本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)能環(huán)保并能提高混凝土抗?jié)B性的摻合料及其制備方法。
背景技術(shù)：
混凝土是指由膠凝材料將骨料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱。通常講的混凝土是指用水泥作膠凝材料，砂、石作骨料，與水、摻合料或外加劑按一定比例配合，經(jīng)攪拌而得的水泥混凝土，也稱普通混凝土，它廣泛應(yīng)用于土木工程。
目前，水泥的生產(chǎn)過(guò)程是將礦石研磨成粉，煅燒后再用球磨機(jī)研磨而成，而隨著混凝土用量的逐年增加，許多地方的天然礦石資源出現(xiàn)了匱乏；為了降低水泥的生產(chǎn)成本，減少混凝土中水泥的用量，改善混凝土性能，節(jié)約用水，通常在混凝土的膠凝材料中摻入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉狀礦物質(zhì)做摻合料，常用的混凝摻合料有粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰類等物質(zhì)，尤其是粉煤灰、超細(xì)?；姞t礦渣、硅灰等應(yīng)用效果良好。然而，單獨(dú)的粉煤灰、超細(xì)?；姞t礦渣或硅灰并不能十分有效的提升混凝土的工作性能，配比不合理的摻合料不僅不能降低膠凝材料的生產(chǎn)成本，還起不到合理優(yōu)化混凝土工作性能的作用，因此，如何選擇合適的原料作為摻合料并改良摻合料中各原料的配比，使所得的摻合料既能充分利用廢棄物，有效降低水泥的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生環(huán)境及經(jīng)濟(jì)方面的效益，又能增加混凝土的抗?jié)B性、坍落度、可泵性等工作性能是本發(fā)明的研究目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種混凝土摻合料及其制備方法，采用本發(fā)明的摻合料制備混凝土不僅節(jié)能、環(huán)保，可減少30％的水泥用量還能提高混凝土的抗?jié)B性。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉44-66份、粉煤灰24-36份、磷渣16-24份、硅灰4-6份。
本發(fā)明選擇石灰石粉作為摻合料的主要成分，以粉煤灰、磷渣和硅灰作為輔料，其中粉煤灰、磷渣和硅灰均為工業(yè)廢料，存放需占用大量土地并產(chǎn)生有污染的廢水，磷渣久置還會(huì)產(chǎn)生廢氣，因此采用粉煤灰、磷渣和硅灰作為輔料可以實(shí)現(xiàn)廢料再利用，有效的降低廢棄物的產(chǎn)生。
其中，粉煤灰可節(jié)約大量的水泥和細(xì)骨料，減少用水量，改善混凝土拌和物的和易性，增強(qiáng)混凝土的可泵性，減少混凝土的徐變，減少水化熱、熱能膨脹性，提高混凝土抗?jié)B能力，增加混凝土的修飾性；
磷渣具有較高的礦物活性。不具備水硬活性，摻入混凝土后，必須被水泥中水泥熟料(水泥熟料是以石灰石和粘土、鐵質(zhì)原料為主要原料，按適當(dāng)比例配制成生料，燒至部分或全部熔融，并經(jīng)冷卻而獲得的半成品。硅酸鹽水泥熟料加適量石膏共同磨細(xì)后，即成硅酸鹽水泥)的水化產(chǎn)物氫氧化鈣堿性激發(fā)才能產(chǎn)生水化反應(yīng)，生成膠凝性水化產(chǎn)物，因此磷渣的水化比水泥熟料慢，另一方面磷渣對(duì)水泥混凝土具有緩凝作用，因而使磷渣混凝土早期強(qiáng)度有所降低。不過(guò)若水泥早期水化被抑制，其晶體“生長(zhǎng)發(fā)育”條件好，使水化產(chǎn)物的質(zhì)量顯著提高，水泥石結(jié)構(gòu)更加緊密，內(nèi)部孔隙率下降，氣孔直徑變小，因而對(duì)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展有利，從而使混凝土后期強(qiáng)度提高。此外，磷渣具有較高的活性，其二次水化反應(yīng)會(huì)提高水泥石強(qiáng)度，改善界面結(jié)構(gòu)和孔徑分布，使混凝土后期強(qiáng)度提高；微觀機(jī)理研究證明，磷渣粉摻入水泥漿體后，能顯著地改善硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，使大孔減少，小孔增多，磷渣粉漿體的Ca(OH)2顯著減少，C-S-H增多，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度增加；
硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時(shí)與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體，提高混凝土的流變性能，顯著提高抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能等；
因此，采用粉煤灰、磷渣和硅灰作為輔料既能充分利用廢棄物，又能產(chǎn)生環(huán)境及經(jīng)濟(jì)方面的效益。
本發(fā)明中的石灰石粉用于增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，其對(duì)混凝土強(qiáng)度性能的影響主要通過(guò)三大效應(yīng)來(lái)表現(xiàn)，即加速水化效應(yīng)、活性效應(yīng)和顆粒形貌效應(yīng)。其中加速水化效應(yīng)和活性效應(yīng)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在早期，石灰石粉的加速水化效應(yīng)由其顆粒大小決定，細(xì)顆粒越多，加速水化效應(yīng)越明顯，將石灰石粉作為混凝土摻合料的使用可以加速水泥水化；活性效應(yīng)除了與顆粒大小有關(guān)以外更主要受其成分影響，本發(fā)明將石灰石粉與粉煤灰、磷渣和硅灰按上述重量份進(jìn)行配比，可有效的提高混凝土的活性；石灰石粉的顆粒形貌效應(yīng)具有形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)，其中形態(tài)效應(yīng)表現(xiàn)在石灰石粉本身的多孔特性具有吸水效應(yīng)，使得石屑混凝土的實(shí)際水灰比(水灰比是指混凝土中水的用量與水泥用量的重量比值)小于同配比的普通混凝土，使得混凝土的保水性增強(qiáng)，泌水率減小，減少了自由水在界面上的聚集，因而有利于漿-骨界面的改善；由于石屑表面粗糙，帶有尖銳棱角，石灰石粉不但可使得集料與漿體的咬合力得到增強(qiáng)，而且有利于漿-骨界面的改善；填充效應(yīng)會(huì)對(duì)粉體材料的堆積密度產(chǎn)生影響，從而影響混凝土拌合物的流動(dòng)性、密實(shí)度，表現(xiàn)為對(duì)孔隙率和強(qiáng)度的影響，當(dāng)石灰石粉的顆粒細(xì)度小于水泥的顆粒細(xì)度時(shí)，可以有效填充水泥顆粒之間的縫隙，增加混凝土的密實(shí)性。
本發(fā)明采用上述重量份的配比得到的摻合料在達(dá)到相同的工作性能的條件下，用于泵送混凝土?xí)r可降低15-60％的水泥用量，平均可減少30％的水泥用量，因此，從客觀上來(lái)講可降低生產(chǎn)水泥過(guò)程中的能耗及污染排放；使用本發(fā)明的摻合料可增加混凝土的抗?jié)B性、坍落度、擴(kuò)展度和泌水性，降低混凝土的粘性從而提高可泵性。
優(yōu)選地：一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉49.5-60.5份、粉煤灰27-33份、磷渣18-22份、硅灰4.5-5.5份。
進(jìn)一步地：一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉55份、粉煤灰30份、磷渣20份、硅灰5份。
優(yōu)選地：所述石灰石粉中碳酸鈣的含量大于等于75％。
其中碳酸鈣含量的測(cè)試方法應(yīng)按1.785倍CaO含量折算，CaO含量應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建材用石灰石、生石灰和熟石灰化學(xué)分析方法》GB/T5762測(cè)定。
優(yōu)選地：所述粉煤灰的燒失量小于等于8％。
燒失量(Loss on ignition，縮寫(xiě)為L(zhǎng)OI)，即將在105-110℃烘干的原料在1000-1100℃灼燒后失去的重量百分比。原料燒失量的分析有其特殊意義。它表征原料加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物(如H2O、CO2等)和有機(jī)質(zhì)含量的多少，從而可以判斷原料在使用時(shí)是否需要預(yù)先對(duì)其進(jìn)行煅燒，使原料體積穩(wěn)定。
優(yōu)選地：所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量大于等于80％。
優(yōu)選地：所述硅灰中SiO2的含量大于等于80％。
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰進(jìn)行烘干；
(2)將烘干后的各原料分別進(jìn)行粉碎，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微?；旌暇鶆?，即得混凝土摻合料。
優(yōu)選地：步驟(1)中所述烘干為在100-105℃下烘至各原料中水分含量小于等于4％。
優(yōu)選地：步驟(2)中所述石灰石粉、粉煤灰、磷渣的微粒粒徑小于100μm，所述硅灰的微粒粒徑為0.1-1μm。
一種所述混凝土摻合料的使用方法，為將所述混凝土摻合料與水泥以3-12：20的重量比進(jìn)行摻配，其中所述混凝土摻合料的粒徑小于所述水泥的粒徑。
石粉是石頭的粉末的通稱，分為麥飯石粉、重鈣粉、滑石粉、白云石粉、膩?zhàn)臃鄣鹊龋塾猛緩V泛，用其制造的產(chǎn)品在我們的生活中無(wú)處不見(jiàn)，例如：塑料、鈣片、化妝品、衣服、牙膏等等。
粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。
磷渣是電爐法制取黃磷時(shí)得到的一種經(jīng)冷淬處理后的工業(yè)廢渣-?；姞t磷渣，簡(jiǎn)稱磷渣。其主要成分為硅酸鹽玻璃體，主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、Al2O3，此外還有少量的TiO2、Fe2O3、P2O5、MgO、F以及微量的MnO、K2O、Na2O，具有較高的潛在水化活性。
硅灰又叫微硅粉或凝聚硅灰，是鐵合金在冶煉硅鐵和工業(yè)硅(金屬硅)時(shí)，礦熱電爐內(nèi)產(chǎn)生出大量揮發(fā)性很強(qiáng)的SiO2和Si氣體，氣體排放后與空氣迅速氧化冷凝沉淀而成。
本發(fā)明的有益效果為：
1、減少水泥用量：在達(dá)到相同工作性能的的條件下，將本發(fā)明的摻合料應(yīng)用于泵送混凝土?xí)r可降低15％-60％的水泥用量，平均可減少30％的水泥用量，客觀上降低了生產(chǎn)水泥過(guò)程中的能耗及污染排放；
2、合理利用廢棄物：本發(fā)明中所用到粉煤灰、磷渣和硅灰均為工業(yè)廢料，存放需占用大量土地并產(chǎn)生有污染的廢水，磷渣久置還會(huì)產(chǎn)生廢氣，因此采用粉煤灰、磷渣和硅灰作為輔料可以有效的降低廢棄物的產(chǎn)生；
3、增加混凝土的抗?jié)B性：使用本產(chǎn)品進(jìn)行20-40％的摻量等同于摻用抗?jié)B外加劑(UEA膨脹劑)的混凝土的抗?jié)B能力，采用本產(chǎn)品可直接配制抗?jié)B要求達(dá)到P10的抗?jié)B等級(jí)。
4、優(yōu)化混凝土的工作性能：降低水泥的用量，增加摻合料的細(xì)度從而提高混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和泌水性，降低混凝土的粘性進(jìn)而提高混凝土的可泵性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用本發(fā)明摻合料的混凝土其2cm坍落度損失與基準(zhǔn)混凝土相比時(shí)間延長(zhǎng)1-3倍。
綜上所述，本發(fā)明的有益效果為合理利用廢物，節(jié)能、環(huán)保且可提高混凝土的抗?jié)B性，優(yōu)化混凝土的工作性能。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
以下實(shí)施例中所用到的粉煤灰由上海微析科技有限公司提供；磷渣粉由貴州甕福磷礦所提供；硅灰由貴州信達(dá)爐料公司提供；石灰石粉為自行研磨，成品標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：
實(shí)施例1
一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉44份、粉煤灰24份、磷渣16份、硅灰4份。
上述原料中各指標(biāo)如下所示：
石灰石粉中碳酸鈣的含量為75％；所述粉煤灰的燒失量為8％；所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量為80％；所述硅灰中SiO2的含量為80％；
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰在100℃下烘至各原料中水分含量為4％；
(2)將烘干后的石灰石粉、粉煤灰、磷渣分別進(jìn)行粉碎至粒徑為100μm，將烘干后的硅灰粉碎至粒徑為1μm，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微?；旌暇鶆颍吹没炷翐胶狭?。
實(shí)施例2
一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉49.5份、粉煤灰27份、磷渣18份、硅灰4.5份。
上述原料中各指標(biāo)如下所示：
石灰石粉中碳酸鈣的含量為78％；所述粉煤灰的燒失量為7％；所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量為81％；所述硅灰中SiO2的含量為81％；
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰在100℃下烘至各原料中水分含量為4％；
(2)將烘干后的石灰石粉、粉煤灰、磷渣分別進(jìn)行粉碎至粒徑為80μm，將烘干后的硅灰粉碎至粒徑為0.1μm，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微?；旌暇鶆?，即得混凝土摻合料。
實(shí)施例3
進(jìn)一步地：一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉55份、粉煤灰30份、磷渣20份、硅灰5份。
上述原料中各指標(biāo)如下所示：
石灰石粉中碳酸鈣的含量為79％；所述粉煤灰的燒失量為6％；所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量為82％；所述硅灰中SiO2的含量為82％；
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰在102℃下烘至各原料中水分含量為3％；
(2)將烘干后的石灰石粉、粉煤灰、磷渣分別進(jìn)行粉碎至粒徑為70μm，將烘干后的硅灰粉碎至粒徑為0.1μm，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微?；旌暇鶆?，即得混凝土摻合料。
實(shí)施例4
一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉60.5份、粉煤灰33份、磷渣22份、硅灰5.5份。
上述原料中各指標(biāo)如下所示：
石灰石粉中碳酸鈣的含量為80％；所述粉煤灰的燒失量為5％；所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量為83％；所述硅灰中SiO2的含量為83％；
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰在104℃下烘至各原料中水分含量為3％；
(2)將烘干后的石灰石粉、粉煤灰、磷渣分別進(jìn)行粉碎至粒徑為60μm，將烘干后的硅灰粉碎至粒徑為0.1μm，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微粒混合均勻，即得混凝土摻合料。
實(shí)施例5
一種混凝土摻合料，包括以下重量份的原料：
石灰石粉66份、粉煤灰36份、磷渣24份、硅灰6份。
上述原料中各指標(biāo)如下所示：
石灰石粉中碳酸鈣的含量為81％；所述粉煤灰的燒失量為4％；所述磷渣中磷渣粉的CaO和SiO2的平均含量為85％；所述硅灰中SiO2的含量為85％；
一種混凝土摻合料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將上述重量份的石灰石粉、粉煤灰、磷渣和硅灰在105℃下烘至各原料中水分含量為2％；
(2)將烘干后的石灰石粉、粉煤灰、磷渣分別進(jìn)行粉碎至粒徑為60μm，將烘干后的硅灰粉碎至粒徑為0.1μm，得各原料的微粒；
(3)將所述各原料的微?；旌暇鶆?，即得混凝土摻合料。
實(shí)驗(yàn)證明：
下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3得到的摻合料進(jìn)行工作性能驗(yàn)證，選用強(qiáng)度為42.5的普通硅酸鹽水泥作為水泥基材配制混凝土，其中本發(fā)明實(shí)施例3的摻合料與水泥基材料的摻配范圍為20％-40％，設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組為不使用本發(fā)明的摻合料而摻用等量的UEA膨脹劑作為抗?jié)B外加劑，混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)(P)或滲透系數(shù)來(lái)表示。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用抗?jié)B等級(jí)?？?jié)B等級(jí)是以28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)試件，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所能承受的最大水壓力來(lái)確定。按照GB50164《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果根據(jù)混凝土試件在抗?jié)B試驗(yàn)時(shí)所能承受的最大水壓力，混凝土的抗?jié)B等級(jí)劃分為P4、P6、P8、P10、P12等五個(gè)等級(jí)。檢測(cè)所制得的混凝土的抗?jié)B性結(jié)果如下：
由上表可以看出，使用本發(fā)明摻合料進(jìn)行20-40％的摻量時(shí)與不使用本產(chǎn)品而摻用抗?jié)B外加劑的混凝土抗?jié)B能力相同，使用本產(chǎn)品可直接配制抗?jié)B要求達(dá)到P10的抗?jié)B等級(jí)。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。