CN116102314A - 赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域，包括以下原料：水泥、赤泥、石灰石粉、硅灰、水、细骨料、减水剂和钢纤维。其制备方法包括以下步骤：将所述水泥、赤泥、石灰石粉、硅灰以及砂干拌至均匀，然后加入水和减水剂再次搅拌，再将钢纤维加入后继续搅拌，搅拌完成后浇筑，拆模后进行标准养护，即得到所述由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土。本发明减少了水泥用量，避免了大量固废堆放带来的环境问题，同时可以达到普通UHPC的性能要求。相较于普通UHPC，本发明提供的混凝土水泥用量更少，力学性能及耐久性更为优异。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土领域，特别是涉及一种赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(UHPC,Ultra-high performance concrete)是一种新型水泥基材料，因其具有优异的力学性能和耐久性，所以被逐渐应用于土木工程建设中，特别是在一些恶劣的服役环境。但由于UHPC较大的水泥用量和极低的水灰比，导致其生产成本和二氧化碳的排放居高不下。此外，UHPC的水泥的水化程度通常也比较低(30％-35％)，大量水泥熟料未参与水化，水泥充当了昂贵的填料。因此，运用低成本的辅助胶凝材料去替代部分水泥熟料，降低水泥的消耗，这对于建筑材料资源的可持续发展以及削减碳排放都是至关重要的。
现有技术中，常使用传统辅助胶凝材料去替代UHPC中的水泥，以减少UHPC中的水泥用量，比如运用矿渣、粉煤灰等辅助胶凝材料替代水泥，但以上方法容易对UHPC的力学性能与工作性产生不利影响，例如出现抗压强度的降低与凝结速度的减慢等问题。
因此，如何提供一种水泥用量少，且抗压强度高，凝结速度快的混凝土是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，包括以下重量份数的原料：
水泥467-788份、赤泥0-321份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份；
其中，水泥、赤泥、石灰石粉和硅灰为胶凝材料的组成成分，更为优选的，硅灰为胶凝材料的15-20％。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
优选的，所述细骨料为河砂或石英砂。
更为优选的，所述石英砂粒径组成为：，16-26目55wt％、26-40目15wt％、40-70目22wt％、70-120目8wt％。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，且减水率为35-40％。
优选的，所述钢纤维为镀铜钢纤维。
有益效果：本发明中的赤泥-石灰石粉UHPC强度明显高于普通UHPC，这主要是由于赤泥、石灰石及水泥粉之间的协同效应及物理填料效应。石灰石粉中的碳酸钙会与赤泥和水泥中的铝相反应生成更加稳定的碳铝酸盐，由于体系中存在碳酸钙，其会与不稳定的单硫型硫铝酸盐(AFm)反应生成稳定的单碳型水化铝酸钙(Mc)与半碳型水化铝酸钙(Hc)，并且释放出部分SO4 2-，稳定了钙矾石的存在。大大减少钙矾石(AFt)向不稳定的AFm固溶体的转化，也会生成稳定的碳铝酸盐，致使体系中的钙矾石更加稳定，并且会使水化产物的总体积增加，从而导致体系孔隙率降低，从而提高UHPC力学性能及耐久性。
其次，本发明中的赤泥与石灰石粉颗粒具有一定的填充作用，可占据混凝土中存在的微孔和裂缝，从而令本发明提供的含有石灰石粉的混凝土体系比不含石灰石粉的混凝土体系密实度更高，并对氯化物和其他气体进入混凝土提供更大的抵抗力。
此外，本发明中使用的赤泥包含氧化铝，提供额外的铝相，从而降低硫酸盐与氧化铝的比率，促进了石灰石粉末、赤泥以及水泥之间的协同效应。由于赤泥的氧化铝含量较高，赤泥会截留氯离子通道，并减少其渗透到UHPC中。同时，赤泥的高比表面积，会填充存在于体系中的裂缝和孔隙，减少氯化物和一些其他气体进入UHPC体系。此外，赤泥的高碱性活性也有利于硅酸盐水泥的水化反应。
本发明还提供了一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将所述水泥、赤泥、石灰石粉、硅灰以及砂干拌至均匀，然后加入水和减水剂再次搅拌，再将钢纤维加入后继续搅拌，搅拌完成后浇筑，拆模后进行标准养护，即得到所述由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土。
优选的，所述干拌转速为140±5r/min，时间为90s。
优选的，所述再次搅拌转速为140±5r/min，时间为240s。
优选的，所述继续搅拌转速为140±5r/min，时间为180s。
优选的，所述标准养护温度为20℃±2℃、相对湿度为95％以上。
本发明公开了一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土及其制备方法，充分利用固废资源赤泥与石灰石粉，取代传统超高性能混凝土中的部分水泥，减少水泥用量(意味着减少二氧化碳排放)，最高可以有效减少水泥用量的40％，避免大量固废(赤泥与石灰石粉)堆放带来的环境问题，同时可以达到甚至优于普通UHPC的性能要求。相较于普通UHPC，本发明提供的混凝土水泥用量更少，力学性能及耐久性更为优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中的工艺流程图；
图2为实施例1和对比例1所得混凝土的XRD图谱；其中，a为对比例1所得混凝土体系的XRD图谱，b为实施例1所得混凝土体系的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例中使用的水泥为普通硅酸盐水泥52.5；减水剂为聚羧酸减水剂，且减水率为35-40％；钢纤维为镀铜钢纤维(铜含量为2％)；赤泥粒径0.075mm(200目)；石灰石粉粒径：0.045mm(325目)；赤泥、水泥和石灰石粉的化学成分见下表：
石英砂粒径组成为：16-26目55wt％、26-40目15wt％、40-70目22wt％、70-120目8wt％。
实施例1
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，包括以下重量份数的原料：
水泥681份、赤泥107份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份。
其中，细骨料为石英砂。
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)根据上述原料配比，将水泥、赤泥、石灰石粉、硅灰以及砂投入搅拌机，在转速140±5r/min干拌90s至均匀，然后将水和减水剂均匀缓慢的投入搅拌机中在转速140±5r/min条件下持续搅拌240s，再采用人工投入的方式将钢纤维均匀的撒入流态状混凝土中，以转速140±5r/min的条件搅拌180s；
(2)在搅拌完成后立即取部分浆体进行流动度测试，然后立即对剩余浆体进行浇筑，在浇筑时沿钢模壁用抹刀插捣并使混凝土表面略高于模具口，浇筑完毕后，将模具放置振动台振动至密实状态；
(3)振实完毕后，将模具用保鲜膜进行包裹并放置于标准养护室，24h后拆模放入标准养护室进行标准养护，其中，标准养护条件为：养护温度20℃±2℃、相对湿度95％以上。
实施例2
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，与实施例1的不同之处在于，包括以下重量份数的原料：
水泥574份、赤泥214份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份。
其中，细骨料为石英砂。
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，工艺步骤及参数与实施例1相同。
实施例3
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，包括以下重量份数的原料：
水泥467份、赤泥321份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份。
其中，细骨料为石英砂。
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，工艺步骤及参数与实施例1相同。
实施例4
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，包括以下重量份数的原料：
水泥788份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份。
其中，细骨料为石英砂。
一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，工艺步骤及参数与实施例1相同。
技术效果：
1.对实施例1和对比例1所得混凝土体系进行XRD图谱检测，结果如图2所示，其中，a部分为对比例1所得混凝土体系，b部分为实施例1所得混凝土体系，可以明显的观察到含有石灰石粉的体系中钙矾石的衍射峰更强，晶相含量更高，不稳定的AFm衍射峰更弱，同时伴有更多的Hc与Mc的生成。
2.对实施例1-4和对比例1所得混凝土依照中国标准GB/T 1767 1-2021，使用万能试验机(机器名称)对各个龄期试件进行抗压和抗折强度的测试，抗压强度结果如表1所示，抗折强度结果如表2所示：
表1
| 抗压强度 | 3d | 7d | 14d | 28d |
| 实施例1 | 83.5 | 98.1 | 134.2 | 148.3 |
| 实施例2 | 81.6 | 96.2 | 126.5 | 138.8 |
| 实施例3 | 78.5 | 95.7 | 120.6 | 128.9 |
| 实施例4 | 89.2 | 106.5 | 125.5 | 137.3 |
表2
由表1和2可以看出，采用一定赤泥与石灰石粉掺量可以有效减少水泥用量，基本满足普通水泥的力学性能要求，同时大大降低了水泥用量。可见，本发明利用赤泥与石灰石粉替换水泥，降低水泥用量，降低成本，减少二氧化碳排放，减少固体废物(赤泥与石灰石粉)堆放对环境造成的影响。
3.根据中国国家标准GB/T2419-2005，使用跳桌法对实施例1-4和对比例1所得混凝土进行流动性测试，得到流动度；根据中国标准JGJ/T70-2009对实施例1-4所得混凝土的初凝和终凝时间进行测试，结果如表3所示：
表3
| 流动度(dd/min) | 初凝时间(min) | 凝结时间(min) | |
| 实施例1 | 261 | 268 | 354 |
| 实施例2 | 220 | 163 | 225 |
| 实施例3 | 202 | 90 | 129 |
| 实施例4 | 276 | 328 | 427 |
由上表可以看出，本发明实施例1-4所得产品流动性与普通水泥相当，且初凝时间及终凝时间均达到建筑胶砂标准。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
水泥467-788份、赤泥0-321份、石灰石粉107份、硅灰179份、水1074份、细骨料193份、减水剂22份和钢纤维157份。
2.根据权利要求1所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，其特征在于，所述细骨料为河砂或石英砂。
4.根据权利要求1所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，且减水率为35-40％。
5.根据权利要求1所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土，其特征在于，所述钢纤维为镀铜钢纤维。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述水泥、赤泥、石灰石粉、硅灰以及砂干拌至均匀，然后加入水和减水剂再次搅拌，再将钢纤维加入后继续搅拌，搅拌完成后浇筑，拆模后进行标准养护，即得到所述由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，其特征在于，所述干拌转速为140±5r/min，时间为90s。
8.根据权利要求6所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，其特征在于，所述再次搅拌转速为140±5r/min，时间为240s。
9.根据权利要求6所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，其特征在于，所述继续搅拌转速为140±5r/min，时间为180s。
10.根据权利要求6所述的一种由赤泥与石灰石粉作为辅助胶凝材料的混凝土的制备方法，其特征在于，所述标准养护温度为20℃±2℃、相对湿度为95％以上。
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