本发明涉及混凝土
技术领域：
，更具体地说，涉及一种环保高强度混凝土及其制备方法。
背景技术：
：混凝土通常是由水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水按一定比例配合并经过搅拌混合制得，具有强度高、施工方便、原料丰富的优点，使用范围十分广泛。随着混凝土材料的不断发展，人们对混凝土的性能要求越来越高，例如，在很多应用领域要求混凝土具有更高的抗压强度。随着钢纤维在建筑业中使用范围的逐渐扩大，钢纤维混凝土也越来越多的进入到实际施工中。钢纤维混凝土是在水泥基混凝土中掺入乱向分布的、用钢材制作的纤维形成的复合混凝土，具有较高的抗拉、抗剪强度。申请公布号为cn104058652a的中国发明专利公开了一种高强度混凝土，由下列重量份的原料制成：活性氧化硅8-12份、活性氧化铝5-7份、硅酸铝陶瓷纤维35-40份、粉煤灰30-40份、贝壳粉60-70份、碳纳米管2-3份、纳米二氧化硅5-7份、脂肪醇聚氧乙烯醚1-2份、水泥200-220份、石子550-570份、四氧化三铁20-30份、水适量、助剂20-30份、砂350-380份。助剂包括了钢纤维、甲基丙烯酸酯等。该高强度混凝土中采用了更多的水泥、贝壳粉、活性氧化硅、活性氧化铝、纳米二氧化硅等，提高了混凝土的抗压强度和抗折强度。但是，该混凝土中使用的材料种类繁多，凝胶材料的成本较高，不利于大规模推广生产。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种环保高强度混凝土，该混凝土成本低，同时具有更高的抗压强度。本发明的第二个目的在于提供一种上述环保高强度混凝土的制备方法，该方法操作简单，便于规模化生产。为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种环保高强度混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：水泥235-260份、碎石1080-1130份、河砂723-765份、硅灰18.5-20.5份、钢纤维15-17份、增稠剂1.5-2.5份、膨胀剂10.5-12.5份、减水剂5-6.5份、水175-178份。通过采用上述技术方案，加入了硅灰作为混凝土的制备原料，硅灰作为工矿业废渣，充分利用能够变废为宝，有利于保护环境，降低混凝土生产成本。硅灰中含有丰富的二氧化硅，在水泥的水化过程中，与氢氧化钙化合后生成水化硅酸钙凝胶，提高混凝土的强度。另外，硅灰的加入还能够降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的致密度，在提高强度的同时，降低混凝土的渗透性，提高了混凝土的耐久性和使用寿命，在长期使用后，性能不会大幅度下降。原料中还加入了钢纤维，可以有效缓解混凝土中裂缝尖端的应力集中，阻止裂缝的增长，进一步提高混凝土的使用寿命。在使用钢筋的混凝土中，还能够增大钢筋与混凝土之间的粘结力。本发明进一步设置为：所述环保高强度混凝土主要由如下重量份数的原料制成：水泥250-260份、碎石1100-1130份、河砂731-765份、硅灰19.5-20.5份、钢纤维15-17份、增稠剂1.5-2.5份、膨胀剂11.5-12.5份、减水剂5.5-6.2份、水175-178份。通过采用上述技术方案，优选了硅灰与水泥的比例，提高了硅灰发挥作用的充分度，而且也降低了水灰比，进一步提高了混凝土的强度。本发明进一步设置为：所述原料还包括7-8.5重量份的增强纤维，所述增强纤维包括聚丙烯纤维和碳纤维。通过采用上述技术方案，增强纤维中聚丙烯纤维和碳纤维的加入可以改善混凝土的脆性，提高混凝土的韧性，改善混凝土的综合性能。而且，聚丙烯纤维和碳纤维能够进一步阻止裂缝的出现或防止裂缝的增长。本发明进一步设置为：所述原料还包括5.5-8重量份的保水剂。通过采用上述技术方案，加入保水剂可以延长混凝土内部的水的作用时间，在混凝土发生水化反应时，内部的相对湿度下降，此时保水剂中的水分可以缓慢释放出水分进行补充，使混凝土内部长时间保持较高的湿度水平，促使水化反应充分进行。保水剂的加入，还可以避免或者减少水化反应导致的自收缩现象，避免混凝土出现开裂。保水剂在失水后会在混凝土内部形成细微的孔，有利于提高混凝土的耐久性，还能够提高混凝土在低温下的抗冻性能，但是与此同时，这些细微的孔隙对混凝土的强度有一定程度的影响，本发明仅加入了较少量的保水剂，将对强度的影响降到最低。本发明进一步设置为：所述保水剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-膨润土聚合物中的任意一种。通过采用上述技术方案，保水剂采用丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-膨润土聚合物中的一种，这些丙烯酸共聚物具有非常好的吸水和保水性，少量的保水剂即可储存大量的水分，在保证充分补充水分的基础上，减少了保水剂的用量，进一步避免了保水剂对混凝土强度的影响。本发明进一步设置为：所述硅灰的粒径为0.15-0.3μm。通过采用上述技术方案，使用的硅灰的粒径非常小，可以和水化反应时的氢氧化钙快速发生反应生成高强度凝胶物，提高混凝土的强度，特别是早期强度。由于硅灰的粒径非常小，可以渗透到混凝土颗粒的几乎所有间隙中，增加固体颗粒间的接触位置，提高混凝土颗粒的粘聚力，另外，还可以充分封堵混凝土中的孔隙，降低混凝土的泌水性，降低混凝土的渗透率，进而提高混凝土的耐腐蚀性，提高使用寿命。本发明进一步设置为：所述原料还包括10-15重量份的矿粉。通过采用上述技术方案，矿粉中含有一定含量的氧化钙，在水泥水化时，能够快速提供更多的氢氧化钙，促进硅灰等成分更快地与氢氧化钙反应，提高水化反应效率，有利于缩短混凝土的凝结时间、提高混凝土的早期强度。本发明进一步设置为：所述膨胀剂为氧化镁膨胀剂。通过采用上述技术方案，氧化镁膨胀剂能够在混凝土中提供收缩补偿作用，有利于避免混凝土内部出现裂缝，提高混凝土的耐久性。而且，氧化镁膨胀剂中含有较多的氧化镁，膨胀程度可控，避免了过度膨胀。为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种上述的环保高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将水泥、硅灰、碎石、河砂与水混合均匀制得第一浆料；将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂与水混合均匀制得第二浆料；2)将第一浆料和第二浆料混合均匀，即得。通过采用上述技术方案，将水泥、硅灰、碎石、河砂与水混合均匀制得第一浆料，将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂等与水混合均匀制得第二浆料，再将两个浆料混合均匀，可以将水泥、碎石、河砂等用量较大的原料先混合均匀，再与用量较小的原料混合成的浆料混合，从整体上提高了混凝土各原料的混合均匀程度。另外，将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂与水混合，可以使增稠剂、减水剂在水的作用下，充分结合至钢纤维表面，有利于钢纤维在水泥浆中分散得更加均匀。本发明进一步设置为：步骤1)中将水泥、硅灰、碎石、河砂与水混合均匀是先将水泥、硅灰与水混合均匀，然后加入碎石、河砂再混合均匀。通过采用上述技术方案，将水泥和硅灰先与水进行混合，充分进行水化反应，再与碎石和河砂等骨料进行混合，可以在骨料颗粒表面包裹一层浆料，便于后续操作时与钢纤维进行接触和粘合，有利于提高混凝土的强度。综上所述，本发明具有以下有益效果：第一、本发明的环保高强度混凝土的制备原料中加入了硅灰，不仅利于废物利用、保护环境，还降低了水泥的使用量，降低了混凝土的生产成本。硅灰的加入，提高了混凝土的强度，在使用较少量的钢纤维的同时，保证混凝土具有非常高的抗压强度。第二、由于混凝土在使用过程中，大部分时间都暴露在大气环境下，很容易被腐蚀，混凝土的腐蚀一般是碳化腐蚀，会降低混凝土的碱性，导致出现裂缝，严重情况下，还会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。本发明中加入了保水剂，充分降低了混凝土的自收缩，避免了裂缝的出现，提高了混凝土使用的耐久性。另外，除了加入钢纤维外，还加入了聚丙烯纤维等增强纤维，不仅提高了钢纤维在混凝土中分散的均匀性，还对钢纤维形成了保护，避免了由钢纤维引起的腐蚀。第三、本发明的环保高强度混凝土使用的硅灰的粒径非常小，能够提高水化反应的速度，进而提高混凝土的强度。粒径非常小的硅灰颗粒可以渗透到混凝土颗粒的间隙中，提高混凝土颗粒的粘聚力，进而提高混凝土的强度，还可以充分封堵混凝土中的孔隙，进一步提高混凝土的耐腐蚀性。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。下面实施例中使用的水泥为p.052.5硅酸盐水泥。碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。碎石的含泥量(质量分数)为4.1％，泥块含量(质量分数)为0.13％。表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1570kg/m3。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。河砂的氯离子含量(质量分数)为0.012％，含泥量(质量分数)为0.18％，泥块含量为0，细度模数为2.6。表观密度为2598kg/m3，堆积密度为1580kg/m3。硅灰的中值粒径优选为0.15μm。比表面积为21m2/g。具体的，硅灰采用甘肃三远硅材料有限公司生产的gm-94d型微硅灰。增稠剂优选为羧甲基纤维素钠。钢纤维的长度为32-35mm，优选的，钢纤维的长度为32±2mm。减水剂为聚羧酸减水剂。优选的，聚羧酸减水剂采用杭州絮媒化工有限公司生产的xmps-js型聚羧酸系减水剂。氧化镁膨胀剂为武汉源锦建材科技有限公司mag-ⅰ型氧化镁膨胀剂，优选的，氧化镁膨胀剂包括如下重量百分比的组成：mgo86％，f-cao1.8％。烧失量不大于4％，含水量不大于1％。细度(80μm筛余物)不大于5％，活性度50-200s。矿粉采用商品化的矿粉，优选的，矿粉包括如下重量百分比的成分：48.32％的cao、14.28％的sio2、2.88％的al2o3、8.99％的fe2o3、8.79％的mgo、0.56％的p2o5、0.87％的f-cao。烧失量为2.1％，含水量为0.2％，比表面积为432m2/kg。或者采用如下的矿粉：矿粉中主要成分的质量百分比为：sio2为37.62％，cao为43.55％，al2o3为9.27％，fe2o3为2.57％，以提高矿粉中二氧化硅的质量百分比，增强混凝土的后期强度。保水剂可以采用丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，也可以采用丙烯酸-膨润土聚合物。优选的，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物中丙烯酸单元和丙烯酰胺单元的数量比为3:7。优选的，丙烯酸-膨润土聚合物采用如下方式制得：将膨润土、丙烯酸加入氢氧化钠溶液中进行中和，然后加入引发剂(过硫酸钾或过硫酸铵)、交联剂(n，n-亚甲基双丙烯酰胺)，在50℃下反应3h后用微波辐照2min，干燥，粉碎得到。本发明的环保高强度混凝土的制备方法包括如下步骤：1)将水泥、硅灰与水混合均匀，然后加入碎石、河砂混合均匀制得第一浆料；将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂与水混合均匀制得第二浆料；2)将第一浆料和第二浆料混合均匀，即得。将水泥、硅灰与水混合均匀是以15-20rpm的转速搅拌10-15s，制成混合物料，然后加入水，以35-50rpm的转速搅拌15-20s；然后加入碎石、河砂，以15-20rpm搅拌20-30s，制成第一浆料。将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂与水混合均匀是将增稠剂、膨胀剂、减水剂加入水中，以80-100rpm的转速搅拌20-30s，然后加入钢纤维，以15-20rpm的转速搅拌15-20s，制得第二浆料。将第一浆料和第二浆料混合均匀是以50-80rpm的转速搅拌20-30s。与水泥、硅灰混合的水的重量、与增稠剂、膨胀剂、减水剂混合的水的重量的和为175-178重量份。进一步的，将钢纤维、增稠剂、膨胀剂、减水剂与水混合均匀时还加入保水剂。增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的任意一种。实施例1本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥235kg、碎石1080kg、河砂725kg、硅灰18.7kg、减水剂5.0kg、钢纤维15.0kg、增稠剂2.0kg、膨胀剂10.8kg、水175kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。增稠剂为羧甲基纤维素钠。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将水泥、硅灰以15rpm的转速搅拌混合15s得到混合物料，然后加入150kg水，以35rpm的转速搅拌混合20s；然后加入碎石和河砂，以15rpm的转速搅拌混合30s，制得第一浆料；2)将增稠剂、减水剂、膨胀剂加入25kg水中，以80rpm的转速搅拌混合30s，然后加入钢纤维，以15rpm的转速搅拌20s，制得第二浆料；3)将第一浆料与第二浆料混合，以80rpm的转速搅拌20s，即得。实施例2本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥250kg、碎石1100kg、河砂750kg、硅灰19.5kg、减水剂5.5kg、钢纤维16.5kg、保水剂7.2kg、增稠剂2.5kg、膨胀剂11.5kg、水175kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。保水剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，其中丙烯酸单元和丙烯酰胺单元的数量比为3:7。增稠剂为羧甲基纤维素钠。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将水泥、硅灰以20rpm的转速搅拌混合10s得到混合物料，然后加入150kg水，以50rpm的转速搅拌混合15s；然后加入碎石和河砂，以20rpm的转速搅拌混合20s，制得第一浆料；2)将增稠剂、保水剂、减水剂、膨胀剂加入25kg水中，以90rpm的转速搅拌混合25s，然后加入钢纤维，以17rpm的转速搅拌15s，制得第二浆料；3)将第一浆料与第二浆料混合，以72rpm的转速搅拌25s，即得。实施例3本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥265kg、碎石1120kg、河砂765kg、硅灰20.8kg、减水剂5.8kg、钢纤维15.2kg、聚丙烯纤维4.7kg、碳纤维2.9kg、保水剂7.8kg、增稠剂1.8kg、膨胀剂12.2kg、矿粉12.5kg、水178kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。聚丙烯纤维的长度为6mm，碳纤维的长度为10mm。保水剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，其中丙烯酸单元和丙烯酰胺单元的数量比为3:7。增稠剂为羧甲基纤维素钠。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将水泥、硅灰、矿粉以18rpm的转速搅拌混合15s得到混合物料，然后加入150kg水，以45rpm的转速搅拌混合15s；然后加入碎石和河砂，以15rpm的转速搅拌混合25s，制得第一浆料；2)将增稠剂、保水剂、减水剂、膨胀剂加入28kg水中，以100rpm的转速搅拌混合20s，然后加入钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维，以20rpm的转速搅拌15s，制得第二浆料；3)将第一浆料与第二浆料混合，以50rpm的转速搅拌30s，即得。实施例4本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥255kg、碎石1130kg、河砂738kg、硅灰20.5kg、减水剂6.0kg、钢纤维16.7kg、聚丙烯纤维5.3kg、碳纤维3.1kg、保水剂6.4kg、增稠剂2.2kg、膨胀剂12.2kg、矿粉15kg、水178kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。聚丙烯纤维的长度为6mm，碳纤维的长度为10mm。保水剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，其中丙烯酸单元和丙烯酰胺单元的数量比为3:7。增稠剂为羧甲基纤维素钠。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将水泥、硅灰、矿粉以18rpm的转速搅拌混合15s得到混合物料，然后加入150kg水，以40rpm的转速搅拌混合18s；然后加入碎石和河砂，以15rpm的转速搅拌混合25s，制得第一浆料；2)将增稠剂、保水剂、减水剂、膨胀剂加入28kg水中，以95rpm的转速搅拌混合20s，然后加入钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维，以15rpm的转速搅拌20s，制得第二浆料；3)将第一浆料与第二浆料混合，以55rpm的转速搅拌30s，即得。实施例5本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥260kg、碎石1125kg、河砂733kg、硅灰20.8kg、减水剂6.2kg、钢纤维15.8kg、聚丙烯纤维4.8kg、碳纤维3.5kg、保水剂6.6kg、增稠剂2.0kg、膨胀剂11.7kg、矿粉13.8kg、水175kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。聚丙烯纤维的长度为6mm，碳纤维的长度为10mm。增稠剂为羧甲基纤维素钠。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。保水剂为丙烯酸-膨润土聚合物，丙烯酸-膨润土聚合物采用如下方式制得：将膨润土、丙烯酸按质量比15:85加入氢氧化钠溶液中进行中和，然后加入引发剂(过硫酸钾)、交联剂(n，n-亚甲基双丙烯酰胺，与膨润土的质量比为1:80)，在50℃下反应3h后用微波辐照2min，干燥，粉碎得到。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法同实施例4。实施例6本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥255kg、碎石1120kg、河砂731kg、硅灰20.5kg、减水剂5.8kg、钢纤维16.1kg、聚丙烯纤维4.8kg、碳纤维3.1kg、保水剂6.4kg、增稠剂1.8kg、膨胀剂11.7kg、矿粉13.8kg、水175kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。聚丙烯纤维的长度为6mm，碳纤维的长度为10mm。增稠剂为羟丙基纤维素。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。保水剂为丙烯酸-膨润土聚合物，丙烯酸-膨润土聚合物采用如下方式制得：将膨润土、丙烯酸按质量比15:85加入氢氧化钠溶液中进行中和，然后加入引发剂(过硫酸铵)、交联剂(n，n-亚甲基双丙烯酰胺，与膨润土的质量比为1:80)，在50℃下反应3h后用微波辐照2min后，干燥，粉碎得到。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法同实施例4。实施例7本实施例的环保高强度混凝土由如下重量的原料制成：水泥255kg、碎石1120kg、河砂731kg、硅灰20.5kg、减水剂5.8kg、钢纤维15.8kg、聚丙烯纤维4.5kg、碳纤维2.6kg、保水剂5.5kg、增稠剂1.8kg、膨胀剂11.5kg、矿粉14.5kg、水175kg。其中，碎石为9.5mm-19.0mm连续级配碎石。河砂为0.15mm-2.36mm连续级配河砂。硅灰的中值粒径为0.15μm。减水剂为聚羧酸减水剂。钢纤维的长度为32±2mm。增稠剂为羟丙基甲基纤维素。膨胀剂为氧化镁膨胀剂。保水剂为丙烯酸-膨润土聚合物，丙烯酸-膨润土聚合物采用如下方式制得：将膨润土、丙烯酸按质量比15:85加入氢氧化钠溶液中进行中和，然后加入引发剂(过硫酸铵)、交联剂(n，n-亚甲基双丙烯酰胺，与膨润土的质量比为1:80)，在50℃下反应3h后用微波辐照2min后，干燥，粉碎得到。本实施例的环保高强度混凝土的制备方法同实施例4。对比例1本对比例的混凝土与实施例1的区别在于，原料不包括硅灰。本对比例的混凝土的制备方法参考实施例1。对比例2本对比例的混凝土由如下重量的原料制成：水泥260kg、碎石935kg、河砂680kg、硅灰12kg、减水剂5.5kg、钢纤维16.8kg、增稠剂2.7kg、膨胀剂9.7kg、水162kg。本对比例的混凝土的制备方法参考实施例1。试验例(1)强度测试将实施例1-7及对比例1-2中的混凝土按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的检测方法测试抗压强度。检测结果如下表。表1实施例1-7及对比例1-2中的混凝土力学性能测试结果对比抗压强度/mpa，7d抗压强度/mpa，28d抗压强度/mpa，90d实施例168.786.5101.2实施例269.591.2107.6实施例376.298.3115.1实施例479.8102.7123.2实施例583.4108.5128.4实施例683.6107.9129.8实施例788.1110.5130.4对比例152.768.482.7对比例261.578.393.9由上表可知，本发明制得的混凝土不仅可以利用工业废渣，利于环境保护，而且具有非常高的抗压强度，其中，7d抗压强度可达到68.1-88.7mpa，28d抗压强度可达到86.5-110.5mpa，90d抗压强度可达到101.2-130.4mpa。(2)碳化深度测试利用上述强度测试后的试件，按照如下方法进行碳化深度测试：在待测表面制作形成直径约15mm的孔洞(孔的深度应大于混凝土的碳化深度，一般取10mm或15mm)，在表面喷1.0％的酚酞酒精溶液，测定没有变色的试件本体的深度，如下表所示。表2实施例1-7及对比例1-2中的混凝土碳化深度测试结果对比碳化深度/mm，7d碳化深度/mm，28d碳化深度/mm，90d实施例10.62.25.7实施例20.62.15.7实施例30.51.95.2实施例40.41.85.0实施例50.41.84.8实施例60.41.84.8实施例70.31.54.3对比例10.41.95.6对比例20.62.35.9由上表可知，本发明的混凝土能够降低混凝土的碳化深度，提高混凝土的抗腐蚀性和耐久性，特别的，长期使用后，本发明的混凝土的抗腐蚀性表现得更优越。当前第1页12