本發(fā)明涉及混凝土摻合料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地指一種超高性能混凝土摻合料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：超高性能混凝土(uhpc)是一種具有超高強(qiáng)度、韌性和耐久性的新型材料，它是通過剔除粗骨料、降低水膠比、高活性摻合料及最緊密堆積而實(shí)現(xiàn)材料的超高性能，所以uhpc的配制對原材料要求很高，其中常用摻合料有優(yōu)質(zhì)硅灰、礦粉、粉煤灰等，但隨著需求量劇增，以上優(yōu)質(zhì)材料供不應(yīng)求且價(jià)格持續(xù)走高，如果能利用幾種廉價(jià)材料通過緊密堆積、活化設(shè)計(jì)制備出能適用于uhpc的摻合料，不僅能緩解優(yōu)質(zhì)摻合料資源的不足，還能降低uhpc的制備成本。此外，因超高的膠材用量和超低水膠比設(shè)計(jì)造成uhpc的拌和物粘度大、氣泡不易排出、塑性收縮和后期收縮大，如能通過復(fù)合功能組分改善其性能，勢必大大提高專用摻合料的優(yōu)勢。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是要提供一種超高性能混凝土摻合料的制備方法，該超高性能混凝土摻合料綜合利用了鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥和脫硫石膏這幾種固體廢棄物，通過合理調(diào)配和粉體改性，所制備的礦物摻合料可等量替代硅灰配制超高性能混凝土，同時(shí)還能改善其力學(xué)性能、抑制塑性收縮和后期收縮。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種超高性能混凝土摻合料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)由如下組分組成：鋼渣粉30～45％、低溫稻殼灰粉35～50％、赤泥粉10～23％、脫硫石膏粉5～15％、增效劑0～5％、抑縮劑0.03～0.1％、氣相二氧化硅0.3～1％。作為優(yōu)選方案地，該超高性能混凝土摻合料按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)由如下組分組成：鋼渣粉35～40％、低溫稻殼灰粉40～45％、赤泥粉10～15％、脫硫石膏粉5～10％、增效劑1～3％、抑縮劑0.03～0.05％、氣相二氧化硅0.4～0.6％。作為最佳方案地，該超高性能混凝土摻合料按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)由如下組分組成：鋼渣粉38％、低溫稻殼灰粉42％、赤泥粉11.4％、脫硫石膏粉5％、增效劑3％、抑縮劑0.04％、氣相二氧化硅0.56％。進(jìn)一步地，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣2-10％、硅酸三鈣2-10％、玻璃體60-70％、cao1-5％、mgo1-5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90-95％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60-65％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為2-5％；所述脫硫石膏粉中含有90-95％的二水硫酸鈣。進(jìn)一步地，所述鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉均為采用高效開流選粉磨或立磨制得，所述鋼渣粉的表面積為450～550m2/kg，所述低溫稻殼灰粉的表面積為800～1000m2/kg，所述赤泥粉的表面積為600～700m2/kg，所述脫硫石膏粉的表面積為380～450m2/kg。進(jìn)一步地，所述的增效劑為六氟硅酸鎂、氟化鈉、甲酸鈣中的一種或兩種，所述六氟硅酸鎂、氟化鈉、甲酸鈣的純度均高于98％。進(jìn)一步地，所述抑縮劑為尿素、二氮烯二羧酸酰胺中的一種或兩種。進(jìn)一步地，所述的氣相二氧化硅為采用化學(xué)氣相沉積法制備而成的納米二氧化硅，其純度為98～99.9％，表面積為100～150m2/g。本發(fā)明還提供了上述超高性能混凝土摻合料的制備方法，包括如下步驟：1)按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)稱取鋼渣30～45％、低溫稻殼灰35～50％、赤泥10～23％、脫硫石膏5～15％、增效劑0～5％、抑縮劑0.03～0.1％、氣相二氧化硅0.3～1％，備用；2)將步驟1)稱取的鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于高效開流選粉磨或立磨中分別粉磨至比表面積為450～550m2/kg、800～1000m2/kg、600～700m2/kg和380～450m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入均化機(jī)中均化6～8min，即可制得超高性能混凝土摻合料。進(jìn)一步地，在所述步驟3)中，均化機(jī)的轉(zhuǎn)速為100～150r/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：其一，本發(fā)明利用鋼渣粉中所含橄欖石、硅酸二鈣、硅酸三鈣的膠凝性和低溫稻殼灰中所含無定型sio2的高火山灰活性作基礎(chǔ)，低溫稻殼灰是一種工業(yè)廢棄物，含有90％以上的無定型sio2，火山灰活性很高，對水泥基材料具有增強(qiáng)改性作用，通過赤泥粉中所含na2o、k2o和脫硫石膏粉中所含caso4·2h2o進(jìn)行硫堿復(fù)合激發(fā)，顯著提高了鋼渣粉和低溫稻殼灰粉的活性。其二，本發(fā)明利用緊密堆積原理對鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥和脫硫石膏進(jìn)行粉體尺度設(shè)計(jì)，再利用分別粉磨技術(shù)將以上固體廢棄物分別粉磨至所需細(xì)度，粉體復(fù)合均化后顆粒級配處在最佳范圍。其三，本發(fā)明利用氣相二氧化硅的促分散性、消泡性、流變性等特性對粉體進(jìn)行物理改性，其具備表面積大、表面能大、化學(xué)純度高、分散性能好的特點(diǎn)，由于其納米效應(yīng)，在材料中表現(xiàn)出卓越的促分散、增強(qiáng)、消泡、流變、防流掛等性質(zhì)，可提高各組分在混凝土中的分散性，顯著降低拌和物的粘度、含氣量，從而改善混凝土拌和物工作性能和硬化后力學(xué)性能。其四，本發(fā)明利用增效劑可提高膠凝材料的水化效率來提高強(qiáng)度，利用抑縮劑和鋼渣粉中所含cao、mgo的協(xié)同作用，明顯降低混泥土的塑性收縮和后期收縮。其五，本發(fā)明所提供的超高性能混凝土摻合料能夠大量利用鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥和脫硫石膏，摻入量分別在30～45％、35～50％、10～23％、5～15％，即能變廢為寶，又能緩解環(huán)境污染問題，而且本發(fā)明制備的超高性能混凝土摻合料能等量替代硅灰，同時(shí)具備硅灰不具備的降粘、抑制收縮的功能。其六，本發(fā)明制備工藝簡單，只需高效開流選粉磨或立磨和均化機(jī)，原材料廉價(jià)易得，成本明顯低于優(yōu)質(zhì)硅灰。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例1本實(shí)施例中所提供的超高性能混凝土摻合料的制備方法如下：1)原材料的配比：按各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)鋼渣30％，低溫稻殼灰50％，赤泥10％，脫硫石膏6.4％，增效劑3.0％，抑縮劑0.04％，氣相二氧化硅0.56％，精確稱取上述組分；其中增效劑為氟化鈉，抑縮劑為尿素。2)將步驟1)稱取的鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于高效開流選粉磨中分別粉磨至比表面積為550m2/kg、1000m2/kg、700m2/kg和450m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入120r/min的帶飛刀的均化機(jī)中均化6min，即可制得超高性能混凝土摻合料。上述原材料中，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣10％、硅酸三鈣10％、玻璃體60％、cao5％、mgo5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5％；所述脫硫石膏粉中含有95％的二水硫酸鈣。實(shí)施例2本實(shí)施例中所提供的超高性能混凝土摻合料的制備方法如下：1)原材料的配比：按各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)鋼渣45％，低溫稻殼灰35％，赤泥10％，脫硫石膏6.4％，增效劑3.0％，抑縮劑0.04％，氣相二氧化硅0.56％，精確稱取上述組分；其中增效劑為六氟硅酸鎂，抑縮劑為二氮烯二羧酸酰胺。2)將鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于高效開流選粉磨中分別粉磨至比表面積為550m2/kg、1000m2/kg、700m2/kg和450m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入120r/min的帶飛刀的均化機(jī)中均化6min，即可制得超高性能混凝土摻合料。上述原材料中，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣10％、硅酸三鈣2％、玻璃體70％、cao1％、mgo5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為2％；所述脫硫石膏粉中含有90％的二水硫酸鈣。實(shí)施例3本實(shí)施例中所提供的超高性能混凝土摻合料的制備方法如下：1)原材料的配比：按各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)鋼渣35％，低溫稻殼灰45％，赤泥11.4％，脫硫石膏5％，增效劑3.0％，抑縮劑0.04％，氣相二氧化硅0.56％，精確稱取上述組分；其中增效劑為甲酸鈣，抑縮劑為二氮烯二羧酸酰胺。2)將步驟1)稱取的鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于立磨中分別粉磨至比表面積為550m2/kg、1000m2/kg、700m2/kg和450m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入120r/min的帶飛刀的均化機(jī)中均化6min，即可制得超高性能混凝土摻合料。上述原材料中，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣8％、硅酸三鈣8％、玻璃體65％、cao1％、mgo5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為92％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為62％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5％；所述脫硫石膏粉中含有92％的二水硫酸鈣。實(shí)施例4本實(shí)施例中所提供的超高性能混凝土摻合料的制備方法如下：1)原材料的配比：按各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)鋼渣40％，低溫稻殼灰40％，赤泥11.4％，脫硫石膏5％，增效劑3.0％，抑縮劑0.04％，氣相二氧化硅0.56％，精確稱取上述組分；其中增效劑為六氟硅酸鎂，抑縮劑為二氮烯二羧酸酰胺。2)將鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于高效開流選粉磨中分別粉磨至比表面積為550m2/kg、1000m2/kg、700m2/kg和450m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入120r/min的帶飛刀的均化機(jī)中均化6min，即可制得超高性能混凝土摻合料。上述原材料中，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣10％、硅酸三鈣10％、玻璃體60％、cao5％、mgo5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5％；所述脫硫石膏粉中含有95％的二水硫酸鈣。實(shí)施例5本實(shí)施例中所提供的超高性能混凝土摻合料的制備方法如下：1)原材料的配比：按各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)鋼渣38％，低溫稻殼灰42％，赤泥11.4％，脫硫石膏5％，增效劑3.0％，抑縮劑0.04％，氣相二氧化硅0.56％，精確稱取上述組分；其中增效劑為六氟硅酸鎂，抑縮劑為二氮烯二羧酸酰胺。2)將步驟1)稱取的鋼渣、低溫稻殼灰、赤泥、脫硫石膏于立磨中分別粉磨至比表面積為450m2/kg、800m2/kg、600m2/kg和380m2/kg，得到鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉；3)將步驟2)所得的鋼渣粉、低溫稻殼灰粉、赤泥粉、脫硫石膏粉與步驟1)稱取的增效劑、抑縮劑、氣相二氧化硅置入120r/min的帶飛刀的均化機(jī)中均化6min，即可制得超高性能混凝土摻合料。上述原材料中，所述鋼渣粉中按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括如下組分：硅酸二鈣2％、硅酸三鈣2％、玻璃體70％、cao5％、mgo5％；所述低溫稻殼灰粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為95％的無定型sio2；所述赤泥粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為65％的文石和方解石，堿的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5％；所述脫硫石膏粉中含有95％的二水硫酸鈣。對實(shí)施例1～5所制備的超高性能混凝土摻合料進(jìn)行了性能測試，試驗(yàn)配比見表1，測試結(jié)果見表2。表1超高性能混凝土配合比(kg)序號摻合料水水泥摻合料粗砂中砂細(xì)砂減水劑鋼纖維1硅灰3.514.66.256.2511.53.150.423.52實(shí)施例13.514.66.256.2511.53.150.423.53實(shí)施例23.514.66.256.2511.53.150.423.54實(shí)施例33.514.66.256.2511.53.150.423.55實(shí)施例43.514.66.256.2511.53.150.423.56實(shí)施例53.514.66.256.2511.53.150.423.5表2測試結(jié)果序號擴(kuò)展度含氣量3h膨脹率28d干縮率3d抗壓3d抗折28d抗壓28d抗折1700mm3.0％-0.1％-0.06％92.5mpa21.0mpa152.5mpa26.0mpa2720mm2.4％0.07％-0.025％88.5mpa19.3mpa157.0mpa26.8mpa3760mm2.2％0.082％-0.015％86.7mpa18.6mpa155.0mpa26.5mpa4730mm2.3％0.08％-0.02％89.6mpa19.5mpa158.2mpa27.6mpa5750mm2.2％0.081％-0.017％87.9mpa19.0mpa157.0mpa27.5mpa6745mm2.0％0.081％-0.016％91.5mpa21.0mpa163.2mpa28.3mpa從表1和表2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用實(shí)施例1～5所述的超高性能混凝土摻合料等量替代硅灰制備的超高性能混凝土工作性能更好、含氣量更低，能有效抑制混凝土塑性收縮和后期干縮，3d抗折、抗壓強(qiáng)度稍低，28d抗折、抗壓強(qiáng)度明顯提高。上述實(shí)施案例只為說明本發(fā)明的技術(shù)方案及特點(diǎn)，其目的在于更好的讓熟悉該技術(shù)的人士予以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12