CN1114570C - 用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料及其工艺，由高炉矿渣∶粉煤灰∶石灰石∶沸石按30～70%∶20～50%∶5～10%∶5～10%重量百分比组成；其制备工艺：先将上述原料分别破碎、烘干后按上述组成配合入磨粉磨，粉磨细度控制在勃氏比表面积450～750m2/kg范围内，制成的复合掺合料作混凝土掺合料时可等量替代水泥30～60%，配制出大流动度，高耐久性要求的高性能混凝土。本法配方合理，不含影响环境保护的激发剂，且具有叠加效应；价格/功能比值低，可以广泛用于工程应用量较大的C30～C80混凝土，具有良好的市场应用前景。
Description
本发明涉及水泥与高性能混凝土的生产技术，具体地指用于水泥与高性能混凝土的由几种材料复合而成的掺合料及其工艺。
现有常用的混凝土掺合料有单一组分的粉煤灰、硅灰、磨细矿渣及复合矿渣掺合料等。目前在商品混凝土中应用较广的是粉煤灰，但I级粉煤灰数量少，大量应用受限制，当粉煤灰相对较粗时，在相同塌落度下用水量较多，早期强度低，若掺量增大，强度更低。硅灰是冶炼硅铁合金时SiO2气体在烟道中凝聚的无定形SiO2细粉，我国每年硅灰产量只有1万吨，价格较贵，缺少经济性。磨细矿渣粉早期强度相对粉煤灰高些，替代水泥量较大，但矿渣易磨性较差，要磨制高比表面积的矿渣微粉有一定难度，且电耗较高，因而成本较高，在工程中应用面较窄。
中国发明专利申请号96116632，公开了一种用于配制高性能混凝土的复合掺合料及其工艺。虽然该专利的各项技术指标都不错，但该复合掺合料含无水石膏5～20％，使SO3含量超出即将执行的《用于水泥和砼中粒化炉矿渣粉》国家标准规定的SO3含量≤4.0％。
绿色高性能混凝土是当前和今后混凝土的发展方向，混凝土掺合料的开发研制和应用是混凝土高性能化和使混凝土工业可持续发展的关键。
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提出一种利用工业废渣和丰富的国产资源生产复合成份及其比例恰当、可获叠加效应、质优价廉的用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料及其工艺。
一种用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料，包含高炉矿渣、粉煤灰、石灰石、沸石，其中各组分的重量百分比范围为：
高炉矿渣 30～70％
粉煤灰 20～50％
石灰石 5～10％
沸 石 5～10％
用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料的工艺：
先将高炉矿渣、石灰石、沸石分别破碎、烘干备用，再按上述组分的重量百分比范围配伍入磨粉磨，至粉磨细度达到勃氏比表面积450～750m2/kg，制成复合掺合料。
本发明复合掺合料具有以下优点：
1、复合掺合料的各项性能符合国家标准规定的技术指标。与同类研究相比，其特色之处是不掺任何激发剂(如硫酸盐、氯盐等早强剂)，对混凝土耐久性不会产生任何副作用，各龄期强度增长正常。若使用激发剂，往往早期强度较高而后期强度增长不大。而且，石膏的过多掺入会造成后期膨胀，磨细石膏粉易吸潮，不易长期存处。
2、复合化是各种材料发展的主要途径，因为不同的矿物掺合料对混凝土有不同的功能，往往需要复合掺用，各种微粉的优势互补，配比优化能带来超叠加效应。多种易磨性不同的物料混合粉磨形成了较宽而连续的颗粒级配，工作性能及替代量明显优于单一组分的掺合料，说明了复合带来的性能叠加效果。
3、本发明制备的复合掺合料成本低于而效果优于纯矿渣粉(比表面积350m2/kg)，价格功能比值低，可广泛用于工程应用面大的C30～C80混凝土，具有良好的市场应用前景。
4、利用多种工业废渣和天然矿物材料复合开发磨细掺合料，有利于环境保护，具有很好的社会效益和经济效益。
通过如下实施例对本发明作进一步的说明：
用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料，组分及其重量百分含量为：
高炉矿渣 粉煤灰 石灰石 沸石
实施例1 I型 60 23 7 10
实施例2 II型 50 33 7 10
实施例3 III型 33 50 10 7
本实施例所用高炉矿渣取于广东某钢铁厂，粉煤灰取于广东某电厂。
复合掺合料制备工艺如下：
先将除粉煤灰外的上述原料分别破碎、烘干，再按I型、II型、III型的配比分别配合入磨粉磨，直至粉磨细度达到勃氏比表面积I型为550m2/kg，II型为600m2/kg，III型为700m2/kg。本法制备而成的复合掺合料作混凝土掺合料时，可等量替代30～60％的水泥。混凝土拌合料具有良好的流动性和抗离折性，具有减水效果，可配制C30～C80的混凝土。
表1为复合掺合料I型、II型、纯矿渣粉和粉煤灰等量替代水泥后的胶砂强度对比试验；
表2为掺复合掺合料II型的C35混凝土强度实验结果；
表3为掺复合掺合料II型的C35混凝土的抗渗性能和收缩性能；
表4为掺复合掺合料I型的高强度混凝土强度实验结果；
表5为复合掺合料I型在水泥制品中试配的结果。
表1
| 试样 | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | ||||||
| 3天 | 7天 | 14天 | 28天 | 3天 | 7天 | 14天 | 28天 | |
| 100％水泥 | 5.9 | 7.0 | 7.5 | 8.0 | 39.6 | 47.4 | 56.0 | 60.1 |
| 70％水泥+30％复合掺合料I型 | 5.6 | 6.8 | 8.4 | 9.1 | 35.7 | 45.8 | 61.4 | 64.3 |
| 70％水泥+30％复合掺合料II型 | 5.5 | 6.8 | 7.6 | 8.8 | 33.2 | 45.6 | 53.9 | 62.3 |
| 70％水泥+30％纯矿渣粉S＝350m2/kg | 4.9 | 5.9 | 6.9 | 8.1 | 25.5 | 40.0 | 53.0 | 61.9 |
| 70％水泥+30％II级粉煤灰S＝427m2/kg | 4.1 | 4.7 | 5.5 | 6.7 | 23.2 | 28.3 | 34.8 | 41.8 |
表中试验所用水泥为立窑生产的P.0525水泥(凤山牌)；复合掺合料I型和II型为本发明实施例1、2所制备的产品；S为粉磨细度用勃氏比表面积表示。
表2
| 编号 | 水胶比 | 取代量(％) | 配合比(kg/m3) | 塌落度(mm) | 抗压强度(MPa) | |||||||
| 水泥 | II型 | 粉煤灰 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 | 7天 | 28天 | ||||
| 1 | 0.45 | 0 | 400 | - | - | 775 | 1027 | 180 | 4.4 | 180 | 40.5 | 49.3 |
| 2 | 0.43 | 0 | 335 | - | 80 | 735 | 1027 | 170 | 4.4 | 180 | 36.3 | 43.0 |
| 3 | 0.42 | 30 | 280 | 120 | - | 775 | 1027 | 168 | 3.5 | 200 | 49.3 | 55.7 |
| 4 | 0.41 | 40 | 240 | 160 | - | 775 | 1027 | 165 | 3.5 | 220 | 45.0 | 53.8 |
| 5 | 0.41 | 50 | 200 | 200 | - | 775 | 1027 | 165 | 3.5 | 230 | 48.2 | 59.8 |
| 6 | 0.41 | 60 | 160 | 240 | - | 775 | 1027 | 165 | 3.5 | 230 | 46.5 | 57.6 |
表3
| 编号 | 抗渗标号 | 收缩率(×10-6mm/mm) | ||
| 1天 | 3天 | 28天 | ||
| 1 | 8 | 45 | 57 | 192 |
| 2 | 10 | 22 | 43 | 178 |
| 3 | 18 | 35 | 49 | 182 |
| 4 | 21 | 30 | 45 | 165 |
| 5 | 25 | 28 | 40 | 160 |
| 6 | 25 | 25 | 43 | 172 |
注：各试样配比与表2相同。
表4
| 水胶比 | 掺合料种类 | 取代量(％) | 配合比(kg/m3) | 塌落度(mm) | 抗压强度(MPa) | ||||||
| 水泥 | 掺合料 | 砂 | 石 | 水 | 减水剂 | 7天 | 28天 | ||||
| 0.29 | 矿渣微粉 | 40 | 318 | 212 | 602 | 1149 | 151 | 6.35 | 170 | 59.6 | 71.1 |
| 0.27 | I型 | 40 | 318 | 212 | 602 | 1169 | 144 | 6.35 | 190 | 68.4 | 82.3 |
表5
| 编号 | 配合比(kg) | 维勃值(S) | 抗压强度(MPa) | 凝结时间 | |||||||
| 水泥 | 掺合料(取代量％) | 10mm碎石 | 河砂 | 水 | 减水剂 | 7天 | 28天 | 初凝 | 终凝 | ||
| 1 | 254 | 170(40％)I型 | 1036 | 772 | 116 | 2.5 | 82 | 72.5 | 89.3 | 2：19 | 3：27 |
| 2 | 297 | 127(30％)矿渣粉 | 1036 | 772 | 116 | 2.5 | 78 | 71.0 | 84.9 | 2：26 | 3：37 |
| 3 | 339 | 85(20％)I级粉煤灰 | 1036 | 772 | 116 | 2.5 | 76 | 69.5 | 82.6 | 2：32 | 3：41 |
从表1试验结果可看出，掺30％复合掺合料I型14天胶砂强度已高于纯水泥，更优于矿渣微粉及粉煤灰；复合掺合料II型含粉煤灰达33％，强度也优于矿渣微粉和粉煤灰。表2、表3说明本发明实施例制成的复合掺合料可替代水泥30～60％，可减少混凝土化学减水剂，具有减水效果；复合掺合料能显著提高混凝土抗压、抗拉等物理力学性能和抗渗性、抗蚀性、抗碱骨料反应等耐久性能。从表4可以看到，同一掺量下，应用本发明复合掺合料I型的混凝土强度优于矿渣微粉。表5表示，复合掺合料I型替代水泥量为40％时，其性能(强度、流动度、凝结时间)优于单一组成的替代量为30％的矿渣微粉和替代量为20％的粉煤灰。
Claims (2)
1、一种用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料，其特征在于它包含高炉矿渣、粉煤灰、石灰石、沸石，其中各组分的重量百分比范围为：
高炉矿渣 30～70％；
粉煤灰 20～50％；
石灰石 5～10％；
沸 石 5～10％。
2、一种制备用于水泥与高性能混凝土的复合掺合料的工艺，其特征在于：先将高炉矿渣、石灰石和沸石分别破碎、烘干备用，再按下列组分的重量百分比配伍：
高炉矿渣 30～70％，
粉煤灰 20～50％，
石灰石 5～10％，
沸 石 5～10％；
最后将物料投入磨粉磨，至粉磨细度达到勃氏比表面积450～750m2/kg，制成复合物掺合料。
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