專利名稱：一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)高層建筑、高速軌道交通和大跨度橋梁建設(shè)量的迅速增加，高強(qiáng)混凝土的需求量越來(lái)越大。按照有關(guān)規(guī)范，抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C60及C60以上的混凝土為高強(qiáng)混凝土。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年前，我國(guó)各項(xiàng)工程中高強(qiáng)混凝土所占比例不超過(guò)2%，而10年后的今天，高強(qiáng)混凝土幾乎占整個(gè)混凝土用量的6%左右。在實(shí)際工程中，高強(qiáng)混凝土的配制是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它受水泥強(qiáng)度等級(jí)、摻合料種類和品質(zhì)、集料品種和品質(zhì)、減水劑效能和適應(yīng)性等多項(xiàng)因素的影響，而混凝土的攪拌制備工藝對(duì)高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能和耐久性也有一定影響。當(dāng)前，水泥標(biāo)準(zhǔn)的兩次修訂致使市場(chǎng)供應(yīng)水泥的比表面積不斷增大，與減水劑適應(yīng)性變差，且所配制混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展不理想，加之優(yōu)質(zhì)河砂資源的枯竭，給高強(qiáng)混凝土的配制、實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用帶來(lái)很大的技術(shù)難題，所以，利用地方材料配制力學(xué)性能和耐久性均十分優(yōu)良的高強(qiáng)混凝土的研究方興未艾?！笆晃濉杯h(huán)境規(guī)劃中國(guó)家對(duì)大型燃煤企業(yè)煙氣脫硫工程的投入加大，產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏的高效利用問(wèn)題已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注，若處置不當(dāng)，煙氣脫硫工程只是轉(zhuǎn)化了污染形態(tài)，并未從根本上解決二氧化硫的污染，且堆置起來(lái)將更加嚴(yán)重地污染土地和水源。因此，如何資源化高效利用脫硫石膏成為解決二氧化硫污染的關(guān)鍵。本發(fā)明將脫硫石膏作為高強(qiáng)混凝土中的一種活性激發(fā)劑，既有助于激發(fā)摻合料粉煤灰、礦渣粉、活化煤矸石和偏高嶺土的早期活性，提高混凝土早期和后期強(qiáng)度，又能在一定程度上幫助解決脫硫石膏的資源化高效利用問(wèn)題，可謂一舉兩得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供的高強(qiáng)混凝土由水泥、粉煤灰、礦渣粉、活化煤矸石、偏高嶺土組成復(fù)合膠凝材料，由消石灰為液相補(bǔ)充氫氧化鈣，以脫硫石膏為粉煤灰、礦渣粉、活化煤矸石和高嶺土的活性激發(fā)劑，利用機(jī)制砂作為細(xì)集料。本發(fā)明的高強(qiáng)混凝土制備中采用先用2/3的拌合水?dāng)嚢枘z凝材料、消石灰、脫硫石膏、蔗糖酯和聚羧酸系減水劑，然后加入機(jī)制砂和碎石，混合后加剩余1/3的水?dāng)嚢杈鶆颍皇垢邚?qiáng)混凝土坍落度達(dá)220160mm，坍?dāng)U度達(dá)550-750mm，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)60-80MPa，抗?jié)B性好，抗氯離子滲透性極好，碳化速度極慢的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法。本發(fā)明提出的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，由水泥、粉煤灰、礦渣粉、 活化煤矸石、偏高嶺土、脫硫石膏、消石灰、蔗糖酯、機(jī)制砂、碎石、聚羧酸系減水劑和水組成，其特征在于其配方(其組份的重量比如下)水泥100
粉煤灰30-70礦渣粉30-70活化煤矸石0-35偏高嶺土0-35脫硫石膏10-27消石灰0.006-5.3蔗糖酯0.0002-0. 001機(jī)制砂370-410碎石430-510聚羧酸系減水劑2.35-2.75水61-68以上均為市售本發(fā)明中，所述水泥為42. 5級(jí)硅酸鹽水泥，42. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥，52. 5級(jí)硅酸鹽水泥，52. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥中的一種，且比表面積大于等于310m2/Kg，但小于等于 380m2/Kg ；本發(fā)明中，所述粉煤灰為I級(jí)C類粉煤灰或II級(jí)C類粉煤灰中的一種，需水量比小于等于110% ；本發(fā)明中，所述礦渣粉為S95或S105中的一種；本發(fā)明中，所述活化煤矸石為600-950°C煅燒1. 5小時(shí)以上并磨細(xì)至比表面積大于;350m2/Kg的粉體；本發(fā)明中，所述偏高嶺土為天然高嶺土在600-1000°C煅燒1. 5小時(shí)以上并磨細(xì)至比表面積大于350m2/Kg的粉體；本發(fā)明中，所述脫硫石膏，其主要組分為CaSO4. 2H20,且SO3重量含量大于等于 40% ；本發(fā)明中，所述機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)大于1.5小于3. 6，石粉的重量含量小于等于 10%，含泥重量小于等于2% ；本發(fā)明中，所述碎石的粒徑范圍為5_20mm，母巖為花崗巖或安山巖中的一種，壓碎指標(biāo)小于等于12%，針片狀顆粒重量含量小于等于10% ；本發(fā)明提出的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土的制備方法的具體步驟如下(1)按重量比稱取原料，并將水泥，粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土，脫硫石膏，消石灰，蔗糖酯預(yù)先干拌至均勻狀態(tài)；(2)將聚羧酸系減水劑和占總用水重量2/3的水加入至步驟(1)中的混合物中，混合 30s ；(3)將機(jī)制砂，碎石加入步驟O)的漿體中，攪拌30s ；(4)將剩余的占總用水重量1/3的水加入步驟(3)的混合物中，混合均勻；以上步驟都是在常溫和常壓下進(jìn)行；本發(fā)明所得的高強(qiáng)混凝土，可通過(guò)機(jī)械化運(yùn)輸至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行澆筑施工，養(yǎng)護(hù)^d 后可形成高強(qiáng)度且耐久性優(yōu)異的結(jié)構(gòu)體。
由于本發(fā)明中，水泥，粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土共同組成多元化膠凝材料體系。水泥中包含四大礦物C3s，C2S, C3A, C4AF和調(diào)凝劑石膏，水泥從加水開始，先是 C3A與調(diào)凝劑石膏發(fā)生反應(yīng)形成鈣礬石，阻止了 C3A的快速水化，使水泥的水化能在較長(zhǎng)時(shí)間處于“停滯”狀態(tài)，大約2小時(shí)后，C3S開始大量水化，形成CSH凝膠和氫氧化鈣，相互搭接、穿插，出現(xiàn)凝結(jié)和硬化。粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土都為輔助性膠凝材料，由于含有較多具有火山灰活性的SiO2, Al2O3，SiO2能與水泥水化形成的Ca(OH)2進(jìn)一步結(jié)合形成CSH凝膠，Al2O3能與水泥水化形成的Ca(OH)2和液相中殘存的石膏進(jìn)一步結(jié)合形成鈣礬石，增加水化產(chǎn)物的數(shù)量，密實(shí)漿體結(jié)構(gòu)。而未參加反應(yīng)的粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石， 偏高嶺土顆粒將作為填充料存在，有助于提高硬化漿體的強(qiáng)度。由于礦渣粉，活化煤矸石， 偏高嶺土中的CaO含量均較低，摻入混凝土中發(fā)生二次火山灰反應(yīng)后會(huì)大幅度降低漿體液相中Ca(OH)2濃度，不利于水化速度的加快，本發(fā)明特別引入少量熟石灰來(lái)補(bǔ)充液相中的 Ca(OH)2,由于它的引入量較小，不至于影響漿體的強(qiáng)度。本發(fā)明中，所用粉煤灰選用C類粉煤灰(高鈣粉煤灰)，而非普通粉煤灰(F類粉煤灰)，目的也是在于增加體系中的Ca(OH)2 含量，從而加速輔助性膠凝材料的水化。眾所周知，石膏和石灰是粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土等輔助性膠凝材料的活性激發(fā)劑，只有在這兩種激發(fā)劑同時(shí)存在情況下，這幾種火山灰活性礦物摻合料才能較好的參與水化。本發(fā)明在引入部分Ca(OH)2W前提下，通過(guò)計(jì)算并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，引入了較佳比例的脫硫石膏，其主要組分為二水石膏(CaSO4. 2H20)。 脫硫石膏中的二水石膏與天然二水石膏的溶解速率相當(dāng)，可以在混凝土加水?dāng)嚢韬?d-14d 內(nèi)緩慢溶解，溶解出的SO/—不斷地與本發(fā)明中四種活性礦物摻合料結(jié)合，形成鈣礬石晶體， 穿插在凝膠體系中，有助于增加混凝土的抗壓強(qiáng)度和韌性。由于大城市中河砂資源枯竭，本發(fā)明考慮到這一現(xiàn)狀，采用了機(jī)制砂來(lái)配制高強(qiáng)混凝土，但為保證高強(qiáng)混凝土質(zhì)量，對(duì)機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量和含泥量提出具體限制。配制高強(qiáng)混凝土采用最大粒徑小于等于 20mm的碎石時(shí)強(qiáng)度較理想，但考慮到集料的強(qiáng)度必須大于混凝土配制強(qiáng)度才合理，所以對(duì)碎石的母巖品種做了具體規(guī)定，這樣可以保證混凝土中膠凝材料用量不致過(guò)高，從而降低混凝土的收縮，提高其抗開裂性。為降低混凝土水膠比，提高混凝土強(qiáng)度，本發(fā)明采用第三代混凝土減水劑一聚羧酸系減水劑，它減水率高，對(duì)水泥和摻合料適應(yīng)性強(qiáng)，混凝土拌合物和易性較理想。由于當(dāng)前混凝土產(chǎn)量的30%以上實(shí)現(xiàn)了集中攪拌并通過(guò)專用的運(yùn)輸車運(yùn)輸至澆筑地點(diǎn)，期間要經(jīng)歷30min-120min的路程，為預(yù)防混凝土拌合物的流動(dòng)性損失，通常尚需摻加能延緩水泥水化速率，抑制拌合物流動(dòng)性損失的添加劑。本發(fā)明選擇蔗糖酯作為流動(dòng)性損失抑制劑，它不僅能較好地控制水泥水化速率，而且與聚羧酸系減水劑具有較好的適應(yīng)性。使用本發(fā)明可有效提高混凝土對(duì)各種工業(yè)廢棄物的利用比例，水泥用量低，并有助于提高混凝土的抗?jié)B性，抗碳化性和抗Cl—滲透性，具有成本低廉，綠色化程度高，降低碳排放等突出優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適用于各類建筑物柱子，高架橋的橋墩和箱梁，跨海大橋的橋墩和主塔的施工，也適合于高強(qiáng)灌注樁、鋼管混凝土柱(拱)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等的施工。本發(fā)明提出的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，由于引入了脫硫石膏，大幅度提高了粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石和偏高嶺土替代水泥的比例，從而可以在水泥用量非常低的情況下，配制出高強(qiáng)混凝土。此外，本發(fā)明的細(xì)集料采用機(jī)制砂，有助于減少對(duì)天然砂的開采和對(duì)環(huán)境的破壞。本發(fā)明產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)于單純以水泥為膠凝材料的同類產(chǎn)品，產(chǎn)品生產(chǎn)成本可降低10%左右，具有較好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例為例，對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步描述實(shí)施例1一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，按重量份數(shù)計(jì)，42. 5級(jí)硅酸鹽水泥100， I級(jí)C類粉煤灰30，S105礦渣粉70，活化煤矸石0，偏高嶺土 35，脫硫石膏20，消石灰5. 3， 蔗糖酯0. 0002，機(jī)制砂400，母巖為安山巖的碎石500，聚羧酸系減水劑2. 35，水67。 其制備方法具體步驟如下(1)按重量比稱取原料，并將水泥，粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土，脫硫石膏，消石灰，蔗糖酯預(yù)先干拌至均勻狀態(tài)；(2)將聚羧酸系減水劑和占總用水重量2/3的水加入至步驟(1)中的混合物中，混合 30s ；(3)將機(jī)制砂，碎石加入步驟O)的漿體中，攪拌30s ；(4)將剩余的占總用水重量1/3的水加入步驟(3)的混合物中，混合均勻；以上步驟都是在常溫和常壓下進(jìn)行；其坍落度為240mm，坍落擴(kuò)展度為650mm，60min坍落度為220mm，坍落擴(kuò)展度為 600mm, 3d抗壓強(qiáng)度為28. 5MPa，7d抗壓強(qiáng)度為56. 3MPa，28d抗壓強(qiáng)度為71. 3MPa，28的收縮率為560 X IO"6, 28d碳化深度為1. 2mm,電通量為620C。實(shí)施例2一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，按重量份數(shù)計(jì)，42. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥 100，I級(jí)C類粉煤灰70，S95礦渣粉30，活化煤矸石35，偏高嶺土 0，脫硫石膏27，消石灰 0. 006，蔗糖酯0. 0004，機(jī)制砂370，母巖為花崗巖的碎石430，聚羧酸系減水劑2. 65，水61。 其制備方法的具體步驟同上
其坍落度為230mm，坍落擴(kuò)展度為630mm，60min坍落度為190mm，坍落擴(kuò)展度為 550mm, 3d抗壓強(qiáng)度為34. 2MPa，7d抗壓強(qiáng)度為59. 8MPa，28d抗壓強(qiáng)度為74. 6MPa，28的收縮率為572 X 1(T6，28d碳化深度為1. 3mm,電通量為670C。實(shí)施例3一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，按重量份數(shù)計(jì)，52. 5級(jí)硅酸鹽水泥100， I級(jí)C類粉煤灰50，S105礦渣粉60，活化煤矸石25，偏高嶺土 25，脫硫石膏10，消石灰2. 1， 蔗糖酯0. 001，機(jī)制砂410，母巖為花崗巖的碎石510，聚羧酸系減水劑2. 6，水68。其制備方法的具體步驟同上。其坍落度為260mm，坍落擴(kuò)展度為750mm，60min坍落度為250mm，坍落擴(kuò)展度為 700mm, 120min坍落度為230mm，坍落擴(kuò)展度為660mm，3d抗壓強(qiáng)度為41. 5MPa，7d抗壓強(qiáng)度為65. 2MPa，28d抗壓強(qiáng)度為86. 3MPa, 28的收縮率為584X 1(T6，28d碳化深度為1. Omm,電通量為M0C。實(shí)施例4一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土，按重量份數(shù)計(jì)，52. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥 100，II級(jí)C類粉煤灰50，S95礦渣粉50，活化煤矸石35，偏高嶺土 25，脫硫石膏24，消石灰0. 01，蔗糖酯0. 0008，機(jī)制砂380，母巖為安山巖的碎石440，聚羧酸系減水劑2. 75，水64。 其制備方法的具體步驟同上。其坍落度為230mm，坍落擴(kuò)展度為630mm，60min坍落度為210mm，坍落擴(kuò)展度為 570mm, 3d抗壓強(qiáng)度為30. 2MPa，7d抗壓強(qiáng)度為54. 3MPa，28d抗壓強(qiáng)度為71. 4MPa，28的收縮率為612 X 1(T6，^d碳化深度為1. 4mm,電通量為650C。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來(lái)限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)， 所做的任何等同替代、修改和變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述高強(qiáng)混凝土由水泥、粉煤灰、礦渣粉、活化煤矸石、偏高嶺土、脫硫石膏、消石灰、蔗糖酯、機(jī)制砂、碎石、 聚羧酸系減水劑和水組成，其特征在于(組份按重量比)水泥100粉煤灰30-70礦渣粉30-70活化煤矸石 0-35 偏高嶺土0-35脫硫石膏10-27消石灰0. 006-5. 3蔗糖酯0. 0002-0. 001機(jī)制砂370-410碎石430-510聚羧酸系減水劑2.35-2.75 水61-68以上原料均為市售制備方法，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于其制備方法的具體步驟如下，(1)按重量比稱取原料，并將水泥，粉煤灰，礦渣粉，活化煤矸石，偏高嶺土，脫硫石膏， 消石灰，蔗糖酯預(yù)先干拌至均勻狀態(tài)；(2)將聚羧酸系減水劑和占總用水重量2/3的水加入至步驟(1)中的混合物中，混合30s ；(3)將機(jī)制砂，碎石加入步驟O)的漿體中，攪拌30s；(4)將剩余的占總用水重量1/3的水加入步驟(3)的混合物中，混合均勻； 以上步驟都是在常溫和常壓下進(jìn)行；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述水泥為42. 5級(jí)硅酸鹽水泥，42. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥，52. 5級(jí)硅酸鹽水泥，52. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥中的一種，且比表面積大于等于310m2/Kg，但小于等于380m2/Kg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述粉煤灰為I級(jí)C類粉煤灰或II級(jí)C類粉煤灰中的一種，需水量比小于等于 110%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述礦渣粉為S95或S105中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述活化煤矸石為600-950°C煅燒1. 5小時(shí)以上并磨細(xì)至比表面積大于350m2/Kg 的粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述偏高嶺土為天然高嶺土在600-1000°C煅燒1.5小時(shí)以上并磨細(xì)至比表面積大于;350m2/Kg的粉體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述脫硫石膏，其主要組分為CaSO4. 2H20，且SO3重量含量大于等于40%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)大于1. 5小于3. 6，石粉的重量含量小于等于10%，含泥重量小于等于2%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，其特征在于所述碎石的粒徑范圍為5-20mm，母巖為花崗巖或安山巖中的一種，壓碎指標(biāo)小于等于12%，針片狀顆粒重量含量小于等于10%。
全文摘要
一種以脫硫石膏為激發(fā)劑的高強(qiáng)混凝土及其制備方法，高強(qiáng)混凝土由水泥、粉煤灰、礦渣粉、活化煤矸石、偏高嶺土、脫硫石膏、消石灰、蔗糖酯、機(jī)制砂、碎石、聚羧酸系減水劑和水按配方組成?？捎行岣呋炷翆?duì)各種工業(yè)廢棄物的利用比例，水泥用量低，并有助于提高混凝土的抗?jié)B性，抗碳化性和抗Cl-滲透性，具有成本低廉，綠色化程度高，降低碳排放等突出優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適用于各類建筑物的柱子，高架橋的橋墩和箱梁，跨海大橋的橋墩和主塔的施工，也適合于高強(qiáng)灌注樁、鋼管混凝土柱(拱)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等的施工。
文檔編號(hào)C04B22/14GK102452814SQ201010511920
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者孫振平, 徐亞玲, 朱永明, 陳柯柯, 黃暉皓 申請(qǐng)人:上海城建物資有限公司