CN110759681A - 一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土制备技术领域，尤其涉及一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的自密实轻骨料混凝土包括以下重量份数的制备原料：水泥400～450份、粉煤灰150～200份、天然砂700～800份、固废免烧陶粒400～500份、外加剂15～20份、水170～190份。本发明以轻质、高强、低吸水率、低成本、绿色环保的固废免烧陶粒作为原料，所得自密实轻骨料混凝土能够使轻质装配式主体和围护结构构件自重减小、能耗低、成本降低、生产过程绿色环保，解决了现有的轻质装配式主体和围护结构的混凝土自重大、高能耗、高成本、高污染排放的问题。

Description

一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，尤其涉及一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土是目前土木工程领域应用最多的建筑材料，自水泥和普通混凝土发明以来，人们通过不断改变混凝土的组成材料，越来越多的新型高性能、复合型混凝土不断出现，混凝土向高强度、低密度、环境污染小、施工方便的方向发展，更多地体现了混凝土“绿色、可持续”发展的理念。其中，自密实轻骨料混凝土(SCLC)是在自密实混凝土(SCC)和轻骨料混凝土(LWAC)的基础上发展而来的一种新型高性能混凝土。
近年来，装配式建筑受到广泛推行，自密实轻骨料混凝土以其优良的施工性能更多地被用于预制构件中。首先，自密实轻骨料的密度小，通常小于1900kg/m3，能够大大减轻结构自重；其次，自密实轻骨料混凝土施工不需要振捣，便可以在自重作用下在模板里填充成型，具有施工噪音小、速度快、节省人工的特点，在加快施工进度的同时显著地改善了施工环境，减小了施工噪音对周围环境的污染。
然而，现有用于装配式预制构件中的自密实轻骨料混凝土的陶粒是以天然黏土、页岩等原料成球后经高温焙烧、膨化而成的人造轻骨料，不仅消耗自然资源、成本高，而且高温焙烧耗能高、污染排放高、破坏生态环境，混凝土的自重较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自密实轻骨料混凝土及其制备方法和应用，该自密实轻骨料混凝土能够解决现有的轻质装配式主体和围护结构的混凝土自重大、高能耗、高成本及高污染排放的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种自密实轻骨料混凝土，包括以下重量份数的制备原料：
水泥400～450份、粉煤灰150～200份、天然砂700～800份、固废免烧陶粒400～500份、外加剂15～20份、水170～190份。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥，所述水泥的型号为P.O42.5或P.O52.5。
优选的，所述粉煤灰为II级粉煤灰。
优选的，所述天然砂的细度模数为2.3～2.6，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％。
优选的，所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，所述聚羧酸高性能减水剂的减水率＞25％。
优选的，所述固废免烧陶粒的粒径为5～16mm，堆积密度为700～900kg/m3，筒压强度为7～13MPa，吸水率为3～5％。
本发明提供了上述技术方案所述的自密实轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、天然砂、部分水和部分外加剂进行混合，得到第一混合物料；
将所述第一混合物料与固废免烧陶粒进行混合，得到第二混合物料；
将所述第二混合物料与剩余水和剩余外加剂进行混合，得到自密实轻骨料混凝土。
优选的，所述部分水与剩余水的质量比为2:1；所述部分外加剂与剩余外加剂的质量比为2:1。
优选的，所述混合均在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速独立为45～50r/min，所述搅拌的时间独立为60～90s。
本发明提供了上述技术方案所述自密实轻骨料混凝土或上述技术方案所述的制备方法制备得到的自密实轻骨料混凝土在轻质装配式主体和围护结构中的应用。
本发明提供了一种自密实轻骨料混凝土，包括以下重量份数的制备原料：水泥400～450份、粉煤灰150～200份、天然砂700～800份、固废免烧陶粒400～500份、外加剂15～20份、水170～190份。
本发明以轻质、高强、低吸水率、低成本、绿色环保的固废免烧陶粒作为原料，无需高温焙烧制备固废免烧陶粒，所得自密实轻骨料混凝土能够使轻质装配式主体和围护结构构件自重减小、能耗低、成本降低、生产过程绿色环保，解决了现有的轻质装配式主体和围护结构的混凝土自重大、高能耗、高成本、高污染排放的问题。
本发明提供了所述自密实轻骨料混凝土的制备方法，该制备方法将固废免烧陶粒添加至自密实轻骨料混凝土中，固废免烧陶粒的级配连续且粒径大小可根据需要调整，能够使制备的自密实轻骨料混凝土具有良好的填充性、间隙通过性、抗离析性及稳定性，易于施工；而且制备过程环保，生产成本低。
具体实施方式
本发明提供了一种自密实轻骨料混凝土，包括以下重量份数的制备原料：
水泥400～450份、粉煤灰150～200份、天然砂700～800份、固废免烧陶粒400～500份、外加剂15～20份、水170～190份。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
以重量份数计，本发明提供的自密实轻骨料混凝土的制备原料包括水泥400～450份，优选为420～440份，更优选为425～435份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥，所述水泥的型号优选为P.O42.5或P.O52.5。本发明利用水泥作为自密实轻骨料混凝土的基础制备原料。
以水泥的重量份数为基准，本发明提供的自密实轻骨料混凝土的制备原料包括粉煤灰150～200份，优选为160～180份，更优选为165～175份。在本发明中，所述粉煤灰优选为II级粉煤灰。本发明所用粉煤灰，不但具有填充颗粒之间空隙，使硬化体结构更加密实的作用，在水泥的水化产物-氢氧化钙的作用下，氢氧化钙与粉煤灰进行二次水化，改善界面结构，增加密实度，提高自密实轻骨料混凝土的强度。
以水泥的重量份数为基准，本发明提供的自密实轻骨料混凝土的制备原料包括天然砂700～800份，优选为720～780份，更优选为750～760份。在本发明中，所述天然砂的细度模数优选为2.3～2.6，更优选为2.45；含泥量优选≤3.0％，更优选为2％；泥块含量优选≤1.0％，更优选为0.4％；所述含量均指的是质量百分比。本发明利用天然砂作为细骨料填充免烧陶粒的空隙，确保混凝土良好的流动性，提高整体骨料的堆积密度，进而提高混凝土的密实度及强度。
以水泥的重量份数为基准，本发明提供的自密实轻骨料混合凝土包括固废免烧陶粒400～500份，优选为420～480份，更优选为450～460份。在本发明中，所述固废免烧陶粒优选为以钢渣工业固废为主要原料，通过添加发泡剂和激发剂经制粒、自然养护而成的连续级配固废免烧陶粒；所述固废免烧陶粒包括以下重量百分比的组分：钢渣粉50～55％，矿渣粉5～15％，水泥4～8％，激发剂1～8％，发泡剂2～6％，水20～30％，以上各组分的重量百分比之和为100％；在本发明中，所述激发剂优选为硅酸钠，所述发泡剂优选为铝粉。在本发明中，所述固废免烧陶粒的具体制备过程优选包括以下步骤：按上述配比称取钢渣粉、矿渣粉、水泥、发泡剂混合搅拌20s，得到第一混合物料；将激发剂溶于1/3水后，将所得溶液投入所述第一混合物料中，搅拌60s，得到第二混合物料；将所述第二混合物料投入造粒机进行造粒，同时将剩余的2/3水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；在20℃以上、相对湿度60％以上的环境条件下，自然养护7～14天，得到固废免烧陶粒。
在本发明中，所述固废免烧陶粒的粒径优选为5～16mm，更优选为8～12mm；堆积密度优选为700～900kg/m3，更优选为850kg/m3；筒压强度优选为7～13MPa，更优选为9.6MPa；吸水率优选为3～5％，更优选为4.0％。本发明所用固废免烧陶粒具有轻质、高强、低吸水率、低成本、绿色环保的有点，本发明利用固废免烧陶粒作为轻质粗骨料在保证大塌落扩展度的同时可以降低自密实轻骨料混凝土的密度，强度等级可达C50以上，密度可以低至1900kg/m3以下。
以水泥的重量份数为基准，本发明提供的自密实轻骨料混合凝土包括外加剂15～20份，优选为16～18份，更优选为17份。在本发明中，所述外加剂优选为聚羧酸高性能减水剂，所述聚羧酸高性能减水剂的减水率优选＞25％。本发明利用聚羧酸高性能减水剂作为水泥分散剂，其中聚羧酸高性能减水剂的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土的流动性进一步提高。当水泥颗粒相互靠近，电层之间相互重叠时，水泥颗粒之间产生静电斥力，水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地减少用水量，增大拌合物的流动性，提高混凝土强度。
以水泥的重量份数为基准，本发明提供的自密实轻骨料混合凝土包括水170～190份，优选为175～185份，更优选为180份。
本发明提供了上述技术方案所述的自密实轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、天然砂、部分水和部分外加剂进行混合，得到第一混合物料；
将所述第一混合物料与固废免烧陶粒进行混合，得到第二混合物料；
将所述第二混合物料与剩余水和剩余外加剂进行混合，得到自密实轻骨料混凝土。
在本发明中，所述混合优选均在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速独立优选为45～50r/min，更优选为48r/min，所述搅拌的时间独立优选为60～90s，更优选为70～80s。本发明采用上述加料顺序能够提升轻骨料与水泥石界面之间的粘结力，改善界面微观均匀性，减弱颗粒的团聚效应，改善过渡区水化物的分布情况，改善轻骨料自密实混凝土泌水现象，能够提高轻骨料自密实混凝土的和易性、力学性能及耐久性能，同时可以很大程度缩短混凝土的搅拌时间。
在本发明中，所述部分水与剩余水的质量比优选为2:1；所述部分外加剂与剩余外加剂的质量比优选为2:1。本发明对制备所述自密实轻骨料混凝土的设备没有特殊的要求，选用本领域技术人员熟知的设备即可。
本发明提供了上述技术方案所述自密实轻骨料混凝土在轻质装配式主体和围护结构中的应用。本发明对所述自密实轻骨料混凝土在轻质装配式主体和围护结构中的应用方法没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、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。基于本发明中的实施例，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。
实施例1
原料组成：水泥P.O42.5 400kg、粉煤灰200kg、天然砂750kg、固废免烧陶粒500kg、聚羧酸高性能减水剂16kg、水170kg；
所述固废免烧陶粒的具体组成：钢渣粉50％，矿渣粉10％，水泥8％，硅酸钠5％，铝粉4％，水23％；
所述固废免烧陶粒的制备过程为：按上述配比称取钢渣粉、矿渣粉、水泥、铝粉混合搅拌20s，得到第一混合物料；将硅酸钠溶于1/3水后，将所得溶液投入所述第一混合物料中，搅拌60s，得到第二混合物料；将所述第二混合物料投入造粒机进行造粒，同时将剩余的2/3水在造粒过程中以喷淋水雾方式加入；在20℃以上、相对湿度60％以上的环境条件下，自然养护10天，得到固废免烧陶粒。
将水泥、粉煤灰、天然砂、2/3重量的水和2/3重量的聚羧酸高性能减水剂在50r/min条件下进行混合60s，得到第一混合物料；
将所述第一混合物料与固废免烧陶粒在50r/min条件下进行混合60s，得到第二混合物料；
将所述第二混合物料与剩余水和剩余减水剂在50r/min条件下进行混合60s，得到自密实轻骨料混凝土。
实施例2
按照实施例1所述方法制备自密实轻骨料混凝土，区别在于：
原料比例：水泥P.O42.5430kg、粉煤灰170kg、天然砂780kg、固废免烧陶粒480kg、聚羧酸高性能减水剂18kg、水180kg；
按照实施例1所述原料比例和制备方法制备所述固废免烧陶粒。
实施例3
按照实施例1所述方法制备自密实轻骨料混凝土，区别在于：
原料比例：水泥P.O42.5 450kg、粉煤灰150kg、天然砂750kg、固废免烧陶粒500kg、聚羧酸高性能减水剂19kg、水185kg；
按照实施例1所述原料比例和制备方法制备所述固废免烧陶粒。
对比例1
采用文献《自密实轻骨料混凝土性能研究》(王磊，哈尔滨工业大学，2015年7月)中提供的自密实轻骨料混凝土的原料和配比作为对比例，具体组成如下：P.O42.5水泥424kg，密度为2.43g/cm3的I粉煤灰182kg，粗骨料粒径为5～16mm连续级配，筒压强度11.8MPa的900级高强页岩陶粒498kg,细骨料为1h吸水率6.0％的700级陶砂147kg，普通砂为548kg，减水剂4.8kg，水160kg。
对比例2
按照实施例1所述方法制备自密实轻骨料混凝土，区别在于：
原料组成：水泥400kg、粉煤灰200kg、天然砂750kg、页岩陶粒500kg、聚羧酸高性能减水剂17.8kg、水175kg。
采用JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程中试验》中的方法，对实施例1～3制备的自密实轻骨料混凝土进行性能测试，具体结果见表1。
表1实施例1～3制备的自密实轻骨料混凝土的性能数据
Figure BDA0002282850560000071
根据表1可知，相对于现有技术制备的自密实轻骨料混凝土(对比例1和对比例2)，本发明制备的自密实轻骨料混凝土的密度小，说明制得的混凝土具有轻质的优点；所制备的自密实混凝土的填充性能达到了SF2、VS1，满足抗离析和均质性的要求，间隙通过性能也均达到了PA2。
由以上实施例可知，本发明提供了一种自密实轻骨料混凝土，本发明以轻质、高强、低吸水率、低成本、绿色环保的固废免烧陶粒作为原料，无需高温焙烧制备固废免烧陶粒，所得自密实轻骨料混凝土能够使轻质装配式主体和围护结构构件自重减小、能耗低、成本降低、生产过程绿色环保，本发明制得的混凝土具有良好的填充性、间隙通过性、抗离析性及稳定性，易于施工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自密实轻骨料混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的制备原料：
水泥400～450份、粉煤灰150～200份、天然砂700～800份、固废免烧陶粒400～500份、外加剂15～20份、水170～190份。
2.根据权利要求1所述的自密实轻骨料混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，所述水泥的型号为P.O42.5或P.O52.5。
3.根据权利要求1所述的自密实轻骨料混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为II级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的自密实轻骨料混凝土，其特征在于，所述天然砂的细度模数为2.3～2.6，含泥量≤3.0％，泥块含量≤1.0％。
5.根据权利要求1所述的自密实轻骨料混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，所述聚羧酸高性能减水剂的减水率＞25％。
6.根据权利要求1所述的自密实轻骨料混凝土，其特征在于，所述固废免烧陶粒的粒径为5～16mm，堆积密度为700～900kg/m3，筒压强度为7～13MPa，吸水率为3～5％。
7.权利要求1～6任一项所述的自密实轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、天然砂、部分水和部分外加剂进行混合，得到第一混合物料；
将所述第一混合物料与固废免烧陶粒进行混合，得到第二混合物料；
将所述第二混合物料与剩余水和剩余外加剂进行混合，得到自密实轻骨料混凝土。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述部分水与剩余水的质量比为2:1；所述部分外加剂与剩余外加剂的质量比为2:1。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合均在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速独立为45～50r/min，所述搅拌的时间独立为60～90s。
10.权利要求1～6任一项所述自密实轻骨料混凝土或权利要求7～9任一项所述制备方法制备得到的自密实轻骨料混凝土在轻质装配式主体和围护结构中的应用。
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