一种低成本活性粉末混凝土及其制备方法技术

活性粉末混凝土，由质量比为０．５２～０．５８∶０．１６～０．１８∶０．１０～０．１６∶０．１３～０．１６∶０．０１２～０．０１８∶０．９～１．１∶０．１４～０．１８∶０．１５６～０．２３４的硅酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰、高效减水剂、河砂、拌和水及钢纤维制得。其制法为：将各组份依次加入搅拌机中搅拌均匀后成型，并在养护后，以１５～２０℃／ｈ的升温速度升温至８０～９０℃并恒温养护７２～９６ｈ，随后在不高于２０℃／ｈ的冷却速度下冷却至室温后，得到活性粉末混凝土产品。本发明专利技术采用钢渣粉、粉煤灰等工业废料代替石英粉、部分水泥和硅灰，采用细河砂代替石英砂，在常压１００℃以下养护条件下制备２００级活性粉末混凝土，不仅可以显著降低原料成本和成型养护成本，而且还由于使用了较大量工业废渣，对于节约资源能源、保护环境和促进可持续发展也具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种低成本、含有大量工业废料的活性粉末混凝 土及其制备方法。
技术介绍
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是上世纪90年代由法国Bouygues公司率先研制成功的一种新型超高性能水泥基复合材料。它是根据最大密实堆积原理，优 化颗粒级配，通过使用高活性、高细度的火山灰材料并剔除粗骨料等手段，达到所含微裂 纹和孔隙等缺陷最小，以获得超高强度与优异的耐久性。在其凝结硬化过程中，釆取预压、 加热等养护成型工艺以进一步提高其力学性能；掺入微钢纤维以改善RPC的延性、提高其 抗拉强度。由于RPC材料的超高力学性能和优异耐久性，在现代土木工程中具有广阔的应 用前景。在国外，如法国、美国、加拿大等国，活性粉末混凝土材料已经用于实际工程， 我国不少科研机构也开展了对活性粉末混凝土的开发与应用研究。活性粉末是RPC的基本组成部分。由国外RPC研究与应用情况可知，其活性粉末主要 是水泥、硅灰和石英粉，其中单方混凝土水泥用量高(通常800 1 000 kg/m3)，硅灰掺量 达20%以上，石英粉掺量达18%，不仅导致RPC的水化热较高，温度收縮和自收缩较大， 增加RPC收縮开裂的危险性，影响其耐久性，而且也会增加RPC的原料成本。同时，在制 备过程中采用预压、高温(200 250 'C)等成型养护方式，对成型设备的要求较高，致使RPC 生产养护成本也较高、能耗更大，阻碍了这一性能优异的新型材料的推广和应用。因此， 设法降低RPC材料中的水泥用量，减少自收縮和因水化热引起的温度收縮，寻找和采用与 实际应用相符且满足RPC配制原则的活性材料和适宜的养护制度，是我国活性粉末混凝土 研究的重要方向之一。国内有研究者采用磨细粉煤灰、超细矿渣等掺合料代替部分硅灰制备活性粉末混凝土， 在一定程度上起到了降低成本、节约资源能源的作用。但是，其活性粉末中仍使用了大量 的石英粉，且细集料为石英砂，因而原料成本仍然较高。此外，有研究表明，活性粉末混 凝土中的磨细石英粉在200 "以上和一定的压力下进行高温蒸压养护时才能观测到明显的 反应迹象，而在常压热养护(100 'C及以下)条件下，石英粉的反应活性较低，这就使得 其与水泥石基体存在明显的界面过渡区。另一方面，虽然硅灰和磨细矿渣粉是目前公认效 果最佳的活性材料，但由于它们数量有限，目前己不能满足水泥混凝土工程的需求。对于 其它活性材料，如火山灰、硅藻土、沸石粉、浮石粉和稻壳灰等，也存在资源分布与总数 不足的问题。而相对分布广、数量多的工业废渣，如钢渣等，由于其本身组成波动大，同 时也缺乏更深入的理论研究及理论创新，高效率的利用技术尚未成熟，实际利用率较低。
技术实现思路
针对以上主要问题，本专利技术的目的在于提供。 它在充分利用钢渣粉的特性与胶凝性能的基础上，通过材料复合技术，用磨细钢渣粉 并辅以超细粉煤灰代替石英粉、部分水泥和硅灰，同时采用一定细度的天然河砂代替石英 砂，在常压热养护(低于100 °c)条件下制备活性粉末混凝土。本专利技术得到的活性粉末混 凝土抗压强度180 MPa以上，属于RPC200级(抗压强度170 230MPa)。本专利技术不仅可以 明显降低活性粉末混凝土的原料成本和养护成本，对于活性粉末混凝土在我国的推广和应 用具有重要意义，而且还由于使用了较大量工业废渣，因而对于节约资源能源、保护环境 和促进可持续发展也具有重要作用。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是活性粉末混凝土，由水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰、高效减水剂、河砂、拌和水和钢纤维制得；其中，水泥钢渣粉粉煤灰硅 灰高效减水剂河砂拌和水钢纤维的质量配比为(o.52 o.58) : (ai6 o.is):(0.10 0.16) : (0.13 0.16) : (0.012 0.018) : (0.9 L1) : (0.14 0.18) : (0.156 0.234),且水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰四种组份之和为1，高效减水剂的质量配比以其固 含量计；水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；钢渣粉的碱度系数 Ka (CaO/(Si02+P205))》3.0，比表面积》450 m2/kg;粉煤灰的比表面积》600 m2/kg，需水 量比不大于95%;硅灰的比表面积^20 000m々kg， Si02含量》86X;高效减水剂的减水率 >30%;河砂粒径范围0.16 0.63 mm;钢纤维直径0.18 0.21 mm，长径比大于60，抗拉 强度》1 800 MPa。上述活性粉末混凝土可采用以下两种方法之一制备 1.低成本活性粉末混凝土的制备方法，包括如下步骤1) 选取水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰、高效减水剂、河砂、拌和水及钢纤维；其中， 水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；钢渣粉的碱度系数Ka(CaO/(Si02+P205)) >3.0，比表面积^450 m2/kg;粉煤灰的比表面积^600 m2/kg，需水量 比不大于95%;硅灰的比表面积》20 000m"kg， Si02含量》86X;高效减水剂的减水率^ 30%;河砂粒径范围0.16 0.63 mm;钢纤维直径0.18 0.21 mm，长径比大于60，抗拉强 度>1 ,MPa;2) 按各组份质量配比称取各组份。各组份配比为水泥钢渣粉粉煤灰硅灰高 效减水剂:河砂:拌和水:钢纤维二(0.52 0.58) : (o.i6 o.i8) : (o.io o.i6) : (o.i3 0.16) : (0.012 0,018) : (0.9 1.1) : (0.14 0.18) : (0.156 0.234)，其中，水泥、钢渣粉、粉煤灰及硅灰四种组份之和为1，高效减水剂的质量配比以其固含量计。将称好后 的水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰和河砂依次加入搅拌机中干拌均匀，再加入称好的拌和水 (溶有称好的高效减水剂)继续搅拌至均匀，然后均匀撒入钢纤维后继续搅拌。拌均后将 拌和物浇注于模具或模板内，经振动(使用混凝土振动台或混凝土振捣器)排除拌和物中 包裹的气泡，并成型得混凝土试件，用不透水的薄膜覆盖试件表面以防止水分散失，并在5温度为(20±5) 。C的环境中静置ld后拆模；3)将拆模后的试件在温度为(20±2) 'C、相对湿度不低于95%的条件下养护至4 d龄期，然后移入混凝土养护设备中，并以15 20 °C/h的升温速度升温至80 90 'C并恒温养护72 96h，随后在不高于20 'C/h的冷却速度下冷却至室温后，即得产品，其抗压强度180 MPa以上。2低成本活性粉末混凝土的制备方法，包括如下步骤1) 选取水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰、高效减水剂、河砂、拌和水及钢纤维；其中，水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；钢渣粉的碱度系数Ka(CaO/(Si02+P205)) >3.0，比表面积^450m2/kg;粉煤灰的比表面积》600 m2/kg，需水量比不大于95%;硅灰的比表面积》20 000m々kg， Si02含量》86。"；高效减水剂的减水率》30%;河砂粒径范围0.16 0.63 mm;钢纤维直径0.18 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
活性粉末混凝土，由水泥、钢渣粉、粉煤灰、硅灰、高效减水剂、河砂、拌和水和钢纤维制得；其中，水泥∶钢渣粉∶粉煤灰∶硅灰∶高效减水剂∶河砂∶拌和水∶钢纤维的质量配比为：（０．５２～０．５８）∶（０．１６～０．１８）∶（０．１０～０．１６）∶（０．１３～０．１６）∶（０．０１２～０．０１８）∶（０．９～１．１）∶（０．１４～０．１８）∶（０．１５６～０．２３４），且水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰四种组份之和为１，高效减水剂的质量配比以其固含量计；水泥为强度等级不低于４２．５的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；钢渣粉的碱度系数Ｋ↓［ａ］≥３．０，比表面积≥４５０ｍ↑［２］／ｋｇ；粉煤灰的比表面积≥６００ｍ↑［２］／ｋｇ，需水量比不大于９５％；硅灰的比表面积≥２００００ｍ↑［２］／ｋｇ，ＳｉＯ↓［２］含量≥８６％；高效减水剂的减水率≥３０％；河砂粒径范围０．１６～０．６３ｍｍ；钢纤维直径０．１８～０．２１ｍｍ，长径比大于６０，抗拉强度≥１８００ＭＰａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡曙光，丁庆军，彭艳周，陈凯，吕林女，王发洲，何永佳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]