预制构件混凝土用矿物掺合料核心料的制作方法

本发明属于混凝土领域，特别涉及预制构件混凝土专用矿物掺合料核心料及掺合料质量控制技术。

背景技术：

矿物掺合料已成为混凝土必备原材料之一，主要有：粉煤灰、矿粉及硅灰，粉煤灰、矿粉双掺或粉煤灰、矿粉及硅灰双掺技术，也已是矿物掺合料发展必然趋势。复合掺合料技术通过复合胶凝效应、诱导激活效应、表面微晶化效应、界面相合效应、微集料效应等作用机制，除可改善混凝土的工作性，还可确保高强度、抗氯离子侵蚀、高致密性及高耐久性。

掺合料因其在某方面能够完全代替水泥，而且成本比较低廉，这样可以给施工企业创造高额经济利润；实际操作时，易采用劣质掺合料或单一过掺某类掺合料，导致建筑工程出现早期强度低、耐久性差等问题。近些年来，矿物掺合料的超细微粉处理，可将粒径控制小于10μm，颗粒达到超细状态后，表面能和活性显著提高，更充分发挥混凝土掺合料的形态效应、活性效应和微集料效应。在掺合料复掺的基础上，采用超细微粉技术，可最大性价比满足高强、早强、高性能混凝土对矿物掺合料的需求。

专利文献cn102329096a公开一种用于混凝土的高早强矿物外加剂，其特征在于它由矿粉、粉煤灰、硅灰、偏高岭土、硫酸钠和聚羧酸减水剂混合而成，各原料所占质量百分数为：矿粉30-50％，粉煤灰20-35％，硅灰5-15％，偏高岭土5-15％，硫酸钠2-5％，聚羧酸减水剂1-2％。本发明研制的高早强矿物外加剂可用于混凝土预制构件、灌浆材料、修补材料等，将该高早强矿物外加剂以10％掺量取代水泥制备混凝土，其需水量小、早期活性指数高、强度发展状况良好，其抗干缩性能对比普通的水泥及矿物掺合料有了很大的提高。

专利文献cn106587686a公开一种偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料及其应用，复合掺合料由偏高岭土30-40％、微珠10-20％、ii级粉煤灰15-35％、s75矿渣粉15-35％混合而成，掺入量占总胶凝材料质量的20-30％。综合利用高铁铁低品位偏高岭土制备高性能混凝土用复合掺合料，起到颗粒密实堆积、超叠加效应和优势互补作用，解决偏高岭土作为单一组分所带来的需水性和胶凝材料之间的摩擦力大的难题，显著改善混凝土的拌合物性能、力学性能和耐久性能，实现混凝土的高性能化。

专利文献cn106565119a公开一种海洋工程抗氯离子侵蚀混凝土用复合掺合料，该复合掺和料的原料易购，生产简便，成本相对较低，用于海洋高性能混凝土时，所得混凝土具有优良的抗海水氯离子渗透能力。所述复合掺合料，其质量百分比组成为：矿粉15-30％，钢渣粉10-20％，硅灰5-10％，天然沸石粉5-10％，粉煤灰漂珠5-10％，水泥抗渗粉4-6％，余量为粉煤灰。

上述现有技术多为某特定工程高性能混凝土专用的矿物掺合料，组分设计未脱离传统外加剂组分设计，根据目前预制构件矿物掺合料低坍落度、高早强、高耐久性的特点，尚无针对性的产品和组分设计，本专利设计从引入新的水泥矿物相入手，考究混凝土的高强度、高抗渗性和耐久性的统一性，通过小料多元复合调整预制构件混凝土工作状态。

技术实现要素：

区别于上述专利，本专利除采用粉煤灰和矿粉的sio2-al2o3体系，引入快硬性水泥矿物组分高铁铝酸钙，形成铁置换过的钙矾石固溶体或单硫型钙矾石固溶体；金属硫酸盐中硫酸根供给高铁铝酸钙形成钙矾石，金属离子激发钙离子析出速率进而加速水泥胶凝材料水化；超微矿粉、石膏晶须和无机纤维其粒径长径比或长宽比恒大于1，交错穿插作用于水泥基胶凝材料体系中，可显著改善抗折强度和后期强度；空心微珠、润滑剂和三聚氰胺减水剂粉剂协同作用，最大程度通过滚珠效应，确保预制构件混凝土的低坍落度流动性。

本发明提供一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

高铁型铝酸钙水泥：20-40％；

金属硫酸盐：10-20％；

超微矿粉：10-25％；

空心微珠：5-10％；

石膏晶须：7-15％；

无机纤维：5-10％；

润滑剂：1-2％；

三聚氰胺减水剂干粉剂：0.5-2.0％。

所述高铁型铝酸钙水泥中成分限制为：wtcao：53-72％，wtal2o3：21-35％，wtfe2o3：7-16％，优选成分为：wtcao：57-72％，wtal2o3：21-28％，wtfe2o3：11-16％。

所述金属硫酸盐，具体为硫酸锶、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸锰、硫酸锌、硫酸亚铁的一种或几种组合物，优选为20℃溶解度＞30的硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌的一种或几种组合物。

所述超微矿粉为比表面积800m²/kg＜比表面积＜1000m²/kg的矿渣微粉。

所述空心微珠为0.01-15μm、400-800kg/m³的粉煤灰空心球，优选为规格2500目粒径d(90)≤5μm、400kg/m³＜容重＜500kg/m³的轻质空心微珠，优选为偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠，该偶联剂活性处理后的空心微珠流动性好、活性高、相容性高、强度高、收缩率低。

所述石膏晶须为无水石膏晶须、半水石膏晶须、二水石膏晶须，其平均直径1-4μm，平均长度30-150μm；优选为平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须，该尺寸在水泥基胶凝材料颗粒中可满足较高韧性和较大穿插几率。

所述无机纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维，优选为尺寸较小、比强度和比模量较好的玻璃纤维，优选为单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维。

所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸铝、硬脂酸锂的一种或几种组合物，优选为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸铝的一种或几种组合物。

本发明的有益效果如下：

1)水泥矿物中快硬性矿物有两种：铝酸钙和铁铝酸钙，铝酸三钙与水反应迅速，放热快，此放热量可带动硅酸钙矿物水化；铁铝酸钙水化反应较快，但放热量较小，联动作用较小；两者都形成快硬性水化产物与硅酸钙水化产物交联起来，而铁铝酸钙不易导致整个水泥胶凝材料体系反应速率迅速加快，导致胶凝材料失去塑性，进而影响流动性。高铁型铝酸钙水泥和普通硅酸盐水泥协同作用，铁铝酸钙水化产物与硅酸钙水化产物交联在一起，可显著提高预制构件混凝土胶凝材料早期强度；金属硫酸盐补充硫酸根和提高钙离子析出作用，以确保微膨胀性含铁钙矾石水化产物形成，杜绝水化铁铝酸钙硬化后收缩，影响强度。

2)引入超微矿粉、石膏晶须、无碱磨碎玻璃纤维等增韧增强材料，改善预制构件水泥胶凝材料水化产物内部交错结构，增大其紊乱程度，以保证后期强度和耐久性；采用空心微珠、润滑剂和三聚氰胺减水剂，改善胶凝材料与骨料交接界面润滑性，降低聚羧酸减水剂用量，以降低预制构件水泥基胶凝材料拌合物的流动性突变的敏感性及离析泌水几率。

本发明产品添加到预制构件掺合料中，掺量8-12％，可显著改善掺合料的综合性能，以满足预制构件早期强度高、高抗渗性、高耐久性的需求。

具体实施方式

＜实施例1＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：59wt％，al2o3：25wt％，fe2o3：16wt％的高铁型铝酸钙水泥：39％；

比表面积815m²/kg的超微矿粉：21％；

硫酸铝：18％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝3μm、容重＝480kg/m³)：5.8％；

平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：8.2％；

单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：7.0％；

三聚氰胺减水剂粉剂：0.5％；

硬脂酸钙：0.5％。

＜实施例2＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：60wt％，al2o3：25wt％，fe2o3：15wt％的高铁型铝酸钙水泥：34.4％；

比表面积857m²/kg的超微矿粉：18％；

硫酸亚铁：20％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝3.5μm、容重＝476kg/m³)：7.6％；

平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的无水石膏晶须：8.3％；

单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的玄武岩纤维：9.0％；

三聚氰胺减水剂粉剂：0.7％；

硬脂酸镁：2.0％。

＜实施例3＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：62wt％，al2o3：23wt％，fe2o3：15wt％高铁型铝酸钙水泥：28.9％；

比表面积912m²/kg的超微矿粉：25％；

硫酸锌：20％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝4.5μm、容重＝420kg/m³)：5％；

石膏晶须：平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的二水石膏晶须：10％；

无机纤维：单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的碳纤维：8.0％；

三聚氰胺减水剂粉剂：2.0％；

硬脂酸锌：1.1％。

＜实施例4＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：64wt％，al2o3：23wt％，fe2o3：13wt％高铁型铝酸钙水泥：39.5％；

比表面积863m²/kg的超微矿粉：19％；

硫酸镁：18％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝2μm、容重＝492kg/m³)：8.9％；

平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：7.1％；

单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的玄武岩纤维：5％；

三聚氰胺减水剂粉剂：1.5％；

硬脂酸铝：1％。

＜实施例5＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：66wt％，al2o3：22wt％，fe2o3：12wt％高铁型铝酸钙水泥：38.5％；

比表面积826m²/kg的超微矿粉：超微矿粉为矿渣微粉20％；

硫酸亚铁：17％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝4μm、容重＝425kg/m³)：8.3％；

平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的二水石膏晶须：7.2％；

单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：6.0％；

三聚氰胺减水剂粉剂：1.3％；

硬脂酸镁：1.7％。

＜实施例6＞

一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：

成分为cao：68wt％，al2o3：21wt％，fe2o3：11wt％高铁型铝酸钙水泥：32.4％；

比表面积883m²/kg的超微矿粉：超微矿粉为矿渣微粉23％；

硫酸铝：15％；

偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(d(90)＝3.2μm、容重＝475kg/m³)：7.1％；

平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：9.2％；

单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：10％；

三聚氰胺减水剂粉剂：1.8％；

硬脂酸锌：1.3％。

选取市面上预制构件矿物掺合料作为对比例，用实施例1-6核心料等量替换10wt％，测试标准为db11t968-2013《预制混凝土构件质量检验标准》，性能测试结果如表1所示：

表1实例性能测试参数表

根据上表数据，采用实例矿物掺合料的核心料，对混凝土流动性能有稳定增幅作用，同时1d较基准样优势明显，且28d强度增幅稳定。