CN113372070B - 一种用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法，按质量百分数计，所述自密实混凝土的原料组成包括：固硫灰30％‑35％，炉渣35％‑40％，水泥12％‑18％，减水剂1.0％‑2.0％，水15％‑18％，上述各原料组成的质量百分数之和为100％；本发明采用炉渣作为骨料，固硫灰及水泥作为凝胶材料，充分利用固硫灰的火山灰活性、自硬性及膨胀性能；避免了用于地暖保护层出现的收缩开裂；由于炉渣表观密度小，利用固硫灰和炉渣制备的自密实混凝土干表观密度较小，对楼板增加的荷载小。

Description

一种用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于自密实混凝土技术领域，特别涉及一种用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
随着低温地板采暖技术的迅速推广，《辐射供暖供冷技术规程》(JGJ142-2012)中规定地暖保护层要求采用强度等级为C15的豆石混凝土或M10的水泥砂浆；其中，豆石混凝土中豆石粒径宜为5mm～12mm；实际工程中大多采用C15细石混凝土；中国专利申请“一种低温地板辐射采暖施工结构(申请号为：201320189530.6)”中公开的混凝土保护层由水泥、黄沙、青石子按1﹕2﹕3的比例构成，厚度15mm～50mm；但由于地暖保护层较大的表面积，细石混凝土或砂浆保护层在凝结硬化过程中，容易出现收缩开裂现象，给实际施工增加一定难度；而且细石混凝土的干表观密度较大，对楼板增加的荷载较大。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法，以解决现有用于地暖保护层的细石混凝土或砂浆保护层，易出现开裂，且干表观密度较大，对楼板的荷载较大。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，按质量百分数计，所述自密实混凝土的原料组成包括：固硫灰30％-35％，炉渣35％-40％，水泥12％-18％，减水剂1.0％-2.0％，水15％-18％，上述各原料组成的质量百分数之和为100％。
进一步的，所述自密实混凝土的初始扩展度为500-600mm，干表观密度为1400-1600Kg/m3；导热系数为0.2480-0.2752W/m·K。
进一步的，固硫灰为燃煤电厂采用脱硫工艺后从烟道处收集得到的飞灰；其中，脱硫工艺为湿法烟气脱硫工艺或干法循环流化床烟气脱硫工艺。
进一步的，固硫灰的平均粒径为30-50μm，比表面积为400-450m2/kg。
进一步的，按质量百分数计，固硫灰的化学成分包括SiO230％～40％，CaO10％～20％，Al2O310％～20％，SO37％～12％，Fe2O37％～13％，MgO1％～2％，f-CaO2％～5％。
进一步的，炉渣为燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.5-2.7。
进一步的，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，聚羧酸高性能减水剂的固含量为20％-40％。
本发明还提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料；
步骤2、在混合干料中，加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土。
进一步的，步骤1中，搅拌机为强制式搅拌机。
进一步的，步骤2中，搅拌时间为60-80s，搅拌速率45r/min，得到粘稠拌合物；步骤3中，搅拌时间为160-180s，搅拌速率45r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，采用炉渣作为骨料，固硫灰及水泥作为凝胶材料，充分利用固硫灰的火山灰活性、自硬性及膨胀性能；其中，固硫灰中含有少量的活性SiO2和Al2O3，在水泥水化产物Ca(OH)2的作用下可发生水化反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶，即为火山灰活性；固硫灰中的钙质组分也可以部分与水发生火山灰反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶，具有弱的自硬性；固硫产物Ⅱ-CaSO4，溶解速率小且水化缓慢，与被包裹的f-CaO在水化过程中可以生成CaSO42H2O、Ca(OH)2和AFt，而产生一定膨胀作用，避免了用于地暖保护层出现的收缩开裂；由于炉渣表观密度小，利用固硫灰和炉渣制备的自密实混凝土干表观密度较小，对楼板增加的荷载小。
进一步的，通过大量利用电场脱硫工艺的飞灰及炉渣，实现了废物再利用，符合低碳减排的可持续发展的要求。
本发明还提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土的制备方法，采用干料先拌和均匀，然后加部分拌和水，可以使水灰比较小的粘稠拌合物包裹住炉渣颗粒，即可以减缓炉渣吸入较多水分，还可以改善炉渣与浆体的界面过渡区，提高强度；之后加入掺有减水剂的剩余拌和水，可以确保拌合物具有较好的流动性与扩展度。
附图说明
图1为本发明所述的用于地暖保护层的自密实混凝土的制备过程流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，按质量份数计，所述自密实混凝土的原料组成包括：固硫灰30％-35％，炉渣35％-40％，硅酸盐水泥12％-18％，减水剂1.0％-2.0％，水15％-18％，上述各原料组成的质量百分数之和为100％；所述自密实混凝土的初始扩展度为500-600mm，干表观密度为1400-1600Kg/m3；导热系数为0.2480-0.2752W/m·K。
固硫灰为燃煤电厂采用脱硫工艺后从烟道收集得到的飞灰；其中，脱硫工艺为湿法烟气脱硫工艺或干法循环流化床烟气脱硫工艺；固硫灰的平均粒径为30-50μm，比表面积为400-450m2/kg；按质量百分数计，固硫灰的化学成分包括SiO2 40-50％，CaO 10-20％，Al2O315-20％，SO37-12％，Fe2O37-13％，MgO1-2％，f-CaO 2-5％，烧失量4-7％，上述各组分的质量百分比之和为100％。
炉渣为燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.5-2.7；炉渣为燃煤电厂、工业和民用锅炉或其他设备燃煤后排出的燃煤废渣；本发明优选的，炉渣采用燃煤电厂排出的燃煤废渣。
水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，聚羧酸高性能减水剂的固含量为20％-40％，聚羧酸高性能减水剂为无色透明液体，均匀且无沉淀；聚羧酸高性能减水剂的掺量为自密实混凝土原料总质量的1.0％-2.0％。
如附图1所示，本发明还提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入强制式搅拌机中，干料搅拌，得到混合均匀的干料。
步骤2、在混合均匀的干料中，加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；其中，搅拌时间为60-80s，搅拌速率45r/min。
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，搅拌，得到所述的自密实混凝土；其中，搅拌时间为160-180s，搅拌速率45r/min。
本发明所述的用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法，采用炉渣作为骨料，固硫灰及水泥作为凝胶材料，充分利用固硫灰的火山灰活性、自硬性及膨胀性能，避免了用于地暖保护层出现的收缩开裂；由于炉渣表观密度小，利用固硫灰和炉渣制备的自密实混凝土干表观密度较小，对楼板增加的荷载小。
本发明中，制备过程采用干料先拌和均匀，然后加部分拌和水，可以使水灰比较小的粘稠拌合物包裹住炉渣颗粒，即可以减缓炉渣吸入较多水分，还可以改善炉渣与浆体的界面过渡区，提高强度；之后加入掺有减水剂的剩余拌和水，可以确保拌合物具有较好的流动性与扩展度。
实施例1
本实施例1提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，所述自密实混凝土的原料组成包括：
P.O42.5普通硅酸盐水泥：210kg；
固硫灰：600kg；
炉渣：605kg；
聚羧酸高性能减水剂：18kg；
水：285kg。
其中，聚羧酸高性能减水剂的固含量为30％；固硫灰的平均粒径为40μm，比表面积为425m2/kg，烧失量为7％；炉渣为燃煤电厂排出的燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.6。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入单卧轴强制式搅拌机中，干料搅拌，得到混合均匀的干料。
步骤2、在混合均匀的干料中加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；其中，搅拌时间为60s，搅拌速率为45r/min。
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土；其中，搅拌时间为160s，搅拌速率为45r/min。
利用本实施例1所述的自密实混凝土作为地暖保护层时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始扩展度为550mm，无泌水现象；湿表观密度为1718kg/m3，干表观密度为1408kg/m3；7d抗压强度为12.5MPa，28d抗压强度为23.3MPa；导热系数为0.2613W/m·K。
实施例2
本实施例2提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，所述自密实混凝土的原料组成包括：
P.O42.5普通硅酸盐水泥：260kg；
固硫灰：530kg；
炉渣：710kg；
聚羧酸高性能减水剂：27kg；
水：260kg。
其中，聚羧酸高性能减水剂的固含量为20％；固硫灰的平均粒径为30μm，比表面积为450m2/kg，烧失量为4％；炉渣为锅炉排出的燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.7。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入单卧轴强制式搅拌机中，干料搅拌，得到混合均匀的干料。
步骤2、在混合均匀的干料中加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；其中，搅拌时间为70s，搅拌速率为45r/min。
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土；其中，搅拌时间为170s，搅拌速率为45r/min。
利用本实施例2所述的自密实混凝土作为地暖保护层时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始扩展度为565mm，无泌水现象；湿表观密度为1787kg/m3，干表观密度为1485kg/m3；7d抗压强度为13.1MPa，28d抗压强度为24.6MPa；导热系数为0.2672W/m·K。
实施例3
本实施例3提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，所述自密实混凝土的原料组成包括：
P.O42.5普通硅酸盐水泥：325kg；
固硫灰：546kg；
炉渣：695kg；
聚羧酸高性能减水剂：16kg；
水：270kg。
其中，聚羧酸高性能减水剂的固含量为40％；固硫灰的平均粒径为50μm，比表面积为400m2/kg，烧失量为5％；炉渣为燃煤电厂排出的燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.5。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入单卧轴强制式搅拌机中，干料搅拌，得到混合均匀的干料。
步骤2、在混合均匀的干料中加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；其中，搅拌时间为80s，搅拌速率为45r/min。
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土；其中，搅拌时间为180s，搅拌速率为45r/min。
利用本实施例3所述的自密实混凝土作为地暖保护层时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始扩展度为500mm，无泌水现象；湿表观密度为1852kg/m3，干表观密度为1600kg/m3；7d抗压强度为14.1MPa，28d抗压强度为26.5MPa；导热系数为0.2752W/m·K。
实施例4
本实施例4提供了一种用于地暖保护层的自密实混凝土，所述自密实混凝土的原料组成包括：
P.O42.5普通硅酸盐水泥：215kg；
固硫灰：554kg；
炉渣：605kg；
聚羧酸高性能减水剂：19kg；
水：310kg。
其中，聚羧酸高性能减水剂的固含量为30％；固硫灰的平均粒径为45μm，比表面积为420m2/kg，烧失量为6％；炉渣为燃煤电厂排出的燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.6。
制备过程：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入单卧轴强制式搅拌机中，干料搅拌，得到混合均匀的干料。
步骤2、在混合均匀的干料中加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；其中，搅拌时间为60s，搅拌速率为45r/min。
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土；其中，搅拌时间为160s，搅拌速率为45r/min。
利用本实施例4所述的自密实混凝土作为地暖保护层时，对其性能进行测试，测试结果具体如下：初始扩展度为600mm，无泌水现象；湿表观密度为1703kg/m3，干表观密度为1400kg/m3；7d抗压强度为11.2MPa，28d抗压强度为22.6MPa；导热系数为0.2480W/m·K。
本发明实施例1-4中，固硫灰均为燃煤电厂采用脱硫工艺后从烟道处收集得到的飞灰，固硫灰的化学组成包括SiO2 40-50％，CaO 10-20％，Al2O315-20％，SO37-12％，Fe2O37-13％，MgO1-2％，f-CaO 2-5％；上述各组分的质量百分比之和为100％；烧失量4-7％。
固硫灰作为循环流化床燃煤发电的副产物，较低的炉膛燃烧环境(850～900℃)和炉内固硫技术，使固硫灰具有火山灰活性、自硬性及一定的膨胀性；另外，炉渣本身轻质多孔；以固硫灰和炉渣为主要原材料配制地暖保护层自密实混凝土，既可以克服细石混凝土或砂浆保护层易于开裂的问题，而且大量利用了脱硫灰与炉渣，符合低碳减排可持续发展的要求。
本发明所述的用于地暖保护层的自密实混凝土及其制备方法，主要利用固硫灰和炉渣，采用炉渣作为骨料，固硫灰及水泥作为凝胶材料，充分利用固硫灰的火山灰活性、自硬性及膨胀性能。
其中，固硫灰中含有少量的活性SiO2和Al2O3，在水泥水化产物Ca(OH)2的作用下可发生水化反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶，即为火山灰活性；固硫灰中的钙质组分也可以部分与水发生火山灰反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶，具有弱的自硬性；固硫产物Ⅱ-CaSO4，溶解速率小且水化缓慢，与被包裹的f-CaO在水化过程中可以生成CaSO4·2H2O，Ca(OH)2和AFt，而产生一定膨胀作用，避免了用于地暖保护层出现的收缩开裂；由于炉渣表观密度小，利用固硫灰和炉渣制备的自密实混凝土干表观密度较小，对楼板增加的荷载小；具有低碳、环保，施工简便，性能优良，完全可以满足地暖保护层材料的要求。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (5)

1.一种用于地暖保护层的自密实混凝土，其特征在于，按质量百分数计，所述自密实混凝土的原料组成包括：固硫灰30％-35％，炉渣35％-40％，水泥12％-18％，减水剂1.0％-2.0％，水15％-18％，上述各原料组成的质量百分数之和为100％；
固硫灰的平均粒径为30-50μm，比表面积为400-450m2/kg；
按质量百分数计，固硫灰的化学成分包括SiO2 30％～40％，CaO 10％～20％，Al2O310％～20％，SO3 7％～12％，Fe2O3 7％～13％，MgO 1％～2％，f-CaO 2％～5％；
炉渣为燃煤废渣，炉渣的细度模数为2.5-2.7；
所述自密实混凝土的初始扩展度为500-600mm，干表观密度为1400-1600Kg/m3；导热系数为0.2480-0.2752W/m·K；
所述的一种用于地暖保护层的自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照各原料的质量分数要求，取固硫灰、炉渣及水泥，放入搅拌机中，干料搅拌，得到混合干料；
步骤2、在混合干料中，加入2/3重量的水，搅拌得到粘稠拌合物；
步骤3、将减水剂掺入剩余水中，混合后加入到步骤2中的粘稠拌合物中，持续搅拌，得到所述的自密实混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种用于地暖保护层的自密实混凝土，其特征在于，固硫灰为燃煤电厂采用脱硫工艺后从烟道处收集得到的飞灰；其中，脱硫工艺为湿法烟气脱硫工艺或干法循环流化床烟气脱硫工艺。
3.根据权利要求1所述的一种用于地暖保护层的自密实混凝土，其特征在于，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，聚羧酸高性能减水剂的固含量为20％-40％。
4.根据权利要求1所述的一种用于地暖保护层的自密实混凝土，其特征在于，步骤1中，搅拌机为强制式搅拌机。
5.根据权利要求1所述的一种用于地暖保护层的自密实混凝土，其特征在于，步骤2中，搅拌时间为60-80s，搅拌速率45r/min，得到粘稠拌合物；步骤3中，搅拌时间为160-180s，搅拌速率45r/min。
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