一种环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土

摘要

本发明公开了一种环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土，按照重量份计，由水泥330370份、稻壳灰4080份、细骨料为铸造废砂和河砂筛分混合而成700780份，粗骨料为碎石10801200份，减缩剂69份，减水剂3.55.5份和水125180份混合组成；所述的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土强度等级为C45C55，7d干缩值为75100×106，28d干缩值为200250×106，90d干缩值为260300×106，并趋于稳定，早期抗裂性能的等级为LV。本发明实现了铸造废砂在混凝土中的资源化高附加值利用，具有很好的环保效应，通过铸造废砂和河砂的筛分混合组成细骨料有效改善了骨料的颗粒级配，同时掺用稻壳灰和减缩剂等组分，从固液两相优化设计角度，降低了混凝土干缩值，显著提高其抗裂性能。

说明书

技术领域：

本发明属于建筑材料领域，具体是涉及一种环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土。

背景技术：

我国是一个铸造业大国，铸件年产量在1000万t以上，每生产1t铸件就会产生约1t铸造废砂，其中以铸造废硅砂为主。目前，除了少量铸造废砂得到了回收再利用，大部分仍未得到有效处理和利用。将铸造废砂进行堆放或填埋，会对现有的生态资源环境造成直接的人为破坏，不当的铸造废砂处理更会导致周边的水质和土壤受到严重污染。因此，寻求一种环保型的铸造废砂的高附加值利用方法和技术，是解决铸造废砂难以有效处理的有效途径，符合国家提出的可持续发展战略。

大量试验证明，铸造废砂作为细骨料可用于制备混凝土。但铸造废砂颗粒较混凝土常用的细骨料河砂小，大部分颗粒主要集中在小于0.8mm的相对狭窄颗粒范围，其颗粒级配不好，不利于填充密实骨料空隙，因此直接将铸造废砂完全或部分取代河砂制备混凝土，严重影响了混凝土的强度和工作性，极大地限制了铸造废砂在混凝土中的高附加值资源化利用。再者，由于铸造废砂含有大量细颗粒，同时还残留着一定量的粘粒和有机胶凝材料，严重影响了混凝土的体积稳定性，具体表现为增大了混凝土干燥收缩(简称干缩)和开裂敏感性。干缩自混凝土浇筑完成后就会发生，是混凝土的一种重要时变性质。混凝土通常是由外向内被干燥，水分的蒸发会引发应力，由此产生应力梯度，易在混凝土薄弱处诱发微裂缝，降低混凝土强度。裂缝也成为有害物质渗透进入到混凝土内部的直接通道，加剧了混凝土劣化，极大地降低了混凝土结构的使用寿命。鉴于干缩对混凝土耐久性的不利影响，在提高了铸造废砂混凝土强度的同时，有必要研究降低其干缩值，以改善铸造废砂混凝土开裂敏感性的技术措施。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能显著降低干缩和开裂敏感性的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土。

本发明为实现上述目的采取的技术方案为：

一种环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土，按照重量份计，由水泥330-370份、稻壳灰40-80份、细骨料为铸造废砂和河砂筛分混合而成700-780份，粗骨料为碎石1080-1200份，减缩剂6-9份，减水剂3.5-5.5份和水125-180份混合组成；所述的低干缩抗裂混凝土强度等级为C45-C55，7d干缩值为75-100×10^-6，28d干缩值为200-250×10^-6，90d干缩值为260-300×10^-6，并趋于稳定，早期抗裂性能的等级为L-V。

本发明的原理如下：

根据铸造废砂的物理特性(颗粒级配、颗粒形状、颗粒粒径、密度和比重等)，将铸造废砂和河砂进行筛分，把不同粒径的铸造废砂与河砂按不同质量比进行混合，有效改善骨料颗粒级配，提高混凝土强度，以实现铸造废砂在混凝土中的高附加值环保型利用。从液相角度采用减缩剂降低混凝土干缩，从固相角度采用稻壳灰延缓混凝土内部相对湿度地降低，显著改善铸造废砂混凝土内部结构，提高其抵抗干缩变形的能力。基于固液两相优化设计的超叠加效应，辅以铸造废砂和河砂混合得到的颗粒级配良好的细骨料，得到一种强度达到C45-C55的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土。

在以下优选方案的条件下，可以获得更好的抵抗干缩变形及改善开裂的性能：

所述的水泥为P·I52.5水泥。

所述的稻壳灰无定形SiO₂质量百分比含量≥90％，比表面积≥62000m²/kg，平均粒径≤5.7μm。

所述的细骨料为铸造废砂和河砂筛分混合而成；河砂细度模数为2.4-3.0，颗粒级配为2区，含泥量小于0.4％，铸造废砂的SiO₂质量百分比含量≥90％，细度模数为1.6-2.0；筛分通过600μm方孔筛的铸造废砂与河砂按质量比为1:1，未通过600μm方孔筛的铸造废砂与河砂按质量比为3:7，进行选取混合。

所述的粗骨料为碎石，粒径为5-20mm的连续级配，其针片状含量小于碎石总质量的3％，含泥量小于0.3％。

所述的减缩剂28d抗压强度比≥105％，28d减缩率≥40％。

所述的减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量≥30％。

本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

(1)根据铸造废砂和河砂的不同物理特性，对其进行筛分，把不同粒径的铸造废砂与河砂按不同质量比进行混合，得到颗粒级配良好的细骨料，有效解决了铸造废砂颗粒级配不好引起的混凝土强度降低的技术难题，基于骨料优化设计角度，提高了铸造废砂混凝土强度和抵抗干缩变形的能力，拓展了铸造废砂在混凝土中的使用范围，具有很好的环保效应。

(2)减缩剂可以有效降低混凝土中毛细孔溶液的表面张力，从液相角度降低混凝土干缩；稻壳灰具有一定的吸水性，延缓了混凝土内部相对湿度地降低，其活性效应和微集料效应可显著改善混凝土内部孔结构，提高其抵抗干缩变形的能力，从固相角度降低混凝土干缩。基于固液两相优化设计的超叠加效应，极大地降低了铸造废砂混凝土干缩和开裂敏感性。

(3)经试验证明：通过铸造废砂和河砂的筛分混合组成细骨料有效改善了骨料的颗粒级配，同时掺用稻壳灰和减缩剂等组分，从固液两相优化设计角度，降低了铸造废砂混凝土干缩值，显著提高其抗裂性能。经检测：本发明的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土强度等级为C45-C55，7d干缩值为75-100×10^-6，28d干缩值为200-250×10^-6，90d干缩值为260-300×10^-6，并趋于稳定，早期抗裂性能的等级为L-V。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式：

本发明提供的一种环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土：按照重量份计，由水泥330-370份、稻壳灰40-80份、细骨料为铸造废砂和河砂筛分混合而成700-780份，粗骨料为碎石1080-1200份，减缩剂6-9份，减水剂3.5-5.5份和水125-180份混合组成；其中：水泥为P·I52.5水泥；稻壳灰无定形SiO₂质量百分比含量≥90％，比表面积≥62000m²/kg，平均粒径≤5.7μm；细骨料为铸造废砂和河砂筛分混合而成，河砂细度模数为2.4-3.0，颗粒级配为2区，含泥量小于0.4％，铸造废砂的SiO₂质量百分比含量≥90％，细度模数为1.6-2.0，筛分通过600μm方孔筛的铸造废砂与河砂按质量比为1:1，未通过600μm方孔筛的铸造废砂与河砂按质量比为3:7，进行选取混合；粗骨料为碎石，粒径为5-20mm的连续级配，其针片状含量小于碎石总质量的3％，含泥量小于0.3％；减缩剂28d抗压强度比≥105％，28d减缩率≥40％；减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量≥30％。

上述制备的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土强度等级为C45-C55，7d干缩值为75-100×10^-6，28d干缩值为200-250×10^-6，90d干缩值为260-300×10^-6，并趋于稳定，早期抗裂性能的等级为L-V。

基于上述配方，调整不同组分的用量得到实施例1-3，并分别检测其对于不同龄期干缩值、抗压强度、抗裂等级的影响。

以下实施例中所用的减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸减水剂，减缩剂为江苏博特新材料有限公司生产的JM-SRA减缩剂。

实施例1：

按重量组分计算，包括水泥340份，稻壳灰60份，细骨料728份，粗骨料1092份，减缩剂7.8份，减水剂4份和水180份。

性能检测：28d混凝土抗压强度为47.2MPa，其抗裂等级和不同龄期干缩值见表1。

实施例2：

按重量组分计算，包括水泥350份，稻壳灰70份，细骨料725份，粗骨料1080份，减缩剂8份，减水剂4.6份和水168份。

性能检测：28d混凝土抗压强度为52.9MPa，其抗裂等级和不同龄期干缩值见表1。

实施例3：

按重量组分计算，包括水泥360份，稻壳灰80份，细骨料722份，粗骨料1084份，减缩剂8.5份，减水剂5.2份和水154份。

性能检测：28d混凝土抗压强度为57.7MPa，其抗裂等级和不同龄期干缩值见表1。

对比实施例4：常规方法利用铸造废砂制备混凝土

将铸造废砂部分取代河砂作为细骨料制备混凝土，同时为不降低混凝土强度，增加水泥用量，得到常规铸造废砂混凝土，具体配比如下：

按重量组分计算，包括水泥380份，铸造废砂222份，河砂518份，碎石1109份，减水剂3.9份和水171份。

性能检测：28d混凝土抗压强度为41.4MPa，其抗裂等级和不同龄期干缩值见表1。

表1、环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土抗裂等级和不同龄期干缩值(×10^-6)

如表1所示：本发明制备的环保型低干缩抗裂铸造废砂混凝土，与采用铸造废砂制得的普通混凝土相比：极大地降低了铸造废砂混凝土干缩值和开裂敏感性，而采用铸造废砂制备得到的普通混凝土，其强度等级未能达到C45，其干缩值较大，明显大于规范说明的低干缩范围，劣化了其抗裂性能，其抗裂等级仅为L-Ⅲ。