CN1640845A - 以脱硫石膏为早强剂的混凝土胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混凝土胶凝材料，它含有25－29重量％水泥、40－48重量％矿渣粉、17－21重量％粉煤灰和2－18重量％脱硫石膏，以混凝土胶凝材料的总重量为基准。通过在矿渣粉、粉煤灰等掺合料的加入量超过50重量％的混凝土胶凝材料中加入脱硫石膏，可以明显提高大掺量掺合料混凝土的早期强度，后期强度的增长也很明显。而且还有效利用了燃煤发电厂产生的废弃物，减少了环境污染。

Description

以脱硫石膏为早强剂的混凝土胶凝材料
技术领域
本发明涉及混凝土材料，更具体地涉及以脱硫石膏为早强剂的混凝土胶凝材料。
背景技术
混凝土的胶凝材料主要是水泥。众所周知，水泥生产成本很高，生产过程中对环境造成污染。因此，人们研究采用矿渣粉、粉煤灰等掺合料代替水泥，以降低混凝土成本。在混凝土胶凝材料中，矿渣粉、粉煤灰等掺合料的加入量已经超过这种胶凝材料总重量的50％。由这种混凝土胶凝材料制成的混凝土通常称为“大掺量掺合料混凝土”。这种混凝土具有早期强度低、后期强度增长快的特点。然而，早期强度低的缺点影响其工程应用。人们往往采用减水剂，来降低混凝土用水量，以提高早期强度，但是高性能的减水剂价格很高。采用氯盐类早强剂会造成钢筋锈蚀，故禁止在钢筋混凝土中使用(参见GBJ199-88《混凝土外加剂应用技术规范》)。
发明内容
因此，工程上需要一种用于制造价格低、早期强度高和后期强度增长快的混凝土的胶凝材料。
本发明提供一种混凝土胶凝材料，它含有25～29重量％水泥、36～69重量％矿渣粉、2～18重量％脱硫石膏和0～30重量％粉煤灰，以混凝土胶凝材料的总重量为基准。
众所周知，矿渣粉的活性优于粉煤灰的活性，但为了节约成本，可用粉煤灰代替部分的矿渣粉。用矿渣粉和粉煤灰混合物作掺合料形成的混凝土的强度比仅用矿渣粉作掺合料形成的混凝土强度稍低一些。
本发明胶凝材料与砂子、碎石料和水混合搅拌后制成的混凝土具有价格低、早期强度高和后期强度增长快的优点。而且还有效地利用了燃煤发电厂产生的废弃材料，减少了环境污染。
具体实施方式
大掺量掺合料混凝土一般由水泥、矿渣粉和粉煤灰等组成的胶凝材料与砂子、碎石料、饮用水拌制而成。
本发明中所用的水泥符合GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的要求。常见的实例是42.5级普通水泥。
本发明中所用的矿渣粉符合GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的S95要求，比表面积一般大于380米2/千克。
本发明中所用的粉煤灰符合GB1596-1991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。常见的实例为II级粉煤灰。
本发明中所用的砂子符合GB/T14684-2001《建筑用砂》的要求，细度模数为2.3～3.0的中砂。石料符合GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》的要求，属5～40连续粒级碎石。
本发明利用脱硫石膏品位高、颗粒细的特点，直接将其作为外加剂掺入到混凝土胶凝材料中，可明显提高大掺量掺合料混凝土的早期强度，后期强度的增长也很明显。而且还有效利用了燃煤发电厂产生的废弃物，减少了环境污染。
本发明中所用的脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫后产生的废弃物，它是由石灰石粉末与SO2反应而得。脱硫石膏的产生如下式所示：
脱硫石膏颜色灰白，经过离心、真空脱水后含水率为10～20％，呈粉末状，0.045mm方孔筛筛余为1.0％。脱硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O(石膏)，少量杂质为CaCO3(方解石)和SiO2(α-石英)。表1是脱硫石膏化学分析结果。分析表明，脱硫石膏品位较高，杂质少，颗粒细。
                                         表1
    项目   CaO   SO3   SiO2   Al2O3   MgO   Fe2O3     H2O
    重量％   31.6   42.4   2.7   0.6   1.0   0.4     19.2
在用于制造大掺量掺合料混凝土的本发明胶凝材料中，脱硫石膏的用量为2～18重量％，优选的用量为4～16重量％，最优选的用量6～10重量％，以胶凝材料的总重量为基准。按上述用量将脱硫石膏掺入由水泥、矿渣粉、粉煤灰混合而成的常规混凝土胶凝材料中后，可使大掺量掺合料混凝土的3天强度提高80％。因此，脱硫石膏是一种性能优良的早强剂。
脱硫石膏作为早强剂的反应机理如下：
矿渣粉、粉煤灰中活性Al2O3受水泥的碱性激发，生成水化铝酸钙，其反应式为：
活性
水化铝酸钙受到脱硫石膏的硫酸盐激发，生成三硫型水化硫铝酸钙(钙钒石)，其反应式为：
适量钙钒石的生成对提高大掺量掺合料混凝土的早期强度具有重要意义。这是因为钙钒石晶体中含有较多的结晶水，在其生成过程中，固相体积膨胀，大量填充孔隙，从而提高了水泥石的密实度。另外，由于钙钒石是相互交叉的针柱状结构，在水泥石内部起到骨架支撑作用。此外，钙钒石的生成速度较快，在混凝土拌制后1-3天内即可生成。由于以上原因，掺加脱硫石膏后，使大掺量掺合料混凝土的早期强度大幅提高。
本发明的胶凝材料中还可加入少量的颜料、染料等混凝土技术领域中常用的添加剂。
以下参照实施例，对本发明作进一步的说明。但应当认为，实施例仅是说明性，而不应对本发明的保护范围起限制作用。
实施例
所用的原材料如下：
水泥：上海水泥厂制造的42.5级普通水泥；
矿渣粉：上海宝田新型建材公司生产的S95矿渣粉；
粉煤灰：上海石洞口一厂生产的II级粉煤灰；
砂：属2区中砂；
石：属5～40连续粒级碎石；
脱硫石膏：杭州半山电厂的脱硫石膏。
大掺量掺合料混凝土的胶凝材料由水泥、矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏配制而成，各组分的用量如表2所示，单位为重量份，配制编号为C1～C11的胶凝材料。
                                 表2
   编号    水泥   矿渣粉   粉煤灰  脱硫石膏 脱硫石膏的重量％
    C1     30     70     0     0     0
    C2     29     69     0     2     2
    C3     29     67     0     4     4
    C4     28     66     0     6     6
    C5     28     64     0     8     8％
    C6     27     63     0     10     10％
    C7     26     62     0     12     12％
    C8     26     60     0     14     14％
    C9     25     59     0     16     16％
    C10     25     57     0     18     18％
    C11     28     36     30     6     6％
然后，按照GBJ80-85《普通混凝土拌合物性能试验方法》将编号为C1～C11的胶凝材料与砂、碎石料和水混合，拌制编号为T1～T11的混凝土。混凝土的配合比固定为：
胶凝材料∶砂∶碎石料∶水＝290∶743∶1379∶130
按GBJ81-85《普通混凝土力学性能试验方法》，测定各组混凝土的3天强度(R3)，结果列于表3。
                                                         表3
  编号   T1   T2   T3   T4   T5   T6   T7   T8   T9   T10   T11
  R3，MPa   15.2   20.2   23.5   26.9   27.5   26.4   25.5   25.2   24.3   17.8   19.3
由表3可得出，掺加脱硫石膏后，可明显提高大掺量掺合料混凝土的早期强度(3天强度)，最大提高幅度可达80％，脱硫石膏在胶凝材料中最适宜的重量为6％～10％。
用粉煤灰代替部分矿渣粉以后，也能达到相同的效果，但所形成混凝土的强度比仅用矿渣粉作掺合料的混凝土稍低一点。
选择编号为T5的混凝土，进行1天强度、3天强度、28天强度(R28)和360天强度(R360)试验，结果见表4。
                          表4
   编号   R1，MPa   R3，MPa   R28，MPa   R360，MPa
    T5     6.5     27.5     32.4     39.6
由表4可得出，掺加脱硫石膏后，大掺量掺合料混凝土的后期强度增长也很明显。

Claims (4)

1.一种混凝土胶凝材料，它含有25～29重量％水泥、36～69重量％矿渣粉、2～18重量％脱硫石膏和0～30重量％粉煤灰，以混凝土胶凝材料的总重量为基准。
2.如权利要求1所述的混凝土胶凝材料，其特征在于它含有4～16重量％脱硫石膏。
3.如权利要求2所述的混凝土胶凝材料，其特征在于它含有6～10重量％脱硫石膏。
4.如权利要求1所述的混凝土胶凝材料，其特征在于所述的脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫产物的废弃物。
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