专利名称：隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土以及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种高性能混凝土以及该混凝土的制备方法。
背景技术：
混凝土为当今建筑材料中使用最广泛、应用量最大的一种材料，它可配制成不同强度、不同性能及不同形状的各种建筑物。但由于建筑物的环境条件的影响、施工质量不佳或设计不当，往往会产生种种危害，降低结构的质量，缩短使用寿命。海底隧道、山体隧道在施工过程中将挖出大量岩石弃渣，传统做法是将这些弃渣用于露天堆放、填海或填充路基，这样将有可能会导致大气、水体和土壤污染。与此同时，在建的隧道工程也需要大量的优质骨料制备高性能混凝土。为此，部分工程将施工弃渣简单破碎用于制备低强度等级的喷射混凝土、基层混凝土等，但其强度、耐久性能和生态性能均不能满足现代隧道工程对高性能衬砌混凝土的要求。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种隧道弃渣与大掺量矿物制备的高性能混凝土，其能够制备出强度达到C50、施工性能、耐久性能优异的高性能混凝土。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案其各组分的重量含量为水泥 250-270份、粗骨料1000-1100份、沙子700-750份、粉煤灰70-90份、矿粉140-160份、外加剂5-6份、水150-160份。本发明对隧道施工弃渣进行了有效的工艺处理，并建立相应的控制指标。本发明的高性能混凝土含泥及泥块量< 1.5%，水溶性氯离子含量<0.01%。其堆积密度达到大于1480kg/m3，空隙率宜彡45%，针片状颗粒总含量宜彡10%。制备的高性能混凝土利用了施工弃渣作为粗骨料、矿物掺合料大于胶凝材料总量的40%。混凝土强度等级达到C50、施工性能、耐久性能优异。所述的水泥优选采用强度等级52. 5硅酸盐水泥。所述的粗骨料优选采用隧道施工弃渣，施工弃渣破碎后的石子粒径为5_25mm。所述的沙子优选采用细度模数2. 4-3. 0的河沙，其泥含量不大于2%。所述的粉煤灰优选采用I级粉煤灰。所述的矿粉优选采用S95或S105矿粉。所述的外加剂优选为聚羟酸减水剂，其减水率不小于30%。本发明的另一个目的是提供一种上述高性能混凝土的制备方法，其包括如下步骤(1)施工弃渣制备高品质粗骨料；(2)原材料选取；(3)将水泥、粉煤灰、矿粉、粗骨料、沙子在常温常压下，混合搅拌Hmin ；
(4)加上外加剂和水，继续搅拌l-^iiin，即可制成高性能混凝土。施工弃渣制备高品质粗骨料包括如下步骤(1)钻探芯样和施工弃渣进行化学分析、放射性分析和碱集料测试；(2)依据岩石类型、母岩强度、化学成分和碱活性实验结果确定隧道某一区域施工弃渣的可用性；(3)施工弃渣采用两级颚式破碎机破碎至规定粒径的粗骨料；(4)粗骨料筛分、水洗；(5)粗骨料检验。优选地，施工弃渣破碎前进行晾晒与优选。本发明基于试验结果和岩性分析对隧道施工弃渣进行优选，采用二级颚式破碎机对施工弃渣进行破碎以达到相应的堆积密度和空隙率，通过筛分、水洗以控制粒径和有害
1 子含里。在制备高性能混凝土过程中，通过大掺量矿物掺合料、聚羧酸减水剂复合以降低混凝土水化热和收缩率，优化混凝土孔结构，通过粗骨料和沙优选全面提高混凝土强度和抗腐蚀离子渗透能力。本产品具有绿色低碳、高抗离子腐蚀和高早强等显著特点。利用本发明技术生产的高性能混凝土可达到如下技术指标1、力学性能3d抗压强度彡21MPa,28d抗压强度彡58MPa ；2、混凝土中初始氯离子含量0. 35kg/m3 ；3、混凝土中碱含量彡3kg/m3 ；4、28天氯离子扩散系数Dkcm彡4 X10"8cm2/s ；5、抗冻性F300 ；6、抗渗等级大于S12 ；7、混凝土工作性初始坍落度彡180mm，入泵前彡160mm。
具体实施例方式实施例1本发明的各组分的重量含量为水泥250份、粗骨料1000份、沙子700份、粉煤灰 70份、矿粉140份、外加剂5. 5份、水150份。所述的水泥采用强度等级52. 5硅酸盐水泥，其细度彡360m2/kg, C3A含量彡8%, 游离氧化钙< 1.5%，水溶性氯离子含量< 0. 02%，含碱量< 0.6%。所述的粗骨料采用隧道施工弃渣，施工弃渣破碎后的石子粒径为5mm，其堆积密度大于1480kg/m3，空隙率宜彡45%，压碎指标彡12 %，针片状颗粒总含量彡10%，含泥及泥块量< 1. 5%，水溶性氯离子含量< 0. 01%，无潜在的碱活性。所述的沙子采用细度模数2. 4的河沙，其泥含量不大于2 %，其控制4. 75mm、 0. 6mm和0. 15mm筛的累计筛余量分别为0-5 %、40 % -70 %和彡95 %，云母及轻物质含量
(1.0%，水溶性氯离子含量< 0. 01%，无潜在的碱活性。所述的粉煤灰采用I级粉煤灰，其细度彡12%，烧失量彡4%，需水量比彡95%， 三氧化硫含量< 3 %，水溶性氯离子含量< 0. 02%，可溶性碱含量(按Na2CHO. 658K20计算)彡 0. 30%。
所述的矿粉采用S95，其应为100%水淬高炉矿渣制得的矿粉，比表面积应控制在3502/kg，三氧化硫含量< 3 %，水溶性氯离子含量< 0. 02 %，可溶性碱含量(按 Na20+0· 658K20 计算)彡 0. 45%。所述的外加剂为聚羟酸减水剂，其减水率不小于30%，其水溶性氯离子含量 <0.2%，与水泥和掺合料有良好的相容性，并能根据工程施工需要调整凝结时间和含气
Mo所述的水，氯离子含量彡200mg/L ；硫酸盐含量按S042_计彡0. 22%。上述高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤(1)施工弃渣制备高品质粗骨料；(2)原材料选取；(3)将水泥、粉煤灰、矿粉、粗骨料、沙子在常温常压下，混合搅拌Imin ；(4)加上外加剂和水，继续搅拌lmin，即可制成高性能混凝土。施工弃渣制备高品质粗骨料包括如下步骤(1)钻探芯样和施工弃渣进行化学分析、放射性分析和碱集料测试；(2)依据岩石类型、母岩强度、化学成分和碱活性实验结果确定隧道某一区域施工弃渣的可用性；(3)施工弃渣破碎前进行晾晒；(4)施工弃渣采用两级颚式破碎机破碎至规定粒径的粗骨料；(5)粗骨料筛分、水洗；(6)粗骨料检验。高性能混凝土，泵送浇注，模振与振动棒振捣结合，混凝土带模养护1 后拆模， 浇水养护。实施例2本发明的各组分的重量含量为水泥270份、粗骨料1100份、沙子750份、粉煤灰 100份、矿粉100份、外加剂5份、水160份。所述的水泥采用强度等级52. 5硅酸盐水泥，其细度彡360m2/kg, C3A含量彡8%, 游离氧化钙< 1.5%，水溶性氯离子含量< 0. 02%，含碱量< 0.6%。所述的粗骨料采用隧道施工弃渣，施工弃渣破碎后的石子粒径为25mm，其堆积密度大于1480kg/m3，空隙率宜彡45%，压碎指标彡12 %，针片状颗粒总含量彡10%，含泥及泥块量< 1. 5%，水溶性氯离子含量< 0. 01%，无潜在的碱活性。所述的沙子采用细度模数3. 0的河沙，其泥含量不大于2 %，其控制4. 75mm、 0. 6mm和0. 15mm筛的累计筛余量分别为0-5 %、40 % -70 %和彡95 %，云母及轻物质含量
(1.0%，水溶性氯离子含量< 0. 01%，无潜在的碱活性。所述的粉煤灰采用I级粉煤灰，其细度彡12%，烧失量彡4%，需水量比彡95%， 三氧化硫含量< 3 %，水溶性氯离子含量< 0. 02%，可溶性碱含量(按Na2CHO. 658K20计算)彡 0. 30%。所述的矿粉采用S105矿粉，其应为100%水淬高炉矿渣制得的矿粉，比表面积应控制在450m2/kg，三氧化硫含量< 3 %，水溶性氯离子含量< 0. 02 %，可溶性碱含量(按 Na20+0· 658K20 计算)彡 0. 45%。
所述的外加剂为聚羟酸减水剂，其减水率为40%，其水溶性氯离子含量< 0. 2%, 与水泥和掺合料有良好的相容性，并能根据工程施工需要调整凝结时间和含气量。所述的水，氯离子含量彡200mg/L ；硫酸盐含量按S042—计彡0. 22%。上述高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤(1)施工弃渣制备高品质粗骨料；(2)原材料选取；(3)将水泥、粉煤灰、矿粉、粗骨料、沙子在常温常压下，混合搅拌:3min ；(4)加上外加剂和水，继续搅拌3min，即可制成高性能混凝土。施工弃渣制备高品质粗骨料包括如下步骤(1)钻探芯样和施工弃渣进行化学分析、放射性分析和碱集料测试；(2)依据岩石类型、母岩强度、化学成分和碱活性实验结果确定隧道某一区域施工弃渣的可用性；(3)施工弃渣破碎前进行晾晒；(4)施工弃渣采用两级颚式破碎机破碎至规定粒径的粗骨料；(5)粗骨料筛分、水洗；(6)粗骨料检验。高性能混凝土，泵送浇注，模振与振动棒振捣结合，混凝土带模养护24h后拆模， 浇水养护。
权利要求
1.一种隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于，各组分的重量含量为水泥250-270份、粗骨料1000-1100份、沙子700-750份、粉煤灰70-90份、矿粉140-160 份、外加剂5-6份、水150-160份。
2.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的水泥采用强度等级52. 5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的粗骨料采用隧道施工弃渣，施工弃渣破碎后的石子粒径为5-25mm。
4.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的沙子采用细度模数2. 4-3. 0的河沙，其泥含量不大于2%。
5.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的粉煤灰采用I级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的矿粉采用S95或S105矿粉。
7.根据权利要求1所述的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，其特征在于， 所述的外加剂为聚羟酸减水剂，其减水率不小于30%。
8.一种用于权利要求1-7任一权利要求所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)施工弃渣制备高品质粗骨料；(2)原材料选取；(3)将水泥、粉煤灰、矿粉、粗骨料、沙子在常温常压下，混合搅拌Hmin；(4)加上外加剂和水，继续搅拌l-^iiin，即可制成高性能混凝土。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，施工弃渣制备高品质粗骨料包括如下步骤(1)钻探芯样和施工弃渣进行化学分析、放射性分析和碱集料测试；(2)依据岩石类型、母岩强度、化学成分和碱活性实验结果确定隧道某一区域施工弃渣的可用性；(3)施工弃渣采用两级颚式破碎机破碎至规定粒径的粗骨料；(4)粗骨料筛分、水洗；(5)粗骨料检验。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，施工弃渣破碎前进行晾晒与优选。
全文摘要
本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种高性能混凝土以及该混凝土的制备方法。本发明的隧道弃渣与大掺量矿物掺合料制备的混凝土，各组分的重量含量为水泥250-270份、粗骨料1000-1100份、沙子700-750份、粉煤灰70-90份、矿粉140-160份、外加剂5-6份、水150-160份。在制备高性能混凝土过程中，通过大掺量矿物掺合料、聚羧酸减水剂复合以降低混凝土水化热和收缩率，优化混凝土孔结构，通过粗骨料和沙优选全面提高混凝土强度和抗腐蚀离子渗透能力。本产品具有绿色低碳、高抗离子腐蚀和高早强等显著特点。
文档编号C04B18/12GK102173684SQ20111003188
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者李秋义, 赵铁军, 金祖权 申请人:青岛理工大学