專利名稱：摻礦渣活性粉末混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種具有超高強(qiáng)度和超高耐久性能的新型工程材料，具體說是利用 各種工業(yè)廢渣作為活性粉末制備而成的一種具有超高性能的水泥基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
水泥基材料是近現(xiàn)代使用最廣泛的建筑材料，也是當(dāng)前最大宗的人造材料。 與其它常用建筑材料(如鋼鐵、木材、塑料等)相比，水泥混凝土生產(chǎn)耗能低， 原料來源廣，工藝簡便，因而生產(chǎn)成本低；它還具有耐久、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng) 用方便等特點(diǎn)。因此，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，水泥混凝土仍將是應(yīng)用最廣、用 量最大的建筑材料。但是，在混凝土出現(xiàn)至今的170多年間，大量的混凝土由于 各種各樣的原因而提前失效，達(dá)不到預(yù)定的服務(wù)年限；這其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化引起的，但更多的是由于 結(jié)構(gòu)的耐久性不足而導(dǎo)致的。國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料表明，由于混凝土的耐久性病害而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是非常 巨大的，并且耐久性問題會越來越嚴(yán)重。國外學(xué)者曾用"五倍定律"形象地描述 了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性，即設(shè)計(jì)階段對鋼筋的防護(hù)節(jié)省1美元，那么 就意味著發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時釆取措施將追加維修費(fèi)5美元；混凝土表面順筋開裂 時采取措施將追加維修費(fèi)25美元；嚴(yán)重破壞時采取措施將追加維修費(fèi)125美元。 過去由于忽視對混凝土耐久性的研究，給我們帶來了沉重的教訓(xùn)。水泥基材料缺 乏較高的耐久性能，給工程結(jié)構(gòu)埋下了潛在的隱患，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造 成巨大損失。經(jīng)過工程事故的警示，人們逐漸開始認(rèn)識到混凝土的耐久性將直接 影響結(jié)構(gòu)物的安全性和使用性能，必須以材料的耐久性為主要目標(biāo)進(jìn)行原材料選 擇和配比設(shè)計(jì),研制出具有超高強(qiáng)度和超高性能的新型混凝土材料，這對工程界 具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在上世紀(jì)80年代出現(xiàn)了兩種超高性能材料，即DSP材料(含均勻分布超細(xì) 顆粒的致密系統(tǒng))和MDF材料(無宏觀缺陷水泥)，在這兩種材料的基礎(chǔ)上，科學(xué)家研制出了早期的活性粉末混凝土 (Reactive Powder Concrete, RPC)。這種RPC 具有很高的強(qiáng)度，但是其缺陷也是比較明顯的，比如其制備工藝比較復(fù)雜，造價 昂貴，成型以后試樣的自收縮比較大等等。因此，結(jié)合我國的實(shí)際國情，研制造 價比較低廉、制備工藝相對簡單的RPC材料是本項(xiàng)發(fā)明的重要出發(fā)點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是要改善目前國內(nèi)混凝土材料長期耐久性能無法保 障的難題，提供一種能夠在多個方面綜合改善各種結(jié)構(gòu)工程耐久性的摻礦渣活性 粉末混凝土。技術(shù)方案本發(fā)明混凝土各組分相對硅酸鹽水泥的重量比例為-硅酸鹽水泥:1礦渣0. 40 0. 60硅粉0. 20 0. 35石英粉0. 20 0. 35河砂1.20 1.60水-0. 20~0. 28減水劑0. 02 0. 03硅酸鹽水泥的標(biāo)號應(yīng)在52. 5級以上。礦渣中Ca0含量在35% 40%左右，組分的顆粒細(xì)度控制在4500 5000cm7g之間。硅粉的Si02含量在95%以上。 石英粉的Si02含量〉99免。河砂應(yīng)經(jīng)過篩洗處理，其粒徑應(yīng)控制在0.16 0. 63 mrn之間。 減水劑的減水率達(dá)到15% 20%。根據(jù)具體工程需要可摻加鋼纖維，鋼纖維的摻量為0.015，指的是鋼纖維的 體積與材料制備成型后的體積的比，鋼纖維的形狀為波浪型或彎鉤型，長/徑比 為50，抗拉強(qiáng)度》380 MPa。有益效果本項(xiàng)發(fā)明的特點(diǎn)在于 (1)剔除傳統(tǒng)混凝土材料中的粗骨料，以經(jīng)過篩選處理的河砂和石英粉作 為材料中的主要骨料成分，骨料粒徑不超過600nm,這樣可使材料中出現(xiàn)孔隙和裂縫等的可能性大大降低，同時也提高了材料的均質(zhì)性。(2) 優(yōu)化顆粒級配，選取不同粒徑范圍的組分以達(dá)到材料堆積上的最優(yōu)組 合。在本項(xiàng)發(fā)明中，河砂的粒徑范圍為150 600um，水泥和礦渣的粒徑范圍在 20 80um，石英粉和硅粉的粒徑則在lOym以下，因此較一般的混凝土材料而 言可以形成更為密實(shí)的結(jié)構(gòu)。(3) 摻入鋼纖維，以提高材料的力學(xué)性能。在本項(xiàng)發(fā)明中，可根據(jù)工程具 體需求摻加一定量的鋼纖維，鋼纖維為波浪型，可以提高膠凝材料對其產(chǎn)生的握 裹能力。摻入鋼纖維的RPC材料，不僅其韌性大大加強(qiáng)，其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度 也有很大的提高。(4) 材料樣品成型以后，采用熱養(yǎng)護(hù)手段，以改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。(5) 使用礦渣和硅粉等工業(yè)廢料，替代材料中的部分水泥，可以減少工程 中的水泥用量，使得材料更趨于環(huán)保型。(6) 摻入礦渣的RPC材料與一般的RPC材料比較，在抵抗硫酸鹽侵蝕、氯 鹽侵蝕以及各種酸性物質(zhì)侵蝕方面，具有明顯的優(yōu)勢。(7) 所配制的RPC材料，其抗壓強(qiáng)度在120MPa以上，抗折強(qiáng)度在20MPa 以上，這種力學(xué)性能遠(yuǎn)高于一般的高強(qiáng)混凝土。
具體實(shí)施方式
實(shí)施實(shí)例1相對硅酸鹽水泥的重量比例為 水泥1 礦渣0.5硅粉0.3 石英粉0.3河砂1.5 水0.25鋼纖維0.015 減水劑0.025其中，鋼纖維的摻量指的是鋼纖維的體積與材料制備成型后的體積的比。 按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 niin。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3 min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。然后加入一半鋼纖維用量，攪拌3 min，再 加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3min。成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 ramX40 mmX160咖。拌和物注入后，在震動臺上振搗180 s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C,濕度〉90%)， 24 h后拆模。隨后放入90。C水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。實(shí)施實(shí)例2相對硅酸鹽水泥的重量比例為.-水泥1 礦渣0.5硅粉0.3 石英粉0.3河砂1.5 水0.25減水劑0.025按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 min。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3 min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 mmX40 mmX160 mm。拌 和物注入后，在震動臺上振搗180 s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C，濕度〉90%), 24 h后拆模。隨后放入90。C水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。實(shí)施實(shí)例3相對硅酸鹽水泥的重量比例為 水泥1 礦渣0.4硅粉0.3 石英粉0.3河砂1.5 水0.25鋼纖維0.015 減水劑0.03其中，鋼纖維的摻量指的是鋼纖維的體積與材料制備成型后的體積的比。 按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 min。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3 min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。然后加入一半鋼纖維用量，攪拌3 min，再 加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3min。成型試模釆用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 raraX40 rnmX160國。拌和物注入后，在震動臺上振搗180s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C，濕度>90%)， 24 h后拆模。隨后放入9(TC水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。
實(shí)施實(shí)例4
相對硅酸鹽水泥的重量比例為 水泥1 礦渣0.6硅粉0.3 石英粉0.3河砂1.5 水0.25鋼纖維0.015 減水劑0.02其中，鋼纖維的摻量指的是鋼纖維的體積與材料制備成型后的體積的比。 按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 min。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。然后加入一半鋼纖維用量，攪拌3 min，再 加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3 min。成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 ramX40 mmXl60 mm。拌 和物注入后，在震動臺上振搗180s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C，濕度>90%), 24 h后拆模。隨后放入90'C水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。
實(shí)施實(shí)例5
相對硅酸鹽水泥的重量比例為 水泥1 礦渣0.5硅粉0.2 石英粉0.2河砂1.5 水0.25鋼纖維0.015 減水劑0.03其中，鋼纖維的摻量指的是鋼纖維的體積與材料制備成型后的體積的比。 按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 min。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3 min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。然后加入一半鋼纖維用量，攪拌3 min,再加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3 min。成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 mmX40 mmX160 mm。拌 和物注入后，在震動臺上振搗180s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C，濕度〉90%)， 24 h后拆模。隨后放入90'C水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。實(shí)施實(shí)例6相對硅酸鹽水泥的重量比例為 水泥1 礦渣0.5硅粉0.3 石英粉0.3河砂1.3 水0.28鋼纖維0.015 減水劑0.03其中，鋼纖維的摻量指的是鋼纖維的體積與材料制備成型后的體積的比。 按要求稱量各組份，將水泥、河砂、礦渣、硅粉及石英粉倒入攪拌鍋中，干 拌1 rain。將需要的減水劑和水混和，先在攪拌鍋中加入一半用水量，攪拌3 min。 再加入另一半用水量，攪拌3 min。然后加入一半鋼纖維用量，攪拌3 min，再 加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3min。成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模，尺寸為40 mmX40 mmX160 mm。拌 和物注入后，在震動臺上振搗180s。試件成型后，將其放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)(溫 度(20 1) 'C，濕度>90%)， 24 h后拆模。隨后放入90'C水中熱養(yǎng)護(hù)3 d。熱 養(yǎng)護(hù)完畢以后待其自然冷卻到室溫，然后再放入水中養(yǎng)護(hù)至28d即可。
權(quán)利要求
1、一種摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于該混凝土各組分相對硅酸鹽水泥的重量比例為硅酸鹽水泥1礦渣 0.40～0.60硅粉 0.20～0.35石英粉0.20～0.35河砂 1.20～1.60水0.20～0.28減水劑0.02～0.03。
2、 如權(quán)利要求1所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于該混凝土中摻 入鋼纖維，鋼纖維的摻入體積與該混凝土制備成型后的體積的比為0.015,鋼纖 維的形狀為波浪型或彎鉤型，長/徑比為50,抗拉強(qiáng)度》380 MPa。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于硅酸鹽水 泥的標(biāo)號應(yīng)在52.5級以上。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于礦渣中CaO 含量在35% 40%之間，組分的顆粒細(xì)度控制在4500 5000cm7g之間。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的礦渣活性粉末混凝土，其特征在于硅粉的Si02 含量在95%以上。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于石英粉的 Si02含量〉9將。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于河砂應(yīng)經(jīng) 過篩洗處理，其粒徑應(yīng)控制在0. 16 0. 63 mm之間。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的摻礦渣活性粉末混凝土，其特征在于減水劑的 減水率達(dá)到15% 20%。
全文摘要
摻礦渣活性粉末混凝土是一種具有超高強(qiáng)度和超高耐久性能的新型工程材料，具體說是利用各種工業(yè)廢渣作為活性粉末制備而成的一種具有超高性能的水泥基復(fù)合材料。該混凝土各組分相對硅酸鹽水泥的重量比例為硅酸鹽水泥1；礦渣0.40～0.60；硅粉0.20～0.35；石英粉0.20～0.35；河砂1.20～1.60；水0.20～0.28；減水劑0.02～0.03。
文檔編號C04B28/04GK101215138SQ20081001933
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者韜 施 申請人:東南大學(xué)