CN113336488A - 一种低离析、低碳混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低离析、低碳混凝土，具体涉及混凝土技术领域，包括以下原料：胶凝材料、混合骨料、添加剂和水；所述胶凝材料包括以下原料：矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土、偏高岭土、硅粉、聚丙烯纤维和铁矿粉。本发明利用胶凝材料代替传统的硅酸盐水泥，胶凝材料包括有矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土、偏高岭土、硅粉、聚丙烯纤维和铁矿粉，大量利用了矿渣粉等固体废弃物，具有环保效益，并加入硅粉和纳米粘土，混合形成颗粒级配合理的微集料混合物，使混凝土的强度保持施工要求，偏高岭土使得混凝土的耐候性、强度、抗硫酸盐腐蚀等性能提高，本发明生产的混凝土在保证混凝土性能的同时具有低碳排放，环保效果较好。

Description

一种低离析、低碳混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，本发明涉及一种低离析、低碳混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等，混凝土也是重要的材料。随着混凝土组成材料的不断发展，人们对对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强度，而是在立足强度的基础上，更加注重混凝土的耐久性、变形性能、防火抗爆性能、防渗水性能、韧性、耐腐蚀性、保温性、健康环保性以及降低成本等等综合指标的平衡和协调。混凝土各项性能指标的要求比以前更明确、细化和具体。同时，建筑设备水平的提升，新型施工工艺的不断涌现和推广，使混凝土技术适应了不同的设计、施工和使用要求，发展很快。
混凝土的离析是混凝土拌合物组成材料之间的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，混凝土拌合物成分相互分离，造成内部组成和结构不均匀的现象。通常表现为粗集料与砂浆相互分离，例如密度大的颗粒沉积到拌合物的底部，或者粗集料从拌合物中整体分离出来。造成离析的原因可能是浇筑，振捣不当，集料最大粒径过大，粗集料比例过高，胶凝材料和细集料的含量偏低，与细集料比粗集料的密度过大，或者拌合物过干或者过稀等。
现有的混凝土大多采用硅酸盐水泥制作而成，采用水泥消耗自然资源巨大，破坏环境、影响地球生态平衡，尤其是水泥生产的CO2排放量通常占到人类活动碳排放量的5-10％。水泥工业是我国碳排放量的主要来源，占到15％左右，每生产1吨硅酸盐水泥从水泥原料中排放CO2约511kg。因此，水泥业是名符其实的碳排放大户。大量的二氧化碳的排放不仅破坏了人类的生存环境，还极大地损害人类的健康；而且现有的混凝土离析现象较为严重，导致混凝土使用寿命较低。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种低离析、低碳混凝土及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何降低混凝土生产中的排碳量，降低混凝土的离析现象。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低离析、低碳混凝土，包括以下重量份的原料：胶凝材料400-600份、混合骨料1300-1600份、添加剂40-60份和水130-180份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉20-40份、粉煤灰30-50份、纳米粘土5-10份、偏高岭土5-10份、硅粉10-18份、聚丙烯纤维10-15份和铁矿粉10-15份。
在一种优选的实施方式中，包括以下重量份的原料：胶凝材料480-520份、混合骨料1400-1500份、添加剂45-55份和水140-170份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉25-35份、粉煤灰35-45份、纳米粘土6-8份、偏高岭土5-8份、硅粉13-15份、聚丙烯纤维12-13和铁矿粉12-13份。
在一种优选的实施方式中，包括以下重量份的原料：胶凝材料500份、混合骨料1450份、添加剂50份和水160份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉30份、粉煤灰40份、纳米粘土7份、偏高岭土7份、硅粉14份、聚丙烯纤维13和铁矿粉13份。
在一种优选的实施方式中，所述混合骨料包括有粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为1：(0.8-1.4)，所述粗骨料为碎石、碎卵石、高炉重矿渣中的一种或多种混合，所述细骨料包括有粗砂、中砂、细砂和特细砂组成。
在一种优选的实施方式中，所述添加剂包括有消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂，所述消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂的重量比为1:1：(1.2-1.4)：(1-1.2)，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述增稠剂为果胶、琼脂、明胶、海藻胶中的一种，所述保水剂由以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素10-20、硅藻土5-10份、单硬脂酸甘油酯5-8份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10-15份、丙烯酸2-6份、硫铝酸钙2-6份，所述补强剂为天然胶乳。
本发明还提供一种低离析、低碳混凝土的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照胶凝材料的重量配比称取原料，将称取的矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土和聚丙烯纤维放入混合设备中搅拌混合均匀，然后放入粉磨机中进行粉磨，粉磨完成后加入偏高岭土、硅粉和铁矿粉搅拌混合均匀得到凝胶材料；
步骤二：向步骤一中得到的凝胶材料中加入三分之一的水搅拌均匀后得到凝胶液，然后将混合骨料加入到凝胶液中，搅拌混合均匀后再加入三分之二的水和消泡剂，继续进行搅拌，在搅拌过程中依次加入增稠剂和补强剂继续搅拌均匀得到混合料；
步骤三：称取保水剂中的原料搅拌混合均匀后加入到步骤二中的混合料中，搅拌均匀后得到低离析、低碳混凝土。
在一种优选的实施方式中，所述步骤一中粉磨机粉磨后采用100-150目筛进行筛选，所述步骤一中偏高岭土为偏高岭土超细粉，所述步骤一中搅拌混合时的搅拌速率为600-800转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入三分之一的水后搅拌速率为600-800转/分钟，且所述混合骨料加入凝胶液前需要混合均匀。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入增稠剂和补强剂时搅拌速率为200-400转/分钟，加入增稠剂和补强剂后继续搅拌时的搅拌速率为800-1000转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤三中保水剂与混合料搅拌混合时的搅拌速率为600-800转/分钟，搅拌时间为20-40分钟。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的原料配方所制备出的低离析、低碳混凝土，利用胶凝材料代替传统的硅酸盐水泥，胶凝材料包括有矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土、偏高岭土、硅粉、聚丙烯纤维和铁矿粉，大量利用了矿渣粉等固体废弃物，具有环保效益，并加入硅粉和纳米粘土，混合形成颗粒级配合理的微集料混合物，使混凝土的强度保持施工要求，偏高岭土使得混凝土的耐候性、强度、抗硫酸盐腐蚀等性能提高，聚丙烯纤维能够大大改善混凝土/砂浆的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命，本发明生产的混凝土在保证混凝土性能的同时具有低碳排放，环保效果较好；
2、本发明通过采用混合骨料，混合骨料包括有粗骨料、粗砂、中砂、细沙和特细砂，使得混凝土内部密实填充，并在保水剂中加入羟丙基甲基纤维素、硅藻土、单硬脂酸甘油酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和硫铝酸钙，能够提高混凝土的粘聚性，保证混凝土聚有良好的和易性，减少混凝土的收缩，提高混凝土的体积稳定性，增强混凝土的抗裂能力。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例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：
本发明提供了一种低离析、低碳混凝土，包括以下重量份的原料：胶凝材料400份、混合骨料1300份、添加剂40份和水130份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉20份、粉煤灰30份、纳米粘土5份、偏高岭土5份、硅粉10份、聚丙烯纤维10份和铁矿粉10份。
在一种优选的实施方式中，所述混合骨料包括有粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为1：1.2，所述粗骨料为碎石、碎卵石、高炉重矿渣中的一种或多种混合，所述细骨料包括有粗砂、中砂、细砂和特细砂组成。
在一种优选的实施方式中，所述添加剂包括有消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂，所述消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂的重量比为1:1：1.3：1.1，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述增稠剂为果胶、琼脂、明胶、海藻胶中的一种，所述保水剂由以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素15、硅藻土8份、单硬脂酸甘油酯7份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸13份、丙烯酸4份、硫铝酸钙4份，所述补强剂为天然胶乳。
本发明还提供一种低离析、低碳混凝土的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照胶凝材料的重量配比称取原料，将称取的矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土和聚丙烯纤维放入混合设备中搅拌混合均匀，然后放入粉磨机中进行粉磨，粉磨完成后加入偏高岭土、硅粉和铁矿粉搅拌混合均匀得到凝胶材料；
步骤二：向步骤一中得到的凝胶材料中加入三分之一的水搅拌均匀后得到凝胶液，然后将混合骨料加入到凝胶液中，搅拌混合均匀后再加入三分之二的水和消泡剂，继续进行搅拌，在搅拌过程中依次加入增稠剂和补强剂继续搅拌均匀得到混合料；
步骤三：称取保水剂中的原料搅拌混合均匀后加入到步骤二中的混合料中，搅拌均匀后得到低离析、低碳混凝土。
在一种优选的实施方式中，所述步骤一中粉磨机粉磨后采用100-150目筛进行筛选，所述步骤一中偏高岭土为偏高岭土超细粉，所述步骤一中搅拌混合时的搅拌速率为700转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入三分之一的水后搅拌速率为700转/分钟，且所述混合骨料加入凝胶液前需要混合均匀。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入增稠剂和补强剂时搅拌速率为300转/分钟，加入增稠剂和补强剂后继续搅拌时的搅拌速率为900转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤三中保水剂与混合料搅拌混合时的搅拌速率为700转/分钟，搅拌时间为30分钟。
实施例2：
与实施例1不同的是，一种低离析、低碳混凝土，包括以下重量份的原料：胶凝材料500份、混合骨料1450份、添加剂50份和水160份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉30份、粉煤灰40份、纳米粘土7份、偏高岭土7份、硅粉14份、聚丙烯纤维13和铁矿粉13份。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，一种低离析、低碳混凝土，包括以下重量份的原料：胶凝材料600份、混合骨料1600份、添加剂60份和水180份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉40份、粉煤灰50份、纳米粘土10份、偏高岭10份、硅粉18份、聚丙烯纤维15份和铁矿粉15份。
实施例4：
一种低离析、低碳混凝土，包括以下重量份的原料：胶凝材料400份、混合骨料1300份、添加剂40份和水130份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉20份、粉煤灰30份、纳米粘土5份、偏高岭土5份、硅粉10份、聚丙烯纤维10份和铁矿粉10份。
在一种优选的实施方式中，所述混合骨料包括有粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为1：1.2，所述粗骨料为碎石、碎卵石、高炉重矿渣中的一种或多种混合，所述细骨料包括有粗砂、中砂、细砂和特细砂组成。
在一种优选的实施方式中，所述添加剂包括有消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂，所述消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂的重量比为1:1：1.3：1.1，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述增稠剂为果胶、琼脂、明胶、海藻胶中的一种，所述保水剂由以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素10、硅藻土5份、单硬脂酸甘油酯5份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10份、丙烯酸2份、硫铝酸钙2份，所述补强剂为天然胶乳。
本发明还提供一种低离析、低碳混凝土的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照胶凝材料的重量配比称取原料，将称取的矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土和聚丙烯纤维放入混合设备中搅拌混合均匀，然后放入粉磨机中进行粉磨，粉磨完成后加入偏高岭土、硅粉和铁矿粉搅拌混合均匀得到凝胶材料；
步骤二：向步骤一中得到的凝胶材料中加入三分之一的水搅拌均匀后得到凝胶液，然后将混合骨料加入到凝胶液中，搅拌混合均匀后再加入三分之二的水和消泡剂，继续进行搅拌，在搅拌过程中依次加入增稠剂和补强剂继续搅拌均匀得到混合料；
步骤三：称取保水剂中的原料搅拌混合均匀后加入到步骤二中的混合料中，搅拌均匀后得到低离析、低碳混凝土。
在一种优选的实施方式中，所述步骤一中粉磨机粉磨后采用100-150目筛进行筛选，所述步骤一中偏高岭土为偏高岭土超细粉，所述步骤一中搅拌混合时的搅拌速率为700转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入三分之一的水后搅拌速率为700转/分钟，且所述混合骨料加入凝胶液前需要混合均匀。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中加入增稠剂和补强剂时搅拌速率为300转/分钟，加入增稠剂和补强剂后继续搅拌时的搅拌速率为900转/分钟。
在一种优选的实施方式中，所述步骤三中保水剂与混合料搅拌混合时的搅拌速率为700转/分钟，搅拌时间为30分钟。
实施例5：
与实施例4不同的是，所述保水剂由以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素20、硅藻土9份、单硬脂酸甘油酯8份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸14份、丙烯酸6份、硫铝酸钙6份。
分别取上述实施例1-5所制得的低离析、低碳混凝土分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，采用传统的混凝土作为对照组进行测试，分别对选取的混凝土进行抗压强度、抗渗等级、平板开裂面积、28天碳化深度、坍落度进行测试。测试结果如表一：
Figure BDA0003155411370000081
表一
由表一可知，本发明生产的低离析、低碳混凝土相比较传统的混凝土抗压强度和抗渗等级较好，而且平板开裂面积较小，碳化深度和坍落度减小，从而使得混凝土的使用寿命较长，实施例4和实施例5分别改变保水剂的成份，与实施例1相比混凝土的性能相差无几，所以本发明利用胶凝材料代替传统的硅酸盐水泥，胶凝材料包括有矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土、偏高岭土、硅粉、聚丙烯纤维和铁矿粉，大量利用了矿渣粉等固体废弃物，具有环保效益，并加入硅粉和纳米粘土，混合形成颗粒级配合理的微集料混合物，使混凝土的强度保持施工要求，偏高岭土使得混凝土的耐候性、强度、抗硫酸盐腐蚀等性能提高，聚丙烯纤维能够大大改善混凝土/砂浆的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命，本发明生产的混凝土在保证混凝土性能的同时具有低碳排放，环保效果较好，混合骨料包括有粗骨料、粗砂、中砂、细沙和特细砂，使得混凝土内部密实填充，并在保水剂中加入羟丙基甲基纤维素、硅藻土、单硬脂酸甘油酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和硫铝酸钙，能够提高混凝土的粘聚性，保证混凝土聚有良好的和易性，减少混凝土的收缩，提高混凝土的体积稳定性，增强混凝土的抗裂能力。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低离析、低碳混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：胶凝材料400-600份、混合骨料1300-1600份、添加剂40-60份和水130-180份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉20-40份、粉煤灰30-50份、纳米粘土5-10份、偏高岭土5-10份、硅粉10-18份、聚丙烯纤维10-15份和铁矿粉10-15份。
2.根据权利要求1所述的一种低离析、低碳混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：胶凝材料480-520份、混合骨料1400-1500份、添加剂45-55份和水140-170份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉25-35份、粉煤灰35-45份、纳米粘土6-8份、偏高岭土5-8份、硅粉13-15份、聚丙烯纤维12-13和铁矿粉12-13份。
3.根据权利要求1所述的一种低离析、低碳混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：胶凝材料500份、混合骨料1450份、添加剂50份和水160份；所述胶凝材料包括以下重量份的原料：矿渣粉30份、粉煤灰40份、纳米粘土7份、偏高岭土7份、硅粉14份、聚丙烯纤维13和铁矿粉13份。
4.根据权利要求1所述的一种低离析、低碳混凝土，其特征在于：所述混合骨料包括有粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为1：(0.8-1.4)，所述粗骨料为碎石、碎卵石、高炉重矿渣中的一种或多种混合，所述细骨料包括有粗砂、中砂、细砂和特细砂组成。
5.根据权利要求1所述的一种低离析、低碳混凝土，其特征在于：所述添加剂包括有消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂，所述消泡剂、增稠剂、保水剂和补强剂的重量比为1:1：(1.2-1.4)：(1-1.2)，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述增稠剂为果胶、琼脂、明胶、海藻胶中的一种，所述保水剂由以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素10-20、硅藻土5-10份、单硬脂酸甘油酯5-8份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10-15份、丙烯酸2-6份、硫铝酸钙2-6份，所述补强剂为天然胶乳。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种低离析、低碳混凝土的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：
步骤一：按照胶凝材料的重量配比称取原料，将称取的矿渣粉、粉煤灰、纳米粘土和聚丙烯纤维放入混合设备中搅拌混合均匀，然后放入粉磨机中进行粉磨，粉磨完成后加入偏高岭土、硅粉和铁矿粉搅拌混合均匀得到凝胶材料；
步骤二：向步骤一中得到的凝胶材料中加入三分之一的水搅拌均匀后得到凝胶液，然后将混合骨料加入到凝胶液中，搅拌混合均匀后再加入三分之二的水和消泡剂，继续进行搅拌，在搅拌过程中依次加入增稠剂和补强剂继续搅拌均匀得到混合料；
步骤三：称取保水剂中的原料搅拌混合均匀后加入到步骤二中的混合料中，搅拌均匀后得到低离析、低碳混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种低离析、低碳混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤一中粉磨机粉磨后采用100-150目筛进行筛选，所述步骤一中偏高岭土为偏高岭土超细粉，所述步骤一中搅拌混合时的搅拌速率为600-800转/分钟。
8.根据权利要求6所述的一种低离析、低碳混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤二中加入三分之一的水后搅拌速率为600-800转/分钟，且所述混合骨料加入凝胶液前需要混合均匀。
9.根据权利要求6所述的一种低离析、低碳混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤二中加入增稠剂和补强剂时搅拌速率为200-400转/分钟，加入增稠剂和补强剂后继续搅拌时的搅拌速率为800-1000转/分钟。
10.根据权利要求6所述的一种低离析、低碳混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤三中保水剂与混合料搅拌混合时的搅拌速率为600-800转/分钟，搅拌时间为20-40分钟。
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