本发明涉及建筑材料领域。更具体地说，本发明涉及一种高强混凝土掺合料及其制备方法与应用。
背景技术：
在高强混凝土生产配制中，往往水泥用量较高，水化热较大，温度应力和自身收缩给高强混凝土的开裂带来隐患，国内外的研究结果表明，矿物掺合料能有效地降低高强混凝土的脆性系数，提高其抗裂性，在高强混凝土中使用矿物掺合料取代水泥是缓解这一问题的有效手段。
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种硅酸盐质材料的废渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。高炉矿渣是一种常用的混凝土矿物掺合料，由于其具有成本低廉的优点，我国普通混凝土的制备中多频繁使用。然而，单纯采用高炉矿渣来代替水泥在混凝土中的比例，其效果差强人意，且由于现代选矿和炼铁技术的提高，每吨生铁产出的高炉矿渣量已经大大下降。
有研究表明，不同矿物外加剂在混凝土中的作用机理不尽相同，矿物外加剂在提高混凝土某方面性能的同时，也会影响其他方面的性能。有国内外相关的研究表明：矿物外加剂之间相互复合可产生叠加效应或超叠效应，即不同种类矿物外加剂复合可以发挥各自的优点以达到优势互补效果。因此，在常用的高炉矿渣基础上，研发一种能促进其混凝土抗压性能更优、脆性小的掺合料具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是通过在适宜温度下引入废弃物食用菌菌渣与高炉矿渣以及石膏、片麻岩、页岩共混处理，在外加剂的调和下，制得一种脆性小的高强混凝土掺合料。
本发明还有一个目的是提供一种高强混凝土掺合料的应用，通过采用本发明制备的掺合料适量取代水泥，增强混凝土的抗压性能，减小混凝土的脆性，提高高强混凝土的工作性能。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高强混凝土掺合料，由以下重量份分数的原料制成：高炉矿渣200份、食用菌菌渣35-45份、石膏10-15份、片麻岩10-20份、页岩25-35份、活性炭渣30-40份、凹凸棒土20-30份、松柏灰15-18份、聚丙烯纤维2-4份、玉米须0.2-0.5份、外加剂1-3份；
所述外加剂由糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖按重量比为500:20:1-3:5组成；
所述高炉矿渣为磨细的粒化高炉矿渣粉，勃氏比表面积为500-600m2/kg。
优选的是，所述的高强混凝土掺合料及其制备方法，所述食用菌菌渣为金针菇菌渣。
优选的是，所述的高强混凝土掺合料及其制备方法，所述松柏灰为将松树枝和柏树枝按照重量比为1:1燃烧后残留的灰烬采用球磨机粉碎至400-500目得到。
优选的是，所述的高强混凝土掺合料及其制备方法，所述聚丙烯纤维为2-5mm。
本发明还公开了一种高强混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按上述重量份将糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖分别按上述重量比称取，将鱼鳔胶先粗粉碎过60目，然后与糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、葡甘聚糖混合均匀，经超微粉碎至10-20μm后获得外加剂；
步骤二、将上述重量份的玉米须切碎后粉碎至其长度小于5mm，然后与上述重量份的聚丙烯纤维混合，得纤维混合物；
步骤三、将上述重量份的石膏、片麻岩、页岩置于粉磨机中进行粉磨，转速为110r/min，粉磨至粉磨物颗粒度为0.5-0.8mm，得第一混合物；
步骤四、将上述重量份的食用菌菌渣、活性炭渣、凹凸棒土在粉磨机中进行粉磨，转速为150r/min，粉磨至粉磨颗粒粒度大小为0.8-1.0mm，得第二混合物；
步骤五、将高炉矿渣与第一混合物置入高温炉中，先以5℃/min的速率升温至600℃，冷却至300℃时加入第二混合物，保温2h，然后冷却至室温后在粉磨机中在粉磨3h，得到第三混合物；
步骤六、将纤维混合物和外加剂置于混合料机中混合搅拌3-5min，再加入松柏灰，继续搅拌3-5min，再加入第三混合物继续搅拌30-40min，得高强混凝土掺合料。
优选的是，所述的高强混凝土掺合料的制备方法，所述步骤二中的玉米须与聚丙烯纤维混合后，置于含有硅烷偶联剂、芥酸酰胺、精油和水依次按质量比为1:0.5:0.2:100的有机溶剂中浸泡40min，取出后置于100℃烘箱中烘干至水分含量低于2％，即得纤维混合物进入步骤六的处理。
本发明还公开了一种高强混凝土掺合料的应用，在高强混凝土配制中，所述掺合料在混凝土中取代水泥的质量分数为25％-35％。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明采用的原料易购，生产工艺简单，能在改善高强混凝土抗压强度的同时，改善其抗裂性能和脆性，且当本发明的掺合料在混凝土中取代水泥的质量分数为25％-35％，利用其所配制的高强混凝土的工作性能、抗压强度均较为优异；
本发明使用的原料中，食用菌菌渣与活性炭渣、凹凸棒土一起粉磨，有助于提高多孔性物质之间的粉磨效率和混匀效果；片麻岩、页岩富含丰富的矿质，由于页岩还含有黏土物质，其与石膏、片麻岩一起粉磨，有助于提高其粉磨效率，与高炉矿渣在高温烧制后与粉磨后的食用菌菌渣与活性炭渣、凹凸棒土一起在相对低温下烧制后继续混合粉磨，具有一加一大于二的效果，对于改善混凝土的强度和脆性具有较大作用；外加剂、松柏灰以及纤维混合物具有较强的辅助胶凝作用，对于改善混凝土的脆性具有较大作用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：
一种高强混凝土掺合料，由以下重量份分数的原料制成：高炉矿渣200份、食用菌菌渣35份、石膏10份、片麻岩10份、页岩25份、活性炭渣30份、凹凸棒土20份、松柏灰15份、聚丙烯纤维2份、玉米须0.2份、外加剂1份；
所述外加剂由糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖按重量比为
500:20:1:5组成；
所述高炉矿渣为磨细的粒化高炉矿渣粉，勃氏比表面积为500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣为金针菇菌渣。
其中，所述松柏灰为将松树枝和柏树枝按照重量比为1:1燃烧后残留的灰烬采用球磨机粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纤维为2-5mm。
本发明还公开了一种高强混凝土掺合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按上述重量份将糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖分别按上述重量比称取，将鱼鳔胶先粗粉碎过60目，然后与糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、葡甘聚糖混合均匀，经超微粉碎至10-20μm后获得外加剂；
步骤二、将上述重量份的玉米须切碎后粉碎至其长度小于5mm，然后与上述重量份的聚丙烯纤维混合，得纤维混合物；
步骤三、将上述重量份的石膏、片麻岩、页岩置于粉磨机中进行粉磨，转速为110r/min，粉磨至粉磨物颗粒度为0.5-0.8mm，得第一混合物；
步骤四、将上述重量份的食用菌菌渣、活性炭渣、凹凸棒土在粉磨机中进行粉磨，转速为150r/min，粉磨至粉磨颗粒粒度大小为0.8-1.0mm，得第二混合物；
步骤五、将高炉矿渣与第一混合物置入高温炉中，先以5℃/min的速率升温至600℃，冷却至300℃时加入第二混合物，保温2h，然后冷却至室温后在粉磨机中在粉磨3h，得到第三混合物；
步骤六、将纤维混合物和外加剂置于混合料机中混合搅拌3-5min，再加入松柏灰，继续搅拌3-5min，再加入第三混合物继续搅拌30-40min，得高强混凝土掺合料。
实施例2：
一种高强混凝土掺合料，由以下重量份分数的原料制成：高炉矿渣200份、食用菌菌渣45份、石膏15份、片麻岩20份、页岩35份、活性炭渣40份、凹凸棒土30份、松柏灰18份、聚丙烯纤维4份、玉米须0.5份、外加剂3份；
所述外加剂由糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖按重量比为500:20:3:5组成；
所述高炉矿渣为磨细的粒化高炉矿渣粉，勃氏比表面积为500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣为金针菇菌渣。
其中，所述松柏灰为将松树枝和柏树枝按照重量比为1:1燃烧后残留的灰烬采用球磨机粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纤维为2-5mm。
本实施例中高强混凝土掺合料的制备方法同实施例1。
实施例3：
一种高强混凝土掺合料，由以下重量份分数的原料制成：高炉矿渣200份、食用菌菌渣40份、石膏13份、片麻岩15份、页岩30份、活性炭渣35份、凹凸棒土25份、松柏灰17份、聚丙烯纤维3份、玉米须0.3份、外加剂2份；
所述外加剂由糯米胶、辛烯基琥珀酸酯化淀粉、鱼鳔胶和葡甘聚糖按重量比为500:20:2:5组成；
所述高炉矿渣为磨细的粒化高炉矿渣粉，勃氏比表面积为500-600m2/kg。
其中，所述食用菌菌渣为金针菇菌渣。
其中，所述松柏灰为将松树枝和柏树枝按照重量比为1:1燃烧后残留的灰烬采用球磨机粉碎至400-500目得到。
其中，所述聚丙烯纤维为2-5mm。
本实施例中高强混凝土掺合料的制备方法同实施例1。
实施例4：
在实施例3的基础上，所述的高强混凝土掺合料的制备方法，所述步骤二中的玉米须与聚丙烯纤维混合后，置于含有硅烷偶联剂、芥酸酰胺、精油和水依次按质量比为1:0.5:0.2:100的有机溶剂中浸泡40min，取出后置于100℃烘箱中烘干至水分含量低于2％，即得纤维混合物进入步骤六的处理。
本发明还公开了一种高强混凝土掺合料的应用，在高强混凝土配制中，所述掺合料在混凝土中取代水泥的质量分数为25％-35％。
为了说明本发明的技术效果，本发明的发明人针对实施例3和实施例4所分别制备的掺合料M1和M2进行配制高强混凝土，研究掺合料所取代水泥的质量分数对高强混凝土抗压强度以及脆性的影响分别见表2和表3。
其中常规混凝土的配方为：水泥600kg，河沙、碎石和减水剂共计1900kg，水145kg。本发明以常规现有掺合料M0代替常规混凝土中25％的水泥为对比例掺合料所取代水泥的质量分数对高强混凝土抗压强度以及脆性的影响见表1。
表1.M0掺合料取代水泥对混凝土抗压强度和脆性的影响
表2.M1掺合料取代水泥质量分数对混凝土抗压强度和脆性的影响
表3.M2掺合料取代水泥质量分数对混凝土抗压强度和脆性的影响
结合表1和表2可以看出，本发明的实施例3所制备的掺合料，与对比例中常规的掺合料相比，在水泥取代质量分数同为25％时，其抗压强度明显增强，而脆性明显减小；从表2可以看出，随着M1掺合料取代水泥质量分数的增加至60％，其抗压程度是逐渐增加的，但是脆性也逐渐增大，高强混凝土中一般的抗压强度值在100-120足以，此时脆性系数也控制在8.0左右，故以M1掺合料取代水泥质量分数为25％-35％为宜。
结合表2和表3可以看出，随着M1掺合料和M2掺合料取代水泥质量分数相同时，M2制备的混凝土与M1制备的混凝土其抗压程度大小变化不明显，而M2制备的混凝土其脆性却有一定程度的减小，以此可以说明，对混合纤维进行改性处理得到的M2掺合料，能在一定程度在降低混凝土的脆性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。