专利名称：矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土及其生产方法
技术领域：
本发明涉及混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。
背景技术：
高钛重矿渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣冷却形成的一种由钛辉石、钙钛矿等矿物为主的石质材料，具有多孔、高强、化学稳定性好等特点。目前，国内外高钛高炉矿渣的利用技术手段，仅能满足一般民用建筑工程的需求，未有利用其制备桥梁高性能混凝土的方法的文献报道。采用高钛重矿渣砂作为粗细集料，制备高性能混凝土应用于桥梁、高速公路还存在下列问题:首先，高钛重矿渣砂级配较差，粉尘含量较高，表面粗糙，不利于用于配制高强混凝土。其次，高钛重矿渣砂是一种多孔材料，较普通河砂表观密度大，且表面粗糙度较大，在混凝土泵送过程中由于受到泵送压力的做用，高钛重矿渣砂极易吸附外加剂和吸收部分水分，从而影响混凝土的工作能，不利于泵送混凝土泵送施工。如果混凝土初始坍落度过大时，在泵送压力作用下，高钛重矿渣砂孔隙中会释出部分水分，导致混凝土易出现扒底现象，同样不利于泵送混凝土泵送施工。因此，目前将高钛重矿渣砂应用于高强泵送混凝土的应用中还存在一定的问题。攀钢面临着高钛重矿渣堆积如山的局面，急需一种高效利用钛矿渣砂的方法；同时，攀枝花市的建设每年需消耗大量砂，由于地处长江上游，砂石集料匮乏，天然砂成本相当高，过度的开山炸石将导致破坏自然植被。因此，利用高钛重矿渣砂配制高强泵送混凝土，有利于社会经济的可持续发展，对节约自然资源，降低工程成本，保护生态环境等方面均具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土及其生产方法，以有效消纳利用矿物废渣，不仅可满足工程应用的各项要求，而且有利于提升混凝土的耐久性。本发明矿渣集料 制备的高强泵送抗裂混凝土，由以下重量份的原料组成:水140 175重量份，凝胶材料 490 550重量份，粗集料1000 1200重量份，细集料 600 800重量份，内养护剂 10 20重量份，减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的1.0 2.0% ；其中，作为优选方案，凝胶材料由430 460重量份的水泥和60 90重量份的矿物掺合料组成；粗集料为碎石；细集料为高钛重矿渣砂；内养护剂为淀粉接枝阴离子一非离子基团内养护材料。进一步的，为了提高混凝土减水效果，所述减水剂优选为聚羧酸系高效减水剂。作为优选方案，聚羧酸系高效减水剂由有机硅油消泡剂5 10wt%、松香热聚物引气剂I 2wt%、纤维素醚增粘剂2.5 5wt%、减缩组分7.5 15wt%,与聚羧酸系母液复合而成；减缩组分由Cl C3的低级醇环氧化合物和烷基聚氧乙烯醚按照质量比1:1 1:2组成。上述聚羧酸高效减水剂是专为本发明研制的。由于高强及泵送工艺的需要，在严格控制用水量前提下，为了满足适当的浆体含量和适宜的流动性，同时，具有早期强度好、收缩低、后期强度好的性能。通过调整外加剂中不同组分来发明一种专为高钛重矿渣砂高强泵送混凝土外加剂。由于高钛重矿渣砂的比表面积较大，一方面摩擦阻力大，另一方面对外加剂吸附较严重，导致混凝土初始工作状态不佳，扩展度偏低，无法满足混凝土施工过程的要求。为此，本发明通过掺加一定量含有阴离子表面活性剂的引气组分，使混凝土在拌和过程中产生大量相同电荷并能均匀分布的微气泡，这些微气泡起到“滚珠”效应，有效提高混凝土初始扩展度。混凝土外加剂的加入会在混凝土内部引入大气泡，不仅不利于改善混凝土的初始状态，而且对混凝土的物理力学性能及长期耐久性有害。通过引入一种能改变体系的界面状态破坏或抑制泡沫的物质可消除大气泡。该消泡剂具有较高的表面活性，能形成新的表面膜或改变原表面膜，降低泡沫的强度，进而有效的减少混凝土中大气泡的生成量。为避免混凝土在泵送过程中因离析而堵管现象的发生，在外加剂中掺加一定量具有保水和增稠作用的增黏组分，使其高分子长链可以在水泥颗粒、水泥和骨料之间形成稳定的空间柔性网络结构，提高新拌混凝土的粘聚力，且其所含有的化学基团如羟基和醚键上的氧原子与水分子缔合成氢键，使游离水变成结合水，以保证水泥水化时具有足够的水，故使水泥浆体黏度上升，有效的避免在泵送过程中因离析而堵管现象的发生。为减少混凝土的收缩量，在外加剂中增加一种使混凝土毛细孔溶液表面张力显著降低的减缩组分，从根本上减小了混凝土产生自收缩，孔隙细化，没有明显的原生裂纹产生，混凝土结构更加致密，提高混凝土的抗裂性能，减小收缩。消泡剂选用有机硅油5 10%、引气剂选用松香热聚物I 2%、增粘剂选用纤维素醚2.5 5%、减缩组分选用低级醇的环氧化合物与烷基聚氧乙烯醚混合而得。通过调整以上各成分占外加剂量的含量与减水剂复合而得到的一种适用于高钛重矿渣砂混凝土的外加剂。其中，所述的水泥优选为P.0.52.5普通硅酸盐水泥。进一步的，所述碎石优选为5 25mm连续级配，堆积密度优选为1500 1700kg/m3，吸水率优选为0.1 1.5%，压碎值指标优选为6 16% ；进一步的，所述高钛重矿渣砂细度模数优选为2.5 3.2，表观密度为2600 3300kg/m3。进一步的 ，淀粉接枝阴离子一非离子基团内养护材料的结构式如式(I )所示
权利要求
1.矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料组成: 水140 175重量份， 凝胶材料 490 550重量份， 粗集料 1000 1200重量份， 细集料 600 800重量份， 内养护剂 10 20重量份， 减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的1.0 2.0% ； 其中，所述凝胶材料由430 460重量份的水泥和60 90重量份的矿物掺合料组成；所述粗集料为碎石；所述细集料为高钛重矿渣砂；内养护剂为淀粉接枝阴离子一非离子基团内养护材料。
2.根据权利要求1所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于:所述减水剂为聚竣酸系闻效减水剂。
3.根据权利要求2所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于:所述聚羧酸系高效减水剂由以下组分组成:有机硅油消泡剂5 10wt%、松香热聚物引气剂I 2wt%、纤维素醚增粘剂2.5 5wt%、减缩组分7.5 15wt%,与聚羧酸系母液复合而成；所述减缩组分由Cl C3的低级醇环氧化合物和烷基聚氧乙烯醚按照质量比1:1 1:2组成。
4.根据权利要求1 3任一项所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于:所述的水泥为P.0.52.5普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1 4任一项所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于:所述碎石为5 25mm连续级配，堆积密度为1500 1700kg/m3，吸水率为0.1 1.5%，压碎值指标为6 16%。
6.根据权利要求1 5任一项所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于:所述高钛重矿渣砂细度模数为2.5 3.2，表观密度为2600 3300kg/m3。
7.根据权利要求1 6任一项所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于，所述淀粉接枝阴离子一非离子基团内养 护材料结构如式(I )所示:
8.根据权利要求7所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土，其特征在于，所述淀粉接枝阴离子一非离子基团内养护材料制备方法如下: a、淀粉糊化:将0.15重量份的木薯淀粉和0.04重量份的高岭土溶于3重量份的蒸馏水，温度为70 80°C，搅匀，糊化30min，得到溶液I ; b、自由基引发:称取0.0012重量份的硝酸铈铵和0.0108重量份的过硫酸铵，溶于2重量份的蒸馏水，温度为60 70°C，搅匀，加入a步骤得到溶液I中，反应lOmin，得到溶液2 ； C、接枝共聚:称取0.416重量份的单体丙烯酰胺、0.132重量份的单体2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸和0.0045重量份的交联剂，溶于3重量份的蒸馏水，温度为60 70V’搅匀，并加入到溶液2中，反应得到溶液3，溶液3为无色凝胶状物质或者含凝胶浓溶液；其中，单体丙烯酰胺和单体2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸的滴加时间控制在2 4h内； d、水解:将0.13 0.14重量份的NaOH溶于4重量份的蒸馏水，加入到溶液3中，水解30min得到粗产物； e、脱水、洗涤:将粗产物脱水，然后用乙醇或丙酮对初产物浸泡6 12h，洗涤，得到纯产物； f、干燥、粉碎:将e步骤得到的纯产物干燥，粉碎，即得。
9.权利要求1 8任一项所述矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土的生产方法，其特征在于包括如下步骤:a、将高钛重矿渣砂、碎石与胶凝材料混合，搅匀；且投料前，高钛重矿渣砂的含水率在7 10% ； b、加入部分水，搅匀； C、将剩余的水和原料加入，搅匀，即得。
全文摘要
矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土及其生产方法，以有效消纳利用矿物废渣，不仅可满足工程应用的各项要求，而且有利于提升混凝土的耐久性。本发明矿渣集料制备的高强泵送抗裂混凝土由以下重量份的原料组成水140～175重量份，凝胶材料490～550重量份，粗集料1000～1200重量份，细集料600～800重量份，内养护剂10～20重量份，减水剂的质量掺量为胶凝材料总质量的1.0～2.0%；其中，凝胶材料由430～460重量份的水泥和60～90重量份的矿物掺合料组成；粗集料为碎石；细集料为高钛重矿渣砂；内养护剂为淀粉接枝阴离子—非离子基团内养护材料。其生产方法步骤如下a、将高钛重矿渣砂、碎石与胶凝材料混合，搅匀；b、加入部分水，搅匀；c、将剩余的水和原料加入，搅匀，即得。本发明混凝土物理性能优良，耐久性能良好，能很好的满足工程要求。
文档编号C04B18/14GK103193425SQ201310121588
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者牟廷敏, 管理, 丁庆军, 梁毅, 范碧琨, 赖长福, 王剑川, 解超平, 成荣军, 杨胜利 申请人:四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院