專利名稱：一種摻磷渣活性粉末混凝土及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，屬于一種具有超高強(qiáng)度和超高耐久性的水泥基復(fù)合材料，具體涉及一種摻磷渣粉的活性粉末混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
活性粉末混凝土(ReactivePowder Concrete,簡稱 RPC)是法國 Pierre Richard等人在20世紀(jì)90年代率先研制成功的一種新型超高性能水泥基復(fù)合材料。由于其超高的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐久性，在現(xiàn)代土木、石油、核電、市政、海洋工程及軍事設(shè)施等工程中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。RPC的超高性能與所用活性組分及成型養(yǎng)護(hù)工藝密切相關(guān)。研究資料表明，傳統(tǒng)RPC的活性組分主要是水泥、硅灰和石英粉，其單方混凝土的水泥用量比普通混凝土高得多(通常800 1000kg/m3)，硅灰摻量20%以上，石英粉摻量達(dá)18%，致使其成本較高。此外，有時(shí)在制備過程中還需采用預(yù)壓、高溫(200 250°C)等成型和養(yǎng)護(hù)方式，對(duì)成型設(shè)備的要求較高，導(dǎo)致RPC成本更高、能耗更大，一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。因此，使用與實(shí)際應(yīng)用相符、且滿足RPC制備原理的活性組分，設(shè)法降低RPC材料中水泥、硅灰和石英粉的用量，采用適宜的養(yǎng)護(hù)制度，是我國活性粉末混凝土研究與應(yīng)用的重要方向之一。有研究者在水泥基體中復(fù)合使用其他活性礦物，在降低RPC成本等方面進(jìn)行了有益的工作。研究成果起到了降低RPC成本、節(jié)約資源能源、保護(hù)環(huán)境的作用，但所用活性材料主要限于超細(xì)礦渣粉、超細(xì)粉煤灰及硅灰等，而且，其中仍然包括石英粉。有研究表明，活性粉末混凝土中的磨細(xì)石英粉在200°C及以上的高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)才能觀測(cè)到明顯的反應(yīng)跡象，而在常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)(100°C及以下)條件下，石英粉的反應(yīng)活性很低，這就使得常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下制備的RPC材料中，石英粉顆粒與水泥石基體存在明顯的界面過渡區(qū)。另外，雖然硅灰和礦渣粉是目前公認(rèn) 效果最佳的活性材料，但由于它們數(shù)量有限，如我國硅灰資源匱乏，價(jià)格昂貴，目前已不能滿足混凝土工程的需求。其它活性材料，如火山灰、硅藻土、沸石粉、浮石粉和稻殼灰等，也存在資源分布與總數(shù)不足的問題。磷渣是黃磷工業(yè)產(chǎn)生的廢渣。我國各地磷渣的化學(xué)成分相似，主要為Si02、CaO、Al2O3等，其中，SiO2XaO總量大多在85%以上，Si02/Ca0比(硅鈣比)為0.8 1.4。熔融磷渣采用水淬冷卻時(shí)，形成?；自?，具有與?；郀t礦渣相似的玻璃體結(jié)構(gòu)，其玻璃體含量高達(dá)90%以上。因此，從化學(xué)組成看，?；自?以下簡稱磷渣)具有潛在的膠凝性，具備作為活性組分用于RPC材料中的條件。但是，目前尚未見將磷渣作為活性組分用于RPC的文獻(xiàn)報(bào)道。這一方面是由于磷渣中Al2O3含量較低、含有一定量P205、F等成分，使其活性，尤其是早期活性較低；另一方面也由于在磷渣對(duì)高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土材料的水化硬化特征及其對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律和機(jī)理等方面缺乏更深入、系統(tǒng)的理論研究與創(chuàng)新。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摻磷渣活性粉末混凝土及其制備方法。
在利用磷渣粉的膠凝性能基礎(chǔ)上，通過材料的復(fù)合技術(shù)，用磷渣粉、硅灰、水泥、石英砂、鋼纖維，在常壓80 95°C蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下制備活性粉末混凝土。本發(fā)明得到的活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度> 180MPa、抗折強(qiáng)度> 25MPa，屬于RPC200級(jí)。同時(shí)，其抗凍等級(jí)彡F350，氯離子遷移系數(shù)(RCM法)DmS 1.0 X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達(dá)RCM-V級(jí)，具有優(yōu)良的抗凍性和抗氯離子滲透性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:摻磷渣活性粉末混凝土，其材料由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、拌和水及鋼纖維經(jīng)一定成型和養(yǎng)護(hù)工藝制備得到。各組分的質(zhì)量配比為:水泥45 60份；磷渣粉25 40份；娃灰10 18份；減水劑2 3份；石英砂90 110份；拌和水14 16份；鋼纖維7.8 23.4份；且水泥、磷渣粉、硅灰3種組分的總量為100份；減水劑、石英砂、拌和水、鋼纖維為占水泥、磷渣粉、硅灰的重量份。其中水泥為硅酸鹽水泥，其28d抗壓強(qiáng)度彡50MPa ;磷渣粉的比表面積彡390m2/kg，流動(dòng)度比彡95%，P2O5含量彡3.5% ;硅灰的比表面積彡18000m2/kg, SiO2含量彡90% ;減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率> 30% ;石英砂的粒徑范圍0.16 0.63mm ;鋼纖維直徑0.2mm左右，長度為13mm，長徑比> 55，抗拉強(qiáng)度彡1800MPa。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:摻磷渣活性粉末混凝土可采用以下兩種方法之一制備:1.將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰、石英砂和鋼纖維加入攪拌機(jī)中干拌2-3min，緩慢地倒入減水劑與水的混合液，繼續(xù)攪拌至出現(xiàn)漿體；攪拌均勻后將拌和物澆注于試模內(nèi)，在混凝土試驗(yàn)用振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)150 200s成型，并置于溫度20±2°C、相對(duì)濕度95%以上的條件下養(yǎng)護(hù)，2d后脫模；將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備中，在3 4h內(nèi)緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養(yǎng)護(hù)72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產(chǎn)品，其抗壓強(qiáng)度彡180MPa、抗折強(qiáng)度彡25MPa，同時(shí)，其抗凍等級(jí)彡F350，氯離子遷移系數(shù)(RCM法)Decm ^ 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達(dá)RCM-V級(jí)，具有優(yōu)良的抗凍性和抗氯離子滲透性。2.將稱好的水泥·、磷渣粉、硅灰和石英砂加入攪拌機(jī)中干拌2_3min，緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續(xù)攪拌直至出現(xiàn)漿體，再均勻撒入鋼纖維并繼續(xù)攪拌；攪拌均勻后將拌和物澆注于試模內(nèi)，在混凝土試驗(yàn)室用振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)150-200S成型，并置于溫度(20±2) °C、相對(duì)濕度95%以上的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，2d后脫模；將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備中，在3 4h內(nèi)緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養(yǎng)護(hù)72h 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產(chǎn)品。其抗壓強(qiáng)度彡180MPa、抗折強(qiáng)度彡25MPa，同時(shí)，其抗凍等級(jí)彡F350，氯離子遷移系數(shù)(RCi^i)DM ( 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達(dá)RCM-V級(jí)，具有優(yōu)良的抗凍性和抗氯離子滲透性。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是，采用磷渣粉代替石英粉、部分水泥和硅灰，于80 95°C的常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下制得了抗壓強(qiáng)度200MPa級(jí)的活性粉末混凝土，它具有優(yōu)良的抗凍性和抗氯離子滲透性。本發(fā)明同時(shí)還能促進(jìn)磷渣的高效率利用，節(jié)約資源能源、保護(hù)環(huán)境。
具體實(shí)施例方式實(shí)例I (本實(shí)例中有兩個(gè)產(chǎn)品，其編號(hào)分別記為1-1，1-2):
摻磷渣粉活性粉末混凝土，它由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、拌和水和鋼纖維采用以下方法制備得到:I)原料的稱量:按表I所示的配比稱取各組分。其中，水泥為P.042.5，其28d抗壓強(qiáng)度51.0MPa ;磷渣粉比表面積397m2/kg，流動(dòng)度比96% ;硅灰的比表面積20000m2/kg，SiO2含量91% ;減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率30% ;石英砂粒徑范圍
0.16 0.63mm ;鋼纖維為表面鍍銅平直微細(xì)鋼纖維，直徑0.2mm,長度為13mm，抗拉強(qiáng)度2800MPa。表I摻磷渣活性粉末混凝土的配合比(表中所示為各組分質(zhì)量的份數(shù))
權(quán)利要求
1.一種摻磷渣活性粉末混凝土，由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、水和鋼纖維為原料制備而成，其特征在于，各組分的質(zhì)量配比為:水泥45 60份，磷渣粉25 40份，硅灰10 18份，水泥、磷渣粉和硅灰三種組分的總量為100份；減水劑2 3份，石英砂90 110份，水14 16份，鋼纖維7.8 23.4份，其中，減水劑、石英砂、水、鋼纖維為占水泥、磷渣粉和硅粉的總重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于，水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，28天抗壓強(qiáng)度> 50MPa，磷渣粉的比表面積> 390m2/kg，流動(dòng)度比> 95%，P2O5含量彡3.5%，硅灰的比表面積彡18000m2/kg，其SiO2含量彡90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于，硅灰的比表面積^ 18000m2/kg，其SiO2含量> 90%，減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，其減水率彡30%，石英砂粒徑范圍0.16 0.63mm，鋼纖維直徑0.2mm左右，長度為13mm，長徑比>55，抗拉強(qiáng)度彡1800MPa。
4.一種制備權(quán)利要求1中摻磷渣活性粉末混凝土的方法，其特征在于，I)物料的充分混合:將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰、石英砂和鋼纖維依次加入攪拌機(jī)中干拌2-3min ;再緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續(xù)攪拌直至出現(xiàn)漿體；2)澆注成型:將攪拌均勻后的拌和物燒注于40mmX 40mmX 160mm三聯(lián)試模內(nèi)，在混凝土試驗(yàn)用振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)150_200s成型，置于溫度20±2°C、相對(duì)濕度95%以上的條件下養(yǎng)護(hù)，2d后脫模；3)養(yǎng)護(hù):將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備中，在3-4h內(nèi)緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養(yǎng)護(hù)72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產(chǎn)品。
5.一種制備權(quán)利要求1中摻磷渣活性粉末混凝土的方法，其特征在于，I)物料的充分混合:將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰和石英砂依次加入攪拌機(jī)中干拌2-3min ;緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續(xù)攪拌直至出現(xiàn)漿體，再均勻撒入鋼纖維并繼續(xù)攪拌；2)澆注成型:將攪拌均勻后的拌和物燒注于40mmX 40mmX 160mm三聯(lián)試模內(nèi)，在混凝土試驗(yàn)用振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)150-200S成型，置于溫 度20±2°C、相對(duì)濕度95%以上的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，2d后脫模；3)養(yǎng)護(hù):將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備中，在3-4h內(nèi)緩慢勻速地升溫至80 95 °C并恒溫養(yǎng)護(hù)72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求8或9中所制備的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于摻磷渣活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度> 180MPa，抗折強(qiáng)度> 25MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求8或9中所制備的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于摻磷渣活性粉末混凝土的抗凍等級(jí)彡F350,氯離子遷移系數(shù)Dm ^ 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達(dá)RCM-V 級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明在利用磷渣粉的膠凝性能基礎(chǔ)上，通過材料的復(fù)合技術(shù)，用磷渣粉、硅灰、水泥、石英砂、鋼纖維，在常壓80～95℃蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下制得了高抗壓強(qiáng)度的活性粉末混凝土。本發(fā)明得到的活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度≥180MPa、抗折強(qiáng)度≥25MPa，屬于RPC200級(jí)。同時(shí)，其抗凍等級(jí)≥F350，氯離子遷移系數(shù)(RCM法)DRCM≤1.0×10-13m2/s，抗氯離子滲透性能達(dá)RCM-V級(jí)，具有優(yōu)良的抗凍性和抗氯離子滲透性，促進(jìn)磷渣的高效率利用，節(jié)約資源能源、保護(hù)環(huán)境。
文檔編號(hào)C04B28/08GK103242015SQ20131015746
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者彭艷周, 彭剛, 徐港, 柯錦, 唐俊峰, 肖文, 李念, 孫珩, 張丹, 周怡龍 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)