CN115536347A - 一种高性能低碳混凝土 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种高性能低碳混凝土。一种高性能低碳混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：硅酸盐石灰石水泥20‑40份、矿渣粉30‑50份、硅灰40‑60份、稻壳灰40‑60份、橡胶粉10‑20份、增强纤维10‑25份、粗骨料600‑800份、细骨料400‑500份、减水剂15‑25份和水120‑140份。本申请的混凝土具有低碳环保、力学性能好以及抗裂性能好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高性能低碳混凝土。
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。这些特点使其在各种木工程中得到广泛应用。
混凝土大多采用水泥制作而成，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，水泥业是名副其实的碳排放大户。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。
随着人类社会文明的发展，全球碳排放总量已经达到濒危临界值，各国都响应号召展开了节能减排的行动，在此背景下，一种低碳混凝土的开发与利用具有非常重要的现实意义。
发明内容
为了符合国家节能减排的号召，本申请提供一种高性能低碳混凝土。
本申请提供的一种高性能低碳混凝土，采用如下的技术方案：
一种高性能低碳混凝土，包括以下重量份的原料：硅酸盐石灰石水泥20-40份、矿渣粉30-50份、硅灰40-60份、稻壳灰40-60份、橡胶粉10-20份、增强纤维10-25份、粗骨料600-800份、细骨料400-500份、减水剂15-25份和水120-140份。
通过采用上述技术方案，硅酸盐石灰石水泥中含有的石灰石较多，能够减小水泥生产过程中的碳排放；硅灰是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成，硅灰是大工业冶炼中的副产物，用硅灰代替水泥同样能够生产强度高并且和易性好的混凝土；稻壳灰具有含大量的Si02,干燥后体积不膨胀，也耐腐蚀，用硅灰代替混凝土能够节约资源、降低能耗，还可改善混凝土的品质；废橡胶粉加入到轻质再生混凝土的原料中，不仅能够对废物回收利用、降低成本，而且还能够填充水泥之间的空隙，增强混凝土的抗压抗弯强度。
本发明选用硅酸盐石灰石水泥、矿渣粉、硅灰和稻壳灰作为胶凝材料的原料，大量利用了矿渣粉和稻壳灰等固体废弃物，具有环保效益，可替代水泥使用，水泥、矿渣粉、硅灰和稻壳灰互相激发共同作用提高混凝土的强度，使混凝土的强度保持施工要求，减少CO2等温室气体的排放。
优选的，所述增强纤维包括木质素纤维。
通过采用上述技术方案，木质素纤维与水泥或者骨料有较强的结合力，从而减小混凝土的开裂，另外稻壳灰和硅灰比表面积大，极易吸水，木质素纤维具有良好的保水释水功能,还具有强劲的交联织补功能，它与水泥混合后搭接成三维立体结构，能够有效调节混凝土的湿度平衡，有效地减少混凝土龟裂。
优选的，所述木质素纤维经过以下改性处理步骤：
S1：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中制得表面处理剂；
S2：将木质素纤维加入表面处理剂中浸泡,取出木质素纤维，干燥。
通过采用上述技术方案，烷硅偶联剂对木质素纤维进行改性，进一步增加了木质素纤维与水泥或者骨料的结合力，从而进一步减小混凝土的开裂。
优选的，所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维的质量比为(35-45)：(45-50)：(50-60)：(5-10)。
通过采用上述技术方案，矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维的质量比在上述范围内，制备的混凝土力学性能好，抗裂性能好。
优选的，所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维的质量比为40：45：50：5。
通过采用上述技术方案，矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维的质量比在上述范围内，制备的混凝土力学性能较好，抗裂性能较好。
优选的，原料中还添加有钢渣粉。
通过采用上述技术方案，钢渣粉组成主要是硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸盐和少量的方镁石以及游离氧化钙，钢渣粉的化学成分主要有CaO,SiO3,Fe2O3,MgO等，钢渣粉经化学激发和机械激发后均具有较强的水硬胶凝性，钢渣粉在水化硬化过程中，不仅不消耗水泥水化产生的氢氧化钙，相反它自身的水化还要产生少量的氢氧化钙，有利于增加混凝土的强度，同时还能够进一步促进硅灰和稻壳灰的火山灰反应；
稻壳灰和硅灰中的SiO2和钢渣粉中MgO、FeO等会生成较高强度的水化产物，提高混凝土强度，稻壳灰和硅灰吸附性能强，能够吸收钢渣粉中的氧化钙从而缓解钢渣粉的安定性不良问题，钢渣粉中的游离氧化钙及其水化产物氢氧化钙同样也可作为稻壳灰和硅灰二次水化反应的激发剂，提高混凝土的力学性能。
优选的，所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维和钢渣粉的质量比为40：60：50：5:75。
通过采用上述技术方案，矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维与钢渣粉的质量比在上述范围混凝土的力学性能较佳。
优选的，所述增强纤维还包括钢纤维。
通过采用上述技术方案，稻壳灰与钢纤维有较强的粘接力,能够有效增强混凝土的力学性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本发明选用硅酸盐石灰石水泥、矿渣粉、硅灰和稻壳灰作为胶凝材料的原料，大量利用了矿渣粉和稻壳灰等固体废弃物，具有环保效益，可替代水泥使用，水泥、矿渣粉、硅灰和稻壳灰互相激发共同作用提高混凝土的强度，使混凝土的强度保持施工要求，减少CO2等温室气体的排放；
2、木质素纤维与水泥或者骨料有较强的结合力，从而减小混凝土的开裂，另外稻壳灰和硅灰比表面积大，极易吸水，木质素纤维具有良好的保水释水功能,还具有强劲的交联织补功能，它与水泥混合后搭接成三维立体结构，能够有效调节混凝土的湿度平衡，有效地减少混凝土龟裂；
3、钢渣粉经化学激发和机械激发后均具有较强的水硬胶凝性，钢渣粉在水化硬化过程中，不仅不消耗水泥水化产生的氢氧化钙，相反它自身的水化还要产生少量的氢氧化钙，有利于增加混凝土的强度，同时还能够进一步促进硅灰和稻壳灰的火山灰反应；稻壳灰和硅灰中的SiO2和钢渣粉中MgO、FeO等会生成较高强度的水化产物，提高混凝土强度，稻壳灰和硅灰吸附性能强，能够吸收钢渣粉中的氧化钙从而缓解钢渣粉的安定性不良问题，钢渣粉中的游离氧化钙及其水化产物氢氧化钙同样也可作为稻壳灰和硅灰二次水化反应的激发剂，提高混凝土的力学性能。
具体实施方式
原料来源：
硅酸盐石灰石水泥来自福海三海水泥责任有限公司；
矿渣粉来自灵寿县福达矿产品加工厂；
硅灰来自江西宸鑫新材料有限公司；
稻壳灰来自上海沃绿贸易有限公司；
减水剂来自济南旭顺化工有限公司，型号0017；
木质素纤维来自山东豪耀新材料有限公司；
钢纤维来自常州市博超工程材料有限公司；
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种高性能低碳混凝土，由以下重量份的原料混合制成：硅酸盐石灰石水泥20kg、矿渣粉30kg份、硅灰40kg、稻壳灰40kg、橡胶粉10kg、增强纤维10kg、粗骨料600kg、细骨料400kg、减水剂15kg和水120kg；
其中，增强纤维为木质素纤维和钢纤维，木质素纤维和钢纤维的质量比为1:2。
实施例2
一种高性能低碳混凝土，由以下重量份的原料混合制成：硅酸盐石灰石水泥30kg、矿渣粉40kg份、硅灰50kg、稻壳灰50kg、橡胶粉15kg、增强纤维18kg、粗骨料700kg、细骨料450kg、减水剂20kg和水130kg；
其中，增强纤维为木质素纤维和钢纤维，木质素纤维和钢纤维的质量比为1:2。
实施例3
一种高性能低碳混凝土，由以下重量份的原料混合制成：硅酸盐石灰石水泥40kg、矿渣粉50kg份、硅灰60kg、稻壳灰60kg、橡胶粉20kg、增强纤维25kg、粗骨料800kg、细骨料500kg、减水剂25kg和水140kg；
其中，增强纤维为木质素纤维和钢纤维，木质素纤维和钢纤维的质量比为1:2。
实施例4
实施例4与实施例3的不同之处在于，
木质素纤维经过以下改性处理步骤：
S1：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中制得质量分数为2％表面处理剂；
S2：将木质素纤维加入表面处理剂中浸泡2h,取出木质素纤维，干燥。
实施例5
实施例5与实施例4的不同之处在于，矿渣粉的添加量为35kg、硅灰的添加量为48kg、稻壳灰的添加量为55kg、木质素纤维的添加量为10kg，其余步骤均与实施例4相同。
实施例6
实施例6与实施例4的不同之处在于，矿渣粉的添加量为40kg、硅灰的添加量为45kg、稻壳灰的添加量为50kg、改性后木质素纤维的添加量为5kg，其余步骤均与实施例4相同。
实施例7
实施例7与实施例4的不同之处在于，矿渣粉的添加量为45kg、硅灰的添加量为50kg、稻壳灰的添加量为60kg、改性后木质素纤维的添加量为7kg，其余步骤均与实施例4相同。
实施例8
实施例8与实施例4的不同之处在于，矿渣粉的添加量为30kg、硅灰的添加量为40kg、稻壳灰的添加量为45kg、改性后木质素纤维的添加量为3kg，其余步骤均与实施例4相同。
实施例9
实施例9与实施例6的不同之处在于，原料中还添加有70kg钢渣粉，其余步骤与实施例6相同。
实施例10
实施例10与实施例9的不同之处在于，稻壳灰的添加量为60kg，硅灰的添加量为50kg，钢渣粉的添加量为75kg，其余步骤均与实施例9相同。
实施例11
实施例11与实施例10的不同之处在于，稻壳灰的添加量为55kg，硅灰的添加量为60kg，钢渣粉的添加量为80kg，其余步骤均与实施例10相同。
实施例12
实施例12与实施例10的不同之处在于，将钢渣粉替换为硅灰，其余步骤均与实施例10相同。
实施例13
实施例13与实施例10的不同之处在于，将钢纤维替换为炭纤维，其余步骤均与实施例10相同。
对比例
对比例1
对比例1与实施例10的不同之处在于，未添加矿渣粉，其余步骤均与实施例10相同。
对比例2
对比例2与实施例10的不同之处在于，未添加硅灰，其余步骤均与实施例10相同。
对比例3
对比例3与实施例10的不同之处在于，未添加稻壳灰，其余步骤均与实施例10相同。
对比例4
对比例4与实施例10的不同之处在于，将木质素纤维替换为聚氨酯纤维，其余步骤均与实施例10相同。
对比例5
对比例5与实施例10的不同之处在于，将稻壳灰替换为硅灰，其余步骤均与实施例10相同。
性能检测试验性能检测试验：将实施例1-13和对比例15得到的高性能低碳混凝土进行早期抗裂性能测试，参照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》进行，并计算混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积；对实施例1-13和对比例15制备的混凝土试(100mm×100mm×100mm)养护到28d，测试混凝土试件的抗压强度；下表为实施例1-13和对比例15的抗裂性能以及力学性能测试数据：
表1实施例1-13和对比例15的抗裂性能以及力学性能测试数据
结合实施例1-3以及表1的数据可以看出，实施例3制备的混凝土的康磊性能以及力学性能较优；
结合实施例3-4以及表1的数据可以看出，经过改性的木质素纤维能够有效增加混凝土的抗裂性能，减少裂缝条数和缩小裂缝面积。
结合实施例5-8以及表1的数据可以看出，矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维的质量比在(35-45)：(45-50)：(50-60)：(5-10)的范围内，制备的混凝土力学性能好，抗裂性能好；
结合实施例6、实施例9-11以及表1的数据可以看出，向混凝土中添加钢渣有利于增加混凝土的强度，并且矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维和钢渣粉的质量比为40：60：50：5:75时制备的混凝体性能较优。对比对比实施例10以及实施例12得知，钢渣在混凝土中有很重要的作用，主要是钢渣能够激发稻壳灰和硅灰的火山灰反应，而稻壳灰和火山灰也能稳定钢渣，三者相互协同从而提高混凝土的力学性能；
结合实施例10、实施例13以及表1的数据可知，将钢纤维替换为炭纤维，混凝土的抗裂性能下降，主要由于钢纤维与稻壳灰之间的结合力强，从而能够减小裂缝的生成。
结合对比例1-5的数据可知，水泥、矿渣粉、硅灰和稻壳灰互相激发共同作用提高混凝土的强度，木质素纤维与水泥或者骨料有较强的结合力，从而减小混凝土的开裂，另外稻壳灰和硅灰比表面积大，极易吸水，木质素纤维具有良好的保水释水功能,还具有强劲的交联织补功能，它与水泥混合后搭接成三维立体结构，能够有效调节混凝土的湿度平衡，有效地减少混凝土龟裂,水泥、矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维协同作用作用提高混凝土的力学性能和抗裂性能，使混凝土的强度保持施工要求，还能减少CO2等温室气体的排放。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种高性能低碳混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：硅酸盐石灰石水泥20-40份、矿渣粉30-50份、硅灰40-60份、稻壳灰40-60份、橡胶粉10-20份、增强纤维10-25份、粗骨料600-800份、细骨料400-500份、减水剂15-25份和水120-140份。
2.根据权利要求1所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述增强纤维包括木质素纤维。
3.根据权利要求2所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述木质素纤维经过以下改性处理步骤：
S1：将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中制得表面处理剂；
S2：将木质素纤维加入表面处理剂中浸泡,取出木质素纤维，干燥。
4.根据权利要求2所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰和木质素纤维的质量比为（35-45）：（45-50）：（50-60）：（5-10）。
5.根据权利要求4所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维的质量比为40：45：50：5。
6.根据权利要求1所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：原料中还添加有钢渣粉。
7.根据权利要求1所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述矿渣粉、硅灰、稻壳灰、木质素纤维和钢渣粉的质量比为40：60：50：5:75。
8.根据权利要求1所述的高性能低碳混凝土，其特征在于：所述增强纤维还包括钢纤维。
Priority Applications (1)
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| CN202211289484.7A CN115536347A (zh) | 2022-10-20 | 2022-10-20 | 一种高性能低碳混凝土 |
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2022
- 2022-10-20 CN CN202211289484.7A patent/CN115536347A/zh active Pending
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