CN106517930B - 一种大掺量粉煤灰高性能混凝土的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大掺量粉煤灰高性能混凝土的生产工艺，将水、砂、两种粒度的粉煤灰一、二，两种粒度的河砂一、二混合搅拌；混合物中加入水泥和第三种粒度粉煤灰三拌和，搅拌的过程中缓慢加入复合外加剂；在混合物中投入两种粒度的石子一、二，搅拌制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。本发明利用湿磨过后的粉煤灰代替水泥，利用复合外加剂降低了用水量，改善了混凝土拌合物粘聚性，保水性增强；根据紧密堆积理论，将水泥、粉煤灰、河砂和硅灰按照合理比例进行掺配，实现了水泥、微珠和硅粉从0.1um到1um再到10um的超细粒子组合，大大提高了粉料的强度，产品满足JGJT‑385‑2015《高性能混凝土评价标准》。
Description
技术领域
本发明属于混凝土生产技术领域，具体涉及一种大掺量粉煤灰高性能混凝土的生产工艺。
背景技术
我国处于发展中国家，由于大规模的基础设施建设，粉煤灰的利用比发达国家高，但是利用率却低于发达国家，这主要是由于粉煤灰是工业副产品，质量不够稳定，严重影响了商品混凝土质量。
一般认为具有化学反应活性的矿物掺合料能在不恶化水泥石早期力学性能的情况下，能明显地改善其后期各种性能。然而实际使用情况却是，许多矿物掺合料的掺入均在一定程度上劣化了水泥混凝土性能，尤其是早期力学性能，而且这种情况随掺量增加到一定程度更会急剧恶化，这样，通常会导致矿物掺合料掺量的提高困难和施工进度缓慢。
粉煤灰用作水泥混凝土的矿物掺合料，一般均被认为具有一定的潜在活性，细度愈细，其活性亦愈高。在熟料水化产物CH等激发作用下，璃质外壳开裂，使包在内部的CaO+MgO和CaS04也参与水化反应。然而粗颗粒粉煤灰的玻璃质外壳厚达5-10um，这样它的水化过程就慢得多，还会使养护后的材料体积发生不均匀的变化。
目前普遍认为这种情况是矿物掺合料的化学反应活性不高所致，因而对矿物掺合料进行了一系列处理，如掺激发剂、酸或碱预侵蚀处理、热处理等，以图提高其活性。如CN1290793C公开了一种名称为“一种胶结材粉煤灰活性激发剂”，它由铁粉、氧化钙、增稠助剂和粉煤灰组成。CN101343156B公开了一种名称为“一种提高粉煤灰混凝土掺合料质量的方法”，按重量白分比将50-97％的原状粉煤灰、1-30％的高炉水淬矿渣,1-30％的磁铁石英岩型铁矿的尾矿或石英岩尾矿或大理岩尾矿或花岗岩尾矿或石材加工所废弃的石粉、0.1-1％的三聚氰胺甲醛树脂磺酸钠一起混磨。
这些处理虽在一定程度上提高了矿物掺合料的化学反应活性，对水泥石早期性能有一定的改善，但也给矿物掺合料使用带来一系列的实际问题，如成本高、需水量大、潜在碱集料反应危害等。
无论是新鲜的混凝土浆体还是已硬化的混凝土，都可以抽象为随机分布的颗粒相(包括未被水化产物填满的孔隙)和连续相构成的几何体系，其微结构具有随机几何结构的特征。微结构与其宏观性能的关系可认为是分散增强相、分散劣化相及连续相在其空间内的多色渗流问题，各相在空间内所占分数体积变化，尤其分数体积在渗流的临界阈值左右变化，均在较大程度上影响到水泥石宏观性能。渗流理论利用各相的空间联结度可对具有随机几何结构的系统性能突变进行预测和描述。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能利用湿磨过后的粉煤灰代替大部分水泥，混凝土具有较好的和易性，不泌水，而且强度高的大掺量粉煤灰高性能混凝土的生产工艺。
本发明目的的实现方式为，一种大掺量粉煤灰高性能混凝土的生产工艺，具体步骤如下：
(1)将160-210kg/m3水、700-750kg/m3砂、21-70.5kg/m3粉煤灰一、21-70.5kg/m3粉煤灰二、10-16kg/m3河砂一和40-64kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
所述砂的粒度区间为0.08～1.18mm，粉煤灰一的粒度区间为10～30um，粉煤灰二的粒度区间为1～10um，河砂一的粒度区间为1um～10um，河砂二的粒度≤1um；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入117.5-140kg/m3水泥和168-211kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入8-10kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比1-2:1-2:1-2复配而成；
所述水泥粒度≥45um，粉煤灰三粒度≤1um
(3)在步骤(2)所得混合物中投入343-392kg/m3石子一和637-728kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土；
所述石子的粒度区间为4.75～9.5mm，石子二的粒度区间为19～31.5mm。
本发明的混凝土利用湿磨过后的粉煤灰代替大部分水泥，节约了水泥用量；将一般难以利用的电厂原灰湿磨至1um以下，利用复合外加剂降低了用水量，改善了混凝土拌合物粘聚性，保水性增强；同时根据紧密堆积理论，将水泥、粉煤灰、河砂和硅灰按照合理比例进行掺配，实现了水泥、微珠和硅粉从0.1um到1um再到10um的超细粒子组合，大大提高了粉料的强度，产品满足JGJT-385-2015《高性能混凝土评价标准》。
具体实施方式
粉煤灰表面包有一层不同厚度的玻璃质外壳，研磨过程中玻璃质外壳破裂，粉煤灰活性得到提高；在水介质中，湿磨法研磨粉煤灰能量消耗低、没有粉尘飞场、噪音较小，而且产品细度均匀。本发明的粉煤灰在湿磨机中研磨，分为10um～30um、1um～10um和≤1um三个粒度区间。
孔隙率大小在一定程度上反映了C-S-H凝胶等水化产物的多少。渗流理论认为，系统的性质在其渗流阈值的邻域呈现不同形式的指数函数变化，据此构造了一个如下式的粉煤灰细度和水泥石孔隙率模型：
式中：σ为粉煤灰细度
P为水泥石孔隙率
P2 cr为二维平面上渗流阈值，取值为0.47
P3 cr为三维空间上渗流阈值，取值为0.16
σo为孔在三维空间出现渗流通路的临界点水泥石强度
α为定值46.55
n为孔远离二维渗流、与三维渗流接近的程度对水泥石强度的影响
因子
mF为粉煤灰掺量
mC为水泥掺量
ρc为水泥密度
ρF为粉煤灰密度
SC为水泥比表面积。
将水、砂、两种粒度的粉煤灰一、二，两种粒度的河砂一、二混合搅拌；混合物中加入水泥和第三种粒度粉煤灰三拌和，搅拌的过程中缓慢加入复合外加剂；在混合物中投入两种粒度的石子一、二，搅拌制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。所述水泥为P.O42.5水泥。所述的河砂在湿磨机中研磨，分为1um～10um和≤1um两个粒度区间。
本发明通过控制水泥和粉煤灰的掺量，添加纳米级别的合适粒径的湿磨粉煤灰，提高水泥水化后周围起胶结作用的C-S-H凝胶等水化产物的量，改善水泥石的粘结；当集料在混凝土内能被粘结良好的情况下，适当添加超细河砂，提高本体强度较高的矿物掺合料未水化部分在水泥石内含量，发挥其微集料效应，未水化粒子、水化产物等固相在水泥石空间内分布得到优化，起到很好的填充润滑作用减少水泥颗粒的团聚现象，改善水泥颗料的分散性，提高水化程度。另外，本发明采用的搅拌工艺在一定程度上堵塞了自由水分向骨料界面集中的通道，改善混凝土界面区的水化产物分布形态，综合地提高了混凝土各项性能。
聚羧酸高效减水剂具有“空间位阻作用”，同时聚乙二醇较容易地吸附于颗粒表面形成一层高分子保护膜，而且硬脂酸钙使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，降低了用水量。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1、
(1)将200kg/m3水、730kg/m3砂、39kg/m3粉煤灰一、39kg/m3粉煤灰二、14kg/m3河砂一和46kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
所述砂的粒度区间为0.08～1.18mm，粉煤灰一的粒度区间为10～30um，粉煤灰二的粒度区间为1～10um，河砂一的粒度区间为1um～10um，河砂二的粒度≤1um；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入130kg/m3水泥和182kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入9kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比1:1:1复配而成；
所述水泥粒度≥45um，粉煤灰三粒度≤1um。
(3)在步骤(2)所得混合物中投入366kg/m3石子一和684kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土；
粉煤灰合计260kg/m3、河砂合计60kg/m3、砂合计730kg/m3、石子合计1050kg/m3。
本申请人将粉煤灰、砂、石子按通常的取样，河砂，粉煤灰、河砂或未加，或为湿磨处理，作了三个对比例，实施例、对比例的原料对比见表1，混凝土性能指标见表2.
表1
表2试验表
从表1、2可见本发明生产的大掺量粉煤灰高性能混凝土在节约水泥用量的同时，具有较好的和易性，不泌水，而且强度高。
实施例2、同实施例1，不同的是，
(1)将210kg/m3水、730kg/m3砂、70.5kg/m3粉煤灰一、70.5kg/m3粉煤灰二、16kg/m3河砂一和64kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入117.5kg/m3水泥和211.5kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入10kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比2:1:2复配而成；
(3)在步骤(2)所得混合物中投入392kg/m3石子一和728kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。
实施例3、同实施例1，不同的是，
(1)将160kg/m3水、700kg/m3砂、21kg/m3粉煤灰一、21kg/m3粉煤灰二、10kg/m3河砂一和40kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入140kg/m3水泥和168kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入8kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比2:2:2复配而成；
(3)在步骤(2)所得混合物中投入343kg/m3石子一和637kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。
实施例4、同实施例1，不同的是，
(1)将180kg/m3水、750kg/m3砂、50kg/m3粉煤灰一、50kg/m3粉煤灰二、12kg/m3河砂一和50kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入130kg/m3水泥和190kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入9kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比2:2:2复配而成；
(3)在步骤(2)所得混合物中投入360kg/m3石子一和680kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。
实施例5、同实施例1，不同的是，
(1)将180kg/m3水、750kg/m3砂、30kg/m3粉煤灰一、30kg/m3粉煤灰二、18kg/m3河砂一和46kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入122kg/m3水泥和200kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入9kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比2:1:1复配而成；
(3)在步骤(2)所得混合物中投入330kg/m3石子一和700kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土。
Claims (4)
1.一种大掺量粉煤灰的高性能混凝土生产工艺，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将160-210kg/m3水、700-750kg/m3砂、21-70.5kg/m3粉煤灰一、21-70.5kg/m3粉煤灰二、10-16kg/m3河砂一和40-64kg/m3河砂二混合搅拌10s，搅拌线速度为1.5m/s；
所述砂的粒度区间为0.08～1.18mm，粉煤灰一的粒度区间为10～30μm，粉煤灰二的粒度区间为1～10μm；
所述河砂是湿磨机研磨的河砂，河砂一的粒度区间为1μm～10μm，河砂二的粒度≤1μm；
(2)在步骤(1)所得混合物中加入117.5-140kg/m3水泥和168-211kg/m3粉煤灰三拌和20s，搅拌线速度3m/s，搅拌的过程中缓慢加入8-10kg/m3复合外加剂；
所述复合外加剂为聚羟酸高效减水剂、聚乙二醇与硬脂酸钙按质量比1-2:1-2:1-2复配而成；
所述水泥粒度≥45μm，粉煤灰三粒度≤1μm；
(3)在步骤(2)所得混合物中投入343-392kg/m3石子一和637-728kg/m3石子二，搅拌25s，搅拌线速度1m/s，制得大掺量粉煤的灰高性能混凝土；
所述石子的粒度区间为4.75～9.5mm，石子二的粒度区间为19～31.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰的高性能混凝土生产工艺，其特征在于：所述粉煤灰为电厂湿排原灰，化学成分如下：SiO259.95％、Al2O328.72％、CaO3.53％、Fe2O34.71％；粉煤灰在湿磨机中研磨，分为10μm～3μm、1μm～10μm和≤1μm三个粒度区间。
3.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰的高性能混凝土生产工艺，其特征在于：所述水泥为P.O42.5水泥。
4.根据权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰的高性能混凝土生产工艺，其特征在于：所述粉煤灰在湿磨机中研磨，分为10μm～30μm、1μm～10μm和≤1μm三个粒度区间。
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