CN116283081A - 一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116283081A CN116283081A CN202310082169.5A CN202310082169A CN116283081A CN 116283081 A CN116283081 A CN 116283081A CN 202310082169 A CN202310082169 A CN 202310082169A CN 116283081 A CN116283081 A CN 116283081A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- curing
- parts
- free
- ultra
- cement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 21
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 100
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 80
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 72
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 9
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 7
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 7
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 claims description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003518 caustics Substances 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 claims description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 3
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 16
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 239000011374 ultra-high-performance concrete Substances 0.000 description 7
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011418 maintenance treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/0409—Waste from the purification of bauxite, e.g. red mud
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/0481—Other specific industrial waste materials not provided for elsewhere in C04B18/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/141—Slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/146—Silica fume
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/02—Selection of the hardening environment
- C04B40/0263—Hardening promoted by a rise in temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/02—Selection of the hardening environment
- C04B40/0277—Hardening promoted by using additional water, e.g. by spraying water on the green concrete element
- C04B40/0286—Hardening under water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/12—Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00008—Obtaining or using nanotechnology related materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明提供一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法，其中超高强胶凝材料包括矿渣60‑80份，活性二氧化硅原料0‑20份，弱碱性固体废料10‑30份，减水剂1份，河砂100‑150份。本发明未采用水泥和碱性激发剂，仅采用电石渣、矿渣、硅灰作为胶凝材料，通过热水‑干热组合养护方式充分激发原材料反应活性，制备出拥有超高抗压强度(≥120MPa)的砂浆。本发明提供的无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及制备途径显著降低了二氧化碳排放量，也降低了制备成本和能耗。作为一种低碳胶凝材料，无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程中的建筑材料技术领域，尤其涉及一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法。
背景技术
高强、高韧性、高耐久和体积稳定性是超高性能混凝土(Ultra-high PerformanceConcrete，UHPC)最为典型的特征。这些特征使得UHPC作为一种新型建筑材料越来越受到欢迎。然而，UHPC通常需要大量的水泥作为主要胶凝材料，使得UHPC的制备涉及大量二氧化碳气体的排放，不利于实现降碳减排的目标。
发明内容
本发明的实施例提供了一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法，用于解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料，包括：
按质量份数计，矿渣60-80份，活性二氧化硅原料0-20份，弱碱性固体废料10-30份，减水剂1份，河砂100-150份；
河砂的粒径≤4.75mm，细度模数为2.4-2.9；弱碱性固体废料的氧化钙含量≥90％；减水剂的减水率≥30％。
优选地，包括：
按质量份数计，矿渣60份，活性二氧化硅原料20份，弱碱性固体废料20份，减水剂1份，河砂100份。
优选地，活性二氧化硅原料包括硅灰、稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅。
优选地，弱碱性固体废料包括电石渣、赤泥和碱渣。
优选地，减水剂为聚羧酸系粉状减水剂。
第二方面，本发明提供一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法，包括：
S1将矿渣、活性二氧化硅原料、弱碱性固体废料和河砂进行混合搅拌，加入减水剂再进行混合搅拌，然后加入拌合水继续搅拌，获得流体拌合物；
S2通过跳桌法测定流体拌合物的流动度，若流体拌合物的流动度超出250±50mm的范围，则返回步骤S1，通过调节减水剂的掺量，重新制备流体拌合物；
S3将流体拌合物装入模具当中，表面覆盖保鲜膜，然后将装入流体拌合物的模具进行第一养护处理，获得拌合物试件；
S4将拌合物试件脱模推出；
S5将脱模后的拌合物试件进行晾干处理并做标记；
S6对标记后的拌合物试件进行第二养护处理，获得无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料。
优选地，第一养护处理包括：将装入流体拌合物的模具放入养护室中，养护时长为2d。
优选地，第一养护处理包括标准养护、热水养护和热水—干热组合养护；
标准养护包括：将标记后的拌合物试件放入养护室中，养护时长为28d测试龄期；
热水养护包括：将标记后的拌合物试件放入90℃的热水中养护2d，然后将标记后的拌合物试件置于室温环境下自然养护至28d测试龄期；
热水—干热组合养护包括：将标记后的拌合物试件放入90℃的热水中养护2d，然后将拌合物试件放入温度为250℃的干热箱中干热养护3d，再将拌合物试件置于室温环境下自然养护至28d测试龄期。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法，其中超高强胶凝材料包括矿渣60-80份，活性二氧化硅原料0-20份，弱碱性固体废料10-30份，减水剂1份，河砂100-150份。本发明未采用水泥和碱性激发剂，仅采用电石渣、矿渣、硅灰作为胶凝材料，通过热水-干热组合养护方式充分激发原材料反应活性，制备出拥有超高抗压强度(≥120MPa)的砂浆。本发明提供的无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及制备途径显著降低了二氧化碳排放量，也降低了制备成本和能耗。作为一种低碳胶凝材料，无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料具有很好的应用前景。硅灰作为活性二氧化硅原料，亦可采用其他活性二氧化硅原料替代，包括但不限于稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅等。电石渣作为一种呈碱性的固废原料，亦可采用其他碱性物质替代，包括但不限于碱渣、赤泥等。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法的处理流程图；
图2为本发明提供的一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料所用胶凝材料的粒径分布图；
图3为本发明提供的一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料所用胶凝材料的搅拌时长和流动性能图；
图4为本发明提供的一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料所用胶凝材料的28d龄期的抗压强度图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明提供一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法，用于解决如下技术问题：
目前制备UHPC的主要途径为采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，其不足是硅酸盐水泥用量较大。另一种途径则是使用工业固体废弃物作为前驱体，氢氧化钠等碱性化学物质作为激发剂构成碱激发胶凝材料，其不足是碱性激发剂成本较高，其使用有一定的危险性，威胁到操作人员的安全。
电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的一种碱性废渣，其排放与储存对环境构成了严重的威胁，大幅度增加了企业的管理成本。自上世纪90年代开始，有研究学者尝试将电石渣作为胶凝材料用在混凝土行业。已公开的研究表明电石渣作为一种碱性物质，能够与矿物掺合料发生反应，产生具有一定强度的物质，但其强度普遍在60MPa以下。在此背景下，一种能够满足超高性能需求的无水泥和无激发剂的胶凝材料的制备尤为迫切。
本发明提供的一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料，包括：
按质量份数计，矿渣60-80份，活性二氧化硅原料0-20份，弱碱性固体废料10-30份，减水剂1份，河砂100-150份。其中，矿渣、活性二氧化硅原料和弱碱性固体废料作为胶凝材料，河砂作为细骨料使用。还包括水，在制备过程中，保持胶凝材料、骨料与水形成的拌合物的水胶比为0.20。
上述河砂的粒径≤4.75mm，细度模数为2.4-2.9。上述弱碱性固体废料的氧化钙含量≥90％。上述减水剂的减水率≥30％。
在一种优选实施例中，本超高强胶凝材料按质量份数计包括如下组分：矿渣60份，硅灰20份，电石渣20份，减水剂1份，河砂100份。
在本发明提供的优选实施例中，活性二氧化硅原料包括但不限于硅灰、稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅等。弱碱性固体废料包括但不限于电石渣、赤泥和碱渣等。减水剂优选为聚羧酸系粉状高效减水剂，减水率≥30％，用量为胶凝材料1.0wt％。
第二方面，本发明提供上述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1先加入矿渣、硅灰、电石渣和河砂，混合搅拌2min；然后加入聚羧酸系粉状高效减水剂，混合搅拌2min；最后加入全部拌和水，继续搅拌直至得到具备合适流动性能的拌合物；
S2通过跳桌法测定所述流体拌合物的流动度，若流体拌合物的流动度超出250±50mm的范围，则返回步骤S1，通过调节减水剂的掺量，重新制备流体拌合物；
S3将所述拌合物装入模具当中，表面覆盖保鲜膜，然后将拌合物及模具放入标准养护室中，养护2d；
S4将拌合物及模具移出养护室，将拌合物及模具移出养护室，揭去模具表面保鲜膜，使用气泵从模具底部将拌合物试件推出，获得拌合物试件；
S5将脱模后试件进行晾干处理，然后使用黑色马克笔在试件表面进行标记；
S6对标记后的拌合物试件进行养护处理，获得无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料成品。
在上述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法中，在步骤S6中，所述养护处理为：标准养护、热水养护、热水-干热组合养护。
在上述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法中，所述标准养护为：在标准养护室中放置，直至28d测试龄期。
在上述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法中，所述热水养护为：在90℃的热水中养护2d，然后将试件置于室内，自然养护至28d测试龄期。
在上述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法中，所述热水-干热组合养护为：在90℃的热水中养护2d，然后在温度为250℃的干热箱中干热养护3d，最后将试件置于室内，自然养护至28d测试龄期。
应当理解的是，上述的养护时长以及测试龄期的单位d为天(day)的缩写。28d测试龄期为本领域已知的具有广泛代表性的测试龄期。
本发明还提供一个实施例，用于示例性地显示本发明提供的超高强胶凝材料的制备和性能。
本发明的无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料中，各组分按照重量配比均匀混合而成：
胶凝材料，包括：
矿渣60-80份，硅灰0-20份，电石渣10-30份，三种材料的化学成分如表1所示。
表1原材料化学成分(％)
细骨料，为河砂，100-150份，细度模数为2.4-2.9；
高效减水剂(减水率≥30％)，用量为胶凝材料的1.0wt％；
水，保持胶凝材料、骨料和水形成的拌合物的水胶比为0.20。
优选地，各组分的配比为：
矿渣60份，硅灰20份，电石渣20份，河砂100份。
上述各组分中：
矿渣为S95级及以上等级；
河砂粒径≤4.75mm，细度模数为2.4-2.9；
将组分按照上述配比，先加入矿粉、硅灰、电石渣和河砂，搅拌2min，然后加入聚羧酸系粉状高效减水剂，搅拌2min；最后加入水，继续搅拌直至拌合物成型，即形成无水泥和无激发剂的胶凝材料拌合物，通过跳桌法测试拌合物工作性能，使其保持在250±50mm的范围内。
较之需要加入水泥的胶凝材料，本发明无需使用水泥，降低碳排放的同时降低生产成本，具有很好的应用前景。
较之需要加入碱性激发剂的地聚物胶凝材料，本发明无需使用并提前配制碱性激发剂，制备过程简便，同时可消除碱性激发剂带来的潜在危害。
本发明在拆模后对拌合物成品进行热水或热水-干热组合养护，充分激发了矿渣、硅灰的潜在火山灰活性，提高了材料性能利用率。
本发明中，硅灰作为活性二氧化硅原料，亦可采用其他活性二氧化硅原料替代，包括但不限于稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅等。电石渣作为一种呈碱性的固废原料，亦可采用其他碱性物质替代，包括但不限于碱渣、赤泥等。
作为一种优选，本发明中热水-干热组合养护中，热水养护温度为90℃，持续时间为2d，干热养护温度为250℃，持续时间为3d，养护完成后将拌合物成品放置在室温环境，直至28d测试龄期。
为了对比分析实施例的新拌性能，采用跳桌法对刚拌制出锅的拌合物进行流动性能测试。
为了对比分析实施例的力学性能，对实施例及经过不同养护制度的无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料进行了抗压强度测试。
下面以GRS0、GRS5、GRS10、GRS15、GRS20五种胶凝材料(组分及其配比为：矿渣60-80份、硅灰0-20份、电石渣20份、河砂100份)为例，通过比较分析，进一步说明本发明的技术方案所能带来的效果。其中：
实施例1为80份矿渣+20份电石渣作为胶凝材料制备得到的砂浆GRS0，具体的配合比见表2，养护方式为：①标记后试件放置在标准养护室中，继续养护至28d测试龄期；②拆模后90℃热水养护2d+室温环境自然养护至28d测试龄期；③拆模后90℃热水养护2d+250℃干热养护3d+室温环境自然养护至28d测试龄期。
实施例2为75份矿渣+5份硅灰+20份电石渣作为胶凝材料制备得到的砂浆GRS5，具体的配合比见表2，养护方式为：①标记后试件放置在标准养护室中，继续养护至28d测试龄期；②拆模后90℃热水养护2d+室温环境自然养护至28d测试龄期；③拆模后90℃热水养护2d+250℃干热养护3d+室温环境自然养护至28d测试龄期。
实施例3为70份矿渣+10份硅灰+20份电石渣作为胶凝材料制备得到的砂浆GRS10，具体的配合比见表2，养护方式为：①标记后试件放置在标准养护室中，继续养护至28d测试龄期；②拆模后90℃热水养护2d+室温环境自然养护至28d测试龄期；③拆模后90℃热水养护2d+250℃干热养护3d+室温环境自然养护至28d测试龄期。
实施例4为65份矿渣+15份硅灰+20份电石渣作为胶凝材料制备得到的砂浆GRS15，具体的配合比见表2，养护方式为：①标记后试件放置在标准养护室中，继续养护至28d测试龄期；②拆模后90℃热水养护2d+室温环境自然养护至28d测试龄期；③拆模后90℃热水养护2d+250℃干热养护3d+室温环境自然养护至28d测试龄期。
实施例5为60份矿渣+20份硅灰+20份电石渣作为胶凝材料制备得到的砂浆GRS20，具体的配合比见表2，养护方式为：①标记后试件放置在标准养护室中，继续养护至28d测试龄期；②拆模后90℃热水养护2d+室温环境自然养护至28d测试龄期；③拆模后90℃热水养护2d+250℃干热养护3d+室温环境自然养护至28d测试龄期。
表2各实施例的胶凝材料配比
表2所列胶凝材料配比中，硅灰作为活性二氧化硅原料，亦可采用其他活性二氧化硅原料替代，包括但不限于稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅等。电石渣作为一种呈碱性的固废原料，亦可采用其他碱性物质替代，包括但不限于碱渣、赤泥等。
上述对各实施例的每组试验例均为三个相同的试块，试验结果分析时以取其共性。
试验条件为：试件尺寸均为50mm×50mm×50mm，抗压强度测试仪器为量程1000kN的万能压力机，加载速率为2.4kN/s。
试验结果为：经不同养护制度后各实施例胶凝材料拌合物成品的流动性能如图3所示，抗压强度测试结果如图4所示。图4中，条形图标顶部的符号为“误差符”。该符号反应标准差大小，符号越长，表示数据波动越大。抗压强度测试为了消除误差获得较为真实或准确的数据，每次测试时，同一配合比选择三个试件进行测试，数据波动大小以误差符(误差棒)的形式放入图中。
试验结果对比分析如下：
可以看出，随着硅灰掺量的增加，拌合物制备所需时间逐渐缩短，拌合物流动性能有所改善，可以看出硅灰的掺入优化了体系颗粒级配。
实施例1经标准养护后拌合物试件强度为62.7MPa，强度较低。
与实施例1相比，实施例2-5拌合物试件的抗压强度逐渐降低，对于GRS20组拌合物试件强度为48.5MPa，下降了22.6％。可以看出，在标准养护条件下，即使掺入硅灰改善了体系粒径分布和成分组成，矿渣、硅灰活性仍较低，无法获得较高强度拌合物。
对于90℃热水养护2d后拌合物，各实施例拌合物试件抗压强度均出现明显增加。实施例1GRS0抗压强度为85.0MPa，与标准养护相比提高了35.6％，随着硅灰掺量的增加，拌合物强度出现轻微递增趋势。可以看出养护温度的提高促进了矿渣、硅灰的反应活性，提高了拌合物力学性能。
对于90℃热水养护2d+250℃干热养护3d的拌合物，各实施例拌合物试件抗压强度进一步得到提升。实施例1GRS0抗压强度为86.8MPa，与标准养护相比提升了38.4％，随着硅灰掺量增加，强度逐渐提升，GRS20组抗压强度最佳，为120.0MPa。
综上所述，本发明提供一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法，其中超高强胶凝材料包括矿渣60-80份，活性二氧化硅原料0-20份，弱碱性固体废料10-30份，减水剂1份，河砂100-150份。本发明未采用水泥和碱性激发剂，仅采用电石渣、矿渣、硅灰作为胶凝材料，通过热水-干热组合养护方式充分激发原材料反应活性，制备出拥有超高抗压强度(≥120MPa)的砂浆。本发明提供的无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及制备途径显著降低二氧化碳排放量，也降低了制备成本和能耗。作为一种低碳胶凝材料，无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料具有很好的应用前景。硅灰作为活性二氧化硅原料，亦可采用其他活性二氧化硅原料替代，包括但不限于稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅等。电石渣作为一种呈碱性的固废原料，亦可采用其他碱性物质替代，包括但不限于碱渣、赤泥等。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料，其特征在于，包括：
按质量份数计，矿渣60-80份，活性二氧化硅原料0-20份，弱碱性固体废料10-30份，减水剂1份，河砂100-150份；
所述河砂的粒径≤4.75mm，细度模数为2.4-2.9；所述弱碱性固体废料的氧化钙含量≥90％；所述减水剂的减水率≥30％。
2.根据权利要求1所述的超高强胶凝材料，其特征在于，包括：
按质量份数计，矿渣60份，活性二氧化硅原料20份，弱碱性固体废料20份，减水剂1份，河砂100份。
3.根据权利要求1所述的超高强胶凝材料，其特征在于，所述活性二氧化硅原料包括硅灰、稻壳灰、火山灰、纳米二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的超高强胶凝材料，其特征在于，所述弱碱性固体废料包括电石渣、赤泥和碱渣。
5.根据权利要求1所述的超高强胶凝材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系粉状减水剂。
6.一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1将矿渣、活性二氧化硅原料、弱碱性固体废料和河砂进行混合搅拌，加入减水剂再进行混合搅拌，然后加入拌合水继续搅拌，获得流体拌合物；
S2通过跳桌法测定所述流体拌合物的流动度，若所述流体拌合物的流动度超出250±50mm的范围，则返回步骤S1，通过调节减水剂的掺量，重新制备所述流体拌合物；
S3将所述流体拌合物装入模具当中，表面覆盖保鲜膜，然后将装入所述流体拌合物的模具进行第一养护处理，获得拌合物试件；
S4将所述拌合物试件脱模推出；
S5将脱模后的所述拌合物试件进行晾干处理并做标记；
S6对所述标记后的拌合物试件进行第二养护处理，获得所述无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一养护处理包括：将装入所述流体拌合物的模具放入养护室中，养护时长为2d。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一养护处理包括标准养护、热水养护和热水—干热组合养护；
所述标准养护包括：将所述标记后的拌合物试件放入养护室中，养护时长为28d测试龄期；
所述热水养护包括：将所述标记后的拌合物试件放入90℃的热水中养护2d，然后将所述标记后的拌合物试件置于室温环境下自然养护至28d测试龄期；
所述热水—干热组合养护包括：将所述标记后的拌合物试件放入90℃的热水中养护2d，然后将所述拌合物试件放入温度为250℃的干热箱中干热养护3d，再将所述拌合物试件置于室温环境下自然养护至28d测试龄期。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310082169.5A CN116283081A (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310082169.5A CN116283081A (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116283081A true CN116283081A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86802227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310082169.5A Pending CN116283081A (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116283081A (zh) |
-
2023
- 2023-01-19 CN CN202310082169.5A patent/CN116283081A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105541384B (zh) | 一种超轻泡沫混凝土及其制备方法 | |
| CN104016617B (zh) | 一种混凝土强效剂及其制备方法 | |
| CN103693916B (zh) | 一种轻骨料混凝土及其制备方法 | |
| CN114656206B (zh) | 一种纳米二氧化硅与玄武岩纤维协同增强的再生混凝土及其制备方法 | |
| CN105000854A (zh) | 一种加气混凝土砌块生产工艺 | |
| CN113105172B (zh) | 利用工业固废和生活垃圾飞灰的重金属固化性免烧砖 | |
| CN107473658A (zh) | 一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法 | |
| CN102503205A (zh) | 一种制备电解锰渣砖的新配方和工艺方法 | |
| CN108424073A (zh) | 一种高耐磨高强混凝土及其制备方法 | |
| CN110294611B (zh) | 一种常温弱碱地聚物激发水泥土及其制备工艺 | |
| CN113429141A (zh) | 一种胶凝材料及其制备方法和应用 | |
| KR20100023453A (ko) | 플라이애쉬와 고로슬래그를 이용한 무시멘트 콘크리트의 제조방법 | |
| CN115925306B (zh) | 一种硅酸二钙活化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111253139A (zh) | 一种基于碳酸化的高性能结构材料的制备方法 | |
| CN113105192A (zh) | 一种免蒸压养护phc管桩混凝土的制备方法 | |
| CN115321890A (zh) | 一种封存二氧化碳用固废基粘结剂、制备方法及其封存二氧化碳方法 | |
| CN106630882A (zh) | 改性磷石膏基胶凝材料配制中高强度混凝土及制作方法 | |
| Wang et al. | Preparation of geopolymer concrete with Bayer red mud and its reaction mechanism | |
| CN108751863B (zh) | 一种基于盐渍土的胶凝材料及其制备方法 | |
| CN115594450B (zh) | 地聚物陶粒轻质混凝土及其制备方法 | |
| CN112341116A (zh) | 一种脱硫石膏超硫水泥混凝土及其制备方法 | |
| CN116715491A (zh) | 一种钢渣基固碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN116553895A (zh) | 一种镁渣固碳胶凝材料及其制备方法 | |
| CN116283081A (zh) | 一种无水泥和无激发剂的超高强胶凝材料及其制备方法 | |
| CN107522421B (zh) | 一种混凝土矿物外加剂、其制备方法及一种混凝土 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |