一种大掺量矿粉高性能混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高性能建筑材料制备领域，特别是涉及一种大掺量矿粉高性能混凝土 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水泥混凝土作为目前国内应用最普遍的建筑材料之一，在整个建筑界有着重要的 存在价值。随着水泥混凝土应用范围的日益广泛，它在自然环境中的性能退化问题逐渐暴 露出来，并引起人们的重视。普通水泥混凝土具有很高的抗压强度和较大的刚度，但存在胶 凝硬化过程中易收缩开裂、抗折强度低、韧性差、极限延伸度小等缺点，且这些缺点随着水 泥混凝土强度的提高而变得愈发明显。
[0003] 近年来高性能混凝土的快速发展，带动了矿物掺合料的大量应用，特别是在商品 混凝土中，矿物掺合料已成为不可缺少的一种组分，目前应用最广泛的是以矿渣粉和粉煤 灰取代水泥制备混凝土。在混凝土中以适当比例掺入矿渣粉和粉煤灰，可使二者性能发生 互补，产生超叠加效应:矿渣粉在胶凝体系中可产生火山灰效应，改善混凝土中浆体和骨料 的界面结构，同时其晶核作用可提高混凝土浆体的碱度和0?Γ含量，激发粉煤灰的活性，从 而提高混凝土抗压和抗折强度;矿渣粉与粉煤灰的掺加大量取代水泥，降低了水泥用量，使 水泥水化反应产生的热量大幅减少，因而减少了由水化热而产生的温差裂缝，提高了混凝 土结构的整体性，混凝土的耐久性得以提高;矿渣粉和粉煤灰颗粒较之水泥颗粒较细，可填 充水泥颗粒间的空隙，使空隙中的自由水得以释放，提高混凝土的流动性，混凝土的工作性 能得以改善。
[0004] 中国专利CN103922680A"大掺量矿物掺合料配置绿色高性能混凝土的方法"，提出 以S95级矿粉和II级粉煤灰为矿物掺合料配制混凝土，以节约资源消耗，保护环境，但是此 种方法中矿渣粉的最大掺量仅占胶凝材料总质量的25%，掺量较低，对节能减排的贡献十 分有限；中国专利CN103819157A"一种新型混凝土"，提出以矿渣粉和粉煤灰作为辅助胶凝 材料，并以大量激发剂进行活化，已达到提高混凝土强度、密实度和耐久性的目的，但是每 立方米该混凝土中激发剂用量高达13.5~15kg，大量激发剂的使用会增大水泥高峰放热 量，导致混凝土产生温差裂缝，且混凝土早期水化很快，但后期强度几乎无增长，不利于混 凝土强度的发挥。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、易实施、与环境有利的具有提高水泥 混凝土强度、工作性和耐久性功能的大掺量矿粉高性能混凝土及其制备方法。
[0006] ]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于由水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂、 水、激发剂和减水剂制备而成，按重量份数计为:水泥140~170份、矿渣粉170~240份、粉煤 灰50~100份、碎石1010~1100份、河砂735~825份、水150~180份、激发剂11~15份、减水 剂3.4~5份；
[0008]所述混凝土中胶凝材料由普通硅酸盐水泥、矿渣粉和粉煤灰组成，矿渣粉占胶凝 材料总质量的50~60%，粉煤灰质量为胶凝材料总质量的15~30%。
[0009] 按上述方案，所述矿渣粉为平均粒径2.36~4.75mm、比表面积不小于400m2/kg的 S95级矿粉。
[0010]按上述方案，所述粉煤灰为45μπι方孔筛筛余不大于12%，烧失量不大于5%的I级 粉煤灰。
[0011] 按上述方案，所述碎石为5~25_连续级配碎石。
[0012] 按上述方案，所述河砂为级配的中砂。
[0013] 按上述方案，所述激发剂为硫酸钠激发剂。
[0014]按上述方案，所述减水剂为20wt%聚羧酸减水剂溶液;其中复配入3~5wt%木质 素磺酸钠溶液，木质素磺酸钠浓度为45wt %。
[0015] 上述大掺量矿粉高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0016] 将水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂加入搅拌机中，干拌30~40min直至均匀；向搅 拌机内加入水、激发剂和减水剂，搅拌10~15min，得到大掺量矿粉高性能混凝土。
[0017] 将矿渣粉和粉煤灰复掺入混凝土中作为辅助胶凝材料，通过硫酸钠激发剂的激发 作用，制备大掺量矿粉高性能混凝土，可有效提高水泥混凝土的长期强度、耐久性和工作性 能；工业废弃物取代水泥作为辅助胶凝材料并加入减水剂，可在保证混凝土拌合水量的同 时降低水胶比，提高辅助胶凝材料的用量;可减少混凝土中水泥用量，降低水泥混凝土生产 成本;从环境保护的角度来讲，大量使用工业废弃物，可有效节约水泥用量，减少了因水泥 生产而引起的自然资源消耗，同时解决了由钢渣等工业废弃物大量堆放所引起的环境污染 和土地占用问题。
[0018] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0019] 矿渣粉和粉煤灰掺入混凝土，可减少因水泥水化而产生的温差裂缝，提高了混凝 土结构的整体性，因而混凝土的耐久性也得以提高。
[0020] 有效提升了混凝土长期强度，尤其是长期抗折强度，使之可广泛应用于大跨度桥 梁、道路、重载路面等对抗折强度要求较高的工程。改善混凝土的泌水离析及和易性，提高 混凝土的工作性能。
[0021] 大量利用矿粉、粉煤灰等工业废弃物，减少预拌混凝土中水泥用量，降低成本，节 能环保。
【具体实施方式】
[0022]以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。 [0023]本发明大掺量矿粉高性能混凝土，制备过程如下：
[0024] 按重量份数计为：水泥140~170份、矿渣粉170~240份、粉煤灰50~100份、碎石 1010~1100份、河砂735~825份、水150~180份、激发剂11~15份、减水剂3.4~5份;其中胶 凝材料由普通硅酸盐水泥、矿渣粉和粉煤灰组成，矿渣粉占胶凝材料总质量的50~60 %，粉 煤灰质量为胶凝材料总质量的15~30 %。矿渣粉为平均粒径2.36~4.75mm、比表面积不小 于400m2/kg的S95级矿粉。粉煤灰为45μπι方孔筛筛余不大于12%，烧失量不大于5%的I级粉 煤灰。
[0025] 碎石为5~25mm连续级配碎石。河砂为优良级配的中砂。激发剂为硫酸钠激发剂。 减水剂为20wt%聚羧酸减水剂溶液;其中复配入3~5wt%木质素磺酸钠溶液，木质素磺酸 钠浓度为45wt%。
[0026] 将水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂加入搅拌机中，干拌30~40min直至均匀；向搅 拌机内加入水、激发剂和减水剂，搅拌10~15min，得到大掺量矿粉高性能混凝土。
[0027]按照表1所示质量份数配制6种混凝土。
[0028]表 1
[0030] 混凝土原材料选用：亚东牌P · 0 42.5普通硅酸盐水泥、S95级粒化高炉矿渣粉、I 级热电厂粉煤灰、硫酸钠激发剂、减水剂（聚羧酸高效减水剂复配木质素磺酸钠）、优质中 砂、碎石、自来水。
[0031] I级热电厂粉煤灰主要技术指标符合国标GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的 粉煤灰》中的相关技术要求;S95级粒化高炉矿渣粉主要技术指标符合国标GB/T18046-2008 《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的相关技术要求。所得混凝土性能如表2所示。
[0032] 表 2
[0033]
[0034] 性能检测，结果显示:混凝土保水性、流动性、粘聚性好，工作性能优良；同相同强 度等级的普通混凝土相比，掺加硫酸钠激发剂和减水剂的大掺量矿粉高性能混凝土其28d、 60d、90d、180d抗压强度相差不大，但是其抗折强度明显提高，说明掺加矿粉及粉煤灰可有 效提高混凝土的抗折强度;相同配比但未添加硫酸钠激发剂的混凝土，其短期和长期抗折、 抗压强度均小于掺加硫酸钠激发剂的混凝土，说明硫酸钠激发剂对矿渣和粉煤灰的强度发 挥具有不可替代的作用；混凝土密实度大，抗氯离子渗透性能良好，干燥收缩小，混凝土耐 久性良好。
【主权项】
1. 一种大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于由水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂、水、 激发剂和减水剂制备而成，按重量份数计为:水泥140~170份、矿渣粉170~240份、粉煤灰 50~100份、碎石1010~1100份、河砂735~825份、水150~180份、激发剂11~15份、减水剂 3.4~5份； 所述混凝土中胶凝材料由普通硅酸盐水泥、矿渣粉和粉煤灰组成，矿渣粉占胶凝材料 总质量的50~60%，粉煤灰质量为胶凝材料总质量的15~30%。2. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述矿渣粉为平均粒径 2.36~4.75mm、比表面积不小于400 rrf/kg的S95级矿粉。3. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述粉煤灰为45μπι方孔筛 筛余不大于12 %，烧失量不大于5 %的I级粉煤灰。4. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述碎石为5~25mm连续级 配碎石。5. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述河砂为级配的中砂。6. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述激发剂为硫酸钠激发 剂。7. 如权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土，其特征在于所述减水剂为聚羧酸高效 减水剂复配木质素磺酸钠;具体为20wt %聚羧酸减水剂溶液中复配入3~5wt %木质素磺酸 钠溶液，木质素磺酸钠浓度为45wt%。8. 权利要求1所述大掺量矿粉高性能混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 将水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂加入搅拌机中，干拌30~40min直至均匀；向搅拌机 内加入水、激发剂和减水剂，搅拌10~15min，得到大掺量矿粉高性能混凝土。
【专利摘要】本发明公开了一种大掺量矿粉高性能混凝土及其制备方法。由水泥、矿渣粉、粉煤灰、碎石、河砂、水、激发剂和减水剂制备而成，按重量份数计为：水泥140～170份、矿渣粉170～240份、粉煤灰50～100份、碎石1010～1100份、河砂735～825份、水150～180份、激发剂11～15份、减水剂3.4～5份。将矿渣粉和粉煤灰复掺入混凝土中作为辅助胶凝材料，通过硫酸钠激发剂的激发作用，制备大掺量矿粉高性能混凝土，可有效提高水泥混凝土的长期强度、耐久性和工作性能。同时本发明的配方大量利用矿粉、粉煤灰等工业废弃物，减少预拌混凝土中水泥用量，降低成本，节能环保。
【IPC分类】C04B14/06, C04B14/04, C04B28/08, C04B103/30, C04B22/14
【公开号】CN105645894
【申请号】
【发明人】高博, 陈向明, 高立
【申请人】武汉武新新型建材股份有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月29日