CN1199905C - 一种预拌混凝土制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

由水泥、复合矿物外掺料、黄砂、石子、外加剂及水等组成的一种预拌混凝土，其特征在于其中复合矿物外掺料——-矿渣微粉和粉煤灰的掺量超过现有的水平，达到了30～50%的水泥用量。同时，它具有提高和易性、改善可泵性、延长凝结时间、减少水化热温升、提高和改善混凝土地抗化学性、增加长期强度等特点。综上所述，本发明所述的复合矿物外掺料预拌混凝土的开发和应用，有利于提高工程质量，降低成本、节约能源，有利于改善人类的生态环境。

Description

一种预拌混凝土制品及其制造方法
本发明涉及水泥组合物以及使用它的混凝土制品及其制造方法，特别是涉及用于泵送、浇筑、捣实的大掺量复合矿物外掺料预拌混凝土制品及其制造方法。
符合环保、节能要求的预拌混凝土的开发和应用是当今国际建筑领域研究的热点和难点。在现有的混凝土配制技术中主要存在以下问题：
一、单方混凝土中水泥用量较大。目前，国内混凝土行业，矿物掺合料的掺量一般为水泥用量的10～30％。
二、传统的混凝土配制采用粉煤灰、外加剂的“双掺”技术，其主要解决泵送、降低水化热的问题。随着建筑技术的不断发展和建筑物向超高、超深和超大方向发展，特别在大体积混凝土中因水化热集中，容易引起内外温差，造成产生裂缝，影响建筑物的质量。
本发明的制品通过增加复合矿物外掺料的掺量，降低混凝土中的水泥用量为主要途径，充分利用复合矿物外掺料其在混凝土中的特殊作用：即无论对混凝土的强度、脆性、徐变、弹模等力学性能，还是对体积稳定性、耐久性等混凝土长期性能，均有较好的改性作用等的特点，以达到大幅度节约自然资源、节约水泥、减少污染、保护环境的目的。
本发明制品的主要技术及解决技术的关键：
一、根据混凝土的不同强度等级，采用的矿渣微粉、粉煤灰按一定比例(8∶2～6∶4)并按一定的水泥折算率(矿渣微粉的折算率为1∶0.9，粉煤灰的折算率为2∶1)配制成复合矿物外掺料，并在混凝土中按水泥用量的30～50％掺入。同时，选用适合的搅拌工艺，拌制复合矿物外掺料预拌混凝土。
二、配制情况根据具体供应条件的波动而调整、控制。常规条件下，经过试验分析确定选用：42.5普通硅酸盐水泥或42.5II硅酸盐水泥、细度模数为2.3～2.7的黄砂和5～25mm或5～40mm的碎石、S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰及EA-1(2)或FTH-2C的外加剂。
三、复合矿物外掺料混凝土设计强度等级为C20～C60，坍落度为120～180mm。
本申请中有关文字的几点说明：
按新的国家标准规定原水泥525牌号的标注，一律改为42.5的标注。
集料是黄砂和碎石的简称。
粗骨料和细骨料分别是碎石和黄砂的简称。
胶凝材料是水泥和复合矿物外掺料的简称。
本发明制品的制造工艺的主要特点：
1、突破了传统的混凝土“双掺”配制技术。传统的混凝土配制采用粉煤灰、外加剂的双掺技术，其主要解决泵送、降低水化热问题。随着建筑技术的不断发展和建筑物向超高、超深和超大方向发展，人们对混凝土地耐久性、环保性等提出了更新、更高的要求。
2、首次提出了矿物外掺料具有减水剂的作用观点并加以实际应用。在对粉煤灰试验研究中发现其球形粒子或微细粉末能改善新拌混凝土的和易性，在满足施工要求的条件下，适当减少了混凝土的用水量。对矿渣微粉试验研究表明，比表面积越大，矿渣微粉的需水量就越小，其原因在于虽然表面裹了一层水要耗用一部分水，但由于矿渣微粉的水化速率较慢，本身水化所需水份又少，故其需要的用水量低于基准的水泥胶砂的用水量。通过上述两项试验研究，得出了矿物外掺料同样具有化学外加剂的减水作用。通过工程实践，用一定细度的矿物外掺料配制混凝土其用水量比普通混凝土减少5～8kg/m3。
3、在配比设计中，调整了原保罗公式中的A、B系数。《普通混凝土配合比设计规程》中推荐的配合比设计基本公式是针对水泥、水、砂、石四组分普通混凝土规定的。而在混凝土中掺合了由矿渣微粉、粉煤灰复合组成的胶凝材料后，那么在复合胶凝材料中的水泥性能会因掺合料的不同，并由相互影响而产生互补效应，如按照常规公式中的A、B系数设计，将造成混凝土配制强度的偏差。通过大量试验研究终于得出了当胶凝材料由三组份(水泥、矿渣微粉和粉煤灰)所占不同百分比时，水胶比与混凝土强度之间的关系，进一步回归出新的A、B系数，确定了水泥、复合矿物外掺料、外加剂、黄砂和碎石等组成的合理匹配，精心设计了一套从C20～C60混凝土配合比。
4、采用独特的外加剂滞水法、界面增强法等新工艺。由于复合胶凝材料配制的新型预拌混凝土，比普通混凝土的组分复杂，为了保证混凝土的拌和质量，通过试验研究改变了原先的搅拌工艺，根据客户的要求可采用外加剂滞水法，即在黄砂和碎石、矿物掺合料、水泥与水搅拌的基础上再加入外加剂进行搅拌，达到二次水化、二次减水效果。亦可采用增强水泥浆集料界面法，即将黄砂和碎石与部分水泥先进行搅拌，使其表面裹一层浓厚的浆体，然后再加入水和外加剂与水泥进行搅拌，从而在不增加各配成材料的条件下使混凝土抗渗透性、耐冻融性得以提高。
5、研制了与复合矿物外掺料具有良好相容性的混凝土外加剂。复合矿物外掺料采用的外加剂与一般的外加剂不同，它一方面要使含胶凝材料(水泥和复合矿物外掺料)较多的浆体稀化，减少流动性，另一方面又要使混凝土具有适度的粘稠性，使黄砂和碎石在外力的作用下自始至终在浆体中保持均匀分布的能力，即混凝土具有良好的稳定性。针对粉煤灰和矿渣微粉两种不同物理特征，根据复合矿物外掺料预拌混凝土配制要求，研制开发了两种不同型号的外加剂：EA-1(2)和FTH-2C。
附表说明
表1～4为本发明制品采用不同水胶比和胶凝材料、外加剂与强度相关性试验结果
表5为本发明制品的一种预拌混凝土级配(42.5P.O水泥)
表6为本发明制品的预拌混凝土性能表
表7为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的混凝土配合比
表8为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的新拌混凝土性能试验结果
表9为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的混凝土抗压强度
表10为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的混凝土力学性能试验结果
表11为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的抗渗、抗冻性能试验结果
表12为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的不同龄期收缩试验结果
表13为本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的不同龄期碳化试验结果
附图说明
附图：1、复合矿物外掺料预拌混凝土制品生产基本工艺流程图
      2、复合矿物外掺料预拌混凝土制品拌和工艺图
以下结合附图作进一步说明：
本发明所述的由水泥、复合矿物外掺料、黄砂、石子、外加剂及水组成的预拌混凝土制品，其特征在于复合矿物外掺料是由矿渣微粉和粉煤灰拌和而成，其掺量为水泥用量的30～50％。
其中的矿渣微粉和粉煤灰规格分别为S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰；矿渣微粉和粉煤灰两者配合比为8∶2～6∶4；它们与水泥的折算率分别为1∶0.9和2∶1。
使用的水泥为42.5II型硅酸盐水泥(P.II)(或42.5普通硅酸盐水泥(P.O))。
其中的黄砂其细度模数为2.3～2.7，石子为5～25mm(或5～40mm的碎石)。
其中的外加剂的牌号为EA-1(2)其掺量为0.5～0.8％的水泥用量(或FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg的水泥用量)。
本发明所述的一种预拌混凝土制品其基本工艺流程：
将按上述配制的(一)水泥、粉煤灰和矿渣微粉由贮仓经螺旋输送机给料经电子称(重量计)称量进入BLBA搅拌机进行混合搅拌；与此同时，(二)黄砂和碎石由贮仓经拉铲给料经电子称(重量计)称量进入BLBA搅拌机进行混合搅拌；(三)水由供水设备经电子称秤量进入BLBA搅拌机进行混合搅拌；与此同时，(四)外加剂溶液由贮池经输送管道、泵送给料经电子秤(体积计量)秤量进入BLBA搅拌机进行混合搅拌；待上述胶凝材料、集料、外加剂和水四路经过BLBA搅拌机搅拌后由搅拌输送车经具有气动搅拌装置将混凝土拌和物运送至施工现场经由混凝土泵泵送通过输送管、布料杆入模(如附图1所示)。
本发明所述的一种预拌混凝土制品的制造方法——外加剂滞水法，其特征在于将上述一种预拌混凝土按以下顺序进行操作：将黄砂和碎石与部分水泥先进行搅拌，使其表面裹一层浓厚的粉体，然后再加入水和外加剂与水泥搅拌。
本发明的最佳实施例之一：
同时将细度模数为2.4黄砂的和5～25mm或者5～40mm的碎石加入强制式搅拌机，经搅拌10秒钟后加入45.5II型硅酸盐水泥P.II水泥和掺入按水泥用量30～50％掺量的S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰两者的配合比为7∶3(它们与水泥的折算率分别为1∶0.9和2∶1)的复合矿物外掺料，再搅拌10秒钟后加水，又搅拌10秒钟后加入牌号为FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg的水泥用量的外加剂，再经过30秒钟的搅拌即可。
本发明的最佳实施例之二：
同时将细度模数为2.4的黄砂和5～25mm(或5～40mm)的碎石加入强制式搅拌机，经搅拌10秒钟后加入42.5普通硅酸盐水泥(P.O)和掺入按水泥用量的30～50％掺量的S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰两者的配合比为7∶3(它们与水泥的折算率分别为1∶1和2∶1)的复合矿物外掺料，再搅拌10秒钟后加水，又搅拌10秒钟后加入牌号为EA-1(2)其掺量为0.6％水泥用量的外加剂再经过30秒钟的搅拌即可。
本发明的最佳实施例之三：
将细度模数为2.4的黄砂和5～25mm(或5～40mm)的碎石与部分42.5普通硅酸盐(P.O)水泥先进行搅拌，使其表面裹一层浓厚的浆体，然后再加入水和外加剂并加入42.5型硅酸盐水泥(P.O)和掺入按水泥用量的30～50％掺量的S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰两者的配合比为7∶3(它们与水泥的折算率分别为1∶0.9和2∶1)的复合矿物外掺料搅拌后，加入牌号为EA-1(2)其掺量为0.6％水泥用量的外加剂。
本发明的最佳实施例之四：
将集料：细度模数为2.4的黄砂和5～25mm(或5～40mm)的碎石与部分水泥先进行搅拌，使集料表面裹一层浓厚的浆体，然后再加入水和外加剂，并加入42.5II普通硅酸盐水泥(P.II)和掺入按水泥用量的30～50％掺量的S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰两者的配合比为7∶3(它们与水泥的折算率分别为1∶0.9和2∶1)的复合矿物外掺料搅后，加入牌号为FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg水泥用量的外加剂。
有关本发明制品的：采用不同水胶比和胶凝材料、外加剂与强度相关性试验结果；预拌混凝土级配(42.5P.O水泥)；预拌混凝土性能表详见附表1～7。
本发明制品的预拌混凝土某一实施例C30的：混凝土配合比；新拌混凝土性能试验结果；混凝土抗压强度；混凝土力学性能试验结果抗渗、抗冻性能试验结果；不同龄期收缩试验结果；不同龄期碳化试验结果详见附表8～13。
本发明制品的主要特点：
1、和易性提高。在相同的坍落度时，经时坍落度损失小于20～30mm。
2、可泵性改善。由于复合矿物外掺料比重小，浆体量增加，产生较好的填充孔洞作用，增加了混凝土拌合物的粘聚性，减少了压力泌水性。
3、凝结时间延长。特别在夏季施工初凝时间延长1～2小时。
4、水化热温升减少。由于水泥用量比较低，因而总发热量减少(每少用10kg/m3水泥可降低温升约1℃)，能够降低混凝土早期水化热，推迟混凝土温升峰值达到时间，可改善和消除混凝土因内外温差而引起的开裂。
5、混凝土的抗化学性的提高和改善。由于混凝土密实，从而提高了混凝土的抗硫酸盐性能和抗渗透性，改善了混凝土的抗碳化性和耐冻融循环的耐久性。
6、长期强度增加。60天、90天强度增长率分别为110％和120％。
7、混凝土较为致密。因此变形较小，减少了混凝土地收缩，徐变率可减少20％。
8、矿物外掺料替代率由10～30％提高到30～50％。
综上所述，本发明所述的复合矿物外掺料预拌混凝土的开发和应用，有利于提高工程质量，降低成本、节约能源，有利于改善人类的生态环境。
附表：
                           水胶比和胶凝材料(42.5P.O+II级磨细粉煤灰)与强度
                                              相关性试验  表1
编号 胶结料kg/m3   胶结料组成％ 外加剂FTH-2C 水灰比W/C      坍落度保留值mm              抗压强度(MPa) 拌和物和易性
P.O F 0h 0.5h 1.oh R3 R7 R28 R60
P.O1 500 50 50 9.00 0.37 200 130 110 24.3 38.2 57.8 61.0 一般
P.O2 500 60 40 9.00 0.37 190 150 130 26.1 40.9 59.6 63.0 好
P.O3 500 70 30 9.00 0.37 200 165 150 28.5 43.1 62.4 65.7 好
P.O4 500 80 20 9.00 0.37 200 175 145 30.5 45.1 63.7 65.8 好
P.O5 500 100 0 9.00 0.37 190 180 160 38.5 56.4 65.4 67.0 好
                           水胶比和胶凝材料(42.5P.II+II级磨细粉煤灰)与强度
                                              相关性试验  表2
编号 胶结料kg/m3  胶结料组成％ 外加剂FTH-2C  水灰比W/C       坍落度保留值mm             抗压强度(MPa) 拌和物和易性
P.II F 0h 0.5h 1.oh R3 R7 R28 R60
P.II1 400 50 50 6.0 0.45 150 120 90 13.9 21.2 42.1 52.0 好
P.II2 400 60 40 6.0 0.45 180 150 110 15.2 25.3 48.6 55.2 好
P.II3 400 70 30 6.0 0.45 175 140 120 17.3 27.3 47.4 54.4 好
P.II4 400 80 20 6.0 0.45 180 175 150 20.5 30.8 46.7 56.2 好
P.II5 400 100 0 6.0 0.45 195 180 145 30.5 39.1 50.4 58.8 较好
P.II1 500 50 50 9.0 0.35 170 120 105 25.4 44.1 51.6 60.4 一般
P.II2 500 60 40 9.0 0.35 180 150 120 31.3 44.1 60.4 65.0 好
P.II3 500 70 30 9.0 0.35 200 160 145 34.8 48.6 62.0 67.1 好
P.II4 500 80 20 9.0 0.35 200 170 165 38.4 56.9 65.1 68.5 好
P.II5 500 100 0 9.0 0.35 210 185 170 42.2 58.9 69.8 73.8 较好
                               水胶比和胶凝材料(42.5P.O+复合型矿渣微粉+II级磨细粉煤灰)
                                                   与强度相关性试验  表3
编号 胶结料kg/m3 掺量％    胶结料组成％ 外加剂FTH-2C 水灰比W/C      坍落度保留值mm               抗压强度(MPa) 拌和物和易性
P.O F KF 0h 0.5h 1.oh R3 R7 R28 R60
P.O1 430 28 72 28 O 6.4 0.42 205 190 170 20.9 23.2 42.1 51.2 好
P.O2 430 49 51 28 21 6.4 0.42 200 195 185 19.4 21.0 39.4 52.4 好
P.O3 460 25 75 25 0 8.3 0.39 195 185 170 23.1 34.9 52.6 57.0 好
P.O4 460 48 52 25 23 8.3 0.39 190 170 165 22.5 33.1 51.4 56.7 好
P.O5 500 22 78 22 0 10.0 0.36 205 190 175 25.5 40.1 60.4 62.8 好
P.O6 500 46 54 22 24 10.0 0.36 210 195 180 24.6 37.8 58.6 67.0 好
                                                     水胶比和胶凝材料(42.5P.II+复合型矿渣微粉+II级磨细粉煤灰)
                                                                       与强度相关性试验  表4
编号 胶结料kg/m3 掺量％        胶结料组成％ 外加剂FTH-2C 水灰比W/C       坍落度保留值mm                  抗压强度(MPa) 拌和物和易性
P.II F KF 0h 0.5h 1.oh R3  R7 R28 R60
P.II1 400 40 60 40 0 6.4 0.45 185 175 155 17.2 27.8 40.5 47.3 好
P.II2 400 58 42 40 18 6.4 0.45 180 170 165 16.1 25.3 38.4 48.2 好
P.II3 430 30 70 30 0 7.7 0.42 175 165 150 21.4 33.0 53.2 58.3 好
P.II4 430 55 45 30 25 7.7 0.42 175 170 165 19.1 30.3 54.4 60.5 好
P.II5 480 20 80 20 0 10.0 0.38 190 175 160 26.1 36.5 57.5 63.3 好
P.II6 480 46 54 20 26 10.0 0.38 195 180 170 23.6 35.3 55.9 59.1 好
                        复合矿物外掺料预拌混凝土级配(42.5P.O)    表5
序号 强度等级 外加剂牌号                                       配合比(kg/m3) 掺合比例％
水   水泥 黄砂 碎石 粉煤灰 矿渣微粉 外加剂
1 C20 EA-1 180 145 820 1030 80 80 1.35 52.4
2 C20 EA-1 180 160 820 1030 80 65 1.35 47.5
3 C25 EA-1 185 175 803 1017 70 90 1.59 47.8
4 C25 EA-1 185 202 803 1017 70 63 1.59 39.7
5 C30 EA-1 186 206 771 1027 80 91 1.77 45.3
6 C30 EA-1 186 236 771 1027 80 61 1.77 37.4
7 C35 EA-1 186 231 737 1024 81 101 1.98 44.0
8 C35 EA-1 186 261 737 1024 81 61 1.98 35.2
9 C40 EA-1 191 256 696 1028 80 111 2.19 42.7
10 C40 EA-1 191 291 696 1028 80 76 2.19 34.9
11 C50 FTH-2C 171 307 715 1027 60 120 8.50 36.9
12 C50 FTH-2C 171 332 715 1027 60 95 8.50 31.8
13 C55 FTH-2C 172 343 686 1029 60 120 11.04 34.4
14 C55 FTH-2C 172 363 686 1029 60 100 11.04 30.5
15 C60 FTH-2C 172 392 652 1024 50 120 12.28 30.0
16 C60 FTH-2C 172 432 652 1024 50 80 12.28 23.1
                               复合矿物外掺料预拌混凝土性能表  表6
序号 强度等级          新拌混凝土性能           混凝土凝结时间(h:min)       混凝土抗压强度(MPa)
和易性 坍落度损失水泥 初凝时间 终凝时间 3天 28天
1 C20 好 145/130/110 6:20 10:30 16.7 30.1
2 C20 好 150/120/100 6:45 10:40 15.8 31.2
3 C25 较好 150/140/130 7:08 10:56 18.3 32.1
4 C25 较好 145/130/120 6:50 10:47 19.2 33.6
5 C30 较好 150/120/115 6:47 11:20 21.4 35.6
6 C30 较好 155/130/110 7:22 11:56 20.6 36.1
7 C35 好 150/140/120 7:18 11:02 25.1 42.2
8 C35 好 150/130/115 7:25 11:15 23.9 44.6
9 C40 好 145/110/90 8:30 11:32 29.1 47.1
10 C40 好 150/120/95 8:15 10:42 27.9 48.5
11 C50 好 185/165/135 8:30 11:26 38.4 60.2
12 C50 好 180/160/150 8:10 10:47 36.1 61.5
13 C55 好 180/170/150 8:21 11:27 46.6 65.6
14 C55 好 185/170/145 8:40 11:51 47.2 63.2
15 C60 好 190/180/165 8:56 12:18 52.1 68.2
16 C60 好 200/190/165 8:37 11:45 49.2 70.1
                         C30混凝土配合比(kg/m3)  表7
混凝土等级                       每立方米混凝土原材料用量(kg)
水 水泥 矿渣微粉 粉煤灰 黄砂 碎石 外加剂
C30 186 206 80 91 771 1027 1.77
                      新拌混凝土性能试验结果  表8
经时坍落度(mm)      混凝土凝结时间(h:min) 混凝土含气量 混凝土和易性
出机时 0.5h 1.0h 初凝 终凝
160 145 120 7:16 11:43 1.6％ 好
       C30混凝土抗压强度(Mpa)  表9
混凝土试块龄期 3天 7天 28天 60天
混凝土抗压强度 14.3 26.6 37.2 43.4
    C30混凝土力学性能试验结果  表10
序号 指标名称 单位 试验结果
1 劈裂抗拉强度 MPa 3.5
2 抗折强度 MPa 6.9
3 轴心抗压强度 MPa 27.5
4 弹性模量 MPa 3.5×104
             混凝土抗渗、抗冻性能试验结果  表11
混凝土强度等级 抗渗等级(S)                  抗冻性能
D100重量损失率(％) D100强度损失率(％)
C30 S＞6 1.5 6.5
                    C30混凝土不同龄期收缩试验结果  表12
强度等级                       混凝土不同龄期收缩值ε×10-6
1天 3天 7天 14天 28天 45天 60天 90天 120天
C30 25 66 102 187 252 276 329 371 436
                  C30混凝土不同龄期碳化试验结果  表13
混凝土强度等级   快速碳化龄期(天)  相当碳化自然年限(年)   碳化后试件平均碳化深度(mm)
28 50 7.8
C30 56 100 12.5
注：混凝土人工碳化试验条件：温度：20±5℃，相对湿度70±5％，CO2浓度20±3％

Claims (7)

1、一种预拌混凝土制品由水泥、黄砂、碎石、复合矿物外掺料、外加剂及水搅拌而成，其特征在于复合矿物外掺料是由S95矿渣微粉和II级磨细粉煤灰按8∶2～6∶4的比例拌和而成；两者与水泥的折算率分别为1∶0.9和2∶1，并以30～50％的水泥用量掺入。
2、如权利要求1所述的一种预拌混凝土制品，其特征在于水泥是45.5II型硅酸盐水泥P.II，或者45.5普通硅酸盐水泥P.O。
3、如权利要求1、2所述的一种预拌混凝土制品，其特征在于黄砂的细度模数为2.3～2.7和碎石为5～25mm或者5～40mm。
4、如权利要求1或2所述的一种预拌混凝土制品，其特征在于外加剂的牌号为EA-1或EA-2其掺量为0.5～0.8％的水泥用量或者牌号为FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg的水泥用量。
5、如权利要求3所述的一种预拌混凝土制品，其特征在于外加剂的牌号为EA-1或EA-2其掺量为0.5～0.8％的水泥用量或者牌号为FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg的水泥用量。
6、一种预拌混凝土制品的制造方法，其特征在于将权利要求1～4所述的任一个一种预拌混凝土制品按以下顺序进行操作：将碎石和黄砂同时加入强制式搅拌机，经搅拌10秒钟后加入胶凝材料——水泥和复合矿物外掺料，再搅拌10秒钟后加水，又搅拌10秒钟后加入外加剂，再经过30秒钟的搅拌。
7、一种预拌混凝土制品的制造方法，其特征在于将权利要求1～4所述的任一个一种预拌混凝土制品按以下顺序进行操作：将黄砂和碎石与部分水泥先进行搅拌，使其表面裹一层浓厚的粉体，然后再加入水和外加剂与水泥搅拌即可。
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