专利名称：一种预拌混凝土制品及其制造方法
技术领域：
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、降低水化热地问题。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称量进入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、泵送给料经电子称(体积计量)称量进入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，其特征在于将上述预拌混凝土按以下顺序进行操作(如附图2所示)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秒钟的搅拌即可。
本发明的一种预拌混凝土制品的另一制造方法---界面增强法，将上述的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浆体，然后再加入水和外加剂与水泥进行搅拌。
本发明的最佳实施例之一
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42.5II型硅酸盐水泥(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，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
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
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
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
复合矿物外掺料预拌混凝土级配(42.5P.O)表5
复合矿物外掺料预拌混凝土性能表表6
C30混凝土配合比(kg/m3)表7
新拌混凝土性能试验结果表8
C30混凝土抗压强度(Mpa)表9
C30混凝土力学性能试验结果表10
混凝土抗渗、抗冻性能试验结果表11
C30混凝土不同龄期收缩试验结果表12
C30混凝土不同龄期碳化试验结果表1权利要求
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42.5II型硅酸盐水泥(P.II)(或42.5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5～40mm)。
4.如权利要求1～3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(2)其掺量为0.5～0.8％的水泥用量(或牌号为FTH-2C其掺量为1500～2200ml/100kg的水泥用量)。
5.一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秒钟的搅拌即可。
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浆体，然后再加入水和外加剂与水泥搅拌即可。
全文摘要
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。
文档编号C04B14/06GK1417153SQ01132040
公开日2003年5月14日 申请日期2001年10月29日 优先权日2001年10月29日
发明者张克文, 刘长民, 张越, 陈尧亮, 马泓 申请人:上海建工材料工程有限公司