用钙质石粉制备的高抗裂预拌混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料
技术领域
,具体涉及一种利用钙质石粉制备的高抗裂预拌混凝土及其制备方法。背景技术
混凝土为最大宗最基础的建筑材料,在基础设施建设中占据举足轻重的地位。混凝土材料中用量最多的材料为粗细骨料,随着建筑行业快速发展,天然砂资源日益短缺,且天然砂资源分布不均,机制砂替代河砂已是必然趋势,然而制砂过程中产生的石粉消耗问题及机制砂中石粉含量过高问题又成为混凝土行业的研究热点,石粉粒径一般小于0.075mm,也通常被当做惰性填料在混凝土中进行采用,然而,石粉在使用过程中较为粗放,不同种类钙质石粉对混凝土的影响不同,尤其对混凝土工作性、抗压强度和收缩率会产生较大影响。目前对石粉在混凝土中的应用研究多集中在石粉对混凝土力学性能和耐久性能的影响,石粉的种类、粒度分布、用量对混凝土性能的影响研究还不够系统、全面,特别是针对不同种类钙质石粉的特点,选择合适的矿物掺合料和外加剂并进行合理的混凝配合比设计方面研究较少。因此,在明确不同种类钙质石粉在混凝土中的影响规律基础上,推出石粉综合利用方法对机制砂混凝土的应用具有重要意义。
粉煤灰、矿粉、硅灰为常用矿物掺合料,钙质石粉会参与混凝土结构的形成,对于功能性化学材料的相容性影响显著,进而改变混凝土流变特性、力学性能及长期服役性能。发明专利CN102674782A公开了一种用玄武岩微粉-矿渣微粉-石灰石粉作掺合料制备混凝土的方法,原料由胶凝材料、激发剂、集料、外加剂和水组成;胶凝材料由水泥、玄武岩微粉、矿渣微粉和石灰石粉复合而成,CN103626438A公开了一种抗裂高强石灰石资源全利用混凝土,该混凝土由水、水泥、石灰石粉、机制砂、碎石、纤维、减缩剂和减水剂组成,CN108191337A公开了一种利用人工砂和石粉制备的混凝土,混凝土包括以下质量份数的原料:胶凝材料为340~480份,掺合料690~820份,粗骨料为990~1100份,水190~210份,减水剂为1~3份;所述胶凝材料为水泥和粉煤灰组成;所述掺合料为人工砂和石粉组成,CN110981335A公开了一种新型混凝土抗裂胶凝材料的制备方法和使用方法,胶凝材料包括如下质量百分比的原料:石灰石粉2~10%、粉煤灰20~40%、矿渣粉20~40%和减水剂1~3%,其余物质为水泥。然而,上述专利文献均未根据石粉岩性、种类对其进行分类使用,为避免混凝土开裂,在拌制混凝土过程中需要加入减缩剂或膨胀剂,从而增加了工程成本。
本发明基于不同种类钙质石粉对混凝土性能的影响规律,采用取长补短的方式,选用不同种类矿物掺合料、不同种类聚羧酸系高性能减水剂,经合理设计混凝土配合比,并进行全项指标测试和开裂风险评估,得出一种用钙质石粉制备高抗裂预拌混凝土的方法。
发明内容
针对目前石粉在制备混凝土中存在的问题,本发明公开了一种用钙质石粉制备高抗裂预拌混凝土的方法。通过研究不同种类钙质石粉对混凝土工作性、抗压强度和收缩率的影响规律,合理搭配不同种类的矿物掺合料和不同种类的减水剂,在不添加减缩剂或膨胀剂基础上,制备高抗裂预拌混凝土,实现钙质石粉的精细化、资源化利用。
本发明涉及一种用钙质石粉制备的高抗裂预拌混凝土,具体的,包括胶凝材料、砂、石、外加剂和水。
具体的,胶凝材料由水泥、石粉、矿物掺合料组成。
具体的,所述胶凝材料用量≥330kg/m3。
具体的,所述水泥占胶凝材料比例为70~80%,石粉占胶凝材料比例为10~15%,矿物掺合料占胶凝材料比例为5~15%。
具体的,所述矿物掺合料包括粉煤灰、矿粉、硅灰、微珠至少一种。
具体的,所述钙质石粉包括石灰石石粉、大理石石粉、白云岩石粉至少一种。具体的,所述砂包括河砂、机制砂,石为5~25mm连续级配碎石,混凝土砂率为40~50%,水胶比为0.35~0.50。
具体的,所述外加剂为聚羧酸系高性能减水剂,包括减水型聚羧酸系高性能减水剂、保坍型聚羧酸系高性能减水剂中的至少一种,减水剂采用本申请人在售产品,或采用其他市售产品。
具体的,所述钙质石粉为石灰石石粉,矿物掺合料为矿粉和硅灰混合物;研究表明,石灰石石粉对混凝土工作性的影响较小,但会降低混凝土力学性能,同时提高混凝土的收缩率。其与矿粉和硅灰复配使用可弥补石灰石粉在力学性能和收缩率性能上的劣势,在此基础上进行混凝土的配合比设计可满足要求,石灰石石粉制备高抗裂预拌混凝土对减水剂无特殊要求,可根据混凝土流动性和保坍性要求对减水剂组成进行复配调整。
所述钙质石粉为大理石石粉,矿物掺合料为微珠和硅灰混合物;研究表明,大理石石粉对混凝土初始流动性影响较大、混凝土坍落度损失较快、收缩率较大,因此,应采用减水型聚羧酸系高性能减水剂与保坍型聚羧酸系高性能减水剂复配使用;采用微珠作为矿物掺合料可部分抵消大理石石粉对混凝土初始流动性的不利影响,有利于降低减水剂的掺量;采用硅灰作为掺合料可有效减小大理石石粉制备的混凝土的收缩。
所述石粉为白云岩石粉,矿物掺合料为矿粉;研究表明,白云岩石粉对混凝土初始流动性影响较小,但易导致混凝土坍落度损失加快,且具有微膨胀效应,可弥补混凝土收缩。因此,白云岩石粉制备高抗裂预拌混凝土宜采用矿粉作为矿物掺合料,采用减水型聚羧酸系高性能减水剂和保坍型聚羧酸系高性能减水剂复配使用,从而减小混凝土坍落度损失、提高抗压强度,同时减少收缩。
本发明还涉及钙质石粉制备高抗裂预拌混凝土的方法,具体的,包括如下步骤:
1)对不同岩性钙质石粉进行净浆、砂浆或普通混凝土配制,确定其工作性、抗压强度、收缩开裂性能、外加剂的适应性;
2)根据钙质石粉种类,配合不同种类矿物掺合料和不同种类外加剂进行混凝土试验,确定不同岩性钙质石粉与矿物掺合料和外加剂选配;
3)根据步骤2)试验结果称取原材料,混合均匀,制备高抗裂预拌混凝土。
本发明通过对不同种类钙质石粉的特性进行分析,进而掺配不同种类矿物掺合料与外加剂,其中矿物掺合料与钙质石粉进行配合主要用于改善混凝土收缩开裂问题,外加剂的选配主要为了实现调整混凝土的初始流动性及流动性保持,由此实现了在不额外添加减缩剂或膨胀剂情况下,用钙质石粉制备高抗裂预拌混凝土,降低混凝土造价,实现钙质石粉的精细化、资源化利用,也避免因钙质石粉的掺入所导致的混凝土工作性劣化、收缩开裂问题。
具体实施方式
采用PO42.5普通硅酸盐水泥、二级粉煤灰、S95矿粉、硅灰、微珠作为胶凝材料,添加不同岩性石粉,选用合适外加剂,河砂,5-10mm、10-25mm连续级配大石、小石,自来水作为原料进行混凝土拌合,对新拌混凝土性能和硬化性能进行测试,配合比中各原料质量单位为kg/m3。
实验过程设置基准混凝土JZ,配合比为:水泥304,粉煤灰76,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂。
实施例1
高抗裂预拌混凝土S1,配合比为:水泥304,硅灰19,矿粉19,石灰石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂。
实施例2
高抗裂预拌混凝土D1,配合比为:水泥304,硅灰19,微珠19,大理石石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂与保坍型聚羧酸系高性能减水剂的复配减水剂。
实施例3
高抗裂预拌混凝土B1,配合比为:水泥304,矿粉38,白云岩石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂与保坍型聚羧酸系高性能减水剂的复配减水剂。
对比例1
预拌混凝土S2,配合比为:水泥304,硅灰19,粉煤灰19,石灰石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂。
对比例2
预拌混凝土D2,配合比为:水泥304,矿粉19,粉煤灰19,大理石石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂与保坍型聚羧酸系高性能减水剂的复配减水剂。
对比例3
预拌混凝土B2,配合比为:水泥304,硅灰38,白云岩石粉38,砂子888,小石288.6,大石673.4,水160,外加剂5.32kg,外加剂为减水型聚羧酸系高性能减水剂与保坍型聚羧酸系高性能减水剂的复配减水剂。
经检测,基准混凝土、实施例和对比例混凝土的性能参数如表1所示。
表1混凝土性能参数测试结果
JZ
S1
D1
B1
S2
D2
B2
初始坍落度/mm
210
205
215
210
190
185
190
和易性
良
良
良
良
良
中
良
离析泌水
无
无
无
无
微
无
微
1d绝热温升值
26.1
18.9
19.2
19.5
23.7
22.8
24.1
3d绝热温升值
38.2
37.2
38.4
37.5
37.6
37.7
37.9
7d绝热温升值
40.0
39.2
40.5
40.4
39.7
40.1
40.9
坍落度1h损失/mm
/
10
5
10
20
15
20
坍落度2h损失/mm
/
20
15
15
40
40
45
28d抗压强度/MPa
42.1
42.5
43.2
42.2
41.5
41.1
41.2
劈裂抗拉强度/MPa
3.05
4.05
4.23
4.33
3.15
3.34
3.26
静力受压弹性模量/GPa
31.4
33.2
35.4
33.8
31.3
32.5
31.8
收缩试验(με)3d
79
68
67
68
266
315
287
收缩试验(με)28d
136
119
120
124
384
396
391
300次抗冻性能
/
F300
F300
F300
/
/
/
抗氯离子渗透(RCM法)10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s
/
8.2
8.8
8.0
/
/
/