一种绿色环保碎石活性粉末混凝土

摘要

本发明公开了一种绿色环保碎石活性粉末混凝土，由如下质量分配比的原料制成：平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥485~580份；平均粒径0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰105~145份；平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100~130份；平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉100~130份；粒径为0.16~1.63mm石英砂510~590份；粒径为5~14mm的石子795~880份；减水率大于30%的复合高效减水剂15~18份；阻锈剂7~12份；水136~165份；直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80~160份。这种混凝土综合造价低，材料来源广泛、大掺量工业废料；耐化学腐蚀性好，抗碳化性好，抗冻融性好、抗压抗折强度高；自密实性能好，降低了水化热、工作度调整范围大，适应不同施工工艺要求。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种绿色环保碎石活性粉末混凝土。

背景技术

RPC（活性粉末混凝土）是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和800MPa级。现国外主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达130~200MPA，抗折强度可达16~50MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。在国内RPC材料现已经在不断研究和发展，并使用在铁路工程、桥梁预制上。

由于RPC混凝土材料各方面的优越性能，被推广为世界未来发展和使用的主要混凝土材料。但由于现阶段其组成混凝土原材料成本高，石英砂、细石英砂粉及水泥使用量大，混凝土粘度系数大，水化热高、不易形成自密实以及混泥土表面易形成泛碱（霜）等缺点，限制了RPC材料在工程中广泛使用和发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有RPC混凝土的缺陷，提供一种绿色环保碎石活性粉末混凝土，其以碎石和钢纤维为混凝土骨架、价格相对低廉，掺有大量工业废渣，其混凝土性能保持原有RPC混凝土的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定指标，同时改善表面泛碱（霜）、水化热高现象且使其能够有自密实工作性能，以满足其在各个工程领域中的应用。

上述目的是通过以下技术手段加以实现的：

一种绿色环保碎石活性粉末混凝土，由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥485~580份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰105~145份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100~130份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉100~130份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂510~590份；

粒径为5~14mm的石子795~880份；

减水率大于30%的复合高效减水剂15~18份；

阻锈剂7~12份；

水135~165份；

直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80~160份。

上述配方更优选由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510~540份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰115~135份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰110~120份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉110~120份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂550~570份；

粒径为5~14mm的石子830~840份；

减水率大于30%的复合高效减水剂16~17份；

阻锈剂9~10份；

水145~155份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维90~120份。

上述活性粉末混凝土组成采用了最大化致密堆积原理匹配组成，采用了碎石取代部分石英砂和钢纤维一起形成混凝土骨架，充分发挥堆积效应原理，使其RPC混凝土材料来源更广泛。并且采用了大量的工业废渣粉（硅灰、粉煤灰、矿渣）取代部分水泥和细石英砂粉，降低了RPC混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，降低了早期RPC混凝土水化热过高，改善后期易出现泛碱（霜）现象。

优选地，所述粉煤灰中的氧化钙含量为≤10%，游离氧化钙含量为0。低钙Ⅰ级灰相对活性差，反映放热慢，主要作用是拌合物性能润滑改善以及颗粒致密填充作用，后期吸收水化出的氧化钙抑制泛碱现象。

优选地，所述石子的压碎指标小于10%、针片状含量小于5%、含泥量小于0.5%。颗粒级配5~14mm连续级配作为整体混凝土骨架主要搭接结构，针片状含量限制主要在于提高混凝土的流动性能及搭接结构的均匀性，石子压碎指标要小于10%主要在于保证混凝土的结构抗压和抗折强度，含泥量的限制主要作用是保证强度的同时，限制RPC混凝土的收缩性能。

优选地，所述复合高效减水剂的主要成分为消泡剂、引气剂、增效剂和高效减水剂，该组成的减水剂能够提高混凝土的强度并改善混凝土的黏聚性以及保持胶凝材料的高度分散性，从而保证自然养护状态同样可以达到设计的各种性能指标、降低了养护要求指标。

优选地，所述阻锈剂为三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂，从而增加混凝土耐久性，减少和杜绝了RPC混凝土表面钢纤维锈蚀斑点现象，改善了外观。

本发明还提供上述绿色环保碎石活性粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将镀铜钢纤维和石英砂加入搅拌机搅拌2~3分钟至分散均匀；

（2）向搅拌机中加入水泥、硅灰、粉煤灰及矿粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；

（3）向上述搅拌备用材料中依次加入阻锈剂、复合高效减水剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀；

（4）加入石子搅拌1~2分钟后得到所述绿色环保碎石活性粉末混凝土。

上述制备过程中的水依据实际工作度的需要可以适当微调，本制备过程的与普通PRC制作不同，普通PRC采用整体材料搅拌混合分散后进行加水成型，集料与胶凝材料加水搅拌后黏聚性高，材料分散性、均匀性有影响，本制备方法是先形成稳定水灰比的浆体，二次对粗集料进行包裹，整体胶凝材料分散性、一致性好。

本发明还提供上述绿色环保碎石活性粉末混凝土的养护方法，采用标准养护，混凝土指标评定以56天为准。更优选地，标准养护12小时候后加温养护，温度范围为75+5℃，升降温速率不超过15℃/小时，以恒温24小时后的强度为评定。

本发明的有益之处在于：上述配方和制备过程制备的绿色环保碎石活性粉末混凝土，抗压强度可达130~190MPA，抗折强度可达16~30MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能在P50以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失。与原有RPC粉末混凝土指标基本一致；配方中去除了原有的细石英粉，减少了石英砂和水泥的使用量，降低了硅灰使用量，采用了大量碎石、矿粉和粉煤灰对物料进行取代，大大降低了RPC粉末混凝土的成本，改善了RPC混凝土粘聚性高、自密实性差、表面泛碱（霜）现象，充分利用了工业废渣粉等廉价资源，降低了二氧化碳排放量，节约了废渣等处理费用，，改善了工作性能和养护条件，使粉末混凝土应用范围更加广泛。

具体实施方式

实施例1   

按照如下质量比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥515份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰128份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰115份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉115份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂560份；

粒径为5~14mm的石子840份（压碎指标小于10，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂17份（消泡剂：引气剂：增效剂：减水剂为0.02：0.005：0.25：1）；

阻锈剂9份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅酮类复合阻锈剂，比例为3：1）

水150份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维105份

上述原材料配备完成后按照如下步骤进行制备：

（1）将配方限定的镀铜钢纤维和石英砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀。

（2）向搅拌机中加入配方限定的水泥、硅灰、粉煤灰及矿粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用。

（3）向上述搅拌备用材料中依次加入阻锈剂、复合高效减水剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀。

（4）加入石子搅拌1~2分钟后得到绿色环保碎石活性粉末混凝土。

制备过程中的水依据实际工作度的需要可以适当微调。

制备完成后装入标准试模，混凝土标准养护56天或恒温75度养护24小时测定强度即可。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：158MPa；

抗折强度：23.5；

弹性模量：48GPa；

抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度；

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0；

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.2*10^-12m²/s；

抗冻融性：600次循环无冻融质量损失；

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为88秒，标准RPC浆体粘度测定181秒；

自密实性：扩展度510mm，形成自流平状态，标准RPC塌落度为14CM,无扩展度；

表面泛碱：经过干湿循环测试一个月，表面无泛碱现象，标准RPC有泛碱现象；

耐化学腐蚀性：分别侵泡在PH=2的硫酸溶液、PH=3的盐酸溶液、PH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失；

实施例2

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥485份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰105份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰130份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉130份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂510份；

粒径为5~14mm的石子880份（压碎指标小于10，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂15份（消泡剂：引气剂：增效剂：减水剂为0.02：0.005：0.25：1）

阻锈剂7份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅酮类复合阻锈剂，比例为3：1）；

水136份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维80份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：138MPa

抗折强度：17.8MPa

弹性模量：46.5GPa

抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度；

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.32*10^-12m²/s

抗冻融性：600次循环无冻融质量损失

粘聚性：：采用涂料粘度测定仪测定，时间为105秒，标准RPC浆体粘度测定181秒；

自密实性：扩展度390mm，形成自流平状态，标准RPC塌落度为14CM,无扩展度；

表面泛碱：经过干湿循环测试一个月，表面无泛碱现象，标准RPC有泛碱现象；

耐化学腐蚀性：分别侵泡在PH=2的硫酸溶液、PH=3的盐酸溶液、PH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失；

实施例3

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥580份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰145份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰105份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉105份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂590份；

粒径为5~14mm的石子795份（压碎指标小于10，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂18份（消泡剂：引气剂：增效剂：减水剂为0.02：0.005：0.25：1）；

阻锈剂12份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅酮类复合阻锈剂，比例为3：1)）；

水165份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维160份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：191.5MPa

抗折强度：29.2MPa

弹性模量：49.1GPa

抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.30*10^-12m²/s

抗冻融性：600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为75秒，标准RPC浆体粘度测定181秒；

自密实性：扩展度535mm，形成自流平状态，标准RPC塌落度为14CM,无扩展度；

表面泛碱：经过干湿循环测试一个月，表面无泛碱现象，标准RPC有泛碱现象；

耐化学腐蚀性：分别侵泡在PH=2的硫酸溶液、PH=3的盐酸溶液、PH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失；

实施例4

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥540份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰135份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰110份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉110份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂570份；

粒径为5~14mm的石子820份（压碎指标小于10，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂17份（消泡剂：引气剂：增效剂：减水剂为0.02：0.005：0.25：1）；

阻锈剂10份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅酮类复合阻锈剂，比例为3：1)）；

水145份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维120份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：169MPa

抗折强度：24.2MPa

弹性模量：48.0GPa

抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.21*10^-12m²/s

抗冻融性：600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为121秒，标准RPC浆体粘度测定181秒；

自密实性：扩展度280mm，形成自流平状态，标准RPC塌落度为14CM,无扩展度；

表面泛碱：经过干湿循环测试一个月，表面无泛碱现象，标准RPC有泛碱现象；

耐化学腐蚀性：分别侵泡在PH=2的硫酸溶液、PH=3的盐酸溶液、PH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。

实施例5

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥510份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰115份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰120份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿粉120份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂560份；

粒径为5~14mm的石子810份（压碎指标小于10，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂16份（消泡剂：引气剂：增效剂：减水剂为0.02：0.005：0.25：1）；

阻锈剂9份（三乙醇胺硼酸酯和有机硅酮类复合阻锈剂，比例为3：1)）；

水155份；

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维90份；

制备步骤同实施例1。

本实施例制备的混凝土性能如下：

抗压强度：135MPa

抗折强度：16.5MPa

弹性模量：47.6GPa

抗渗性能：≥P30,P30等级无渗水高度

抗碳化性：28天碳化检测为碳化深度为0

电通量（抗氯离子渗透性能）：0.4*10^-12m²/s

抗冻融性：600次循环无冻融质量损失

粘聚性：采用涂料粘度测定仪测定，时间为89秒，标准RPC浆体粘度测定181秒；

自密实性：扩展度391mm，形成自流平状态，标准RPC塌落度为14CM,无扩展度；

表面泛碱：经过干湿循环测试一个月，表面无泛碱现象，标准RPC有泛碱现象；

耐化学腐蚀性：分别侵泡在PH=2的硫酸溶液、PH=3的盐酸溶液、PH=4醋酸溶液、10%氯化镁、10%的硫酸钠溶液中，28天检测，重量无损失，强度无损失。