本申请属于混凝土领域，具体涉及一种自密实混凝土及其制备方法。
背景技术：
随着基础建设的不断发展，混凝土结构逐渐朝着复杂化、高强度、高性能的方向迈进，各种大跨和新型结构桥梁不断出现，对混凝土的性能也提出了更高的要求。高强度自密实混凝土具有较高的强度和优异的工作性能，其自密实性能可以满足操作空间小、振捣困难、钢筋稠密等复杂结构施工的需要，较高的强度可以有效抵抗外界的破坏。
高强度自密实混凝土为了满足高强度、高流动性、高填充性等性能，其胶凝材料用量一般要高于普通混凝土，尤其是水泥用量，目前c50等级自密实混凝土的水泥用量一般都在350kg/m3以上，较高的水泥用量使得混凝土早期水化速度快，水化放热量大，同时强度增长快，从而早期温降收缩应力大，与普通混凝土相比，更容易发生温度收缩开裂，对混凝土的力学性能和耐久性皆产生不良影响。受地形和交通运输的影响，我国西部山区天然河砂资源匮乏，通常采用机制砂替代天然河砂，而生产机制砂会产生的副产品石粉一般会直接丢弃，造成环境污染。相关技术通过掺入矿物掺合料来取代混凝土中的水泥，从而降低水泥用量，然而，大多数矿物掺合料的早期活性较低，导致胶凝体系早期强度较低，无法满足c50等级自密实混凝土的要求。
技术实现要素：
本申请提供一种自密实混凝土及其制备方法，以解决丢弃石粉造成环境污染的问题，以及大量掺入矿物掺合料导致混凝土早期强度低、无法满足c50等级自密实混凝土要求的问题。
一方面，本申请提供一种自密实混凝土，包括如下配合比的原材料：
所采用石灰石粉、废弃石粉的粒径均小于水泥，原因是：粒径较小的石灰石粉、废弃石粉可以有效填充混凝土空隙，提高各组分湿堆积密度，使硬化后混凝土微结构更加致密，有效提高混凝土的强度及耐久性，从而保证了低水泥用量、高矿物掺合料用量的混凝土强度。
本申请采用废弃石粉代替混凝土中水泥的部分用量，解决废弃石粉造成环境污染的问题，制备的自密实混凝土早期强度高，其28天抗压强度不低于61.1mpa，满足了c50等级自密实混凝土的要求，解决了大量掺入矿物掺合料导致混凝土早期强度低的问题。
优选地，自密实混凝土的水胶比为0.24-0.26。
优选地，自密实混凝土的砂灰比为1.63-1.67。
所用水泥优选为pⅱ525水泥，原因是：水泥用量降低后，混凝土的力学和耐久性能无法保证，相较于普通硅酸盐水泥，熟料成分含量高的pⅱ525水泥水化后可以生成更多量的ca(oh)2，以便于激发其他掺合料的活性，生成更多的水化产物，从而提高混凝土强度。
优选地，石灰石粉的碳酸钙含量≥75wt％，需水量比≤98wt％，45μm方孔筛筛余≤15wt％，mb值≤1.4；废弃石粉的0.075mm筛余量≤0.1wt％，mb值≤0.5，需水量比≤105％。
优选地，机制砂的细度模数为2.4～2.8，石粉含量≤5.0wt％，吸水率≤3wt％。
优选地，碎石的粒径为5～20mm，含泥量≤0.5wt％，压碎值≤10％。
本申请所采用减水剂优选为降粘型聚羧酸高效减水剂，降粘型聚羧酸高效减水剂的掺入可进一步降低混凝土的黏度，在粉煤灰微珠和球形石灰石粉的协同作用下，使配制的混凝土能够达到自密实的要求。
本申请所采用膨胀剂优选为氧化钙类膨胀剂。
另一方面，本申请提供一种自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配合比称取原材料；
(2)将碎石、砂、废弃石粉、胶凝材料、膨胀剂依次倒入搅拌机，干搅混匀；将减水剂和水的混合物倒入搅拌机中继续搅拌，搅拌均匀后形成自密实混凝土；
(3)自密实混凝土无需震捣，直接浇筑或装入试模抹平即可。
本申请采用高活性的矿物掺合料(包括硅灰、矿粉和粉煤灰微珠)和惰性填充材料(包括石灰石粉和废弃石粉)代替混凝土中对水化放热贡献最大的水泥的部分用量，并结合适量的膨胀剂解决自密实混凝土水化放热量高、体积收缩大的问题，其中，废弃石粉和优质石灰石粉作为惰性填充材料对降低水化热的贡献最大；矿粉和粉煤灰微珠也可以在一定程度上降低水化热；适量的膨胀剂促进膨胀型水化产物的形成，可有效改善自密实混凝土体积缩小的问题；粉煤灰微珠和石灰石粉均为球形颗粒，掺入混凝土后，依靠其滚珠效应可有效降低混凝土的黏度，提高混凝土的流动性，解决自密实混凝土普遍存在的黏度大、流动度低的问题。
与现有技术相比，本申请具有以下优点和有益效果：
(1)本申请利用了大量的矿粉、粉煤灰微珠、石灰石粉等工业副产品以及工业废料—废弃石粉配制自密实混凝土，变废为宝，回收工业生产及工程活动中产生的大量废弃物，具有重要的经济和环境效益。
(2)本申请减少了高能耗高污染产品水泥的使用量，将水泥用量降低至200kg/m3以下，仍能使自密实混凝土的28天抗压强度不低于61.1mpa，满足c50等级要求，相对于相关技术中水泥用量一般都在350kg/m3以上的c50等级自密实混凝土，降低了混凝土早期的水化热，减小了自密实混凝土的易开裂、体积收缩量大的风险，有效提高了自密实混凝土的耐久性。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例和对比例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，本申请实施例和对比例所用的原材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到，本申请实施例和对比例具体采用以下原材料：
所采用水泥为pⅱ525硅酸盐水泥。
所采用硅灰的平均粒径≤0.1μm，so2含量≥90％，其中活性so2(在饱和石灰水中可溶)含量≥40％。
所采用矿粉的性能符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(gb/t18046-2017)中s95级矿粉要求，比表面积≥400m2/kg，流动度比≥95％，烧失量≤3.0wt％，7d活性指数≥75％，28d活性指数≥95％。
所采用粉煤灰微珠的性能符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(gb/t1596-2017)中ⅰ级粉煤灰要求，需水量比≤95％，细度≤12％，烧失量≤5％，28d活性指数≥70％。
所采用石灰石粉为球形，其碳酸钙含量≥75wt％，需水量比≤98％，45μm方孔筛筛余≤15％，mb值≤1.4。
所采用废弃石粉的0.075mm筛余量≤0.1wt％，mb值≤0.5，需水量比≤105％。
所采用机制砂性能的符合《人工砂混凝土应用技术规程》(jgj/t241-2011)中的相关要求，细度模数为2.4～2.8的ⅱ区级配砂，石粉含量≤5.0wt％，吸水率≤3％。
所采用碎石的粒径为5～20mm，含泥量≤0.5wt％，压碎值≤10％。
所采用减水剂为降粘型聚羧酸高效减水剂。
所采用膨胀剂为氧化钙类膨胀剂，其性能符合gb/t23439-2017标准中ⅰ型要求。
本申请实施例提供的一种自密实混凝土，其制备方法包括以下步骤：
(1)按表1所示配合比称取原材料；
(2)将碎石、砂、胶凝材料、膨胀剂依次倒入搅拌机，干搅30s后，将减水剂和水的混合物倒入搅拌机中继续搅拌2min，即形成自密实混凝土；进行性能测试。
(3)自密实混凝土无需震捣，直接浇筑或装入试模抹平即可。
实施例1
本实施例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.24，砂率为0.5，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
实施例2
本实施例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.25，砂率为0.51，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
实施例3
本实施例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.26，砂率为0.52，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
实施例4
本实施例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.25，砂率为0.52，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
实施例5
本实施例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.25，砂率为0.52，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
对比例1
本对比例提供的一种自密实混凝土，水胶比为0.26，砂率为0.52，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成。
对比例2
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料由水泥、矿粉和粉煤灰组成，水胶比为0.30，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
对比例3
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料由水泥和矿粉组成，水胶比为0.31，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
对比例4
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料由水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及废弃石粉组成，水胶比为0.30，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
对比例5
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰以及废弃石粉组成，水胶比为0.25，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
对比例6
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰以及石灰石粉组成，水胶比为0.25，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
对比例7
与实施例1不同的是，本对比例提供的一种自密实混凝土，胶凝材料水泥、硅灰、矿粉以及粉煤灰组成，水胶比为0.25，新拌自密实混凝土的测试结果如表2所示。
根据《jgj/t283-2012自密实混凝土应用技术规程》，实施例1-5以及对比例1-7制备的自密实混凝土的坍落度扩展度、坍落扩展度与j环扩展度差、扩展时间t500等性能进行测试，在无振捣的情况下，成型150×150×150mm立方体抗压试块，标准养护28d后，参照《gb/t50081-2016普通混凝土力学性能试验方法标准》对混凝土的抗压强度进行测试，测试结果见表2所示。
表1自密实混凝土配合比(kg/m3)
表2自密实混凝土性能测试结果
由表1可以看出，实施例1～5制备的c50自密实混凝土的水泥用量均在200kg/m3以下，远低于同等级强度对比例2和对比例3普通c50自密实混凝土中的水泥用量。由表2可以看出，配制出的c50自密实混凝土的工作状态和强度等级皆达到了要求，大部分实施例性能优于对比例2和对比例3制备的c50自密实混凝土。
由实施例2、对比例5、对比例6和对比例7可知，掺入废弃石粉会对混凝土的工作性能和力学性能带来一定的不利影响，但与石灰石粉混掺后，可消除废弃石粉带来的不利影响，同时改善混凝土的工作性能和力学性能。当废弃石粉掺入量过大时，由实施例2、实施例4和对比例1的试验结果显示，随着废弃石粉掺量的增加，混凝土工作性能会进一步降低，同时强度也会大幅降低。废弃石粉不宜掺入过多。由实施例3和实施例5可知，通过进一步提高石灰石粉掺量、降低水泥用量后，配制出的c50混凝土强度会有所降低，但工作性能更加优异。本申请配制的c50自密实混凝土，不仅工作性能和力学性能优良，且水泥用量低，同时使用了大量价格低廉且物资丰富的石灰石粉与工业废料废弃石粉，既可大量就地取材降低成本，又能减轻了工业生产中废弃粉料对环境的污染。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。