本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种生态型超高性能水泥基材料及其制备方法。
背景技术：
超高性能水泥基材料不同于传统的高强水泥基材料和钢纤维水泥基材料，也不是传统意义“高性能水泥基材料”的高强化，而是性能指标明确的新品种水泥基结构工程材料。其真正的价值体现在实现水泥基材料结构的轻质高强、低孔隙率的超高强水泥基材。在无裂缝状态，超高性能水泥基材料的气体、液体渗透性非常低；在高应变和微裂缝状态下，超高性能水泥基材料的渗透性也能够保持在较低水平，而微裂缝还具备良好的自愈合能力，因此超高性能水泥基材料结构拥有高耐久性的潜力，已得到迄今15年恶劣环境暴露试验的证实，还在进行更长期的深入考察和研究。实践表明，超高性能水泥基材料对水泥利用效率高，属于节能、节材、低碳的工程材料。经过35年的研究与发展，超高性能水泥基材料已经在许多制品、结构物维修加固和新建工程结构上得到应用，效果良好。预期随着超高性能水泥基材料本构关系的建立、设计方法和规范的发展、完善，生产施工技术进步和规模化应用而逐步降低施工与材料成本，超高性能水泥基材料的价值会在某些应用上凸显出来，有着较大的发展潜力和进步空间。
尽管超高性能水泥基材料拥有很多显著的优点，但也存在缺陷。制备超高性能水泥基材料的原材料通常为高标号普通硅酸盐水泥、硅灰、天然砂、石英粉、钢纤维和减水剂等，生产成本是普通水泥基材料的数倍。在大多数工程中，传统水泥基材料可满足性能要求，而超高性能水泥基材料价格昂贵，难以取代传统水泥基材料，致使它的推广受到限制。采用建筑垃圾以及废弃水泥基材料生产的再生骨料、工业生产废渣，既可以减少建筑废弃物和工业废渣排放对环境造成的污染，节省大量的处理费用和水泥基材料原材料成本，又可以弥补天然砂石的不足，减少因建筑业需要对天然砂石的开采，保护自然环境，保障社会的和谐发展，产生良好的经济效益、社会效益和环保效益。因此，采用建筑废弃物和工业废渣制备的超高性能水泥基材料是经济且环保的，具有广泛的应用前景。
技术实现要素：
本发明提供一种生态型超高性能水泥基材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种生态型超高性能水泥基材料，以重量份数计，包括：建筑物废弃物粉料15-30份，p.o52.5普通硅酸盐水泥15-25份，粉煤灰8-15份，硅灰0.5-2份，沉珠粉煤灰5-8份，偏高岭土5-8份，煤矸石粉10-20份，锰矿渣粉5-15份，铁尾矿粉5-8份，水7-9份，减水剂0.1-0.3份，石屑5-10份，活性激发剂2-3份。
所述建筑废弃物粉料为粒径范围在1-8mm的建筑废弃物；所述的石屑为粒径范围在0.5-2.4mm的采石场加工矿石后废料；所述的煤矸石粉为粒径范围在50-300μm的煤矿废渣；所述的铁尾矿粉的粒径为15-100μm；所述的锰矿渣粉的粒径为100-150μm。
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，将建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；所述的煤矿废渣主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体；所述的铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝；所述的锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体；所述活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的煤矿废渣除包含活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体外，还包含少量活性二氧化硅不定性态、氧化镁、三氧化二铁；
所述的铁尾矿粉除包含活性氧化铝外，还包含少量氧化镍、硅酸钠、硅酸钾；
所述的锰矿渣粉除包含活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体外，还包含少量的二氧化锰、四氧化三铁；
优选的，所述的减水剂为聚羧酸类减水剂或萘系减水剂或改性磺酸盐类减水剂的一种或几种。
优选的，所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
优选的，所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
优选的，所述的水为去离子水。
优选的，所述的硅灰的粒径为0.001-50μm。
优选的，所述的偏高岭土的粒径为0.01-80μm。
所述的一种生态型超高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将建筑物废弃物粉料、p.o52.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、沉珠粉煤灰、偏高岭土、煤矸石粉、锰矿渣粉、铁尾矿粉、石屑，活性激发剂按照比例混合均匀；(2)在步骤(1)得到的混合物中按照比例加入水和减水剂，以100转/分钟搅拌3分钟，再以500转/分钟搅拌2分钟，既获得所述的生态型超高性能水泥基材料。
本发明的有益效果为：涉及一种生态型超高性能水泥基材料的配方和制备方法，通过掺入建筑废弃物和工业矿渣，同时调配合适的活性激发剂来制备超高性能水泥基材料，大大减少水泥用量，利用石屑替代天然砂石，减少建筑废弃物和工业废渣排放对环境造成的污染，节省大量的处理费用和水泥基材料原材料成本，又可以弥补天然砂石的不足，减少因建筑业需要对天然砂石的开采，保护自然环境，保障社会的和谐发展，产生良好的经济效益、社会效益和环保效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明内容，但是本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为聚羧酸类减水剂和萘系减水剂复配一种减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将建筑物废弃物粉料、p.o52.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、沉珠粉煤灰、偏高岭土、煤矸石粉、锰矿渣粉、铁尾矿粉、石屑，活性激发剂按照比例混合均匀；(2)在步骤(1)得到的混合物中按照比例加入水和减水剂，以100转/分钟搅拌3分钟，再以500转/分钟搅拌2分钟，既获得所述的生态型超高性能水泥基材料。
实施例2
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为聚羧酸类减水剂和萘系减水剂复配一种减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为聚羧酸类减水剂和萘系减水剂复配一种减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为聚羧酸类减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为萘系减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为改性磺酸盐类减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为改性磺酸盐类减水剂。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的组成见表1；其中：
所述的建筑废弃物粉料的制备方法为，建筑废弃物破碎为粒径范围在1-8mm的细粉料；
石屑为采石场加工矿石后废料，粒径范围在0.5-2.4mm；
煤矸石粉为煤矿废渣，主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径范围在50-300μm；
铁尾矿粉主要成分为活性氧化铝，粒径分布为15-100μm；
锰矿渣粉主要成分为活性二氧化硅玻璃体和活性氧化铝玻璃体，粒径为100-150μm；
活性激发剂按照以下的重量百分数制成：生石灰25％，氢氧化钙30％，水玻璃40％，氢氧化钠5％。
所述的减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系减水剂和改性磺酸盐类减水剂复配成一种减水剂，三者可以按照相等比例复配。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的沉珠粉煤灰的粒径分布为1-200μm。
所述的水为去离子水。
所述的硅灰的粒径分布为0.001-50μm。
所述的偏高岭土的粒径分布为0.01-80μm。
本实施例的生态型超高性能水泥基材料的制备方法同实施例1。
表1(单位：份)
对比实施例1
对比实施例1的水泥基材料，以重量份数计，原料包括如下：
p.o52.5普通硅酸盐水泥30份，粉煤灰8份，硅灰6份，减水剂0.12份，石英砂20份，粒径4-6mm玄武岩骨料15份，水6.5份。
制备方法如下：(1)将p.o52.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、玄武岩骨料按照比例混合均匀；(2)在步骤(1)得到的混合物中按照比例加入水和减水剂，以100转/分钟搅拌3分钟，再以500转/分钟搅拌2分钟，既获得对比实施例1的水泥基材料。
对比实施例2
对比实施例2的水泥基材料，以重量份数计，原料包括如下：
p.o52.5普通硅酸盐水泥30份，粉煤灰6份，硅灰8份，减水剂0.12份，石英砂25份，粒径4-6mm玄武岩骨料10份，水7份。
制备方法如下：(1)将p.o52.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、玄武岩骨料按照比例混合均匀；(2)在步骤(1)得到的混合物中按照比例加入水和减水剂，以100转/分钟搅拌3分钟，再以500转/分钟搅拌2分钟，既获得对比实施例2的水泥基材料。
实施例效果对比
按照《gb/t17671-1999水泥胶砂强度检验方法》、《gb-t2419-2005水泥胶砂流动度测定方法》，测定实施例1，实施例2，实施例3，和对比实施例1、对比实施例2的水泥基材料的每个立方的原材料成本、流动度和28天抗压、抗折强度，结果如下表2所示：
表2
可见实施例1，2，3与对比实施例1，2相比，大大减少水泥用量，降低每方混凝土成本，利用石屑替代天然砂石，减少建筑废弃物和工业废渣排放对环境造成的污染，节省大量的处理费用和水泥基材料原材料成本，又可以弥补天然砂石的不足，减少因建筑业需要对天然砂石的开采，保护自然环境，保障社会的和谐发展，产生良好的经济效益、社会效益和环保效益。