一种预制装配碱矿渣混凝土及其制备.docx

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1、申请类型发明发明实用新型外观发明名称一种预制装配碱矿渣混凝土及其制备申请人名称或姓名组织机构代码或身份证号码地址邮编第一发明人姓名第一发明人身份证号码其它发明人姓名联系人联系人电话联系人Email联系人地址权利要求书1、一种预制装配碱矿渣混凝土,其特征在于：所述预制装配碱矿渣混凝土配合比（质量比）：矿渣：微珠粉煤灰：CaO：Na2CO3:砂：石头：蔡系减水剂：水=1：0.15-0.75：0.04-0.08：0.05-0.15：24：3.56.5:0.005-0.02：0.5-LOo2、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土,其特征在于：所述矿渣比表面积为400550m2kgo3、根据权利

2、要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土,其特征在于：所述微珠粉煤灰为全球状，平均粒径为l5um04、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：所述Cae）为分析纯（AR）等级，有效成分CaoN98%。5、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土,其特征在于:所述Na2CO3为分析纯（AR）等级，有效成分Na2C3N99.8%6、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：所述砂为河砂，粒径4.75mm07、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：所述石子为中石子，粒径为1319mm08、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：

3、所述蔡系减水剂减水率1825%,细度（0.315mm筛余）10%。9、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土制备过程为：将矿渣，微珠粉煤灰，CaO,Na2CO3,砂，石子倒入混凝土搅拌机搅拌60s,将溶于水的蔡系减水剂倒入混凝土搅拌机搅拌120s,然后浇筑成模。10、根据权利要求1所述的一种预制装配碱矿渣混凝土养护制度为：静置1天后拆模，然后放入温度为202,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天。说明书摘要本发明公开了一种预制装配碱矿渣混凝土，其配合比（质量比）：矿渣：微珠粉煤灰:CaO：Na2CO3:砂:石头：秦系减水剂：水=1：0.15-0.75：0.04-0.08：0.05

4、-0.15：2-4：3.5-6.5:0.005-0.02：0.5-LOo将矿渣,微珠粉煤灰，CaO,Na2CO3,砂，石子倒入混凝土搅拌机搅拌60s,将溶于水的蔡系减水剂倒入混凝土搅拌机搅拌120s,然后浇筑成模。静置1天后拆模，然后放入温度为202C,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天。该碱激发混凝土塌落度可以达到180mm,28天抗压强度能达到43MPa。本发明在普通碱矿渣混凝土的基础上加入适量的微珠粉煤灰和秦系减水剂，使得塌落度大大提高，工作性显著改善，强度能满足预制装配混凝土的要求。而且本发明以炼铁产生的废弃物矿渣为主要胶凝材料，来源丰富，能固废利用，变废为宝，成本比普通混凝

5、土低。因此本发明具有良好的经济、社会和环保效益，适合大规模推广应用。说明书技术领域本发明涉及土木工程中的建筑材料技术领域,具体涉及一种预制装配碱矿渣混凝土及其制备方法。背景技术平常我们广泛应用于土木工程中的普通混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂，石作骨料，然后与水（可含外加剂和掺合料）按定比例配合，经搅拌而得的普通混凝土。目前，全球各地的发展都离不开混凝土，道路、房屋和桥梁等各方面的建设均需要大量的混凝土。混凝土中的胶凝材料-水泥在生产过程中能耗高，会排放大量C02,环保意义不够明显。因此国内外有学者对碱矿渣混凝土进行了相关研究，碱矿渣混凝土具有强度高，硬化快，耐久性好等优点，他是利用化学激发方法

6、充分激发矿渣的活性，以其作为混凝土的胶结材料代替水泥熟料。很多学者想将碱矿渣混凝土进行实际工程应用，从而达到节省大量的资源，能源的目的。但是碱矿渣混凝土存在着粘度大，塌落度小和流动性差等问题，这些是限制碱矿渣混凝土应用发展的关键问题。本发明公开的一种预制装配碱矿渣混凝土，掺入适量的微珠粉煤灰和蔡系减水剂，使碱矿渣混凝土塌落度大大提高，可以达到180mm,28天抗压强度可以达到预制装配混凝土的要求。碱矿渣混凝土中最主要主分-矿渣作为高炉炼铁过程中的副产品，占用大量土地，严重污染环境，影响人们健康；粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，我国是个产煤大国，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，大量

7、的粉煤灰如不加处理，会成为扬尘污染大气，排入水里会使河流淤塞，而其中某些化学物质还会对人体和生物造成危害；本发明采用的微珠粉煤灰是粉煤灰经过独特工艺精选，加工而成的超细且具有连续粒径分布的全球状粉体，微珠粉煤灰在碱矿渣混凝土中具有“滚珠效应”，能提高碱矿渣混凝土的流动性，有利于碱矿渣混凝土实际施工。与此同时，细小的微珠粉煤灰能起到一定的填充作用，使得混凝土孔隙更小，微珠粉煤灰的充分利用在一定程度上能消耗粉煤灰。蔡系减水剂在普通混凝土中，由于技术性能的局限性，已经逐渐被新一代减水剂-聚竣酸系高性能减水剂替代，但是蔡系减水剂在碱矿渣混凝土中有一定的塑化作用，对提高碱矿渣混凝土的工作性有一定的帮助，

8、尤其是在掺了微珠粉煤灰的碱矿渣混凝土里，秦系减水剂和微珠粉煤灰充分发挥了各自的优势，从而使得本发明的碱矿渣混凝土塌落度大大提高，工作性显著改善。采用CaO和Na2CO3作为激发剂，其早期的PH值（碱性）较低，CaO和Na2CO3进行生成NaoH后，其PH值才提高。高PH值会降低混凝土的工作性，因此采用Cao和Na2CO3作为激发剂，可通过降低其早期的碱性来提高其工作性。该碱矿渣混凝土掺入适量的微珠粉煤灰（矿物减水剂）和禁系减水剂（化学减水剂），同时采用CaO和Na2CO3作为激发剂，以降低期早期的PH值，满足其工作性的要求。他们优势互补，不仅有一定的环保意义，而且经济价值也十分乐观，为碱矿渣混

9、凝土的应用向前推进了一步。申请号为201410425399.8的陈科等人申请了一种碱矿渣混凝土减水剂专利，该专利所述减水剂按质量计包含以下组分：硝酸盐：11-23份；-蔡磺酸盐甲醛缩合物：15-25份；木质素磺酸盐：3-5份；十二烷基苯磺酸盐：1-2份；所述碱矿渣混凝土为WG-矿渣混凝土（WG即水玻璃），P-蔡磺酸盐甲醛缩合物为-蔡磺酸钠甲醛缩合物，木质素磺酸盐为木质素磺酸钙，十二烷基苯磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠，所述硝酸盐为硝酸钢和硝酸铅的混合物，其中硝酸钢1-3份，硝酸铅10-20份。该减水剂能有效降低新拌WG.矿渣混凝土的初始粘度，提高混凝土的流动性和工作性。但是该专利的碱矿渣混凝土减水剂

10、的成分非常多，而且以上化学物质在生产过程中必然会消耗大量的能源，成本高。本发明仅仅加入微珠粉煤灰和蔡系减水剂，并采用CaO和Na2CO3作为激发剂，就可以使塌落度达到180mm,使用起来简便，性价比更高。申请号为201210364156.9的徐江涛申请了一种碱矿渣水泥混凝土减水剂及其制备方法，该减水剂的制备过程为先以聚乙二醇单甲醛和（甲基）丙烯酸为主要原料合成聚乙二醇单甲醛（甲基）丙烯酸酯大分子单体，然后将该单体和N,N-二甲基胺乙基（甲基）丙烯酸酯、偶氮二异丁”青、疏基乙醇混合共聚，共聚结束后，加入甲基碘继续反应，终止反应再纯化即制得本发明的新型碱矿渣混凝土减水剂。从这个制备过程中可以看出，

11、该减水剂的制备过程比较麻烦，对共聚反应温度和时间等工艺参数和条件要控制好，不利于实际工程应用。相比之下，本发明通过加入适量的微珠粉煤灰和减水剂，并采用CaO和Na2CO3作为激发剂，就能制备出工作性能良好的碱矿渣混凝土，不需要消耗能源，经济性更好。目前还没有将微珠粉煤灰和蔡系减水剂应用于碱矿渣混凝土中的相关专利和报道。本发明将采用单组份碱激发胶凝材料作为普通混凝土中水泥的替代品，掺入少量的蔡系减水剂，制备出塌落度和抗压强度良好的碱矿渣混凝土，性价比高。本发明涉及的预制装配碱矿渣混凝土有很高应用价值和推广前景。发明内容鉴于普通混凝土的消耗量非常之大以及碱矿渣混凝土工作性差等缺点，本文制备出一种塌

12、落度和抗压强度良好的碱矿渣混凝土，以矿渣和微珠粉煤灰为主要胶凝材料，可减少水泥消耗，经济效益较好，而且消耗这些废弃物符合节能环保的国策。以矿渣和微珠粉煤灰作为主要的胶凝材料，以CaO+Na2CO3作为激发剂,以降低其早期PH值（提高流动性），再辅以和蔡系减水剂，制备出的混凝土塌落度可以达到180mm,28天抗压强度可以达到43MPa。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种预制装配碱矿渣混凝土，通过蔡系减水剂和微珠粉煤灰的共同作用使其工作性得到显著改善，采用CaO+Na2CO3来激发矿渣、微珠粉煤灰的活性，并与砂和石子结合制备得到预制装配碱矿渣混凝土。一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：

13、所述预制装配碱激发混凝土配合比（质量比）：矿渣：微珠粉煤灰：CaO：Na2CO3:砂：石头：蔡系减水剂：水=1：0.15-0.75：0.04-0.08：0.05-0.15：24：3.56.5:0.005-0.02：0.5-l.Oo一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：矿渣比表面积为400550m2kg0微珠粉煤灰为全球状，平均粒径为l5umCao为分析纯（AR）等级，有效成分CaON98%。Na2CO3为分析纯（AR）等级，有效成分Na2CChN99.8%砂为河砂，粒径4.75mm。石子为中石子，粒径为1319mm。蔡系减水剂减水率1825%,细度（0.315mm筛余）10%。一种预制装配碱矿

14、渣混凝土的制备过程为：将矿渣，微珠粉煤灰，CaO,Na2CO3,砂，石子倒入混凝土搅拌机搅拌60s,将溶于水的蔡系减水剂倒入混凝土搅拌机搅拌120s,然后浇筑成模。一种预制装配碱矿渣混凝土的养护制度为：静置1天后拆模，然后放入温度为202oC,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天。矿渣的活性主要来自玻璃相成分，根据XRF检测结果可知，矿渣化学组成主要是以Sio2、CaO和AbCh为主,CaO占3540%,SiO2占2535%,AI2O3占815%。微珠粉煤灰是由平均粒径在1-5Um的球状玻璃颗粒组成，具有滚珠效应，显著降低胶凝材料剪切应力，有利于提高胶凝材料的流动性和实际施工，其化学组

15、成主要为SiCh和ALO3,其中SiO2的含量是最高的，高达5060%。除此之外，微珠粉煤灰的火山灰活性包括两方面：第一方面是火山灰反应效应，即指微珠粉煤灰在有水环境下与碱反应生成具有胶凝性的水化产物；另一方面是微珠粉煤灰在胶凝过程中起到微集料作用，称之为微集料效应。除了微珠粉煤灰“滚珠效应”能改善混凝土的工作性外，蔡系减水剂的加入也能起到一定的塑化作用，蔡系减水剂具有较强的固液界面活性作用，可以迅速吸附到矿渣和微珠粉煤灰颗粒表面，增大了矿渣和微珠粉煤灰颗粒的静电斥力，所以适量蔡系减水剂的加入对碱矿渣混凝土的工作性有一定的改善作用。CaO和Na2CO3作为矿渣和微珠粉煤灰的激发剂，当有水存在时

16、，CaO,Na2CO3和水反应生成Caeo3和NaOH,这延迟了NaOH的生成时间，降低了其早期PH值，提高了其工作性。生成的NaOH在溶液中产生大量的OH-离子，此时溶液中的PH值较高，矿渣和微珠粉煤灰中的Si-O-Si键、Si-O-Al键和AloAl键在OH-作用下断裂，玻璃体结构解体，释放出（Sio4产、（AIo4产和Ca?+等离子进入溶液中。Ca?+与硅酸根离子和铝酸根离子通过缩聚作用产生C-S-H等凝胶，C-S-H凝胶等凝胶在未完全水化的矿渣，微珠粉煤灰和骨料起到胶凝连接的作用。与此同时，细小的微珠粉煤灰和反应生成的CaCO3起到填充作用，使得整个体系更加致密，砂和石子起到了“骨架作

17、用”，支撑着整个体系。随着反应的进行，水化产物增加，使得整个结构更加致密，促使整个混凝土强度进一步提高。本发明的显著优点在于：（1）采用微珠粉煤灰（矿物减水剂）和蔡系减水剂（化学减水剂），并CaO和Na2CO3作为激发剂，延迟NaOH的生成，降低了其早期PH值，能显著改善预制装配碱矿渣混凝土的工作性，使其工作性和抗压强度均满足预制装配式的要求。（2）本发明采用CaO和Na2CO3作为激发剂，制成单组分碱激发胶凝材料,可以与其他成分（砂和石等）一起搅拌，实际施工更加方便。（3）本发明的预制装配碱矿渣混凝土没有采用生产过程高能耗、且会排放CO2的通用硅酸盐水泥，充分利用了废弃物，具有很好的经济性和

18、环保性。实施例1一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：所述预制装配碱激发混凝土配合比（质量比）：矿渣：微珠粉煤灰：CaO：Na2CO3:砂：石头：蔡系减水剂：水=1：0.25：0.056：0.1：2.53：4.5：0.007：0.68。矿渣比表面积为482m2kg0微珠粉煤灰为全球状，平均粒径为2um。Cao为分析纯（AR）等级，有效成分CaO98%oNa2CO3为分析纯（AR）等级，有效成分Na2CC）3N99.8%砂为河砂，粒径4.75mm。石子粒径为1319mm。蔡系减水剂减水率1825%,细度（0.315mm筛余）98%oNa2CO3为分析纯（AR）等级，有效成分Na2CChN99.8

19、%砂为河砂,粒径4.75mm。石子粒径为1319mm。蔡系减水剂减水率1825%,细度（0.315mm筛余）10%o将矿渣，微珠粉煤灰，CaO,Na2CO3,砂，石子倒入混凝土搅拌机搅拌60s,将溶于水的蔡系减水剂倒入混凝土搅拌机搅拌120s。最后浇筑入模，静置1天后拆模，然后放入温度为202C,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天。塌落度为210mm,抗压强度为44MPao实施例3一种预制装配碱矿渣混凝土，其特征在于：所述预制装配碱激发混凝土配合比（质量比）：矿渣：微珠粉煤灰：CaO：Na2CO3:砂：石头：蔡系减水剂：水=1：0.67：0.075：0.142：3.37：6.0：0.

20、019：0.9。矿渣比表面积为482m2kg0微珠粉煤灰为全球状，平均粒径为2umoCaO为分析纯（AR）等级，有效成分CaO98%Na2CO3为分析纯（AR）等级，有效成分Na2C3N99.8%砂为河砂，粒径4.75mm。石子粒径为1319mm。禁系减水剂减水率1825%,细度（0.315mm筛余）10%o将矿渣，微珠粉煤灰，CaO,Na2CO3,砂，石子倒入混凝土搅拌机搅拌60s,将溶于水的蔡系减水剂倒入混凝土搅拌机搅拌120s。最后浇筑入模，静置1天后拆模，然后放入温度为202C,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天。塌落度为190mm,抗压强度为45MPao以上是本发明的实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。