CN113336495A - 一种绿色低徐变混凝土 - Google Patents

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Abstract

一种绿色低徐变混凝土，按照重量份计，包括以下组分，水泥340‑385份，自来水厂污泥粉45‑56份，白刚玉粉45‑48份，河砂622‑652份，细陶瓷微珠骨料69‑72份，碎石1036‑1087份，水136‑192份，减水剂4.5‑4.8份。本发明提供了一种绿色低徐变混凝土，既有利于污泥的无害化处理，也能减少水泥和天然河砂等资源的消耗。

Description

一种绿色低徐变混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种绿色低徐变混凝土。
背景技术
徐变是混凝土材料本身固有的时变特性，对混凝土结构的受力和变形性能有着直接显著的影响，继而影响到结构的使用和耐久性，特别是对大跨度预应力混凝土桥梁有着更为重要的影响。徐变过大容易引起桥梁主跨跨中下挠过大和梁体开裂。因此，很多工程中要求混凝土徐变终值较小且较快趋于稳定，以保证工程中混凝土结构的安全性和稳定性。
随着城市人口的不断增多，为保证城市供水，增设的自来水厂也与日俱增，产生了越来越多的自来水厂污泥。自来水厂污泥不同于管道污泥、污水污泥和淤泥等固体废弃物，它是自来水处理过程中的二次产物，含有大量的有机物、丰富的氮、磷等营养物、重金属和病菌等。城市自来水厂污泥常常因为没有经过无害化处理的污泥大量丢弃、随意堆放，造成土地的二次污染。因此，急需找寻一种安全且经济高效的大量处理自来水厂污泥的方法。经各种试验研究发现，自来水厂污泥经过进一步的加工处理得到的自来水厂污泥粉具有一定的火山灰活性，这一特性使得自来水厂污泥粉具备了应用于混凝土工业中的可行性。白刚玉原料为工业氧化铝粉，于电弧中经2000℃以上高温熔炼后冷却制成，经粉碎整形和磁选去铁，筛分成多种粒度，其高硬度和高弹模的特质有利于混凝土进一步抵抗徐变变形。细陶瓷微珠骨料主要成分为A12O3，高硬度的细陶瓷微珠骨料与水泥基体结合致密，其高硬度和高弹模也有利于显著降低混凝土徐变变形。
综上所述，如果能把自来水厂污泥粉、白刚玉粉和细陶瓷微珠用于混凝土工业中，特别是制备一种低徐变混凝土，既有利于污泥的无害化处理，也能减少水泥和天然河砂等资源的消耗。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种绿色低徐变混凝土，既有利于污泥的无害化处理，也能减少水泥和天然河砂等资源的消耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种绿色低徐变混凝土，按照重量份计，包括以下组分，
水泥340-385份，自来水厂污泥粉45-56份，白刚玉粉45-48份，河砂622-652份，细陶瓷微珠骨料69-72份，碎石1036-1087份，水136-192份，减水剂4.5-4.8份。
进一步，所述水泥为P·O 52.5的水泥；河砂细度模数为2.4-3.0，颗粒级配为II区，含泥量小于0.4％；碎石粒径为5-20mm的连续级配，其针片状含量小于碎石总质量的5％，含泥量小于0.4％；减水剂为聚羧酸减水剂，所述减水剂中的固含量不小于27％。
再进一步，所述自来水厂污泥粉其比表面积≥640m2/kg，28d活性指数≥91％，其主要化学成分中SiO2+A12O3总量超过77％。
优选的，所述自来水厂污泥粉的制备方法为：选取自来水厂的沉淀池污泥，经工厂化集中离心脱水得到污泥颗粒原样，通过微波蒸压养护-干燥处理-分级煅烧-机械粉磨工艺制备得到自来水厂污泥粉，
所述自来水厂污泥粉的制备方法包括以下步骤：(1)将自来水厂污泥颗粒原样，经均匀升温0.6h，升温过程中充入蒸汽、同时微波全功率开启25min，釜内温度稳定在185℃到195℃之间，压力控制在1.25MPa到1.35MPa，恒温5h；(2)微波全部关闭,关机降温1.5h左右打开釜门后，进行干燥并筛除大于6mm粒径的污泥颗粒；(3)将粒径小于3mm污泥颗粒在700-900℃的温度条件下煅烧1-2h，粒径在3-6mm的污泥颗粒在900-1000℃的温度条件下煅烧2-4h；(4)自然冷却按质量比为1：1混合后粉磨制得自来水厂污泥粉。
更进一步，所述白刚玉粉显微硬度≥3200kg/mm3,比表面积≥600m2/kg，其主要化学成分中A12O3含量≥99％。
所述细陶瓷微珠骨料粒径范围为0.5-1.5mm，显微硬度≥2800kg/mm3,其主要化学成分中A12O3含量≥92％。
本发明将自来水厂污泥粉作为矿物掺合料取代部分常规使用水泥，为进一步激发自来水厂污泥粉活性，在开始时对自来水厂污泥粉进行微波蒸压养护、分级煅烧和机械研磨等措施，分级煅烧显著增强了自来水厂污泥粉的活性，同时大大降低了煅烧自来水厂污泥粉的所产生的能耗，机械研磨可以增加自来水厂污泥粉的比表面积，进一步提高自来水厂污泥粉的活性；同时将白刚玉粉作为惰性掺合料取代部分水泥，其具有微集料效应，其高硬度和高弹性模量有利于混凝土抵抗徐变变形；其次将细陶瓷微珠骨料取代部分河砂，进一步改善骨料颗粒级配，细陶瓷微珠骨料的高硬度及高弹性模量也有利于混凝土进一步抵抗徐变变形。从胶凝材料和骨料优化设计的角度，制备了低徐变混凝土，不仅改善了混凝土徐变性能，也有利于自来水厂污泥粉和细陶瓷微珠骨料的高附加值绿色应用，综合效益高。
本发明的有益效果主要表现在：
1、取用自来水厂污泥粉以及白刚玉粉取代部分水泥，各自发挥了其活性效应和微集料效应，极大地降低了低徐变混凝土原材料中水泥的用量。通过对自来水厂的沉淀池污泥进行工厂化集中脱水干燥和分级煅烧，按质量比1：1混合后得到的自来水厂污泥粉具有一定的活性。自来水厂污泥粉中的SiO2和A12O3大部分以“玻璃体”惰性状态存在，通过进行微波蒸压养护大大激发了后期机械粉磨时自来水厂污泥粉的活性，提高了水泥自来水厂污泥粉复合胶凝材料的水化速度，对减小混凝土的徐变变形有很大的作用。
2、随着我国陶瓷工业的快速发展，陶瓷废弃物的产量也大大增加，采用细陶瓷微珠骨料取代部分河砂，改善了细骨料颗粒级配，在减小混凝土中河砂用量的同时，对于降低混凝土的徐变变形产生了很大的作用，高硬度的细陶瓷微珠骨料能与水泥基体结合致密，其高硬度和高弹模有利于混凝土抵抗徐变变形。因此，本发明的低徐变混凝土从骨料优化设计的角度，将河砂部分替代为细陶瓷微珠骨料制备的低徐变混凝土，不仅改善了混凝土徐变性能，也有利于细陶瓷微珠骨料的高附加值绿色应用，减少了天然河砂的使用，综合效益极高。
3、随着我国经济快速发展，科技不断进步，我国建筑业的规模业也日益增大，目前混凝土材料仍然是需求量最大的建筑材料，然而在生产水泥混凝土的过程中，其最重要的组分之一—水泥是一种非环境友好型的材料，据有关统计每生产1吨水泥熟料就会向大气中排放大约0.8-1.2吨的CO2。因此，本发明采用自来水厂污泥粉作为矿物掺合料取代部分混凝土原材料中的水泥，同时采用细陶瓷微珠骨料部分取代混凝土原材料中的天然河砂，既有利于污泥的无害化处理，同时减少水泥和河砂等资源的消耗，实现了污泥在低徐变混凝土中的无害化高附加值利用，相比于同等效果的低徐变混凝土技术，其具有更好的环保效应，符合国家提倡的绿色可持续发展战略。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。
一种绿色低徐变混凝土，按照重量份计，包括水泥340-385份，自来水厂污泥粉45-56份，白刚玉粉45-48份，河砂622-652份，细陶瓷微珠骨料69-72份，碎石1036-1087份，水136-192份，减水剂4.5-4.8份，水胶比为0.3-0.4。
进一步，所述水泥为P·O 52.5的水泥；河砂细度模数为2.4-3.0，颗粒级配为II区，含泥量小于0.4％；碎石粒径为5-20mm的连续级配，其针片状含量小于碎石总质量的5％，含泥量小于0.4％；减水剂为聚羧酸减水剂，所述减水剂中的固含量不小于27％。
再进一步，所述自来水厂污泥粉其比表面积≥640m2/kg，28d活性指数≥91％，其主要化学成分中SiO2+A12O3总量超过77％。
优选的，所述自来水厂污泥粉的制备方法为：选取自来水厂的沉淀池污泥，经工厂化集中离心脱水得到污泥颗粒原样，通过微波蒸压养护-干燥处理-分级煅烧-机械粉磨工艺制备得到自来水厂污泥粉，
所述自来水厂污泥粉的制备方法包括以下步骤：(1)将自来水厂污泥颗粒原样，经均匀升温0.6h，升温过程中充入蒸汽、同时微波全功率开启25min，釜内温度稳定在185℃到195℃之间，压力控制在1.25MPa到1.35MPa，恒温5h；(2)微波全部关闭,关机降温1.5h左右打开釜门后，进行干燥并筛除大于6mm粒径的污泥颗粒；(3)将粒径小于3mm污泥颗粒在700-900℃的温度条件下煅烧1-2h，粒径在3-6mm的污泥颗粒在900-1000℃的温度条件下煅烧2-4h；(4)自然冷却按质量比为1：1混合后粉磨制得自来水厂污泥粉。
更进一步，所述白刚玉粉显微硬度≥3200kg/mm3,比表面积≥600m2/kg，其主要化学成分中A12O3含量≥99％。
所述细陶瓷微珠骨料粒径范围为0.5-1.5mm，显微硬度≥2800kg/mm3,其主要化学成分中A12O3含量≥92％。
将自来水厂污泥粉和白刚玉粉作为矿物掺合料取代部分常规使用水泥，为进一步激发自来水厂污泥粉活性，开始时对自来水厂污泥粉进行微波蒸压养护、分级煅烧和机械研磨等措施；其次将细陶瓷微珠骨料取代部分河砂，进一步增强混凝土强度及抵抗徐变变形。其中自来水厂污泥粉其比表面积≥640m2/kg，28d活性指数≥91％，其主要化学成分中SiO2+A12O3总量超过77％；白刚玉粉显微硬度≥3200kg/mm3,比表面积≥600m2/kg，其主要化学成分中A12O3含量≥99％。同时选取粒径范围为0.5-1.5mm、显微硬度≥2800kg/mm3、主要化学成分中A12O3含量≥92％的细陶瓷微珠骨料。
基于上述配方，调整不同组分的用量得到实施例1-4，并分别检测不同低徐变混凝土不同龄期徐变度。
具体的混凝土徐变试验方法参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。
实施例1：
采用自来水厂污泥粉和细陶瓷微珠骨料制备的绿色低徐变混凝土，按重量组分计算，包括以下组分，
P·O 52.5的水泥340份、自来水厂污泥粉56份、白刚玉粉45份、河砂652份、细陶瓷微珠骨料72份、碎石1087份、水136份、减水剂4.5份，水胶比0.3。
本实施例绿色低徐变混凝土的技术指标：28d混凝土抗压强度为59.8MPa，其不同龄期徐变度见表1。
实施例2：
采用自来水厂污泥粉和细陶瓷微珠骨料制备的绿色低徐变混凝土，按重量组分计算，包括以下组分，
P·O 52.5的水泥355份、自来水厂污泥粉51份、白刚玉粉46份、河砂644份、细陶瓷微珠骨料71份、碎石1072份、水152份、减水剂4.6份，水胶比0.33。
本实施例绿色低徐变混凝土的技术指标：28d混凝土抗压强度为57.1MPa，其不同龄期徐变度见表1。
实施例3：
采用自来水厂污泥粉和细陶瓷微珠骨料制备的绿色低徐变混凝土，按重量组分计算，包括以下组分，
P·O 52.5的水泥370份、自来水厂污泥粉49份、白刚玉粉47份、河砂630份、细陶瓷微珠骨料70份、碎石1051份、水175份、减水剂4.7份，水胶比0.37。
本实施例绿色低徐变混凝土的技术指标：28d混凝土抗压强度为54.8MPa，其不同龄期徐变度见表1。
实施例4：
采用自来水厂污泥粉和细陶瓷微珠骨料制备的绿色低徐变混凝土，按重量组分计算，包括以下组分，
P·O 52.5的水泥385份、自来水厂污泥粉45份、白刚玉粉48份、河砂622份、细陶瓷微珠骨料69份、碎石1036份、水192份、减水剂4.8份，水胶比0.4。
本实施例绿色低徐变混凝土的技术指标：28d混凝土抗压强度为51.6MPa，其不同龄期徐变度见表1，表1为实施例1-4不同龄期徐变度(×10-6/MPa)；
Figure BDA0003079850080000071
表1
根据检测结果可知，自来水厂污泥粉、白刚玉微粉和细陶瓷微珠骨料可以减小本发明低徐变混凝土的徐变变形，三者缺一不可。同时，本实施例采用自来水厂污泥粉和白刚玉粉取代部分水泥，并将细陶瓷微珠骨料取代部分河砂，三者适配使用，经过微波蒸压养护等一系列的制备工艺，对减小混凝土徐变变形具有较好的效果。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，按照重量份计，包括以下组分，
水泥340-385份，自来水厂污泥粉45-56份，白刚玉粉45-48份，河砂622-652份，细陶瓷微珠骨料69-72份，碎石1036-1087份，水136-192份，减水剂4.5-4.8份。
2.如权利要求1所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O52.5的水泥；河砂细度模数为2.4-3.0，颗粒级配为II区，含泥量小于0.4％；碎石粒径为5-20mm的连续级配，其针片状含量小于碎石总质量的5％，含泥量小于0.4％；减水剂为聚羧酸减水剂，所述减水剂中的固含量不小于27％。
3.如权利要求1或2所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述自来水厂污泥粉其比表面积≥640m2/kg，28d活性指数≥91％，其主要化学成分中SiO2+A12O3总量超过77％。
4.如权利要求3所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述自来水厂污泥粉的制备方法为：选取自来水厂的沉淀池污泥，经工厂化集中离心脱水得到污泥颗粒原样，通过微波蒸压养护-干燥处理-分级煅烧-机械粉磨工艺制备得到自来水厂污泥粉。
5.如权利要求4所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述自来水厂污泥粉的制备方法包括以下步骤：(1)将自来水厂污泥颗粒原样，经均匀升温0.6h，升温过程中充入蒸汽、同时微波全功率开启25min，釜内温度稳定在185℃到195℃之间，压力控制在1.25MPa到1.35MPa，恒温5h；(2)微波全部关闭,关机降温1.5h左右打开釜门后，进行干燥并筛除大于6mm粒径的污泥颗粒；(3)将粒径小于3mm污泥颗粒在700-900℃的温度条件下煅烧1-2h，粒径在3-6mm的污泥颗粒在900-1000℃的温度条件下煅烧2-4h；(4)自然冷却按质量比为1：1混合后粉磨制得自来水厂污泥粉。
6.如权利要求1或2所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述白刚玉粉显微硬度≥3200kg/mm3,比表面积≥600m2/kg，其主要化学成分中A12O3含量≥99％。
7.如权利要求1或2所述的一种绿色低徐变混凝土，其特征在于，所述细陶瓷微珠骨料粒径范围为0.5-1.5mm，显微硬度≥2800kg/mm3,其主要化学成分中A12O3含量≥92％。
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