CN115745504A - 低碳排放量绿色超高性能的混凝土 - Google Patents

Abstract

本申请公开了低碳排放量绿色超高性能的混凝土。该混凝土按照重量份包含以下组分：矿粉300‑1000份、粉煤灰50‑120份、硅灰50‑120份、硅酸盐水泥1‑300份、石英砂600‑750份和石英石500‑1100份。本技术方案中，本发明所述的低碳排放量绿色超高性能混凝土材料，使用少量硅酸盐水泥替代碱性激发剂，使用石英石降低凝胶材料的用量，使用纳米纤维素增强新拌混凝土的和易性和流动性，使用钢纤维增强混凝土基本性能，相较于普通碱激发混凝土，可大幅降低碱性激发剂的用量，具有工程造价低，早期强度高，绿色环保，碳排放量少等特点。

Description

低碳排放量绿色超高性能的混凝土

技术领域

本申请涉及建筑材料的技术领域，尤其涉及低碳排放量绿色超高性能的混凝土。

背景技术

超高性能混凝土材料具有强度高、耐久性好、韧性大、体积稳定性高、抗爆抗辐射能力强及微裂纹自愈合等特点，用于实际工程中可延长结构使用寿命、降低后期维护成本、提升全生命周期的综合效益，在军用设施、大跨桥梁、超高层建筑和海洋平台等领域的发展潜力巨大。传统超高性能混凝土材料的制备需要使用大量水泥熟料，而水泥熟料的生产制作会伴随着大量的碳排放(水泥熟料的碳排放量约为785kg/t)和污染等环境问题。基于此，采用高炉矿粉、粉煤灰和硅灰等工业废渣代替水泥作为主要胶凝材料，采用强碱性物质作为激活剂，制备得到的新型超高性能混凝土可有效缓解建筑材料领域的重污染、高排放等突出问题。

碱激发超高性能混凝土虽然彻底摒弃了传统水泥熟料生产所带来的各类突出问题，但也带来了新的难点。为了充分激发矿粉、粉煤灰和硅灰等材料的水化活性，碱激发超高性能混凝土在生产制备的过程中往往需要大量的硅酸钠和氢氧化钠用以提升溶液中碱激发剂的浓度，使得碱激发溶液的碳排放量约为 3343kg/t，大量使用难以真正达到降低碳排放量的目标，并且碱性和腐蚀性极强。此外，碱激发超高性能混凝土的凝结速度快，初凝时间短，不利于实际工程中大面积地推广应用。

CN110606719A公布了一种碱激发矿渣混凝土及其制备工艺，采用硅酸盐水泥替代全部碱激发剂，以此激发矿渣活性，但没有添加硅酸钠溶液和钢纤维，导致混凝土强度无法达到超高性能混凝土的要求。

CN110627426A公布了一种绿色超高性能混凝土制备方法，采用机械湿法研磨的工艺对工业废渣进行破碎研磨处理，提升了废渣利用率，节能环保，但制备工艺复杂繁琐，且使用了较多的硅酸盐水泥熟料，无法满足低碳排放量的要求。

CN111620664A公布了一种非水泥基超高性能混凝土及其制备方法，采用碱激发体系激活矿粉活性，具有早期强度高的特点，但需使用大量凝胶材料和碱激发剂，难以达到绿色低碳环保的要求。

随着双碳战略目标的不断推进，建筑产业的快速升级改造，发展低碳排放量绿色超高性能混凝土材料已经具有十分重要的意义。而如何降低绿色超高性能混凝土材料制备过程中的碳排放量，与提高新拌绿色超高性能混凝土的工作性能则是两大迫切需要解决的工程技术难题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供不含水泥的低碳超高性能混凝土，能够在降低碳同时不损害力学强度。

本申请提供一种低碳排放量绿色超高性能的混凝土，按照重量份包含以下组分：矿粉400-1000份、粉煤灰50-120份、硅灰50-120份、硅酸盐水泥1-300 份、石英砂600-750份和石英石500-1100份。

可选地，还包含纳米纤维素，所述纳米纤维素的用量按照重量份为50-150 份。

可选地，还包含水玻璃溶液，所述水玻璃溶液的用量按照重量份不超过100 份。

可选地，还包含钢纤维，所述钢纤维的用量按照重量份为50-150份。

可选地，所述混凝土的减水剂的用量按照重量份为2-10份。

可选地，所述矿粉为S95级矿粉，平均粒径为3.5-5.5μm。

可选地，所述硅灰的二氧化硅质量含量≥90％，平均粒径为40-110μm。

可选地，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，平均粒径为10-14μm。

可选地，所述的石英砂的平均粒径为0.15-1.25mm；

优选地，所述石英石的平均粒径为4-10mm。

可选地，所述的高效减水剂为聚羧酸型高效减水剂，减水效果≥35％。

可选地，所述的钢纤维直径为0.2mm，体积掺量为1-2％。

可选地，所述水玻璃溶液的模数为2.4-3.3。

与相关技术相比，本申请低碳排放量绿色超高性能的混凝土具有以下有益效果为：

1.采用少量水泥部分代替碱激发剂，每方混凝土中加入10-30％的水泥可降低80-100％的碱性激发剂用量，可以在不降低混凝土强度的同时大幅减少碱性物质的用量，从而降低造价和碳排放量，达到绿色节能环保的目的。

2.在材料中加入石英石粗骨料，不仅有效改善绿色超高性能混凝土的自收缩性，还可大幅降低凝胶材料的总用量，进一步地降低造价和碳排放量。

3.通过在制备过程中加入纳米纤维素和高效减水剂，可有效的改善新拌绿色超高性能混凝土的工作性能，降低水胶比，增大流动度和坍落度，有利于实际工程中的大面积推广应用。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

<混凝土的制备>

低碳排放量绿色超高性能混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将水玻璃溶液、水、纳米纤维素和高效减水剂按照如权利要求2所述的比例混合均匀形成混合液体；

2)将矿粉、粉煤灰、硅灰、硅酸盐水泥、石英砂和石英石按照如权利要求 2所述的比例投入搅拌机中混合搅拌120-360s，待混合均匀后再将步骤1)所述的混合液体倒入搅拌机中搅拌120s，形成混合浆体；

3)将钢纤维按照如权力要求2所述的比例均匀投入步骤2)所述的混合浆体中，防止纤维出现结团现象，待所有材料混合均匀后停止搅拌，得到新拌低碳排放量绿色超高性能混凝土材料；

4)将步骤3)所述的新拌低碳排放量绿色超高性能混凝土材料装入混凝土模具中振捣30-60s，在充分振捣密实后放置24h脱模，并移入标准养护室内养护 3-28天，获得所述低碳排放量绿色超高性能混凝土材料。

<具体实例>

按照上述制备方法，制备一些混凝土的样品。这些样品的不同在于如以下不同形式的原料组分。

实施例1

本具体例混凝土，每包括如下重量分数的原料组分：S95级矿粉500份；Ⅱ级粉煤灰70份；硅灰70份；P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥70份；40-70目石英砂677份；粒径4mm石英石989份；模数2.3水玻璃溶液20份；水100份；纳米纤维素5份；减水率35％的聚羧酸型高效减水剂7份；12mm钢纤维150 份。

实施例2

本具体例低碳超高性能混凝土，包括如下重量分数的原料组分：S95级矿粉350份；Ⅱ级粉煤灰70份；硅灰70份；P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥200份； 40-70目石英砂600份；粒径4mm石英石1000份；水120份；纳米纤维素3.5 份；聚羧酸型高效减水剂8份；12mm钢纤维160份。

实施例3

本具体例低碳超高性能混凝土，包括如下重量分数的原料组分：S95级矿粉800份；Ⅱ级粉煤灰110份；硅灰110份；P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥110份； 40-70目石英砂650份；模数2.3水玻璃溶液35份；水180份；纳米纤维素5 份；减水率35％的聚羧酸型高效减水剂13份；12mm钢纤维150份。

实施例4

本具体例低碳超高性能混凝土，包括如下重量分数的原料组分：S95级矿粉1000份；Ⅱ级粉煤灰50份；硅灰50份；P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥300份； 40-70目石英砂650份；粒径4mm石英石500份；水65份；纳米纤维素1.5份；减水率35％的聚羧酸型高效减水剂13份；12mm钢纤维150份。

比较例1

与实施例1唯一不同的是，将硅酸盐水泥替换成氢氧化钠，氢氧化钠的用量为30份。

比较例2

与实施例1唯一不同的是，省略硅酸盐水泥且将水玻璃溶液的重量份替换成120份。

<评价>

参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)的规定，对以上具体例制备的不含水泥的低碳超高性能混凝土进行性能测试，参照《建筑碳排放计算标准》(GB/T51366-2019)的规定，对以上具体例制备的不含水泥的低碳超高性能混凝土进行碳排放量计算，力学强度测试和碳排放量计算结果如下：

由以上表格可知，实施例1的抗压强度相较于比较例1、比较例2分别提高了54.1％和138.1％，而实施例1的碳排放量相较于比较例1、比较例2分别降低了33.6％和15.9％，这充分说明了本发明能够在降低超高性能混凝土碳排放量的同时大幅提升其力学性能。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低碳排放量绿色超高性能的混凝土，其特征在于，按照重量份包含以下组分：矿粉300-1000份、粉煤灰50-120份、硅灰50-120份、硅酸盐水泥1-300份、石英砂600-750份和石英石500-1100份。

2.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，还包含纳米纤维素，所述纳米纤维素的用量按照重量份为50-150份。

3.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，还包含水玻璃溶液，所述水玻璃溶液的用量按照重量份不超过100份。

4.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，还包含钢纤维，所述钢纤维的用量按照重量份为50-150份；

优选地，所述混凝土的减水剂的用量按照重量份为2-10份；

优选地，所述矿粉为S95级矿粉，平均粒径为3.5-5.5μm。

5.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的二氧化硅质量含量≥90％，平均粒径为40-110μm。

6.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，平均粒径为10-14μm。

7.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述的石英砂的平均粒径为0.15-1.25mm；

优选地，所述石英石的平均粒径为4-10mm。

8.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述的高效减水剂为聚羧酸型高效减水剂，减水效果≥35％。

9.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维直径为0.2mm，体积掺量为1-2％。

10.根据权利要求1所述不含水泥的低碳超高性能混凝土，其特征在于，所述水玻璃溶液的模数为2.4-3.3。