新型混凝土及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型混凝土及其制備方法，新型混凝土包括水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂＝0.47：1：0.17～0.40：1.27～2.97：0～1.05：0～1.34。本發(fā)明利用圓球形礦渣陶粒、鋼渣、水渣等工業(yè)廢渣作為原材料研制的新型混凝土，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省廢渣占用土地量，減少了廢渣對(duì)自然環(huán)境的破壞，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減輕自然環(huán)境承受的負(fù)擔(dān)。陶粒、鋼渣及水渣混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能源，并改善居室的舒適性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
新型混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種新型混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，建筑的市場(chǎng)需求量日益提高，每年以16~20億平方 米建筑面積的趨勢(shì)新增。建筑建造消耗了大量的能源、礦產(chǎn)、水、土地和木材等各類(lèi)自然資 源，從而導(dǎo)致了礦產(chǎn)減少、能源緊缺、綠地大面積減少的現(xiàn)狀。隨著我國(guó)資源短缺問(wèn)題日益 嚴(yán)重，許多地方已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模地開(kāi)山采石，自然生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，違背了我國(guó)經(jīng) 濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，研究廢棄資源的有效循環(huán)利用，變廢為寶，可以促進(jìn)自 然生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 高爐水渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣是鋼鐵冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的必然產(chǎn)物，僅2010年柳鋼生鐵產(chǎn)量 917萬(wàn)噸，粗鋼產(chǎn)量1001萬(wàn)噸，共計(jì)產(chǎn)生高爐水渣379.7萬(wàn)噸，鋼渣170萬(wàn)噸，每生產(chǎn)1噸粗鋼 就會(huì)產(chǎn)生0.17噸的鋼渣。如果不能合理地利用這些工業(yè)廢渣，不僅會(huì)占用大量的土地、浪費(fèi) 資源，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。相反，如果能夠有效回收并加以綜合利用這些廢棄資源，既提高 了經(jīng)濟(jì)效益、改善環(huán)境，又實(shí)現(xiàn)了國(guó)家節(jié)能減排的要求。同時(shí)，將工業(yè)廢渣循環(huán)再利用，生產(chǎn) 新型的建筑材料，使有限的資源得以有效的重新利用，又改善了環(huán)保和資源問(wèn)題。
[0004] 《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中著重提出研究綠色、節(jié)能建材，對(duì)于土 木工程領(lǐng)域而言，充分利用陶粒、鋼渣和水渣等工業(yè)廢渣配制成新型材料混凝土墻體材料 就是充分利用工業(yè)廢渣、變廢為寶，符合我國(guó)發(fā)展"綠色、環(huán)保、節(jié)能"的主題。墻體材料是推 進(jìn)我國(guó)建筑節(jié)能工作的重要保證，而新型墻材是伴隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅猛發(fā)展、土地和能 源等不可再生資源的超負(fù)荷開(kāi)發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展歷史短，社會(huì)需求大， 行業(yè)水平較低，科技創(chuàng)新潛力巨大。綜合有效利用工業(yè)廢渣進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)可靠、先進(jìn)合理的 節(jié)能墻體材料具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景，既能夠緩解環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能 夠減少對(duì)自然資源的開(kāi)采，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展宏觀(guān)政策的必然選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決混凝土需求量不斷增高，而現(xiàn)有工業(yè)廢渣不易處理，難 以循環(huán)利用，污染環(huán)境的問(wèn)題，提供了一種新型混凝土及其制備方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種新型混凝土，包括水、水泥、陶粒、鋼 渣、水渣和天然砂。
[0007] 進(jìn)一步的，以質(zhì)量比計(jì)，水:水泥：陶粒:鋼渣:水渣:天然砂=0.47:1:0.17~0.40: 1.27~2.97:0~1.05:0~1.34。
[0008] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47 :1:0.17 : 2.97 : 0 · 53:0 · 67。（ LC-30-50，強(qiáng)度等級(jí) C25)
[0009] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47 :1:0.29: 2.12 : 0 · 53:0 · 67。（ LC-50-50，強(qiáng)度等級(jí) C20)
[0010] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47:1:0.40:1.27: 0 · 53:0 · 67。（ LC-70-50，強(qiáng)度等級(jí) C15)
[0011] 本發(fā)明還公開(kāi)了上述新型混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0012 ] (1)陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡，然后撈出晾干至表面無(wú)積水；
[0013] (2)混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌均勻，再加入 水泥攪拌均勻，最后加水?dāng)嚢?，得到混凝土拌合物?br>[0014] (3)成型:將所述混凝土拌合物注入模具成型；
[0015] (4)養(yǎng)護(hù):對(duì)成型后的所述混凝土進(jìn)行保潮養(yǎng)護(hù)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述混合步驟具體為：將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行 混合，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌30s，使粗細(xì)骨料攪拌均勻;再加入水泥攪拌30s，使水泥在骨 料中均勾分布;最后加水?dāng)嚢?min，得到混凝土拌合物。
[0017] 進(jìn)一步的，所述成型步驟采用二次裝模、二次振搗的方法，具體包括：
[0018] (1)第一次裝模，將混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，機(jī)械振搗5~7s至 密實(shí)；
[0019] (2)第二次裝模，要使混凝土拌合物高出模具，再用機(jī)械振搗5~7s;
[0020] (3)對(duì)振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行人工抹壓，防止陶粒發(fā)生浮起的現(xiàn)象；
[0021] (4)若成型過(guò)程中陶粒上浮，可在成型后lh再進(jìn)行一次人工抹面。
[0022] 進(jìn)一步的，所述養(yǎng)護(hù)步驟具體為:溫度18-22Γ、相對(duì)濕度>95%的條件下對(duì)所述 成型后的混凝土養(yǎng)護(hù)28d。若當(dāng)養(yǎng)護(hù)壞境的溫度高于20°C，須用塑料布覆蓋在混凝土試件及 砌塊上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆一次水。
[0023] 進(jìn)一步的，所述陶粒預(yù)濕步驟中，陶粒在水中浸泡1小時(shí)。
[0024] 進(jìn)一步的，所述混合步驟中，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂= 0.47:1:0.17~0.40:1.27~2.97:0~1.05:0~1.34。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果：
[0026] 1)本發(fā)明生產(chǎn)的新型混凝土有不同強(qiáng)度等級(jí)，其所用的原材料，除了傳統(tǒng)混凝土 所用的水泥、砂、和水組分外，還利用工業(yè)廢渣陶粒、鋼渣、水渣作為摻合料。該種新型混凝 土能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等提供所需要的強(qiáng)度。
[0027] 2)本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好 等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能 源，并改善居室的舒適性。
[0028] 3)本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝土配合比的確定，方法簡(jiǎn)單合 理，各參量物理意義明確，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。
[0029] 4)本發(fā)明利用工業(yè)廢渣作為原材料，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省土地占 用，減輕工業(yè)廢渣污染，減少?gòu)U渣對(duì)自然環(huán)境的破壞，節(jié)約天然資源的開(kāi)采，有利于緩解大 量工業(yè)廢渣的處置問(wèn)題和日益嚴(yán)重的資源問(wèn)題。有利于促進(jìn)資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，從根 本上解決我國(guó)工業(yè)廢渣存在的問(wèn)題，同時(shí)也可以建立健全適合我國(guó)實(shí)際情況的工業(yè)廢渣綜 合處置系統(tǒng)。另外也促進(jìn)了我國(guó)的科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境和社會(huì)發(fā)展，均具有重要的理 論意義和實(shí)用價(jià)值。
[0030]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中陶粒取代率對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鋼渣取代率對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響圖。
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0037]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0038]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0039]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0040]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0041 ]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0042]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)圖；
[0043]圖12為本發(fā)明實(shí)施例中立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 以下將配合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0045] 實(shí)施例
[0046] 一、材料
[0047] 1.1水泥
[0048] 扶綏新寧海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌普通硅酸鹽水泥P.0 42.5，其基本性能 見(jiàn)表1。
[0049] 表1水泥基本性能
[0050]
[0051 ] 1.2陶粒
[0052]采用廣西華桂陶粒制品有限公司生產(chǎn)的400級(jí)圓球形礦渣陶粒，礦渣陶粒是一種 多孔材料，其具有輕質(zhì)、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、環(huán)保等優(yōu)良特點(diǎn)。
[0053] 根據(jù)《輕集料及其試驗(yàn)方法》GB/T 17431.1-2010第1部分的規(guī)程，經(jīng)過(guò)人工清洗、 篩分，選取粒徑為5~12mm的圓球形礦渣陶粒進(jìn)行在廣西大學(xué)材料試驗(yàn)室進(jìn)行基本性能試 驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
[0054] 表2陶粒的基本性能
[0055]
[0056] 1.3鋼渣
[0057] 本試驗(yàn)所用的鋼渣使用經(jīng)過(guò)柳鋼碾壓、破碎及篩網(wǎng)篩選處理的廢棄鋼渣。鋼渣目 前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品很少，沒(méi)有形成一定的生產(chǎn)規(guī)模，鋼渣僅在煉鋼廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理回 收少量金屬，極少量鋼渣用于填路，其余大量尾渣均集中進(jìn)行堆放處理，形成待處理渣山， 長(zhǎng)期積累占用了大量的土地，成了 一個(gè)必須解決的環(huán)保問(wèn)題。
[0058] 本試驗(yàn)將對(duì)柳鋼廢棄的鋼渣進(jìn)行回收利用，用破碎機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的破碎后，再進(jìn)行 篩分處理，選用粒徑5.0~26.5mm級(jí)配良好的鋼渣作為陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的粗骨 料，按照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006的規(guī)定進(jìn)行材料性能試 驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果如表3所示。
[0059] 表3鋼渣基本性能
[0060]
[0061 ] 1.4水渣
[0062]本試驗(yàn)所用的細(xì)骨料分為天然砂和水渣，天然砂采用邕江河砂，水渣使用柳鋼碾 壓、破碎及篩網(wǎng)篩選處理的廢棄高爐水渣。通過(guò)對(duì)比水渣和天然砂的篩分試驗(yàn)結(jié)果可以看 出：水渣和天然砂均屬于2級(jí)級(jí)配區(qū)砂，且水渣的顆粒分布明顯偏窄，其粒徑在2.36mm以上 的僅占顆?？偭康?.4%，顆粒尺寸主要集中在0.30mm~2.36mm范圍內(nèi)。細(xì)骨料的篩分結(jié)果 如表4所示。
[0063]表4細(xì)骨料的篩分結(jié)果
[0064]
[0065] 注：△1、厶2^3^4、厶5^6表示篩孔直徑為4.75111111、2.36111111、1.18111111、60(^111、30(^111、 150μηι的累計(jì)篩余量（％ )。
[0066]水渣在滿(mǎn)足《建筑材料放射性核素限量》GB 6566-2010的要求下，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑用砂》GB/T 14684-2011及《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006進(jìn) 行試驗(yàn)及評(píng)定，其基本物理性能如表5所示。
[0067] 表5細(xì)骨料基本性能
[0068]
[0069] 1.5水
[0070]拌合用水使用廣西大學(xué)飲用水。
[0071 ] 二、新型混凝土制備
[0072] 新型混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0073] (1)陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡1小時(shí)，然后撈出晾干至表面無(wú)積水。
[0074] (2)混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī) 攪拌30s，使粗細(xì)骨料攪拌均勻;再加入水泥攪拌30s，使水泥在骨料中均勻分布;最后加水 攪拌2min，得到混凝土拌合物。水、水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂配比如表6所示。
[0075] 表6新型混凝土材料配合比
[0076]
[0077] 注：1、陶粒采用預(yù)濕處理，保證有效水灰比；2、LC-50_30表示：陶粒取代率為50%， 水渣取代率為30 %。
[0078] (3)采用二次裝模、二次振搗的方法成型：
[0079] ①第一次裝模，將混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，機(jī)械振搗5~7s至密 實(shí)；
[0080] ②第二次裝模，要使混凝土拌合物高出模具，再用機(jī)械振搗5~7s;
[0081] ③對(duì)振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行人工抹壓，防止陶粒發(fā)生浮起的現(xiàn)象；
[0082]④若成型過(guò)程中陶粒再次上浮，可在成型lh后再進(jìn)行一次人工抹面即可，以達(dá)到 較好的試件勻質(zhì)性和外觀(guān)平整性。
[0083] (4)養(yǎng)護(hù):溫度18-22Γ、相對(duì)濕度>95%的條件下養(yǎng)護(hù)28d。若當(dāng)養(yǎng)護(hù)壞境的溫度 高于20°C，須用塑料布覆蓋在混凝土試件及砌塊上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆 一次水。
[0084]三、新型混凝土性能試驗(yàn) [0085] 3.1和易性與表觀(guān)密度試驗(yàn)及分析
[0086]新型材料拌合物試塊成型后無(wú)泌水現(xiàn)象，和易性良好。按照《普通混凝土拌合物性 能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，對(duì)陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土進(jìn)行表觀(guān)密度測(cè)定。陶粒、鋼渣及水 渣砂混凝土的表觀(guān)密度試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
[0087]表7新型材料拌合物的物理性能
[0089] 隨著水渣代砂率的改變，坍落度、表觀(guān)密度變化不大，粘聚性和保水性基本保持良 好，新型材料拌合物和易性滿(mǎn)足要求;隨著陶粒取代率的提高，混凝土表觀(guān)密度逐漸減少， 其中陶粒取代率提高20%，混凝土的表觀(guān)密度下降13%左右，重量減輕較大。陶粒取代率為 70 %時(shí)，新型材料混凝土中表觀(guān)密度小于1950kg/nf3，滿(mǎn)足輕骨料混凝土的的要求。
[0090] 3.2立方體力學(xué)性能試驗(yàn)
[0091] 新型材料混凝土按照9種不同配合比澆筑成標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每組3個(gè)，共9組。根 據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，采用電液式壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方 體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的受壓過(guò)程、破壞形態(tài)特征、極限荷 載。
[0092]陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體受壓過(guò)程裂紋的發(fā)展規(guī)律與最終破壞形態(tài)和普 通混凝土試件基本類(lèi)似?；炷猎嚰芰?，在其受力方向首先發(fā)生壓縮變形。隨著壓力逐 漸增加，混凝土應(yīng)力逐漸變大，試件的變形明顯，首先在混凝土試件的表面出現(xiàn)細(xì)微的豎向 裂縫，然后開(kāi)始上下延伸，出現(xiàn)一系列微小的陶粒表皮炸開(kāi)的聲音，緊接著陶粒破碎的"吱 吱"聲音越來(lái)越明顯。裂縫開(kāi)始向混凝土試件角部延伸，形成了八字形正倒相連的裂縫。隨 著荷載繼續(xù)增加，混凝土開(kāi)始剝落，試件宣布破壞。
[0093]混凝土立方體試件的最終破壞形態(tài)為八字形正倒相接的四角錐。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)混凝 土的破壞基本為陶粒骨料的破壞，陶粒骨料破碎后迅速發(fā)展到水泥石基體的破壞，幾乎未 見(jiàn)鋼渣的破壞。這是因?yàn)樘樟３识嗫捉Y(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度和剛度都比水泥基體低。因此，陶粒強(qiáng)度 對(duì)混凝土的強(qiáng)度有很大的影響，鋼渣、砂漿之間的界面對(duì)混凝土的強(qiáng)度不起決定作用。而隨 著水渣代砂率的改變，新型材料混凝土立方體試件的破壞特征基本一致。
[0094]不同配合比下新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。
[0095]表8立方體抗壓強(qiáng)度
[0096]
[0097] 將新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值與取代率的關(guān)系用軟件進(jìn)行擬合，得到 如圖1和2所示的線(xiàn)性關(guān)系。
[0098] 隨著陶粒取代率的提高，鋼渣摻量的減少，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。分析其原 因在于陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土中，輕骨料陶粒的強(qiáng)度和彈性模量往往都低于水泥砂漿 本身，陶粒的強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度主要因素。其次陶粒與水泥砂漿的粘結(jié)力大，所以混凝 土立方體試件的破壞基本為陶粒骨料首先發(fā)生破壞，隨后混凝土達(dá)到極限抗壓承載力。
[0099] 鋼渣取代混凝土中的粗集料，其混凝土和易性好，力學(xué)強(qiáng)度高。隨著鋼渣摻量的依 次增大，使水泥砂漿與骨料之間的界面得到強(qiáng)化，混凝土的力學(xué)性能得到了顯著改善。 [0100]水渣的參入對(duì)新型材料混凝土的產(chǎn)生了較大影響，隨著水渣取代率的提高，試件 的強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)取代率為50 %時(shí)，混凝土強(qiáng)度比0 %、100%水渣取代率的新型材料 混凝土強(qiáng)度分別提高了 2%、8%左右。因?yàn)樗瘜W(xué)成分含有大量的活性5102)1203以及 CaO,具有一定的膠凝活性，而砂子在常溫下是惰性材料，在混凝土中摻入一定量的水渣后， 水渣本身的活性作用，生成硅酸鈣凝膠，使界面黏結(jié)性得到明顯改善，從而提高了混凝土的 強(qiáng)度。而當(dāng)水渣代砂率超過(guò)50%時(shí)，由于水渣細(xì)骨料自身孔隙、裂紋較多，混凝土強(qiáng)度有降 低趨勢(shì)，在實(shí)際工程中，水渣的摻量不應(yīng)超過(guò)50%，水渣取代細(xì)骨料在40%~50%為宜。 [0101] 3.3棱柱體軸心抗壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)試驗(yàn)
[0102]軸心抗壓強(qiáng)度能更準(zhǔn)確反應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn) 能夠全面、宏觀(guān)的反應(yīng)新型材料的力學(xué)性能。本文通過(guò)對(duì)陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體 試塊進(jìn)行了軸心抗壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)試驗(yàn)研究，研究新型材料混凝土的破壞過(guò)程、破壞特 征、極限荷載及變形性能，并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果回歸得到陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng) 變?nèi)€(xiàn)關(guān)系。
[0103] 新型材料混凝土按照9種不同配合比饒筑成邊長(zhǎng)為150mmX 150mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn) 混凝土棱柱體試件，每組3個(gè)，共27個(gè)棱柱體。放入廣西大學(xué)建材樓標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天后， 根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，進(jìn)行測(cè)試?yán)庵w軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)?曲線(xiàn)。在棱柱體試件的一對(duì)平行面上粘貼應(yīng)變片，采用結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室RMT-201巖石壓力機(jī)的 力-行程控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，并以DH3821靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)對(duì)混凝土的應(yīng)變進(jìn)行采集和修 正。
[0104] 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體軸心受壓破壞過(guò)程與混凝土立方體試件相似。 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體達(dá)到峰值應(yīng)力之前，試塊上逐漸出現(xiàn)少量豎向細(xì)微裂縫， 隨著陶粒摻量越大，混凝土表面可見(jiàn)裂紋出現(xiàn)時(shí)間越晚。隨著試件應(yīng)力不斷增大，混凝土出 現(xiàn)多條豎直方向微裂縫。裂縫不斷發(fā)展，寬度逐漸增大，最后形成斜裂縫貫通整個(gè)界面破 壞。
[0105] 新型材料混凝土棱柱體試塊軸心抗壓試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。
[0106] 表9新型材料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
[0107]
[0108] 對(duì)于陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土，由于其組成的原材料與普通混凝土不同，試件內(nèi) 部的結(jié)構(gòu)與其強(qiáng)度形成機(jī)理也存在差異，故陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的破壞過(guò)程也有其 自身的特點(diǎn)。陶粒、鋼渣及水渣應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)見(jiàn)圖3-圖11。
[0109] 根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果(圖3-圖11)可以看出：
[0110] 1)不同配合比混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)上升段均可以看作一條直線(xiàn)，說(shuō)明 混凝土受力達(dá)到峰值應(yīng)力前處于彈性階段；當(dāng)混凝土到達(dá)峰值應(yīng)力后，陶粒、鋼渣及水渣砂 混凝土裂縫加速擴(kuò)展延伸，由于混凝土存在一定的變異性，個(gè)別試件應(yīng)力有陡降現(xiàn)象出現(xiàn)。 隨著陶粒摻量的增加，鋼渣摻量的減少，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)反彎點(diǎn)逐漸趨于不明顯。 原因在于陶粒屬于多空材料，陶粒的摻入使得新型材料混凝土達(dá)到極限荷載后，混凝土內(nèi) 部陶粒所壓縮的能量釋放，試件表面裂縫發(fā)展速度加快，最后混凝土試件裂縫貫通而破壞。
[0111] 2)隨著水渣代砂率的增加，混凝土的峰值應(yīng)力先上升后降低。在峰值前段，水渣細(xì) 骨料混凝土的應(yīng)力上差異較小，表明水渣細(xì)骨料自身孔隙、裂紋較多，但仍彈性可用。在受 壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)峰值后段，曲線(xiàn)下降隨著水渣摻量增加而趨緩，水渣細(xì)骨料混凝土脆性 降低，延性增大，可見(jiàn)水渣砂細(xì)骨料對(duì)混凝土的延性有利。
[0112] 3)根據(jù)各配合比應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)的下升段可以看出，陶粒脆性大，但水渣可增加 混凝土延性，對(duì)陶粒的脆性有一定的中和，減緩了新型材料混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)下降段 的陡峭程度。
[0113] 4)部分的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)下降段較為陡峭，強(qiáng)度跌落快。其原因在于陶?？箟簭?qiáng) 度比水泥砂漿低，粗骨料陶粒無(wú)法阻止裂縫的發(fā)展，從而導(dǎo)致裂縫在水泥砂漿出現(xiàn)后迅速 穿過(guò)陶粒擴(kuò)展延伸，混凝土試件宣布破壞。
[0114] 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變
[0115] 與峰值應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)樘樟?、鋼渣及水渣砂混凝土的峰值?yīng)變。陶粒、鋼渣及 水渣砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)在其下降段、收斂段與普通混凝土存在差異。同時(shí)，根據(jù)混 凝土的配合比不同，其峰值應(yīng)變、峰值應(yīng)力也不一樣。各摻量對(duì)混凝土峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變 都的影響程度由大到小分別為:陶粒、鋼渣、水渣。陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的峰值應(yīng)力與 峰值應(yīng)變?nèi)绫?0所示。
[0116] 表10混凝土峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變
[0118]從表10可看出，隨著陶粒摻量增大，鋼渣摻量的減少，混凝土密度逐漸減小，混凝 土峰值應(yīng)力顯著下降，而峰值應(yīng)變逐漸增大。陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的峰值應(yīng)變高于普 通混凝土的峰值應(yīng)變，其主要原因是隨著混凝土體積密度的降低，其彈性模量也顯著下降， 且圓球形礦渣陶粒骨料的彈性模量比較低，本身的變形大，相同應(yīng)力情況下應(yīng)變?cè)黾?，從?導(dǎo)致新型材料混凝土的變形性能增大。
[0119]軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
[0120]混凝土立方體試件在受壓時(shí)，由于"環(huán)箍效應(yīng)"的存在，使得抗壓測(cè)試結(jié)果比真實(shí) 情況偏大。為了使測(cè)試結(jié)果更能反應(yīng)混凝土真實(shí)的抗壓強(qiáng)度，我國(guó)采用100X100X300的棱 柱體試件進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以軸心抗壓強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)混凝土最基本的強(qiáng)度指標(biāo)。但 是由于混凝土立方體試件在試驗(yàn)中比較方便制作，并且能夠節(jié)省混凝土原材料，減少試驗(yàn) 成本，因此研究陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體與棱柱體之間的換算關(guān)系是非常必要的。
[0121] 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系受以下幾個(gè)方 面因素影響：
[0122] (1)陶粒密度小，在陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土振搗時(shí)易造成上浮現(xiàn)象。混凝土試 件在受力過(guò)程中，陶粒上浮區(qū)與砂漿區(qū)容易出現(xiàn)裂縫，使混凝土試件抗壓強(qiáng)度減弱。
[0123] (2)在試件加載時(shí)沒(méi)有完全對(duì)中，容易出現(xiàn)偏心受壓，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果受到影響。
[0124] (3)由于混凝土試模的各邊角垂直度和表面平整度存在一定的偏差，制作的混凝 土試件存在一定的誤差，因此其受力性能也會(huì)受到影響。
[0125] 本試驗(yàn)共進(jìn)行9組對(duì)比試驗(yàn)，得到立方體抗壓強(qiáng)度和棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度之間的 關(guān)系如表11所示。
[0126] 表11立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
[0127]
[0128] 從表11可以看出，新型材料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度明顯比立方體抗壓強(qiáng)度低，兩者 之間的比值fc/f?在0.89~0.94之間波動(dòng)，符合一般規(guī)律。對(duì)試驗(yàn)9組數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，通 過(guò)線(xiàn)性擬合，如圖12所示。
[0129] 新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之間存在明顯的線(xiàn)性關(guān)系。目前 輕骨料混凝土主要以公式fc = 〇.93fcu作為兩者之間的換算關(guān)系，陶粒、鋼渣及水渣砂混凝 土的軸壓比比普通混凝土略高，擬合后得到直線(xiàn)回歸方程為:f c = 〇.92f?，具有較高的相關(guān) 性。因此陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土可以采用公式fc = 0.93fcu作為兩種抗壓強(qiáng)度換算公式。
[0130] 本發(fā)明利用圓球形礦渣陶粒、鋼渣、水渣等工業(yè)廢渣作為原材料研制的新型混凝 土，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省廢渣占用土地量，減少了廢渣對(duì)自然環(huán)境的破壞， 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減輕自然環(huán)境承受的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝 土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻 體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能源，并改善居室的舒適性。陶粒、鋼渣及水渣混凝土配合比的 確定，方法簡(jiǎn)單合理，各參量物理意義明確，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明的新型混凝減輕了 工業(yè)廢渣的污染，節(jié)約了天然資源的開(kāi)采，體現(xiàn)了綠色環(huán)保的主題。有利于緩解大量工業(yè)廢 渣的處置問(wèn)題和日益嚴(yán)重的資源問(wèn)題。符合目前建筑"綠色、環(huán)保、節(jié)能"的主題要求，有利 于實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
[0131] 如在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱(chēng)特定成分或方法。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)可理解，不同地區(qū)可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱(chēng)呼同一個(gè)成分。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不 以名稱(chēng)的差異來(lái)作為區(qū)分成分的方式。如在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為 一開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成"包含但不限定于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。說(shuō)明書(shū)后續(xù) 描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本發(fā)明的一般原則為目的，并非 用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0132] 還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的 包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確 列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情 況下，由語(yǔ)句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統(tǒng)中還 存在另外的相同要素。
[0133] 上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí) 進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā) 明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型混凝土，其特征在于，包括水、水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂，以質(zhì)量比 計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=O · 47 :1:0 · 17~O · 40 :1 · 27~2 · 97:0~1 · 05 :0~ 1.34〇2. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣：天然砂= 0.47:1:0.40:1.27:0.53:0.67。3. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣：天然砂= 0.47:1:0.29:2.12:0.53:0.67。4. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣:天然砂= 0.47:1:0.17:2.97:0.53:0.67。5. -種新型混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡，然后撈出晾干至表面無(wú)積水； (2) 混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌均勻，再加入水泥 攪拌均勻，最后加水?dāng)嚢?，得到混凝土拌合物? (3) 成型:將所述混凝土拌合物注入模具成型； (4) 養(yǎng)護(hù):對(duì)成型后的所述混凝土進(jìn)行保潮養(yǎng)護(hù)。6. 如權(quán)利要求5所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述混合步驟具體為:將 預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌30s;再加入水泥攪拌30s;最后加水 攪拌2min，得到混凝土拌合物。7. 如權(quán)利要求6所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述成型步驟采用二次裝 模、二次振搗的方法，具體包括： (1) 第一次裝模，將所述混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，振搗密實(shí)； (2) 第二次裝模，使所述混凝土拌合物高出所述模具，振搗； (3) 對(duì)振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行抹壓，防止陶粒浮起； (4) 若陶粒上浮，可在成型后Ih再進(jìn)行一次人工抹面。8. 如權(quán)利要求7所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)步驟具體為:溫 度18-22Γ、相對(duì)濕度>95%的條件下對(duì)成型后的所述混凝土養(yǎng)護(hù)28d，當(dāng)溫度高于20°C，用 塑料布覆蓋在所述混凝土上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆一次水。9. 如權(quán)利要求8所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述陶粒預(yù)濕步驟中，陶 粒在水中浸泡1小時(shí)。10. 如權(quán)利要求9所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述混合步驟中，以質(zhì)量 比計(jì)，水:水泥：陶粒:鋼渣:水渣:天然砂= 0.47:1:0.17~0.40:1.27~2.97:0~1.05:0~ 1.34〇
【文檔編號(hào)】B28B11/24GK105884297SQ201610220423
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日
【發(fā)明人】鄧志恒, 孔德輔, 寧紀(jì)源, 楊海峰, 馮超
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)