專利名稱：：具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于建筑材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法，主要用于高層建筑、大跨徑橋梁、高速鐵路、大型隧道、海洋石油平臺(tái)、核電工程、防護(hù)工程等大型土木工程。
背景技術(shù)：
：混凝土是世界上用量最大的人造建筑材料，每年生產(chǎn)量高達(dá)70億m3以上，用其修建的大壩、橋梁、機(jī)場(chǎng)、公路、隧道、港口碼頭、海上海下建筑、地下建筑、工業(yè)及民用建筑等基礎(chǔ)工程占全世界總財(cái)富的70%左右。隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，城市土地資源越來(lái)越緊缺，建筑高層化已成為發(fā)展必然趨勢(shì)；另外，人類生活水平也日益提高，需要大量能源和資源來(lái)支持，這就要求人類不斷向海洋進(jìn)軍、向天空探索、向地下挖掘。因此，大量的高層建筑、大跨徑橋梁、高速鐵路、大型隧道、海洋石油平臺(tái)、核電工程、防護(hù)工程等混凝土結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)建成或正在施工建設(shè)或正在規(guī)劃。僅以高層建筑為例，截止到2007年底，全世界已建成的400米以上的高樓有6座(l)臺(tái)北101(509米)，(2)上海環(huán)球金融中心(492米)，(3)吉隆坡的雙子星塔(452米)，(4)芝加哥的希爾斯大廈(442米)，(5)上海的金茂大廈(420.5米)，(6)香港的國(guó)際金融中心(415米)；目前正在施工建設(shè)的400米以上的高層建筑有12座(l)迪拜的BurjDubai大廈(705米)，(2)釜山樂(lè)天大廈(494米)，(4)麥加AbrajAlBait大廈(485米)，(4)香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)(484米)，(5)南京綠地紫峰大廈(450米)，(6)迪拜DubaiTowersDoha(445米)，(7)廣州西塔(432米)，(8)莫斯科聯(lián)盟大廈(432米)，(9)迪拜王子大廈(420米)，(10)大連國(guó)貿(mào)中心(420米)，(11)芝加哥凱旋國(guó)際大酒店(415.1米)，(12)科威特AlHamra大廈(400米)；已在規(guī)劃的有幾十座。這些大型的建筑結(jié)構(gòu)的建造一方面需要混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度高達(dá)C80C100，另一方面，需要混凝土要有良好的工作性能，可以一級(jí)泵送垂直高度達(dá)到400m以上。然而目前常用的超高強(qiáng)混凝土是通過(guò)提高水泥標(biāo)號(hào)和用量、摻加硅灰、降低水膠比(有時(shí)達(dá)到0.20以下)和使用高效減水劑獲得，混凝土拌合物流動(dòng)性差、坍落度損失快、粘度大、容易板結(jié)和扒底，泵送非常困難，目前一級(jí)泵送高程達(dá)到100m的C100超高強(qiáng)混凝土比較少見(jiàn)，至于400m泵送高程的C100混凝土未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。因此，如何確保高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)的同時(shí)還易于泵送，始終是高強(qiáng)混凝土推廣應(yīng)用的技術(shù)難題。另外，水泥生產(chǎn)和工業(yè)廢渣是消耗能源、資源和破壞生態(tài)環(huán)境的重要因素，2007年我國(guó)水泥產(chǎn)量高達(dá)13.6億噸，占全世界總產(chǎn)量的50%以上，即使如此仍不能滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要。然而硅酸鹽水泥生產(chǎn)采用"兩磨一燒"工藝，消耗大量不可再生的煤、石油、天然氣等能源，其能耗占世界總能耗15%左右；同時(shí)，還消耗大量的石灰石、鐵礦石和粘土等不可再生的自然資源，專家預(yù)測(cè)我國(guó)用于生產(chǎn)硅酸鹽水泥的優(yōu)質(zhì)石灰石礦山資源在未來(lái)50100年將消耗殆盡；另外，水泥生產(chǎn)過(guò)程中還排放出巨大量的產(chǎn)生溫室效應(yīng)的C02，生產(chǎn)1噸水泥熟料向大氣中排放約1噸的C02，目前由于生產(chǎn)水泥所產(chǎn)生的C02等有害氣體積存量已達(dá)200億噸之巨，對(duì)環(huán)境的影響已無(wú)法估計(jì)。另一方面工業(yè)廢渣累積堆放量超過(guò)100億噸。以引人注目的粉煤灰和礦渣為例，我國(guó)粉煤灰年產(chǎn)量目前約3億噸，礦渣產(chǎn)量約1億噸，這不僅加劇對(duì)環(huán)境的污染，也造成了資源的巨大浪費(fèi)。因此，利用材料科學(xué)理論，充分發(fā)揮工業(yè)廢渣的形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)，使用新一代聚羧酸高效減水劑和保水增稠引氣組分，采用常規(guī)原材料和普通生產(chǎn)工藝，制備低成本、高性能并適于規(guī)?；a(chǎn)的具有超高泵送高度的大流動(dòng)性超高強(qiáng)混凝土，對(duì)于節(jié)省能源、資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高水泥混凝土材料的各項(xiàng)重要性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，利用我國(guó)資源豐富的粉煤灰、礦渣工業(yè)廢渣和少量硅灰，經(jīng)合理復(fù)合大量取代水泥，再通過(guò)使用減水率35%以上的聚羧酸類高效外加劑和保水增稠引氣組分，制備出泵送高程可達(dá)400m以上的C80C100超高強(qiáng)混凝土。技術(shù)方案聚羧酸類外加劑具有很高的減水率，吸附在水泥顆粒的表面，利用空間位阻效應(yīng)來(lái)充分分散水泥顆粒，使W/B=0.20的混凝土拌合物仍具有良好的流動(dòng)性，同時(shí)其表面張力也較小，因此摻加聚羧酸類外加劑的混凝土的粘度也較低，在一定程度上減少了超高強(qiáng)混凝土的粘稠、扒底的問(wèn)題。保水增稠引氣組分中的保水增稠組分可以保持超高強(qiáng)混凝土中的拌合水在泵送過(guò)程中不被迅速擠出，引氣組分可以產(chǎn)生大量分布均勻的微小氣泡，潤(rùn)滑超高強(qiáng)混凝土拌合物的流動(dòng)性能。復(fù)合工業(yè)廢渣中的粉煤灰為光圓的球形體，起"滾珠"作用，可明顯提高混凝土的流動(dòng)性能；磨細(xì)礦渣粉為表面致密的玻璃體，有一定的減水效果；硅灰是粒徑非常細(xì)小的球形顆粒，可以填充水泥顆粒間和集料-基體界面區(qū)，同時(shí)其火山灰活性較高，具有明顯的增強(qiáng)作用。再通過(guò)適當(dāng)提高砂率，使用粒形圓滑的碎石和河砂，制備出泵送高程可達(dá)400m以上的C80C100超高強(qiáng)混凝土。本發(fā)明具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土各組分的質(zhì)量百分比為水泥11.916.2%復(fù)合工業(yè)廢渣4.212.2%高效減水劑保水增稠引氣組分水砂石0.250.58%0.160.25%4.85.7%26.729.4%41.644.3%所述的水泥是強(qiáng)度等級(jí)42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。所述的復(fù)合工業(yè)廢渣是超細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰的任意兩種或三種材料的混合物。所述的高效減水劑是減水率35%以上的聚羧酸類外加劑。所述的保水增稠引氣組分是由木質(zhì)素纖維、纖維素醚、脂肪醇硫酸鈉和偏高嶺土混合均勻而成，各組分所占比例為木質(zhì)素纖維14.144.1%纖維素醚3.3~6.1%脂肪醇硫酸鈉2.34.7%偏高嶺土46.980.1%。所述的砂是最大粒徑5mm的普通黃砂或河砂，含泥量《2%。所述的石是高強(qiáng)的玄武巖碎石、輝綠巖碎石、石灰?guī)r碎石的一種，含泥量《1%，針片狀含量《5%,壓碎值《5%。按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、砂、石，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起成混合干料；然后按配方比例稱取高效減水劑、保水增稠引氣組分和水，將其在容器中混合均勻成所需的水劑；將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的混合干料中，在攪拌機(jī)中攪拌成均勻的大流動(dòng)性混凝土。有益效果與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)相比，該項(xiàng)成果具有以下特色(1)本發(fā)明所使用的原材料全部為普通混凝土制備過(guò)程中所用的常規(guī)材料，原材料易得，價(jià)格低廉。(2)本發(fā)明的超高強(qiáng)混凝土具有良好的流動(dòng)性能，可以一級(jí)泵送高程達(dá)400mm，適于密集配筋、形狀復(fù)雜的高層建筑、大跨徑結(jié)構(gòu)等大型土木工程領(lǐng)域。具體實(shí)施方式本發(fā)明的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法，是由七大組分組成，其比例為水泥11.916.2%復(fù)合工業(yè)廢渣4.212.2%高效減水劑0.250.58%保水增稠弓I氣組分0.160.25%水4.85.7%砂26.729.4%石41.644.3%1、水泥水泥是強(qiáng)度等級(jí)42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。2、復(fù)合工業(yè)廢渣由超細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰的兩種或三種組成的混合物。其中，超細(xì)粉煤灰是火力發(fā)電廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求需水量比《95%，燒失量《5%，比表面積》600m々kg;磨細(xì)礦渣粉是煉鐵廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求比表面積^600mVkg;硅灰是硅合金廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求Si02含量》90。/。，比表面積》15000m2/kg。3、高效外加劑減水率》35%的聚羧酸類外加劑。4、保水增稠引氣組分是由于木質(zhì)素纖維、纖維素醚、脂肪醇硫酸鈉和偏高嶺土混合均勻而成，各組分所占比例為木質(zhì)素纖維14.144.1%、纖維素醚3.36.1%、脂肪醇硫酸鈉2.34.7%、偏高嶺土46.980.1%份。其中木質(zhì)素纖維為絮狀木質(zhì)纖維；脂肪醇硫酸鈉在市售工業(yè)純脂肪醇硫酸鈉；纖維素醚為甲基羥乙基纖維素醚或甲基羥丙基纖維素醚中的一種，粘度為3000050000mPaS;偏高嶺土的比表面積為800015000m2/kg。5、砂如河砂、黃砂，要求所用材料的細(xì)度《5mm，含泥量《2%。6、石玄武巖碎石、輝綠巖碎石、石灰?guī)r碎石的一種，要求所用材料連續(xù)級(jí)配、顆粒粒徑520mm，含泥量《1%，針片狀含量《5%，壓碎值《5%。7、本發(fā)明提出的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法，具體步驟如下(1)按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、砂、石，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起；(2)按配方比例稱取高效減水劑、保水增稠引氣組分和水，將其在容器中混合均勻；(3)將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的千料中，在攪拌機(jī)中攪拌成均勻的大流動(dòng)性混凝土。結(jié)合本
發(fā)明內(nèi)容提供以下實(shí)施例具于超高泵送高度的超高強(qiáng)混凝土是由水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、高效減水劑、保水增稠引氣組分、砂、石和水按一定比例混合均勻而成，根據(jù)應(yīng)用需要，通過(guò)調(diào)整發(fā)明配方，可以獲得所需要的性能。本發(fā)明的制備方法是(1)按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、砂、石，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起；(2)按配方比例稱取高效減水劑、保水增稠引氣組分和水，將其在容器中混合均勻；(3)將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的干料中，在攪拌機(jī)中攪拌成均勻的大流動(dòng)性混凝土。實(shí)施例1-10，本發(fā)明不限于以下實(shí)施例采用江南小野田P.II42.5硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)M-2.8的贛州中粗河砂，南京六合的520mm連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石，江蘇省建科院減水率35%以上的聚羧酸高效減水劑、南通華能I級(jí)粉煤灰、上海?？系墓杌?、江南水泥廠的比表面積600m2/kg的S95磨細(xì)礦渣。泵送使用"三一"拖泵。lmS超高強(qiáng)混凝土中各組分用量如表l所示，對(duì)應(yīng)的物理性能、泵送性能和力學(xué)性能如表2所示。表l超高強(qiáng)混凝土各組分用量<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2超高強(qiáng)混凝土物理性能、泵送性能和力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上述實(shí)施例的結(jié)果如下1、本發(fā)明配制的具有超高泵送性能的C80C100超高強(qiáng)混凝土水泥用量295398kg，膠凝材料總用量500615kg，復(fù)合工業(yè)廢渣摻量2050%(占膠凝材料總量)，水膠比0.200.28，高效減水劑摻量1.12.5%(占膠凝材料總量)，保水增稠引氣組分摻量0.81.0%(占膠凝材料總量)，用水量118140kg，砂率3840%。2、本發(fā)明配制的超高強(qiáng)混凝土的坍落度215255mm，擴(kuò)展度450710mm，含氣量3.85.2%,可以一級(jí)泵送高程達(dá)到400m以上，28天抗壓強(qiáng)度99119MPa。權(quán)利要求1、一種具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，各組分的質(zhì)量百分比為水泥11.9～16.2％復(fù)合工業(yè)廢渣4.2～12.2％高效減水劑0.25～0.58％保水增稠引氣組分0.16～0.25％水4.8～5.7％砂26.7～29.4％石41.6～44.3％。2、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的水泥是強(qiáng)度等級(jí)42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。3、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的復(fù)合工業(yè)廢渣是超細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰的任意兩種或三種材料的混合物。4、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的高效減水劑是減水率35%以上的聚羧酸類外加劑。5、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的保水增稠引氣組分是由木質(zhì)素纖維、纖維素醚、脂肪醇硫酸鈉和偏高嶺土混合均勻而成，各組分所占比例為木質(zhì)素纖維14.144.1%纖維素醚3.36.1%脂肪醇硫酸鈉2.34.7%偏高嶺土46.980.1%。6、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的砂是最大粒徑5mm的普通黃砂或河砂，含泥量《2%。7、如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土，其特征在于，所述的石是高強(qiáng)的玄武巖碎石、輝綠巖碎石、石灰?guī)r碎石的一種，含泥量《1%，針片狀含量《5%，壓碎值《5%。8、一種如權(quán)利要求1所述的具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土的制備方法，其特征在于，按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、砂、石，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起成混合干料；然后按配方比例稱取高效減水劑、保水增稠引氣組分和水，將其在容器中混合均勻成所需的水劑；將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的混合干料中，在攪拌機(jī)中攪拌成均勻的大流動(dòng)性混凝土。全文摘要具有超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法具體涉及超高泵送性能的超高強(qiáng)混凝土及其制備方法，主要用于高層建筑、大跨徑橋梁、高速鐵路、大型隧道、海洋石油平臺(tái)、核電工程、防護(hù)工程等大型土木工程，各組分及其質(zhì)量百分比為水泥11.9～16.2％，復(fù)合工業(yè)廢渣4.2～12.2％，高效減水劑0.25～0.58％，保水增稠引氣組分摻量0.16～0.25％，水4.8～5.7％，砂26.7～29.4％，石41.6～44.3％。其中，膠凝材料總量(水泥和各種工業(yè)廢渣的總和)500～615kg，復(fù)合工業(yè)廢渣占膠凝材料總量的20～50％，水膠比0.20～0.28，高效減水劑占膠凝材料總量的1.1～2.5％，保水增稠引氣組分占膠凝材料總量的0.8～1.0％，砂率38～40％。文檔編號(hào)C04B14/06GK101323515SQ20081002264公開(kāi)日2008年12月17日申請(qǐng)日期2008年7月18日優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日發(fā)明者張?jiān)粕?賈艷濤申請(qǐng)人:東南大學(xué)