CN1792955A - 一种高活性混凝土掺合料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高活性混凝土掺合料。一种高活性混凝土掺合料，其特征在于它主要由高钙粉煤灰改性材料和高钙粉煤灰原料混合粉磨而成，各原料所占重量份数为：高钙粉煤灰改性材料 1－1.5份、高钙粉煤灰 10份；其中，高钙粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅烧石膏与和电石渣原料混合而成，各原料所占重量份数为：Fe2SO4 1－3份，Na2SO4 2－4份，煅烧石膏 3－5份，电石渣 2－3份。本发明具有安定性、水化活性和性能稳定性高的特点，采用本发明可增加高钙粉煤灰在水泥混凝土中的掺量，降低成本和提高水泥制品耐久性，具有显著经济和社会效益。

Description

一种高活性混凝土掺合料
技术领域
本发明涉及一种高活性混凝土掺合料。
背景技术
我国粉煤灰年排放量1.3亿吨，其中高钙粉煤灰约占8％。高钙粉煤灰一方面由电厂采用褐煤和次烟煤燃烧直接产生，另一方面通过增钙燃烧得到增钙灰。我国是最早并一直以来成功采用旋风炉增钙燃烧工艺利用劣质煤的国家，由于增钙燃烧工艺不仅能够使劣质煤的燃烧稳定，而且具有固硫的环保作用，因此国内改为增钙燃烧的电厂在逐渐增加，加上内蒙神俯东胜褐煤田的大规模开采，高钙粉煤灰的数量在逐年递增。由于分布不均，高钙粉煤灰在一些地区已经超过低钙灰的产量。低钙粉煤灰作为水泥的混合材或混凝土掺合料已经得到广泛应用，但高钙粉煤灰由于游离氧化钙含量较高，可能带来安定性问题，所以在水泥混凝土、尤其是在水泥混合材中的应用受到严重阻碍。
高钙粉煤灰的组成特点是，包括活性CaO和游离CaO在内总CaO含量比较高。活性CaO是水泥混凝土常用矿物材料中决定水化活性的关键组分，而高钙粉煤灰的高CaO含量特征使其具有比低钙灰更强的水化潜活性，有些增钙灰的CaO含量甚至超过水化活性较高的矿渣粉，说明其可能达到或超过矿渣粉的活性水平。
解决安定性问题是提高高钙粉煤灰在水泥混凝土中掺量的关键技术，一般采用陈化、喷水、化学激发、机械磨细、混合其它矿物掺材料等方法，然而现有技术方法的生产效率较低，比如陈化和喷水方法周期长、削弱高钙粉煤灰相对于低钙灰的活性优势，生产成本高且产品性能稳定性差；单纯的化学激发和机械磨细处理对安定性的改善作用有限；混掺其他掺合料则限制了应用范围，等等。同时，因为高钙粉煤灰自身的水化活性明显低于矿渣粉、钢渣粉等其他矿物材料，所以，高钙粉煤灰在水泥混凝土中的掺量难以提高。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在水泥混凝土中的掺量高、具有较高安定性和水化活性的高活性混凝土掺合料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种高活性混凝土掺合料，其特征在于它主要由高钙粉煤灰改性材料和高钙粉煤灰原料混合粉磨而成，各原料所占重量份数为：高钙粉煤灰改性材料1-1.5份、高钙粉煤灰10份；其中，高钙粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅烧石膏与和电石渣原料混合而成，高钙粉煤灰改性材料各原料所占重量份数为：Fe2SO4 1-3份，Na2SO4 2-4份，煅烧石膏3-5份，电石渣2-3份。
所述的高钙粉煤灰是采用旋风式锅炉燃烧褐煤、次烟煤的电厂或者采用增钙燃烧工艺的电厂经电收尘得到的勃氏比表面积300-600m2/kg、CaO重量含量为10％-45％、其中游离CaO重量含量为3％-10％的煤灰。
所述的煅烧石膏为天然石膏、化学石膏或者天然石膏与化学石膏的混合石膏经过750℃-850℃的温度煅烧而成。
所述的电石渣是生产聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工业废渣，工业废渣预先经过烘干，其含水量低于5％。
上述高活性混凝土掺合料的的制备方法，包括如下步骤：1)、高钙粉煤灰改性材料的制备：按各原料所占重量份数为：Fe2SO4 1-3份，Na2SO4 2-4份，煅烧石膏3-5份，电石渣2-3份，选取Fe2SO4、Na2SO4、煅烧石膏与和电石渣混合，得高钙粉煤灰改性材料；2)、按各原料所占重量份数为：高钙粉煤灰改性材料1-1.5份、高钙粉煤灰10份，选取高钙粉煤灰改性材料和高钙粉煤灰原料混合粉磨，得产品。
本发明提供的高活性混凝土掺合料与现有技术相比，具有如下主要优点：
1.同时提高高钙粉煤灰的安定性和水化活性，并且效率较高，能够在水泥混凝土中采用50％的高钙粉煤灰等量代替水泥的条件下消除安定性隐患；有效提高高钙粉煤灰早、中、后等不同龄期的强度，使高钙粉煤灰的活性指数达到勃氏比表面积为400m2/kg的矿渣粉的水平，活性指数按照强度比测试得到。
2.高钙粉煤灰改性材料组成根据高钙粉煤灰自身水化特性设计，可以同时调整由于加入高钙粉煤灰所引起的水泥凝结时间变化。
3.制备工艺简单，成本低廉，适于大规模工业化生产。
高钙粉煤灰中游离氧化钙(f-CaO)产生安定性问题的原因是，f-CaO在水泥中加水后不能立即反应，而是当水泥混凝土结构建立并具有一定强度后才与水反应生成氢氧化钙，反应产物体积大幅度增加，从而产生膨胀性破坏。本发明提供的高钙粉煤灰改性材料能够将高钙粉煤灰中的部分游离氧化钙转化为活性氧化钙，使原来延迟反应的有害成分转化为促进早期水化反应、有利于结构强度发展的有益成分，即而化害为利，进而大幅度提高高钙粉煤灰的水化活性，在保证安定性和强度的前提下提高高钙粉煤灰在水泥混凝土中的掺量。
本发明提供的高活性混凝土掺合料，所采用的各种活性激发措施及安定性改善措施既具有不同作用，又相互促进：
Fe2SO4、Na2SO4和煅烧石膏均对水泥-高钙粉煤灰材料体系提供硫酸盐激发作用。Fe2SO4对体系的早、中、后期水化活性均有显著增强作用，但其单独使用造成体系的工作性恶化，使新拌水泥混凝土的初始及经时流动度明显降低；Na2SO4对体系工作性无不利影响，对早、中期活性的促进作用显著，但使后期强度倒缩；将Fe2SO4与Na2SO4按一定比例复合后，可以在不影响体系工作性前提下保证对早、中、后期水化活性的显著增强作用。水泥生产中一般采用未经过煅烧的各种石膏来调节早期的水化程度，从而使水泥凝结时间满足一般施工要求，同时，石膏还在水泥中起到增强作用；与未煅烧的石膏相比，煅烧石膏的溶解度高，晶体结构松弛，其自身的活性比较高，所以对其他矿物活性的硫酸盐激发效率高，但降低了石膏应有的缓凝作用，与未煅烧石膏复合后，既可提高活性又能保持缓凝作用；本发明提供的方法是在对高钙粉煤灰进行改性时采用煅烧石膏，当经过改性的高钙粉煤灰加入水泥后，形成煅烧石膏与非煅烧石膏的共同作用。
电石渣的主要成分是Ca(OH)2，能够为体系提供碱激发作用，同时电石渣能够促进早期水化速度，改善高钙粉煤灰过度推迟凝结时间的不利作用；但电石渣可以显著提高水泥-高钙粉煤灰材料体系的需水比，所以要控制其掺量，在适当掺量下所引起的需水比增加量可以抵消高钙粉煤灰对需水比的降低量，从而使整体需水比不产生明显变化。
本发明提供的高活性混凝土掺合料使用方法是，在配制混凝土过程中，按照重量比采用10％-30％的高活性混凝土掺合料等量替代水泥。
现有技术中，专利：200310109275采用粉煤灰30-50％、高炉渣40-60％、天然矿物5-15％和增强活化剂3-10％制备混凝土复合掺合料。本发明与专利：200310109275的重要区别是：本发明采用高钙灰为主要原材料，其关键技术是解决高钙灰的安定性问题，并且充分利用高钙灰中含有较高的活性CaO，从而产生更高的水化活性，同时，所采用的增强活化剂组分不同。本发明具有安定性、水化活性和性能稳定性高的特点，采用本发明可增加高钙粉煤灰在水泥混凝土中的掺量，降低成本和提高水泥制品耐久性，具有显著经济和社会效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例：
高活性混凝土掺合料的的制备方法，1、按表1的原材料配比混合制备高钙粉煤灰改性材料：
            表1  高钙粉煤灰改性材料的配方(重量比，单位：份)
高钙粉煤灰是采用旋风式锅炉燃烧褐煤、次烟煤的电厂或者采用增钙燃烧工艺的电厂经电收尘得到的勃氏比表面积300-600m2/kg、CaO重量含量为10％-45％、其中游离CaO重量含量为3％-10％的煤灰。
煅烧石膏为天然石膏、化学石膏或者天然石膏与化学石膏的混合石膏经过750℃-850℃的温度煅烧而成。天然石膏与化学石膏的混合时，二者为任意配比。
电石渣是生产聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工业废渣，工业废渣预先经过烘干，其含水量低于5％。
2、按照表2的原材料配比分别制备高活性混凝土掺合料：
            表2  本发明的配方(重量比，单位：份)
采用表2中方案2制备的高活性混凝土掺合料(记为AF)，并按照重量比采用水泥的30％的AF等量替代水泥，按照《用作水泥混合材料的工业废渣活性试验方法》(GB12957-2005)制备40×40×160mm砂浆试样，配合比及强度结果如表3。为对比说明高钙灰的活性改善效果，采用低钙灰以表2中方案4进行改性，得到的改性低钙灰混凝土掺合料记为LF，并同样等量替代水泥30％制备40×40×160mm砂浆试样，实验结果列入表3。
            表3  不同方式处理的高钙粉煤灰与水泥砂浆配合比及强度
编号   AF   LF   水泥   砂   水   流动度   抗压强度/兆帕   活性指数
  克   克   克   克   克   毫米   7天   28天   7天   28天
  1   0   0   540   1350   238   134   41.7   68.2   1   1
  2   162   0   378   1350   226   132   32.5   64.1   0.78   0.96
  3   0   162   378   1350   228   135   27.3   56.8   0.65   0.83
从表3看出，由于高活性混凝土掺合料的标稠用水量低于纯水泥，所以在水泥胶砂中采用30％的高活性混凝土掺合料等量替代水泥后，在保持相同流动度(125-135mm)的前提下用水量从238克降低到226克，即水胶比从0.44降低到0.42。采用本发明的激发措施后，7天活性指数达到0.78，28天活性指数达到0.96。
改性低钙灰混凝土掺合料对流动性的改善作用与高活性混凝土掺合料相近，标准稠度用水量也由238克降低到228克，但水化活性比高活性混凝土掺合料显著降低，即使与高活性混凝土掺合料采用相同的活性激发措施，其7天、28天的活性指数分别为0.65和0.83，明显低于高活性混凝土掺合料的水化活性。

Claims (4)

1.一种高活性混凝土掺合料，其特征在于它主要由高钙粉煤灰改性材料和高钙粉煤灰原料混合粉磨而成，各原料所占重量份数为：高钙粉煤灰改性材料1-1.5份、高钙粉煤灰10份；其中，高钙粉煤灰改性材料，它主要由Fe2SO4、Na2SO4、煅烧石膏与和电石渣原料混合而成，高钙粉煤灰改性材料各原料所占重量份数为：Fe2SO4 1-3份，Na2SO4 2-4份，煅烧石膏3-5份，电石渣2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高活性混凝土掺合料，其特征在于：所述的高钙粉煤灰是采用旋风式锅炉燃烧褐煤、次烟煤的电厂或者采用增钙燃烧工艺的电厂经电收尘得到的勃氏比表面积300-600m2/kg、CaO重量含量为10％-45％、其中游离CaO重量含量为3％-10％的煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种高活性混凝土掺合料，其特征在于：所述的煅烧石膏由石膏经过750℃-850℃的温度煅烧而成。
4.根据权利要求1所述的一种高活性混凝土掺合料，其特征在于：所述的电石渣是生产聚氯乙烯、聚乙烯醇或乙炔的工业废渣，工业废渣预先经过烘干，其含水量低于5％。
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