專利名稱：混凝土復(fù)合摻和料及其在水工混凝土施工中的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土復(fù)合摻和料，特別是用于構(gòu)筑水電站大壩的水工混凝 土、具有改善混凝土性能、降低混凝土水化熱的摻和料。
背景技術(shù)：
水泥作為混凝土的主要膠凝材料，廣泛應(yīng)用于各類建筑工程以及水利系統(tǒng)， 如水電站大壩的建筑工程中。目前，常規(guī)混凝土的原材料主要由膠凝材料(水泥、摻合料)、外加劑(如 減水劑、引氣劑等)、骨料(細(xì)骨料砂和粗骨料小石、中石、大石、特大石)和 水這幾部份組成。其中，(1)水泥， 一般可分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、 礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等不同品種，不同品種水泥由于水泥熟料礦 物組成不同或摻不同種類數(shù)量的混合材料，具有不同的特征，需根據(jù)實際情況來 選擇；(2)摻合料，可以是粉煤灰、?；郀t礦渣，也可以是火山灰或其他火山 質(zhì)材料。這些摻合材料經(jīng)收集或加工，其細(xì)度與水泥細(xì)度屬同一數(shù)量級，摻至混 凝土中對改善拌和物的工作性起到與水泥相似的作用。此外，這些摻合料具有潛 在的活性，能與水泥的水化產(chǎn)物(氫氧化鈣)發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成具有膠結(jié) 性能的穩(wěn)定的水化產(chǎn)物，從而改善硬化混凝土的技術(shù)性能起到重要的作用。國內(nèi) 外混凝土施工中使用的摻合料多為粉煤灰，也有使用火山灰及凝灰?guī)r的。(3)外 加劑，國內(nèi)用的外加劑主要有減水劑、引氣劑、緩凝劑、速凝劑、早強劑等，外 加劑主要起到提高混凝土耐久性和強度，改善混凝土的和易性和施工工藝等作 用；(4)骨料，混凝土用的骨料分為細(xì)骨料砂和粗骨料(小石、中石、大石及特 大石)，根據(jù)不同的級配選擇骨料種類及數(shù)量。摻和料常采用粉煤灰，在滿足建筑構(gòu)筑物力學(xué)性能指標(biāo)的前提下，摻混粉煤 灰來減少水泥用量，從而達(dá)到廢物利用、降低成本、減少工程造價的目的(水泥 通常都要經(jīng)過開采、粉碎、焙燒等復(fù)雜工藝過程，水泥成本較高)。中國專利文獻(xiàn)公開了一種"燒硫鐵礦渣成品砂漿及其制造方法" (CN1112529A)，該成品砂漿由燒硫鐵礦渣、干粉煤灰、生石灰粉(Cao)等混合而成。CN1145885A也提出使用硫鐵礦渣替代石英砂的方案。燒硫鐵礦渣是硫鐵 礦砂在經(jīng)沸騰爐高溫焙燒制取二氧化硫后的殘渣，其中鐵含量高達(dá)35%以上，硫 含量達(dá)0.12% 0. 43%《固體廢粉處理及資源化》(第12章表12-6，化學(xué)工業(yè)出 版社)，是不適宜作混凝土摻和料的。CN1263702C披露了 "用于建筑結(jié)構(gòu)中的膠凝混合物"，主要由鐵礦渣摻混在 水泥中組成(此外，還具有石灰精、乳膠粉、纖維素醚和/或纖維素、粉煤灰、 甲酸鈣等)，鐵礦渣作為骨料代替河沙，鐵礦渣占該膠凝混合物總重量的40% 80%。此外，2005年科技信息査新，云南大朝山水電站曾采用磷礦渣粉和凝灰?guī)r 混磨摻和料替代粉煤灰的報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種活性比粉煤灰高、替代粉煤灰的混凝土復(fù)合摻和料。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種混凝土復(fù)合摻和料，由按重量份配比的以 下組分組成，單磨鐵礦渣粉5 6份，單磨石灰?guī)r粉5 4份；二者摻混后的細(xì)度 45um方孔篩，篩余《20%，含水率《1%。本發(fā)明的另一目的是提供上述摻和料在構(gòu)筑水電站大壩的水工混凝土施工 中的使用方法。本發(fā)明的另一目的是這樣實現(xiàn)的一種摻和料在構(gòu)筑水電站大壩的水工混凝土施工中的使用方法，混凝土復(fù)合摻和料在水泥中的摻配比例小于等于二者總重量的60%。土卡河水電站地處中國、老撾、越南三國交界處的偏遠(yuǎn)山區(qū)，地區(qū)雨季長雷 暴頻繁，具有長夏無冬、高氣溫，高陽光輻射、高蒸發(fā)量和晝夜溫差較大等特點。 由于當(dāng)?shù)責(zé)o粉煤灰，受地域條件的限制，外地運來的粉煤灰運距長、價格非常昂 貴，通過對當(dāng)?shù)夭牧险{(diào)査、了解，按照就地取材原則，決定采用新型復(fù)合摻合料 (鐵礦渣粉+石灰?guī)r粉按質(zhì)量比l: 1)替代粉煤灰作為混凝土復(fù)合摻合料，解決 了粉煤灰匱乏的難題，從材料應(yīng)用技術(shù)方面突破了混凝土復(fù)合摻合料較為單一的 局面。2005年6月四川省科技信息所査新結(jié)果表明國內(nèi)未見鐵礦渣粉加石灰?guī)r粉替代粉煤灰來拌合碾壓混凝土及復(fù)合摻合料配合比的文獻(xiàn)報道，采用鐵礦渣粉 加石灰?guī)r粉替代粉煤灰應(yīng)用于碾壓混凝土及常態(tài)混凝土在國內(nèi)同行業(yè)仍是研究、 發(fā)展的新課題，理論上可行，但仍需通過大量的試驗及工程應(yīng)用實例來論證。 材料及應(yīng)用特點1、 試驗研究表明鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉新型復(fù)合摻合料的細(xì)度與水泥細(xì)度 屬同一數(shù)量級，摻至混凝土中對改善拌和物的工作性起到與水泥相似的作用，采用的鐵礦渣粉與石灰?guī)r粉按質(zhì)量i: i的比例單磨混摻，獲得了一種接近n級粉煤灰技術(shù)指標(biāo)的新型摻合料。2、 鐵礦渣粉活性能量大，作為混凝土的摻合料，具有比粉煤灰更高的活性； 石灰?guī)r粉可以改善混凝土可碾性，降低水化熱。3、 鐵礦渣粉的高活性及玻璃體結(jié)構(gòu)在混凝土早期水化反應(yīng)中有助于提高混 凝土的早期強度等特點。4、 通過試驗對比分析，摻配磨細(xì)鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉作為摻合料的碾壓混凝土早期強度優(yōu)于摻加宣威n級粉煤灰的碾壓混凝土早期強度，可使碾壓混凝土 早期技術(shù)指標(biāo)得到提高，經(jīng)濟效益顯著。工程應(yīng)用情況土卡河水電站于2004年底開始施工，2007年11月基本完成，采用鐵礦渣 粉和石灰?guī)r粉新型復(fù)合料共澆筑壩體混凝土52.9萬m3，其中壩體碾壓混凝土 為24.64萬m3,共計使用鐵礦渣與石粉巖復(fù)合料38270t。通過一年多的全面監(jiān) 測結(jié)果表明沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，工程質(zhì)量優(yōu)良。2007年5月經(jīng)國家電力監(jiān)管安全委員會大壩安全監(jiān)察中心組織專家鑒定， 有如下工程施工安全鑒定意見"工程所用混凝土原材料經(jīng)抽樣檢測，符合規(guī)范規(guī)定，質(zhì)量合格?；炷翉?度、抗?jié)B、抗凍等指標(biāo)，經(jīng)施工取樣試驗和監(jiān)理抽檢均滿足設(shè)計要求。"新材料推廣應(yīng)用前景我國水電資源分布總體上"東"少"西"多，東部地區(qū)水能資源量僅占全國的7%，西部地區(qū)占75%以上，西部又主要富集于青藏高原及其次區(qū)域的云南、 四川、貴州、廣西、西藏、青海和甘肅等省區(qū)。 一些水利水電工程所處地理位置 偏僻、環(huán)境條件惡劣、交通不便，所需的常規(guī)原材料獲取困難，需要利用當(dāng)?shù)夭?料解決。南京水利科學(xué)研究院2006年10月作出的"李仙江土卡河水電站大壩混凝土 配合比及性能試驗報告"有如下結(jié)語"本項目主要針對李仙江士卡河水電站的大壩混凝土和部分廠房混凝土進 行原材料、配合比及其性能試驗。包括前期的粉煤灰混凝土和后期的復(fù)合摻和料 (磨細(xì)鐵礦渣粉+石灰?guī)r粉)混凝土。對水泥、粉煤灰、復(fù)合摻和料、天然砂石骨料和人工砂石骨料、外加劑等的 品質(zhì)分析表明這些原材料均合格。對水泥、粉煤灰、復(fù)合摻和料及其凈漿的微觀 分析表明，復(fù)合摻和料膠材的孔徑分布情況優(yōu)于粉煤灰膠材。通過粉煤灰混凝土 的18組砂率試驗和27組配合比試驗，明確了混凝土的用水量，膠材用量、砂率 和外加劑用量等參數(shù)，為現(xiàn)場的前期施工提供了配合比參考，也為復(fù)合摻和料混 凝土配制提供了基礎(chǔ)。通過復(fù)合摻和料混凝土的18組配合比試驗得出8組復(fù)合摻和料混凝土實驗 室配合比。對實驗室配合比進行了拌合物性能試驗、力學(xué)性能試驗、變形性能試 驗、熱學(xué)性能試驗和耐久性試驗，性能試驗結(jié)果表明，力學(xué)性能能夠滿足設(shè)計要 求，混凝土的干縮率和自生體積變形較小，有利于混凝土體積穩(wěn)定，混凝土絕熱 溫升值低于25°C，抗凍抗?jié)B標(biāo)號也達(dá)到設(shè)計要求。針對現(xiàn)場機制砂石骨料的特 點，對實驗室配合比進行了調(diào)整，對調(diào)整后的配合比進行了力學(xué)性能試驗和耐久 性能試驗，結(jié)果表明調(diào)整后的配合比同樣滿足設(shè)計要求。通過兩次工地現(xiàn)場服務(wù)，驗證了實驗室碾壓混凝土配比的可行性，對工地的 摻和料質(zhì)量控制提出了有效建議。復(fù)合摻和料混凝土的技術(shù)經(jīng)濟分析表明，在本 工程中使用復(fù)合摻和料替代粉煤灰，可節(jié)約資金約1500萬元，且復(fù)合摻和料混 凝土的早期強度發(fā)展優(yōu)于粉煤灰混凝土。以上試驗工作結(jié)果表明，復(fù)合摻和料可以替代粉煤灰配制出滿足設(shè)計要求的 混凝土，且技術(shù)經(jīng)濟效益明顯。"具體實施方式
本發(fā)明混凝土復(fù)合摻和料由按重量份配比的以下組分組成， 單磨鐵礦渣粉5 6份，單磨石灰?guī)r粉5 4份；二者摻混后的細(xì)度45um 方孔篩，篩余《20%，含水率《1%。單磨指鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉分開獨自磨細(xì)達(dá)到一定細(xì)度要求，如與水泥同一數(shù)量級的細(xì)度要求，獲得一種接近n級粉煤灰技術(shù)指標(biāo)的新型復(fù)合摻和料。含水 率指標(biāo)在于保持摻和料的活性，使其不結(jié)塊。 實施例i:一種混凝土復(fù)合摻和料組分組成為 鐵礦渣粉5份，石灰?guī)r粉5份。 實施例2:一種混凝土復(fù)合摻和料組分組成為 鐵礦渣粉6份，石灰?guī)r粉4份。本發(fā)明摻和料在構(gòu)筑水電站大壩的水工混凝土施工中的使用方法，混凝土復(fù) 合摻和料在水泥中的摻配比例小于等于二者總重量的60%。研究結(jié)果表明鐵礦渣粉+石灰石粉按重量比5:5最接近起到n級粉煤灰相同的作用(如土卡河水電站復(fù)合摻和料混凝土配合比設(shè)計報告)。 土卡河水電站工程實例 水泥試驗工程選用思茅地區(qū)建峰水泥廠生產(chǎn)的野象牌P*0*42.5普通硅酸鹽水 泥。選用水泥各指標(biāo)均能滿足《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175-1999) 中有關(guān)普通硅酸鹽水泥的規(guī)定，為合格水泥。外加劑試驗工程混凝土外加劑主要采用了減水劑和引氣劑，減水劑采用成都合力混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的FDN-S緩凝高效減水劑，引氣劑采用PS-1型引氣劑， 采用的PDN-S緩凝高效減水劑和PS-1型引氣劑檢測成果符合規(guī)范要求。 骨料試驗工程(土卡河電站)混凝土粗、細(xì)骨料均為人工石灰?guī)r骨料，經(jīng)鑒定巖 石的礦物化學(xué)成分為方解石含量大于99%，石英、白云石小于1%，褐鐵礦小于1%，為非堿活性食集料。鐵礦渣粉和石粉巖粉新型復(fù)合摻合料試驗工程通過運距、供貨能力、成本等綜合因素比較確定，選用附近景谷縣 泰裕水泥廠的磨細(xì)鐵礦渣粉和磨細(xì)石灰?guī)r粉新型復(fù)合料替代粉煤灰作為混凝土7的摻合材料。磨細(xì)鐵礦渣粉和磨細(xì)石灰?guī)r粉新型復(fù)合摻合料經(jīng)收集、加工，其細(xì)度與水泥 細(xì)度屬同一數(shù)量級，摻至混凝土中對改善拌和物的工作性起到與水泥相似的作 用。同時，磨細(xì)鐵礦渣粉和磨細(xì)石灰?guī)r復(fù)合料具有潛在的活性，能與水泥的水化 產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成具有膠結(jié)性能的穩(wěn)定的水化產(chǎn)物，從而對 改善硬化混凝土的技術(shù)性能起到重要作用。本復(fù)合摻和料在混凝土中主要有三大 效應(yīng)形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)。形態(tài)效應(yīng)是物理效應(yīng)，活性效應(yīng)是化 學(xué)效應(yīng)，而微集料效應(yīng)既有物理效應(yīng)又有化學(xué)效應(yīng)，粉煤灰可減少水泥的需水量 從而提高和易性，減少泌水；提高混凝土的抗?jié)B能力和抗硫酸鹽侵蝕能力等耐久 性；同時還可以減少混凝土收縮、降低內(nèi)部溫升，有利于碾壓混凝土溫度控制。(1) 、磨細(xì)鐵礦渣粉 鐵礦渣是煉鐵時礦石中的二氧化硅Si02、氧化鋁八1203等雜質(zhì)，在高溫情況下與石灰等熔劑化合而成的物質(zhì)，其化學(xué)成分主要為氧化鈣CaO、二氧化硅Si02、 氧化鋁Ab03活性成分。熱熔礦渣經(jīng)過(水、壓縮空氣或蒸氣)急速冷卻，形成以玻璃體結(jié)構(gòu)為主、活性得到提高的?；郀t礦渣。?；郀t礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)處 在高能量狀態(tài)不穩(wěn)定，潛在活性大，需經(jīng)過磨細(xì)才能使其潛能發(fā)揮出來。?；?爐渣經(jīng)干燥、粉磨、達(dá)到適當(dāng)細(xì)度的粉體稱為磨細(xì)礦渣粉。A、 試驗工程采用景谷縣泰裕水泥廠生產(chǎn)的鐵礦渣粉活性能量大，作為混凝 土的摻合料，具有比粉煤灰更高的活性；B、 磨細(xì)鐵礦渣粉品質(zhì)好，均勻性容易保證；c、摻入混凝土中不僅可以節(jié)約水泥，降低膠凝材料水化熱，而且可以改善混凝土的絕熱溫升，使混凝土的結(jié)構(gòu)更密實，提高混凝土的抗?jié)B能力和抗化學(xué)侵 蝕能力，具有抑制堿集料反應(yīng)的效果等。(2) 、磨細(xì)石灰?guī)r粉將石灰?guī)r(主要成分CaC03，比重2.5 2.93，硬度3 4，晶形菱形或 斜方形)磨細(xì)后作為摻合料使用， 一般認(rèn)為它沒有活性，只是作為填充料，起到 節(jié)約水泥的作用；同時，在碾壓混凝土中，適量的石灰?guī)r粉還可以改善混凝土可 碾性，降低水化熱。石灰?guī)r粉單獨作為混凝土摻合料替代水泥是難以滿足要求的， 它必須與其它活性能量大的材料(鐵礦渣粉)進行混摻才能滿足要求。試驗工程混凝土配合比村料組成鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉復(fù)合摻合料+普通硅 鹽水泥+外加劑(減水劑和引氣劑)+石灰?guī)r人工骨料(細(xì)骨料砂和粗骨料)+水。 通過試驗對比分析，摻配磨細(xì)鐵礦渣粉和石灰?guī)r粉作為摻和料的碾壓混凝土早期強度優(yōu)于摻加宣威n級粉煤灰的碾壓混凝土早期強度，可使碾壓混凝土早期 技術(shù)指標(biāo)得到提高，經(jīng)濟效益顯著。
權(quán)利要求
1、一種混凝土復(fù)合摻和料，其特征是由按重量份配比的以下組分組成，單磨鐵礦渣粉5～6份，單磨石灰?guī)r粉5～4份；二者摻混后的細(xì)度45μm方孔篩，篩余≤20％，含水率≤1％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土復(fù)合摻和料，其特征是所述組分組成為 鐵礦渣粉5份，石灰?guī)r粉5份。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土復(fù)合摻和料，其特征是所述組分組成為 鐵礦渣粉6份，石灰?guī)r粉4份。
4、 一種如權(quán)利要求1所述摻和料在構(gòu)筑水電站大壩的水工混凝土施工中的 使用方法，其特征是所述混凝土復(fù)合摻和料在水泥中的摻配比例小于等于二者 總重量的60%。
全文摘要
一種混凝土復(fù)合摻和料，由按重量份配比的以下組分組成，單磨鐵礦渣粉5～6份，單磨石灰?guī)r粉5～4份；二者摻混后的細(xì)度45μm方孔篩，篩余≤20％，含水率≤1％。本摻和料的碾壓混凝土早期強度優(yōu)于摻加II級粉煤灰的碾壓混凝土早期強度。本摻和料水電站實際工程驗證，工程質(zhì)量優(yōu)良。在技術(shù)方面突破了混凝土摻和料較為單一局面，為我國缺粉煤灰地區(qū)的水工混凝土施工技術(shù)方面提供了參考依據(jù)和成功經(jīng)驗，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。
文檔編號C04B18/12GK101323508SQ20081004564
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者劉代元, 吳運華, 廖祖梁, 張家富, 斯功偉, 童衛(wèi)東, 軍 趙, 陳忠全 申請人:中國水利水電第五工程局