CN116023098A - 一种低碳高耐久混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳高耐久混凝土，以少量高品质高活性胶凝材料为基础，以山区就地加工的大量石粉为惰性掺合料，通过特定原材料、配比、混合料制备工艺的形成了低工业品用量的低碳高耐久混凝土，在保证工作性和力学性能满足C25‑C50混凝土施工要求的基础上，提高了混凝土耐久性，大幅降低了需要远距离运输工业品原料的使用量，节约了运输费用，显著降低了碳排放。

Description

一种低碳高耐久混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种低碳高耐久混凝土。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，其具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时硬化后的混凝土抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。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。混凝土是偏远山区开展基础设施建设时得重要建筑材料，由于工业发展落后，混凝土的常规原材料所依靠的工业副产物，如水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣粉等在偏远山区难以获取，需要通过大量运输到建设地使用，且传统的1方C25--C50混凝土需要300kg-480kg的工业品，因此，要满足偏远山区建设的混凝土需求，势必造成混凝土常规工业原材料运费高昂，从而使混凝土制备成本和碳排放量居高不下。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种低碳高耐久混凝土，以少量高品质高活性胶凝材料为基础，以山区就地加工的大量石粉为惰性掺合料，通过特定原材料、配比、制备工艺的特定组合制备得到高耐久混凝土，在保证性能满足要求基础上，大量减少了远距离运输原料的运输费。
本发明通过以下技术方案实现:
一种低碳高耐久混凝土，所述混凝土包括按重量份计的下述成分：P·Ⅰ\P·Ⅱ52.5硅酸水泥20～80份、S105矿渣粉10～40份、硅灰10～30份、石粉240～380份、水115～140份、砂600～800份、粒径为10-31.5mm大石800～900份、粒径为5-10mm小石300～400份、分散剂0.01-1份、减水剂5～20份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将P·Ⅰ\P·Ⅱ52.5硅酸水泥、硅灰、S105矿渣粉、分散剂进行粉磨分散，得到混合料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混合料混合并加水搅拌制备得到。
所述混凝土水胶比范围为：0.25～0.32。
所述硅灰为半加密、高加密硅灰，其活性二氧化硅含量≥90％。
所述石粉为采用岩石破碎粉磨制得，比表面积≥400m2/g，MB值≤1，其中所述石粉的母岩包括石灰石、玄武岩、花岗岩、石英岩、白云岩、凝灰岩石中的一种或多种。
所述砂为机制砂，细度模数为2.3～3.2，0.075mm以下颗粒含量≥3％，MB值≤1；优选的0.075mm以下颗粒含量≥5％，0.075mm以下颗粒越多越好，一般最高能达到20％。
所述粉磨采用球磨机进行粉磨，球料比(质量比)3.0-8.0，物料的有效粉磨时间为5-10分钟。
所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述减水剂减水率≥25％。
所述分散剂为醇胺类分散剂，优选三异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或几种。
1、本发明选用P·Ⅰ52.5、P·Ⅱ52.5以上强度等级的高强度硅酸盐水泥，；S105及以上的高活性矿渣粉、高加密硅灰(活性二氧化硅含量≥90％)作为激发水泥强度并提升耐久性的矿物掺和材料并在制备时先将水泥、硅灰、矿粉采用粉磨混合处理，可以很好的利用可就地生产的石粉作为混凝土的浆体惰性掺和材或微集料，仅采用40-150kg水泥、矿粉、硅灰三种工业品，就可完成1方C25--C50混凝土的制备，远低于传统混凝土每立方米300kg-480kg的工业品消耗，大幅降低了工业品消耗，节约了运费，降低了碳排放。相比现有技术，节省了长距离运输制备混凝土的工业品原料的成本，还提升了混凝土的性能。
2、本发明选用P·Ⅰ52.5、P·Ⅱ52.5以上强度等级的高强度硅酸盐水泥，有效提高了胶凝材料中的熟料比例，减少普通硅酸盐水泥中混合材的用量；S105及以上的高活性矿渣粉、高加密硅灰(活性二氧化硅含量≥90％)作为激发水泥强度并提升耐久性的矿物掺和材料。水泥、硅灰、矿粉、分散剂进行粉磨混合，不仅进一步细化了水泥和矿粉颗粒，还实现了加密硅灰在胶凝材料中的均匀分布，避免了加密硅灰在混凝土中形成团聚带来的负面影响，有效提高了硅灰的利用效率。
3、本发明合理利用可就地生产的石粉作为混凝土的浆体惰性掺和材或微集料，有效提升了混凝土的浆体体积，与聚羧酸高效减水剂相结合，形成了流态化的超低水粉比混凝土制备方案，解决了低工业品用量在混凝土的时的流动性问题。
4、本发明所制备的低碳高耐久混凝土的孔隙率远低于常规混凝土，不仅解决了混凝土在超低工业品用量下的强度问题，还提升了抗渗性、抗冻性等耐久性指标。
具体实施方式：
实施例1：
一种低碳高耐久混凝土，所述混凝土包括按重量份计的下述成分：P·Ⅰ525硅酸水泥30份、S105矿渣粉10份、半加密硅灰10份、石粉325份、水120份、砂660份、粒径为10-31.5mm大石850份、粒径为5-10mm小石360份、分散剂(三乙醇胺)0.02份、减水剂8份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将20份P·Ⅰ52.5硅酸水泥、10份硅灰、10份S105矿粉、0.02份的分散剂加入到球磨机混磨8min，得到混合料,然后将砂、石、石粉、减水剂及混合料加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
实施例2:
一种低碳高耐久混凝土，所述混凝土包括按重量份计的下述成分：P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥60份、S105矿渣粉20份、半加密硅灰20份、石粉310份、水120份、砂650份、粒径为10-31.5mm大石900份、粒径为5-10mm小石370份、分散剂(三异丙醇胺)0.03份、减水剂12份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将60份P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥、20份硅灰、20份S105、0.03份的分散剂加入球磨机混磨10min得到混料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混合料加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
实施例3:
一种低碳高耐久混凝土，所述混凝土包括按重量份计的下述成分：P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥80份、S105矿渣粉20份、高加密硅灰30份、石粉300份、水125份、砂670份、粒径为10-31.5mm大石800份、粒径为5-10mm小石320份、分散剂(三异丙醇胺)0.03份、减水剂12份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将80份P·Ⅰ52.5硅酸水泥、30份硅灰、20份S105矿粉、0.03份分散剂加入球磨机混磨10min得到混合料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混合料加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
上述实施例1-3中，半加密硅灰/高加密硅灰，其活性二氧化硅含量为92％。所述石粉为采用岩石破碎粉磨制得，比表面积≥400m2/g，MB值≤1，其中所述石粉的是采用石灰石、花岗岩、石英岩、凝灰岩破碎粉磨得到。
所述砂为机制砂，细度模数为3.0，0.075mm以下颗粒含量8％，MB值≤1；
所述粉磨采用球磨机进行粉磨，球料比(质量比)5.0。所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂，所述减水剂减水率为25％，加入拌合水后能够快速溶解。
为了更好的说明本发明的优点，本发明进一步提供了以下对比例。
对比例1:
混凝土配方：P·O42.5普通硅酸盐水泥80份、S105矿渣粉20份、硅灰30份、石粉300份、水125份、砂670份、粒径为10-31.5mm大石800份、粒径为5-10mm小石320份、分散剂(三异丙醇胺)0.03份，减水剂12份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将80份P·O42.5普通硅酸盐水泥、30份硅灰、20份S105矿粉、0.03份分散剂加入球磨机混磨10min得到混合料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混料加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
对比例2:
混凝土组分为：P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥80份、S75矿渣粉20份、硅灰30份、石粉300份、水125份、砂670份、粒径为10-31.5mm大石800份、粒径为5-10mm小石320份、分散剂(三异丙醇胺)0.03份，减水剂12份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将80份P·Ⅰ52.5硅酸水泥、30份硅灰、20份S75矿粉、4.8份粉剂减水剂加入球磨机混磨10min得到混合料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混合料加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
对比例3:
混凝土组分为：P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥80份、S105矿渣粉20份、硅灰30份、石粉300份、水125份、砂670份、粒径为10-31.5mm大石800份、粒径为5-10mm小石320份、分散剂(三异丙醇胺)0.03份，减水剂12份，所述混凝土通过下述方法制备得到:将80份P·Ⅰ52.5硅酸水泥、30份硅灰、20份S105矿粉、0.03份分散剂、减水剂、石粉、砂、石加入搅拌机干混15S，最后加入水搅拌制备得到。
对实施例1-3.对比例1-3的新拌混凝土进行工作性测试，之后成型100mm*100mm*100mm混凝土抗压试件，待标准养护龄期到达7d、28d、56d后进行混凝土抗压强度测试，并依据GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准，成型电通量以及冻融循环测试试件，按标准方法测试其耐久性。
实施例1-3以及对比例1-3结果如下表1所示：
表1实施例及对比例长期力学性能及耐久性测试
Figure BDA0004033713960000051
结果分析：
实施例1-3通过本发明方法制备得到的低碳高耐久混凝土，强度等级覆盖C25-C50,工作性优良，按照实施例1-3所制备的耐久性试件均通过300次冻融循环测试，电通量不超过1000库伦，实施例1-3所制备的混凝土单方水泥用量均控制在100kg/m3以下。
对比例1在实施例3的基础上将P·Ⅰ52.5水泥替换为P·O42.5水泥，对比例2在实施例3的基础上将S105矿粉替换为S75矿粉。对比例1相较实施例3在工作性上差异不大，但力学性能大幅下降，其电通量超过600库伦，经过300次冻融循环，其相对动弹模量及相对质量下降明显；
对比例2相较实施例3在工作性上差异不大，但力学性能相对降低，其长期耐久性下降明显，经过300次冻融循环，对比例2耐久性试件遭到破坏。
对比例3与实施例3采用相同的原材料配比，制备工艺选择普通混凝土制备、拌合工艺，对比例3所制备的混凝土工作性极差，不利于施工，其长期力学性能相较实施例3严重下降，对比例3电通量接近2000库伦，经过200次冻融循环耐久性测试后，试件严重破损。

Claims (9)

1.一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述混凝土包括按重量份计的下述成分：P·Ⅰ\P·Ⅱ52.5硅酸水泥20～80份、S105矿渣粉10～40份、硅灰10～30份、石粉240～380份、水115～140份、砂600～800份、粒径为10-31.5mm大石800～900份、粒径为5-10mm小石300～400份、分散剂0.01-1份，减水剂5～20份，所述混凝土通过下述方法制备得到:先将P·Ⅰ\P·Ⅱ52.5硅酸水泥、硅灰、S105矿渣粉、分散剂进行粉磨分散得到混合料，然后将砂、石、石粉、减水剂及混料混合加水搅拌制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述混凝土水胶比范围为：0.25～0.32。
3.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述硅灰为半加密硅灰和/或高加密硅灰，其活性二氧化硅含量≥90％。
4.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述石粉为采用岩石破碎粉磨制得，比表面积≥400m2/g，MB值≤1，其中所述石粉的母岩包括石灰石、玄武岩、花岗岩、石英岩、白云岩、凝灰岩石中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述砂为机制砂，细度模数为2.3～3.2，0.075mm以下颗粒含量≥3％，MB值≤1。
6.根据权利要求5所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述机制砂0.075mm以下颗粒含量≥5％，砂子经过硫酸钠溶液5次坚固性循环测试，其质量损失≤8％，砂总压碎值标≤30％。
7.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述粉磨采用球磨机进行粉磨，球料比3.0-8.0，物料的有效粉磨时间为5-10分钟。
8.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述减水剂减水率≥25％。
9.根据权利要求1所述的一种低碳高耐久混凝土，其特征在于：所述分散剂为醇胺类分散剂，优选三异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或几种。
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