土的抗渗性、抗侵蚀性等耐久性，使得含有本发明的混凝土复合外加剂的混凝土特别适用于抗高层建筑、桥梁、隧道等工程。另外，所述的磨细矿渣还能够显著降低混凝土的水化热，减小混凝土因水化热引起的升温，进而减少混凝土结构早期温度裂缝，适用于配置大体积混凝土。
实施例1
称量11质量份钢渣(游离氧化钙含量为2％，比表面积250m2/kg，下同)，27质量份磨细矿渣(比表面积为400m2/kg，下同)，12质量份硅灰(粒径为0.3～1.0μm，下同)，40质量份粉煤灰(比表面积为330m2/kg，下同)，4质量份减水剂(聚羧酸减水剂，下同)，5质量份膨胀剂(轻烧氧化镁膨胀剂，比表面积为120m2/kg，下同)，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
实施例2
称量10质量份钢渣，25质量份磨细矿渣，13质量份硅灰，40质量份粉煤灰，7质量份减水剂，5质量份膨胀剂，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
实施例3
称量8质量份钢渣，23质量份磨细矿渣，15质量份硅灰，47质量份粉煤灰，6质量份减水剂，1质量份膨胀剂，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
实施例4
混凝土的制备：将80质量份实施例1制得的混凝土复合外加剂，与270质量份水泥(中国建筑材料科学研究总院，42.5基准水泥)，924质量份二区中砂，961质量份碎石，165质量份水投入混凝土搅拌机中进行搅拌，搅拌10分钟后卸出，然后将其浇筑在待成型模具中，进行1小时20℃下的预养护，然后，使用蒸汽养护槽用1小时升温至75℃，在最高温度75℃下进行3小时的蒸汽养护，然后，冷却至20℃，2小时后进行脱模，得到强度等级为C60的混凝土。
实施例5
混凝土的制备：除了使用实施例2的混凝土复合外加剂替换实施例1的混凝土复合外加剂，其他条件均与实施例4的相同。
实施例6
混凝土的制备：除了使用实施例3的混凝土复合外加剂替换实施例1的混凝土复合外加剂，其他条件均与实施例4的相同。
对比例1
称量5质量份钢渣，35质量份磨细矿渣，14质量份硅灰，32质量份粉煤灰，5质量份减水剂，7质量份膨胀剂，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
混凝土的制备：除了使用本对比例的混凝土复合外加剂替换实施例1的混凝土复合外加剂，其他条件均与实施例4的相同。
对比例2
称量12质量份钢渣、23质量份磨细矿渣，14质量份硅灰，35质量份粉煤灰，6质量份减水剂，4质量份膨胀剂，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
混凝土的制备：除了使用本对比例的混凝土复合外加剂替换实施例1的混凝土复合外加剂，其他条件均与实施例4的相同。
对比例3
称量6质量份的钢渣，25质量份磨细矿渣，20质量份硅灰，38质量份粉煤灰，10质量份减水剂，4质量份膨胀剂，将各组分搅拌混合均匀，得到混凝土复合外加剂。
混凝土的制备：除了使用本对比例的混凝土复合外加剂替换实施例1的混凝土复合外加剂，其他条件均与实施例4的相同。
实验例1
对上述实施例4-6和对比例1-3获得的混凝土的性能通过下列方法测量。抗压强度通过将成型硬化后的混凝土在20℃的水中养护7天、28天后，采用CDT305-2抗压抗折一体化试验机测其抗压强度，参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。混凝土的坍落度测试方法参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。混凝土的抗裂性测试方法参照JGJT193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》，混凝土的自密实性能测试方法参照CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》。
表1 混凝土的性能测试
Figure BDA0002152574290000081
Figure BDA0002152574290000091
从表1中可以看出：实施例4-6的混凝土具有较高的7d抗压强度、28d抗压强度，而且坍落度较大，表明混凝土的流动性较好，和易性较好，更易于施工。添加有本发明的混凝土复合外加剂形成的高性能混凝土可用于建造高层建筑、桥梁、隧道等。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种混凝土复合外加剂，其特征在于，以重量百 分数计，包含以下组分：
Figure FDA0003221213420000011
所述钢渣比表面积为250-410m2/kg，所述钢渣中游离氧化钙含量为3％以下；
所述硅灰的粒径为0.3～1.0μm；
所述粉煤灰的比表面积为320-350m2/kg。
2.根据权利要求1所述的混凝土复合外加剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
3.根据权利要求1所述的混凝土复合外加剂，其特征在于，所述膨胀剂为轻烧氧化镁膨胀剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土复合外加剂，其特征在于，所述磨细矿渣的比表面积为350-400m2/kg。
5.如权利要求1-4中任一项所述的混凝土复合外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各组分按照规定的比例称量、混合均匀，得到所述的混凝土复合外加剂。
6.一种混凝土，其特征在于，包含根据权利要求1-4中任一项所述的混凝土复合外加剂。
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