CN116161916A - 一种烧结石碱激发轻质高强混凝土及其制备、施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土及其制备、施工方法，该混凝土按重量份数计原料组分如下：矿渣100份、碱激发剂15‑20份、标准砂30‑100份、减水剂5‑8份，水25‑50份，烧结石100‑200份；将NaOH和Na2SiO3·9H2O按质量比1:9‑10配制的碱激发剂充分搅拌混合，按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再将配置好的碱激发剂溶液缓慢加入搅拌均匀，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水，形成粘稠混凝土液，继续加入烧结石搅拌后制得轻质高强混凝土；将拌合好的混凝土对模板进行灌注充填及养护施工；采用矿渣中具有多孔结构并呈玻璃状的烧结石，方案成本低廉，解决了轻质骨料上浮问题，提高了混凝土均匀性；混凝土具有凝结硬化快、强度高、耐久性和抗腐蚀性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及海绵城市建筑材料技术领域，尤其涉及一种烧结石碱激发轻质高强混凝土及其制备、施工方法。
背景技术
海绵城市是推动绿色建筑建设，低碳城市发展，智慧城市形成的创新表现，是新时代特色背景下现代绿色新技术与社会、环境、人文等因素的有机结合。海绵城市建筑材料需要优秀的渗水、抗压、耐磨、防滑以及舒适易维护、隔热、吸噪等，能有效降低城市热岛效应。而既要考虑到材料能够有优异的渗水、抗压、耐磨、防滑功能，又要考虑材料的维护、隔热、吸噪的性能，同时成本低廉，推广性好，目前还较少这方面研究成果。
专利申请CN202210180608.1中公开了一种轻质陶粒混凝土及其制备方法，包括以下重量份的组分：283-508份沙子、189-218份陶粒、170-180份水、48-60份矿渣粉、37-49份粉煤灰、7.35-12.27份外加剂。专利申请CN202111459286.6中公开了一种陶粒混凝土及其制备方法，包括按重量份的组分：300-400份水泥、250-350份改性陶粒、10-20份外加剂、800-1000份细骨料、150-250份水、80-120份钠质膨润土和80-120份纤维，按上述比例混合搅拌，得到混合液，将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，烘干后得到改性陶粒；专利申请CN201510810774.5中公开了一种改性碱激发胶凝材料，按质量份数计，原料包含：粉煤灰和矿渣100份、碱激发剂25-50份、缓凝剂0.5-2份、聚合物胶粉2-15份，其中碱激发剂的固含量为30％-40％，聚合物胶粉选自丁二烯-苯乙烯共聚物胶粉、苯乙烯-丙烯酸共聚物胶粉、丙烯酸酯共聚物胶粉、乙烯醋酸乙烯酯共聚物胶粉、醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物胶粉或醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物胶粉中的一种或多种。
上述现有的碱激发轻质混凝土存在以下缺陷：(1)轻质骨料以采用陶粒和玻璃微珠为主，少量采用普通炉渣，但陶粒和玻璃微珠自身强度较低，难以制得高强度轻质混凝土；(2)轻质混凝土配合比设计时，没有充分考虑轻骨料上浮问题，导致混凝土均匀性较差，分层现象严重；(3)大部分碱激发材料混凝土都从材料学的角度去设计，没有工程针对性，尤其是没有适用于海绵城市工程的碱激发混凝土。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种烧结石碱激发轻质高强混凝土及其制备、施工方法，以烧结石和标准沙为粗细骨料，采用复合碱激发技术和耐久性提高措施，制备了适用于海绵城市的轻质、隔热混凝土，能够解决目前海绵城市中特性混凝土生产的工程技术难题，具有就地取材、施工方便、早强快硬、易于排水、质量均匀、抗冻性佳的优势，而且充分利用了煤炭燃烧后的废渣，提高固体废弃物的利用率，降低了工程造价。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土按重量份数计包含以下原料组分：矿渣100份、碱激发剂15-20份、标准砂30-100份、减水剂5-8份，水25-50份，烧结石100-200份。
所述矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量不低于15％的任意比例的活性SiO2、活性Al2O3和CaO，含水量占矿渣质量不高于0.1％。
所述碱激发剂为复合激发剂，包括NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9-10质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3至6小时，使用前0.5-1小时转移至60℃-80℃养护箱中备用。
所述减水剂为引气型减水剂，减水率大于28％，引气量3％-5％。
所述水的温度在60℃-80℃间。
烧结石形状不规则，粒径5mm-30mm，堆积密度800-1200kg/m3，筒压强度20-28MPa，导热系数0.3-0.7W/(m·k)。
基于上述烧结石碱激发轻质高强混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9-10质量比配制的碱激发剂充分搅拌混合，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3至6小时，使用前0.5-1小时转移至60-80℃养护箱中备用；
(2)按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以100-150r/min的速度搅拌3-5min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌5min后即可得到所述轻质高强混凝土。
步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
基于上述制备得到的烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，施工过程具体包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
本发明的有益效果是：
(1)采用煤炭燃烧后的灰渣-烧结石作为粗骨料，变废为宝。烧结石为煤炭燃烧后炉渣中具有多孔结构并呈玻璃状物质，形状不规则，粒径5mm-30mm。烧结石堆积密度800-1200kg/m3，与普通炉渣接近；但筒压强度20-28MPa，较普通炉渣增大近30％，作为粗骨料制得轻质混凝土强度比常规技术增大15％-30％；导热系数在0.3-0.7W/(m·k)，具有较好的隔热性能。
(2)采用矿渣作为唯一粉体，受碱激发剂激发效果良好。矿渣属于Cao-SiO2-Al2O3系统，其成分如表1所示。与普通硅酸盐水泥熟料相比，矿渣水化较快且水化热低，矿渣中Ca2+离子含量高，更易水化生成C-A-S-H凝胶；矿渣适用于多种激发剂(如硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠、氢氧化钠)；矿渣可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性，提高和易性；生成能耗低，绿色环保，产生较低量CO2；生成碱激发混凝土强度生成较快，具有较好的抗冻性和抗腐蚀性。
表1矿渣化学成分表
(3)采用NaOH和Na2SiO3·9H2O的复合碱激发剂，强度激发效果好。高炉矿渣碱激发产物C-A-S-H的结构和组成极大程度上取决于激发剂的的性质。NaOH激发具有更高的Ca/Si比和更有序的结构，有助于矿渣中的玻璃体或晶体发生结构离解，促进形成硅铝四面体然后经过一系列化学反应水化成硅酸钙凝胶与水化铝酸钙晶体；而Na2SiO3·9H2O则是提供氢氧根离子和硅铝四面体离子与矿渣中的钙离子通过缩聚作用生成凝胶性物质。
(4)采用引气型减水剂，增大强度的同时提高耐久性。减水剂为高效引气型减水剂，对粉体颗粒具有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善流动性，节约粉体材料。添加量为胶凝材料的总质量的0.5％-1.5％，在保持塌落度不变的情况下，减少拌合用水量10％-20％；或者在水胶比不变的情况下，增大混凝土的流动性25％-35％。同时，该复合减水剂能够在在拌合的过程中引入大量微小、封闭且均匀分布的气泡，以减少拌合物的泌水、离析，改善和易性，显著提高混凝土抗冻性、耐久性。该减水剂可以使混凝土在获得高强度同时具有高耐久性，经检测，基本性能如表2所示。
表2混凝土耐久性基本参数
综上所述，本发明以采用煤炭燃烧后炉渣中具有多孔结构并呈玻璃状的烧结石，方案简单、成本低廉，可减少自然资源的开采；通过引入减水剂，增大混凝土粘稠度，解决了轻质骨料上浮问题，提高了混凝土均匀性；混凝土具有成型早强快硬，质量稳定、耐久性高等优点，可应用保温隔热及海绵城市的建设中。
附图说明
图1为本发明烧结石掺量对强度与密度的影响曲线图。
图2为普通炉渣与烧结石对比特征图，其中，图2(a)普通炉渣，图2(b)为烧结石。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，主要应用于保温隔热及海绵城市工程建设中，按重量份数计包含以下原料组分：
矿渣100份、碱激发剂15份、标准砂100份、减水剂5份，水28份，烧结石100份；矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量36.1％的活性SiO2、16.3％活性Al2O3和占矿渣质量35.6％CaO，含水量占矿渣质量不高于0.1％；碱激发剂为复合激发剂，含按质量比1:9.29均匀混合的NaOH和Na2SiO3·9H2O；减水剂为引气型减水剂，减水率28％，引气量5％；水的温度为60℃。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9.29质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3小时，使用前半个小时转移至60℃养护箱中备用；
(2)按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以120r/min的速度搅拌5min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌5min后即可得到所述轻质混凝土。
步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
对得到烧结石碱激发轻质高强混凝土材料密封保存备用，混凝土工程参数见表3所示。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
表3混凝土工程参数
实施例2
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，主要应用于保温隔热及海绵城市工程建设中，按重量份数计包含以下原料组分：
矿渣100份、碱激发剂18份、标准砂90份、减水剂6份，水35份，烧结石150份；矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量36.5％的活性SiO2、占矿渣质量16.1％活性Al2O3和占矿渣质量35.4％CaO，含水量占矿渣质量0.09％；碱激发剂为复合激发剂，含按1:9.36质量比均匀混合的NaOH和Na2SiO3·9H2O；减水剂为引气型减水剂，减水率28％，引气量5％；水的温度为70℃。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9.36质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏5小时，使用前半个小时转移至60℃养护箱中备用；
(2)按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以130r/min的速度搅拌4min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌4min后即可得到所述轻质混凝土。
步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
对得到烧结石碱激发轻质高强混凝土材料密封保存备用，混凝土工程参数见表4所示。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
表4混凝土工程参数
实施例3
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，主要应用于保温隔热及海绵城市工程建设中，按重量份数计包含以下原料组分：
矿渣100份、碱激发剂18份、标准砂80份、减水剂7份，水40份，烧结石150份；矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量35.9％的活性SiO2、占矿渣质量16.4％活性Al2O3和占矿渣质量35.7％CaO，含水量占矿渣质量0.08％；碱激发剂为复合激发剂，含按1：9.56质量比均匀混合的NaOH和Na2SiO3·9H2O；减水剂为引气型减水剂，减水率28％，引气量5％；水的温度为75℃。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9.56质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏5小时，使用前半个小时转移至70℃养护箱中备用；
(2)按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以120r/min的速度搅拌5min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌5min后即可得到所述轻质混凝土。
步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
对得到烧结石碱激发轻质高强混凝土材料密封保存备用，混凝土工程参数见表5所示。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
表5混凝土工程参数
实施例4
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，主要应用于保温隔热及海绵城市工程建设中，按重量份数计包含以下原料组分：
矿渣100份、碱激发剂20份、标准砂100份、减水剂8份，水50份，烧结石180份；矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量36.1％的活性SiO2、占矿渣质量16.3％活性Al2O3和占矿渣质量35.6％CaO，含水量占矿渣质量0.1％；碱激发剂为复合激发剂，含按1：10质量比均匀混合的NaOH和Na2SiO3·9H2O；减水剂为引气型减水剂，减水率28％，引气量5％；水的温度为65℃。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:10质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3小时，使用前半个小时转移至60℃养护箱中备用；
(2)按混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以150r/min的速度搅拌3min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌3min后即可得到所述轻质混凝土。
步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
对得到烧结石碱激发轻质高强混凝土材料密封保存备用，混凝土工程参数见表6所示。
一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
表6混凝土工程参数
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于：按重量份数计包含以下原料组分：矿渣100份、碱激发剂15-20份、标准砂30-100份、减水剂5-8份，水25-50份，烧结石100-200份。
2.根据权利要求1所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于：所述矿渣为S95高炉矿渣，包括占矿渣质量不低于15％的任意比例的活性SiO2、活性Al2O3和CaO，含水量占矿渣质量不高于0.1％。
3.根据权利要求1所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于：所述碱激发剂为复合激发剂，包括NaOH和Na2SiO3·9H2O按1:9-10质量比搅拌均匀，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3至6小时，使用前0.5-1小时转移至60℃-80℃养护箱中备用。
4.根据权利要求1所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于：所述减水剂为引气型减水剂，减水率大于28％，引气量3％-5％。
5.根据权利要求1所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于：所述水的温度在60℃-80℃间。
6.根据权利要求1所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土，其特征在于，烧结石形状不规则，粒径5mm-30mm，堆积密度800-1200kg/m3，筒压强度20-28MPa，导热系数0.3-0.7W/(m·k)。
7.基于权利要求1至6任一项所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将NaOH和Na2SiO3·9H2O按质量比1:9-10配制的碱激发剂充分搅拌混合，待充分溶解后置于黑暗封闭箱中陈伏3至6小时，使用前0.5-1小时转移至60-80℃养护箱中备用；
(2)按烧结石碱激发轻质高强混凝土原料组分配合比称量矿渣和标准沙，混合搅拌均匀，再缓慢加入步骤(1)配置好的碱激发剂溶液；
(3)将步骤(2)得到的混凝土，以100-150r/min的速度搅拌3-5min，搅拌的过程中缓慢加入减水剂和水；
(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌5min后即可得到本专利所述轻质高强混凝土。
8.根据权利要求7所述的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土制备方法，其特征在于：步骤(3)中用水量＝总用水量-碱激发剂中的含水量。
9.基于权利要求7制备的一种烧结石碱激发轻质高强混凝土的施工方法，其特征在于：施工过程具体包括以下步骤：
步骤一、准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层润滑油；
步骤二、将制备拌合好的混凝土进行灌注施工，施工为连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；
步骤三、在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜自然养护。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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