专利名称：一种自密实混凝土的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自密实混凝土，特别涉及一种用特细尾矿砂来替代部分胶凝材料 制备的C40以上低胶材自密实混凝土。
背景技术：
自密实混凝土是20世纪80年代初在国际上出现的新材料和新技术。自密实混凝 土的特点是具有良好的流动性，在自重作用下能够自密实；具有良好的均勻性和稳定性，在 流态时不泌水，不起泡；硬化后体积稳定性好，不产生收缩裂缝；初凝时间较长，终凝时间 较短，具有较高的早期强度；表面平整、耐磨性好；与基层材料黏结力较强；用于泵送施工 可节约劳力和施工费用，提高施工效率和质量，加快工程进度。自密实混凝土是由水泥、砂、掺合料、超塑剂、稳定剂等混合物配制而成，加水拌合 后即可泵送施工。这种混凝土对原材料及配合比要求很严格，要解决以下主要技术关键大 流动性与稳定性的矛盾，早强与缓凝的矛盾，收缩与膨胀的矛盾。目前自密实混凝土填充集料堆积时形成的空隙所用的粉末材料基本上为水泥和 粉煤灰等形成的胶凝材料浆体。现有技术中的自密实混凝土胶凝材料用量一般在500kg/m3 以上，水泥用量一般在350kg/m3以上。水泥是自密实混凝土胶凝材料胶材中的主要原材料， 水泥用量偏高会因为水泥水化热过高而容易引起混凝土收缩值偏大，对混凝土的裂缝控制 和提高混凝土的耐久性不利。水泥用量多，价格高，使得自密实混凝土的价格居高不下，特 别是C40以上的较高强度的自密实混凝土成本更高，这也使得自密实混凝土的推广应用受 到限制。站在环境保护的角度看，人类活动所排放温室气体的10%来自水泥混凝土工业， 水泥混凝土工业具有很大的减排潜力。水泥工业是二氧化碳的排放大户，其排放量约占人 类活动所产生二氧化碳总量的5%，全球水泥工业在未来发展中必须攻克减排二氧化碳的 课题。中国是世界上最大的水泥生产国，2009年水泥产量突破16. 3亿吨，占全球总产量的 50%以上。水泥工业排放的温室气体99%以上为二氧化碳，每生产1吨水泥熟料大约就产 生1吨二氧化碳气体。2009年我国水泥熟料产量约10. 5亿吨，二氧化碳排放量约8. 4亿 吨。水泥工业是单位产值二氧化碳排放量的龙头老大，而混凝土行业是水泥工业的最大用 户。尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的废弃物。据统计，2000年以前，我国 矿山产出的尾矿总量为50. 亿吨，其中铁矿尾矿量为26. 14亿吨。尾矿占全国固体废料 的1/3左右，但尾矿综合利用率仅为8. 2%左右，尾矿排入河道、沟谷、低地，污染水土大气， 破坏环境，乃至造成灾害。矿山尾矿堆存场所还占用了大量农田、林地，对环境也有一定污 染。随着国家加强环境保护和土地管理，尾矿的治理和利用已成为必须解决的迫切问题，但 是只回收有价值尾矿仍然处理不了剩下的大量尾矿，只有将尾矿作为建筑材料利用才是最 根本的出路。综上所述，充分利用固体废弃物，减少水泥的用量，是摆在混凝土行业中的一个重大课题，对发展我国低碳经济、循环经济、节能减排有着重大意义。
发明内容
为了克服现有技术中流动性与稳定性、早强与缓凝、收缩与膨胀等出现的矛盾，本 发明使用脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂结合聚羧酸高效减水剂、胶结材料和粗细骨料 的选择与搭配以及特定的配合比设计，综合利用粉煤灰、矿粉及尾矿砂，制备出一种低胶材 自密实混凝土。本发明所述的自密实混凝土由如下成分按重量百分比配制而成水泥200 300kg/m3 掺合料 100 300kg/m3外加剂8 15kg/m3 水洗特细砂200 350kg/m3中砂 550 700kg/m3 石子 800 1000kg/m3用水量130 160kg/m3其中所述的外加剂为4 12kg/m3的聚羧酸高效减水剂和1. 5 ^g/m3的脂肪族 (羟基)磺酸盐高效减水剂的复合物。本发明较好的自密实混凝土配方为水泥^Okg/m3 掺合料 17^g/m3外加剂8. 2kg/m3 水洗特细砂230kg/m3中砂 645kg/m3 石于 900kg/m3用水量1妨kg/m3其中所述的外加剂为6. 6kg/m3的聚羧酸高效减水剂和1. 6kg/m3的脂肪族(羟基) 磺酸盐高效减水剂的复合物。本发明中水洗特细砂是尾矿的一部分，细度模数0.5 0.9，SiO2含量50% 70% ；目前所用的掺合料有粉煤灰，矿粉等等，本发明中用特细尾矿砂取代部分掺合料和水 泥。采用较小粒径的石子与现有技术中常用的5 25mm的石料进行复合，改善粗集料的级 配，当较小粒径(5 16mm)的石子与常用的5 25mm的石料复合比例达到50% 60%时， 石子的骨料的空隙率最小(如图1所示)，可达到最大堆积密实度；所述的水胶比为0. 26 0.35，砂率为40 52%;所述的掺合料为粉煤灰与矿粉，二者比例为1 1.25 1 2。外 加剂为聚羧酸高效减水剂与脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂复合(二者比例为81 1 1)，较好的效果为二者比例为4 1。所述的脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂主要成分为酮醛缩合物，分子中含有羟 基、羧基、磺酸基等官能团，其数均分子量在4000 8000之间，其中羧基和磺酸基是强亲水 基，当这类外加剂加入到水泥浆体中时，形成双电层，由此产生静电斥力使水泥颗粒分散， 释放出拌合水而达到减水塑化效果，用于拌制混凝土拌合物，具有粘聚性，施工和易性好， 不易泌水离析，其水溶剂(浓度彡30%)，在低温(彡5°C)时无结晶沉淀物，-10°C时不结 冰，不增加防冻组分的同时，可用作规定温度-5 V的防冻剂使用。聚羧酸高效减水剂是一种分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，其分子呈 梳形结构，主链上带极性较强的多个活性基团，侧链带有亲水性活性基团，它主要通过不饱 和单体在引发剂作用下共聚而成。在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链(侧 链)。在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团，可以起到传统减水剂的作用，更重要的是一旦主链吸附在水泥颗粒表面后，支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉， 阻碍了颗粒相互接近，从而达到分散(即减水)作用。这种空间位阻作用不以时间延长而 弱化，因此，聚羧酸减水剂的分散作用更为持久。聚羧酸高效减水剂掺量低、减水率高，减 水率可高达45% ；坍落度轻时损失小，预拌混凝土池坍落度损失小于15%，对于商品混凝 土的长距离运输及泵送施工极为有利；用于配制高标号混凝土时，混凝土工作性好、粘聚性 好，混凝土易于搅拌，即使在高坍落度情况下，也不会有明显的离析、泌水现象，混凝土外观 颜色均一；与不同品种水泥和掺合料相容性好与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容 性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性问题；混凝土收缩小可明显降低混凝土 收缩，显著提高混凝土体积稳定性及耐久性。混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基 团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表 面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥一水体系处于相对稳定 的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内 的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而 且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为 致密，混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影 响。这些性质在实用中都是很重要的。若非特指，本发明所用的外加剂为公知的化工原料，均为市售化学产品。本发明针对自密实混凝土拌合物的大流动性与稳定性的矛盾，早强与缓凝的矛 盾，收缩与膨胀的矛盾，以及胶凝材料用量偏大等问题，应用脂肪族(羟基)磺酸盐高效减 水剂结合聚羧酸外加剂、调整粗集料的空隙率、利用粉煤灰和矿粉双掺效应，将混凝土的屈 服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的 塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中。掺加适量矿物掺合料，如粉煤灰，矿粉，能调节混凝土的 流变性能，提高塑性粘度，同时提高拌合物中的浆固比，改善混凝土和易性，使混凝土勻质 性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。脂肪族(羟基) 磺酸盐高效减水剂的添加对水泥粒子产生强烈的分散作用，并阻止分散粒子凝聚，具有一 定的保塑和增强混凝土强度功能。提高了混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩 裂缝，提高了混凝土抗裂能力，同时提高了混凝土粘聚性，改善了混凝土外观质量。本发明采用资源丰富的水洗特细砂代替部分矿物掺和料制备出的低胶材自密实 混凝土拌和物具有优良的和易性和泵送性能，且混凝土的收缩和绝热温升相应降低，有利 于混凝土的体积稳定性和耐久性的提高。本发明所述的低胶材自密实混凝土与现有技术相 比可降低水泥用量至少70kg/m3，降低胶凝材料用量至少70kg/m3，综合利用固体废弃物至 少470kg/m3，降低砼成本至少30元/m3，而每减少一吨水泥约减少1吨(X)2排放量，2009年 全国生产混凝土 41690. 28万方，北京市生产混凝土观21. 26万方，那么应用本发明，2009年 全国可减少(X)2排放量四18. 3万吨，北京市可减少(X)2排放量197. 48万吨；由此看出，本 发明低胶材自密实混凝土降低了胶凝材料、水泥的用量，使得混凝土在减少胶材的情况下， 也能用于如水下、海底、辐射及剧毒等各种强度等级的形状复杂、配筋密集、不易振捣的现 代建筑结构。并且在提高工作性，降低砼收缩的情况下仍能达到高强度混凝土的基本要求。 水泥用量的降低，减少了二氧化碳排放量，有利于节能、减排、降耗和环境的可持续发展。水泥用量的减少和综合利用固体废弃物，降低了自密实混凝土的成本，有利于进一步推广应 用自密实混凝土。此外，脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂与聚羧酸高效减水剂的复合添 加使得观天抗压强度可提高20%以上，更适宜配制高强自密实混凝土。
图1是石子复合比例与空隙率关系曲线图。以下通过具体实施例来进一步说明本发明，但实施例仅用于说明本发明，并不能 限制本发明的范围。在本发明中，若非特指，所有的份、量均为以总重量为基础的重量单位，所有的原 料均可以从市场购得。
具体实施例方式由于生产设备的原因，目前常用的5 25mm机碎石级配普遍达不到标准要求， 16mm以上的大颗粒明显偏多，空隙率偏大，混凝土的包盖系数较小，造成混凝土和易性差。 采用较小粒径的石子与目前常用的5 25mm的石料进行复合，改善粗集料的级配，当复合 比例达到50%左右时，骨料的空隙率最小。复合比例与空隙率的关系如图1所示。试验是在上述调整粗集料空隙率的基础上，在单方胶材总量不超过480kg/m3情况 下，用特细砂取代部分矿物掺和料作为填充料。1、低胶材自密实混凝土配合比举例(表1)采用原材料为，普通硅酸盐42. 5水泥，比表面积400kg/m3左右，质量、强度稳定； I级粉煤灰，主要成分为二氧化硅，氧化铝，三氧化铁；S95级矿粉，比表面积大于400kg/m3 ； 砂，细度模数大于等于2. 6 ；特细砂，细度模数小于等于0. 9 ；石子，级配良好以及聚羧酸外 加剂与脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂复合的外加剂。为对比本发明配制了不掺水洗 特细砂和复合外加剂的混凝土作为空白混凝土(配比1)，不掺复合外加剂的混凝土(配比 2)。对混凝土测试了拌合物性能(表幻，自密实性能(表幻和强度(表4)。表1配合比
权利要求
1.一种自密实混凝土，由如下成分按重量百分比配制而成 水泥 200 300kg/m3 掺合料 100 300kg/m3 外加剂8 15kg/m3水洗特细砂200 350kg/m3 中砂 550 700kg/m3 石子 800 1000kg/m3 用水量130 160kg/m3其中所述的外加剂为4 12kg/m3的聚羧酸高效减水剂和1. 5 ^g/m3的脂肪族(羟 基)磺酸盐高效减水剂的复合物。
2.如权利要求1所述的自密实混凝土，由如下成分按重量百分比配制而成 水泥^Okg/m3掺合料17^g/m3外加剂8. 2kg/m3水洗特细砂230kg/m3中砂 645kg/m3石子 900kg/m3用水量1妨kg/m3其中所述的外加剂为6. 6kg/m3的聚羧酸高效减水剂和1. 6kg/m3的脂肪族(羟基)磺 酸盐高效减水剂的复合物。
3.如权利要求1、2所述的自密实混凝土，其特征在于所述的聚羧酸高效减水剂与脂肪 族(羟基)磺酸盐高效减水剂的复合比例为8 1 1 1。
4.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于所述的聚羧酸高效减水剂与脂肪族 (羟基)磺酸盐高效减水剂的复合比例为4 1。
5.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于所述的掺合料为粉煤灰与矿粉的混 合物。
6.如权利要求5所述的自密实混凝土，其特征在于所述的粉煤灰与矿粉的比例为 1 1. 25 1 2。
7.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于的水洗特细砂是尾矿的一部分，细 度模数为0. 5 0. 9，SiO2含量的重量百分比为50% 70%。
8.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于所述石子为5 16mm石子与5 25mm石料的复合物，其复合比例为50% 60%。
9.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于水胶比为0.26 0. 35。
10.如权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于砂率的重量百分比为40 52%。
全文摘要
本发明涉及一种自密实混凝土，为克服现有技术中自密实混凝土流动性与稳定性、早强与缓凝、收缩与膨胀等矛盾，本发明使用脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂结合聚羧酸高效减水剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配以及特定的配合比设计，利用粉煤灰、矿粉及尾矿砂，制备出一种适用于C40以上低胶材自密实混凝土，所述的脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂主要成分为酮醛缩合物，加入水泥浆体时，具有施工和易性好，不易泌水离析，在低温时无结晶沉淀物等优点。用本发明方法制备的混凝土与现有技术相比可降低水泥用量至少70kg/m3，降低胶凝材料用量至少70kg/m3，综合利用固体废弃物至少470kg/m3，降低砼成本至少30元/m3。
文档编号C04B28/00GK102060482SQ20101054398
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者朴春爱, 武俊宇, 聂法智 申请人:北京新奥混凝土集团有限公司