一种烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土及其制备、施工方法

本发明涉及海绵城市建筑材料，尤其涉及一种烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土及其制备、施工方法。

背景技术：

1、在新形势下，海绵城市是推动绿色建筑建设，低碳城市发展，智慧城市形成的创新表现。海绵城市建筑材料需要优秀的渗水、抗压、耐磨、防滑以及舒适易维护、隔热、吸噪等，能有效降低城市热岛效应。而优质的胶凝材料是实现海绵城市绿色建筑建设的关键，诸多研究也随之兴起，目前，利用烧结石和沙漠沙作为粗骨料的碱激发轻质混凝土技术还未见到相关报道。

2、专利申请cn202210180608.1中公开了一种轻质陶粒混凝土及其制备方法，包括以下重量份的组分：283-508份沙子、189-218份陶粒、170-180份水、48-60份矿渣粉、37-49份粉煤灰、7.35-12.27份外加剂。专利申请cn202111459286.6中公开了一种陶粒混凝土及其制备方法，包括按重量份的组分：300-400份水泥、250-350份改性陶粒、10-20份外加剂、800-1000份细骨料、150-250份水、80-120份钠质膨润土和80-120份纤维，按上述比例混合搅拌，得到混合液，将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，烘干后得到改性陶粒；专利申请cn201510810774.5中公开了一种改性碱激发胶凝材料，按质量份数计，原料包含：粉煤灰和矿渣100份、碱激发剂25-50份、缓凝剂0.5-2份、聚合物胶粉2-15份，其中碱激发剂的固含量为30％-40％，聚合物胶粉选自丁二烯-苯乙烯共聚物胶粉、苯乙烯-丙烯酸共聚物胶粉、丙烯酸酯共聚物胶粉、乙烯醋酸乙烯酯共聚物胶粉、醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物胶粉或醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物胶粉中的一种或多种。

3、上述现有的碱激发轻质混凝土存在以下缺陷：(1)轻质骨料以采用陶粒为主，少量采用普通炉渣，但陶粒和炉渣自身强度较低，难以制得高强度轻质混凝土；(2)轻质混凝土配合比设计时，没有充分考虑骨料上浮问题，导致混凝土均匀性较差；(3)大部分碱激发材料混凝土都从材料学的角度去设计，没有工程针对性，尤其是没有适用于海绵城市工程的碱激发混凝土；(4)碱激发多采用naoh和na2sio4的复合碱激发组合，激发效果还有很大提升空间；(5)粉体采用粉煤灰和矿渣，没有达到对粉煤灰的高效碱激发，生成的混凝土强度较低。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土及其制备、施工方法，以烧结石和沙漠沙为粗细骨料，采用复合碱激发技术和耐久性提高措施，制备了适用于海绵城市的轻质、隔热混凝土，能够解决目前海绵城市中特性混凝土生产的工程技术难题，具有就地取材、施工方便、早强快硬、易于排水、质量均匀、抗冻性佳的优势，而且充分利用了煤炭燃烧后的废渣，变废为宝，降低了工程造价。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土，按重量份数计包含以下原料组分：粉煤灰100份、生石灰20-30份、碱激发剂10-15份、沙漠沙500-800份、减水剂4-8份，水35-50份，烧结石300-600份。

4、所述粉煤灰包括占粉煤灰质量50％-70％的任意比例的活性sio2、活性al2o3和f-cao(游离氧化钙)，占粉煤灰质量5％-10％的fe2o3，粉煤灰细度小于100um。

5、所述生石灰为常见磨细生石灰，cao占称重含量大于70％，中速灰。

6、所述碱激发剂为复合激发剂，包括均匀混合的占碱激发剂质量1％-2％的naoh和占碱激发剂质量2％-3％的cacl2。

7、所述沙漠沙粒径25um-400um，细度模数0.2-0.3。

8、所述减水剂为引气型减水剂，减水率大于25％，引气量6％-15％；所述水的温度在60℃-80℃间。

9、烧结石形状不规则，粒径5mm-30mm，堆积密度800-1200kg/m3，筒压强度20-28mpa，导热系数0.3-0.7w/(m·k)。

10、基于上述烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土的制备方法，制备过程包括以下步骤：

11、(1)按上述烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土所述配合比取60℃-80℃的水和激发剂充分搅拌混合，待充分溶解后制得复合激发剂溶液，置于60℃-80℃养护箱中备用；

12、(2)根据上述烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土所述配合比称量粉煤灰、生石灰和沙漠沙，混合搅拌均匀，再将步骤(1)配置好的复合激发剂溶液缓慢加入；

13、(3)将步骤(2)得到的混凝土，以100-150r/min的速度搅拌5-8min，搅拌的过程中缓慢加入引气型减水剂和水；

14、(4)待步骤(3)得到的混凝土搅拌形成粘稠混凝土液后，缓慢加入烧结石，继续搅拌5-8min后即可得到所述轻质混凝土。

15、所述步骤(3)中水的用量＝总用水量-步骤(1)中的用水量。

16、一种烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土的施工方法，施工过程具体包括以下步骤：

17、(1)准备好水、电及管道等施工材料，将建筑模板的地面整平，再将流水注入模板将其内部冲刷干净，之后在模板表面涂刷一层油脂，便于后续脱模；

18、(2)将拌合好的烧结石沙漠沙复合碱激发轻质混凝土进行灌注施工，应注意需进行连续施工，避免出现离析、漏浆，并保证在混凝土初凝前完成灌注；

19、(3)在充填完成后，对灌注表面进行抹平与清理，并覆盖塑料膜，进行自然养护，避免养护过程中水分的流失、表面的干燥开裂，从而提高混凝土的强度。

20、(4)混凝土养护完成，达到设计强度后，拆掉塑料膜与模板，即可进行后续施工。

21、本发明的有益效果是：

22、(1)采用煤炭燃烧后的灰渣-烧结石作为粗骨料。烧结石为煤炭燃烧后炉渣中具有多孔结构并呈玻璃状物质，较普通炉渣强度高，密度低，形状不规则，粒径5mm-30mm(参见图1)。烧结石堆积密度800-1200kg/m3，与普通炉渣接近；但筒压强度20-28mpa，较普通炉渣增大近30％，作为粗骨料制得轻质混凝土强度比常规技术增大15％-30％；导热系数在0.3-0.7w/(m·k)间，具有较好的隔热性能。

23、(2)采用北方广泛分布的沙漠沙为主要原料，具有取材方便，价格低廉，绿色环保，工程应用性好，在经济环保上具有显著优势。沙漠沙粒度组成如表1所示，沙漠沙的平均粒径在0.04mm-0.08mm，由于粒径细小，用其配置得到混凝土流动性具有流动性好的先天优势；沙漠沙颗粒特征如表2及图1所示，其表面较为粗糙，配置混凝土时黏结力与标准砂接近；沙漠沙化学成分如表3所示，其cao、k2o和na2o等碱性成分含量高于普通沙，尤其是cao含量接近17％。沙漠沙中cao为主的碱性成分可以补充碱激发材料中碱性原料的不足，增大碱激发的胶凝作用，有利于碱激发强度的生成。

24、表1青藏高原沙漠沙粒度组成(w％)

25、 粒级/mm ＞0.9 0.9-0.45 0.45-0.2 0.3-0.2 0.2-0.08 0.08-0.04 ＜0.04 含量/％ 0.45 2.88 8.55 14.37 23.7 42.55 7.5

26、表2沙漠沙特征

27、

28、表3沙漠沙化学成分表

29、 成分 <![cdata[sio₂]]> <![cdata[al₂o₃]]> cao <![cdata[fe₂o₃]]> mgo <![cdata[k₂o]]> <![cdata[na₂o]]> 含量/％ 75.42 3.2 17.1 0.35 0.22 1.31 1.88

30、(3)采用粉煤灰和生石灰的优化配比。粉煤灰属于cao-sio2-al2o3系统，其成分如表4所示。与普通硅酸盐水泥熟料相比，粉煤灰cao含量较低属于“先天缺钙”，因此，补充cao含量，增大ca(oh)2生成量，更有利于粉煤灰就能水化硬化形成强度。生石灰中cao的含量70％-76％，且成本低廉，非常适合作为粉煤灰的辅料添加。通过大量实验得出，粉煤灰和石灰的比例为75:25时，能够获得最佳的力学性能。生石灰在消解产生热量(可达80℃-90℃)和消耗水可以促进粉煤灰活性的激发和降低硬化体系的孔隙率，系统暂时性的高浓度oh-1对粉煤灰颗粒表面进行侵蚀，破坏其≡si-o-si≡和si-o-al≡的网格结构，因而取得较好的激发效果。

31、表4粉煤灰化学成分表

32、 成分 <![cdata[sio₂]]> <![cdata[al₂o₃]]> cao <![cdata[fe₂o₃]]> mgo <![cdata[k₂o]]> <![cdata[na₂o]]> 含量/％ 50.96 32.79 6.61 4.42 0.23 1.54 0.17

33、(4)采用naoh和cacl2的复合碱激发剂，强度激发效果好。粉煤灰的组成物是酸性氧化物，所以具有一定的弱酸性，naoh中的oh-，能够使粉煤灰中的si-o键、al-o键折断开裂，从而增强粉煤灰活性；同时，naoh中na+可以改变粉煤灰玻璃体网络结构，使网络结构解体，提高粉煤灰活性。cacl2中ca2+和cl-能很好地扩散到粉煤灰颗粒内部，与粉煤灰活性al2o3发生化学反应，生成c-a-h，增大内外渗透压，破坏粉煤灰包裹体；cacl2还可以与体系中ca(oh)2发生化学反应，生成氧氯化钙复盐，不溶于水，是体系中固相成分增加，从而使体系强度增大(参见图2)。

34、(5)采用复合减水剂，增大强度的同时提高耐久性。减水剂为高效引气型减水剂，对粉体颗粒具有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善流动性，节约粉体材料。添加量为粉土的总质量的1.5％-2.5％，在保持塌落度不变的情况下，减少拌合用水量10％-20％；或者在水胶比不变的情况下，增大混凝土的流动性25％-35％。同时，该复合减水剂能够在在拌合的过程中引入大量微小、封闭且均匀分布的气泡，以减少拌合物的泌水、离析，改善和易性，显著提高混凝土抗冻性、耐久性。该复合减水剂可以使混凝土在获得高强度同时具有高耐久性，经检测，基本性能如表5所示。

35、表5混凝土耐久性基本参数

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37、综上所述，本发明以采用煤炭燃烧后炉渣中具有多孔结构并呈玻璃状的烧结石以及北方广泛分布的沙漠沙，方案简单、成本低廉，变废为宝，可减少自然资源的开采；通过引入减水剂，增大混凝土粘稠度，解决了轻质骨料上浮问题，提高了混凝土均匀性；混凝土具有成型早强快硬，质量稳定、耐久性高等优点，可应用保温隔热及海绵城市的建设中。