專利名稱：用玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉作摻合料制備混凝土的方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料技術領域，特別涉及ー種利用玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉復合礦粉作為摻合料制備高性能混凝土的方法。
背景技術：
隨著現代建筑物的高層化、大跨化、輕型化、地下化以及使用環境的嚴酷化，對良好工作性、高強度、高耐久性的混凝土的需求日益增長，高性能混凝土成為科技工作者競相研究的課題。近年來，高性能混凝土的研究重點集中在混凝土結構設計、低水灰比、活性礦物細摻料以及高效外加劑的使用等幾個方面。因此，利用エ業廢渣、天然礦物或者復合礦粉作為混凝土摻合料是實現配制高性能混凝土的有效手段之一。
目前，全國鋼鐵冶金、能源、有色、礦山等行業每年產生的鋼渣、礦渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥、尾礦等固體エ業廢渣共計18億噸，但是綜合利用率僅為55. 7%，大量的固體エ業廢物仍然未能得到有效利用。因此，如何實現固體廢棄物的無害化、減量化和資源化，已成為發展經濟和保護環境的關鍵。目前混凝土中最常用的摻合料有磨細礦渣、粉煤灰、硅灰
坐寸ο玄武巖屬于基性巖衆巖中的噴出熔巖，由流在地殼表面上的主要巖衆所生成，化學組成以Si02、Al2O3為主，其中SiO2含量可達到40%以上，Al2O3為15%左右，另有CaO、Fe2O3以及少量MgO與R2O(K2CHNa2O)等。具備具有耐磨、吃水量少、導電性能差、抗壓性強、壓碎值低、抗腐蝕性強、浙青粘附性等優點。是ー種潛在活性較高的材料，與礦渣、粉煤灰等エ業廢渣ー樣，具有應用開發的價值。目前我國對玄武巖粉在混凝土的研究主要集中將玄武巖高溫制成纖維以后摻入混凝土，但其成本較高，目前實際工程中很少運用。用于水泥混合材的玄武巖相關研究也只停留在初歩研究階段。礦渣，是指高爐煉鐵熔融的礦渣在驟冷時，來不及結晶而形成的玻璃態物質。呈細粒狀。熔融的礦渣直接流入水池中冷卻的又叫水淬礦渣，俗稱水渣，鋼鐵企業每生產It鐵水產生礦渣約O. 2t，礦渣磨細成粉等量替代各種用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。礦渣微粉作為高性能混凝土的新型摻合料，具有改善混凝土各種性能的優點，作為海エ水泥可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蝕性能。在近幾十年來研究發現，礦渣具有和水泥相似的礦物組分，可以作為二次資源再加以利用，不僅具有良好的社會效益，同時還具有巨大的經濟效益。在我國生產石灰石碎石、機制砂等集料時，產生了大量的石屑、石粉。用石屑代砂、摻入一定的石灰石粉可改善混凝土的各項性能，但不定量、無限制的使用，必然對其強度、施工性能和耐久性能帶來不良影響。其表現為混凝土単位用水量大、強度低、施工性能以及耐久性能差。為了達到有效利用石灰石粉，研究以石灰石粉作為摻合料的混凝土的各項性能，以達到有目的、高效利用石灰石粉。如果在提高混凝土的強度、施工性和耐久性的同吋，實現石灰石粉的有效利用，將實現良好的經濟效益和環境效益的結合。
目前還沒有將玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉復合制備成混凝土摻合料用于高性能混凝土的相關研究報道。
發明內容
本發明的目的就是利用ー種以玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉為主要原料作為混凝土摻合料，該摻合料能夠大量利用天然玄武巖和石灰石。井能在外加劑(高效減水劑和激發劑)作用下，通過與其它砂石料配合，制備得到滿足相應標準要求的混凝土。具體步驟為
(O原料由膠凝材料、集料、外加劑和拌合水組成；膠凝材料、集料和拌合水的質量百分比分別為15% 25%、65% 75%和5% 10% ;其中膠凝材料質量百分比為水泥40% 50%，玄武巖微粉30% 35%，礦渣微粉10% 20%，石灰石粉5% 10% ;集料部分粗集料級配連續，粒徑5 30mm，其中5 IOmm :質量百分比為15% 45% ；10"20mm :質量百分比為40% 70% ；20"30mm 質量百分比為10°/Γ15% ;細集料細度模數為2. 5^3. 0，砂率為32°/Γ40% ;外加劑為堿性激發劑和高效減水劑，激發劑為膠凝材料質量百分比的19Γ5% ;減水劑為膠凝材料質量百分比的
I.5% 3%，水膠比為O. 30 0· 50 ；
(2)將玄武巖、礦渣和石灰石烘干至含水率小于1%，放入球磨機中分別粉磨至比表面積400^600 m2 / kg,500^800 m2 / kg和600 900 m2 / kg，得到玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉；
(3)將水泥及步驟(2)所得的玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉按步驟(I)比例混合均勻得到膠凝材料；
(4)將激發劑和減水劑先后加入到拌合水中，并混合均勻得到拌合溶液； (5)先將步驟(I)級配且含水率小于1%的碎石倒入強制式攪拌機中，再將步驟(3)配好的膠凝材料倒入，然后將步驟(I)細度模數且含水率小于1%的細集料倒入攪拌機中進行干拌60秒；
(6)在攪拌過程中將步驟(4)配制好的拌合溶液緩慢加入到步驟(5)所得干料中，攪拌180^240秒后停機，制備成型，在溫度20±2°C，濕度90±5%環境下養護即可；
所述激發劑為KOH、NaOH, Ca (OH)2, K2SO4, Na2SO4和CaSO4中的ー種或兩種；
所述減水劑為NSOb-萘磺酸甲醛高縮物鈉鹽。本發明的有益效果是
(O能夠大量利用玄武巖、礦渣和石灰石制備混凝土摻合料，摻入量分別在20°/Γ35%、10% 20%和5% 10%，改善環境，減少污染，節約資源；
(2)配制的混凝土強度完全符合國家標準，強度滿足C2(TC60各等級要求，而且其抗侵蝕性，抗凍性，收縮性等耐久性能均良好，符合高性能混凝土的要求；
(3)制備技術簡單，成本低，同時也降低了混凝土生產成本。
具體實施例方式實施例I :
(I)膠凝材料、集料和拌合水的質量百分比分別為19. 5%、72%和8. 5% ;其中膠凝材料的質量百分比為水泥50%，玄武巖微粉35%，礦渣微粉10%，石灰石粉5% ;粗集料質量百分比為5 10_ 30% ；10 20_ 55% ；20 30mm : 15% ;細集料砂細度模數為2. 6 ;激發劑化學純Na2SO4為膠凝材料質量百分比的3%，減水劑NSOb-萘磺酸甲醛高縮物鈉鹽為膠凝材料質量百分比的I. 5%，水膠比采用O. 44，砂率采用36% ；
(2)將玄武巖、礦渣和石灰石烘干至含水率小于1%，放入球磨機中分別粉磨至比表面積為450 m2 / kg,550 m2 / kg和600 m2 / kg，得到玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉；
(3)將步驟(2)所得水泥、玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉按步驟(I)比例混合均勻得到膠凝材料；
(4)將激發劑和減水劑先后加入到拌合水中，混合均勻得到拌合溶液；
(5)先將碎石倒入強制式攪拌機中，再將步驟(3)配好的膠凝材料倒入，然后將細集料倒入攪拌機中進行干拌60秒；
(6)在攪拌過程中將步驟(4)配制好的拌合溶液緩慢加入到步驟(5)所得干料中，攪拌 180秒后停機，倒出拌制的混凝土，測其工作性能，并制作成型，將成型好的混凝土試件24h后拆模，在溫度20±2°C,濕度90±5%的環境下養護28天。測的混凝土試件的強度分別為3d抗壓強度33. 5MPa ；7d抗壓強度37. 65MPa ；28d抗壓強度45. 3MPa。實施例2:
(O膠凝材料、集料和水的質量百分比分別為21. 5%,70. 7%和7. 8% ;其中膠凝材料的百分比為水泥40%，玄武巖微粉30%，礦渣微粉20%，石灰石粉10% ;粗集料質量百分比為5 IOmm 35% ；10 20mm :55% ；20 30mm :10% ;細集料砂細度模數為2. 7 ;激發劑化學純Na2SO4為膠凝材料質量百分比的3%，減水劑NSOb-萘磺酸甲醛高縮物鈉鹽為膠凝材料質量百分比的2%，水膠比采用O. 36，砂率采用32% ；
(2)將玄武巖、礦渣和石灰石烘干至含水率小于1%，放入球磨機中分別粉磨至比表面積為 500 m2 / kg、600 m2 / kg和 720 m2 / kS ；
(3)將步驟(2)所得水泥、玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉按步驟(I)比例混合均勻得到膠凝材料；
(4)將激發劑和減水劑先后加入到拌合水中，混合均勻得到拌合溶液；
(5)先將碎石倒入強制式攪拌機中，再將步驟(3)配好的膠凝材料倒入，然后將細集料倒入攪拌機中進行干拌60秒；
(6)在攪拌過程中將步驟(4)配制好的拌合溶液緩慢加入到步驟(5)所得干料中，攪拌240秒后停機，倒出拌制的混凝土,測其工作性能,并制作成型,將成型好的混凝土試件24h后拆模，在溫度20±2°C,濕度90±5%的環境下養護56天。測的混凝土試件的強度分別為3d抗壓強度43. 6MPa ；7d抗壓強度49. 65MPa ；28d 抗壓強度 58. 3. 7MPa。以上兩例塌落度都在180mm左右，工作性良好，塌落度損失小，無泌水現象。通過配合比可看出，玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉復合礦粉摻合料摻量在50%飛0%時所制備的混凝土抗壓強度完全滿足C35和C45的強度要求。實施例3:
(O膠凝材料、集料和水的質量百分比分別為24. 2%,66. 1%和9. 7% ;其中膠凝材料的百分比為水泥40%，玄武巖微粉30%，礦渣微粉20%，石灰石粉10% ;粗集料質量百分比為5 IOmm :45% ; 10 20mm :45% ；20 30mm :10% ;細集料砂細度模數為2. 8 ;激發劑化學純Na2SO4為膠凝材料質量百分比的3%，減水劑NSOb-萘磺酸甲醛高縮物鈉鹽為膠凝材料質量百分比的2. 5%，水膠比采用O. 40，砂率采用40% ；(2)將玄武巖、礦渣和石灰石烘干至含水率小于1%，放入球磨機中分別粉磨至比表面積為 520 m2 / kg、610 m2 / kg和 800 m2 / kS ；
(3)將步驟(2)所得水泥、玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉按步驟(I)比例混合均勻得到膠凝材料；
(4)將激發劑和減水劑先后加入到拌合水中，混合均勻得到拌合溶液；
(5)先將碎石倒入強制式攪拌機中，再將步驟(3)配好的膠凝材料倒入，然后將細集料倒入攪拌機中進行干拌60秒；
(6)在攪拌過程中將步驟(4)配制好的拌合溶液緩慢加入到步驟(5)所得干料中，攪拌240秒后停機，倒出拌制的混凝土，測其工作性能，并制作成型，所配制的混凝土塌落度170_，工作性良好，塌落度損失小，無泌水現象。將成型好的混凝土試件24h后拆模，在溫 度20 ± 2 °C，濕度90 土 5%的環境下養護28天。測的混凝土試件的強度分別為3d抗壓強度48. 6MPa ;7d抗壓強度59. 3MPa ； 28d抗壓強度71. 4MPa。在進行混凝土抗收縮性、抗凍性、抗海水侵蝕性試驗中，得出玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉高性能混凝土耐久性均高于普通混凝土。此例說明利用玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉復合礦粉摻合料制備的混凝土可滿足C60的強度要求。
權利要求
1.一種用玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉作摻合料制備混凝土的方法，其特征在于具體步驟為 (1)原料由膠凝材料、集料、外加劑和拌合水組成；膠凝材料、集料和拌合水的質量百分比分別為15% 25%，65% 75%和5% 10% ;其中膠凝材料質量百分比為水泥40% 50%，玄武巖微粉30% 35%，礦渣微粉10% 20%，石灰石粉5% 10% ;集料部分粗集料級配連續，粒徑5 30mm，其中5 IOmm :質量百分比為15% 45% ；10"20mm :質量百分比為40% 70% ；20"30mm 質量百分比為109^15% ;細集料細度模數為2. 5^3. 0，砂率為329^40% ;外加劑為堿性激發劑和高效減水劑，激發劑為膠凝材料質量百分比的1% 5%，減水劑為膠凝材料質量百分比的1% 3%，水膠比為0. 30 0. 50 ； (2)將玄武巖、礦渣和石灰石烘干至含水率小于1%，放入球磨機中分別粉磨至比表面積400 600 m2 / kg、50(T800 m2 / kg和600 900 m2 / kg，得到玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉； (3)將水泥及步驟(2)所得的玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉按步驟(I)比例混合均勻得到膠凝材料； (4)將激發劑和減水劑先后加入到拌合水中，并混合均勻得到拌合溶液； (5)先將步驟(I)級配且含水率小于1%的碎石倒入強制式攪拌機中，再將步驟(3)配好的膠凝材料倒入，然后將步驟(I)細度模數且含水率小于1%的細集料倒入攪拌機中進行干拌60秒； (6)在攪拌過程中將步驟(4)配制好的拌合溶液緩慢加入到步驟(5)所得干料中，攪拌180^240秒后停機，制備成型，在溫度20±2°C，濕度90±5%環境下養護28天即可； 所述激發劑為KOH、NaOH, Ca (OH)2, K2SO4, Na2SO4和CaSO4中的一種或兩種； 所述減水劑為NSO b-萘磺酸甲醛高縮物鈉鹽。
全文摘要
本發明公開了一種用玄武巖微粉-礦渣微粉-石灰石粉作摻合料制備混凝土的方法。(1)原料由膠凝材料、激發劑、集料、外加劑和水組成；膠凝材料由水泥、玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉復合而成，外加劑為堿性激發劑和高效減水劑。(2)所用玄武巖微粉、礦渣微粉和石灰石粉的比表面積分別控制在400~600㎡/㎏、500~800㎡/㎏和600~900㎡/㎏。(3)采用小粒徑連續級配粗集料。(4)激發劑預先溶于水，隨拌合水摻入。本發明方法工藝簡單，可配制C20~C60等級混凝土，可顯著提高混凝土中工業廢渣摻量；所得混凝土工作性能良好，抗收縮性、抗凍性和抗海水侵蝕性等耐久性得到明顯改善。
文檔編號C04B28/08GK102674782SQ20121016638
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者劉榮進, 趙艷榮, 陳平, 馬清清 申請人:桂林理工大學