一种轻质高强混凝土及其制备方法[发明专利]

(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510483095.1
(22)申请日 2015.08.07
C04B 28/00(2006.01)
C04B 18/30(2006.01)
(71)申请人上海应用技术学院
地址200235 上海市徐汇区漕宝路120号
(72)发明人邵霞 许嘉奕 韩建平 李庆秋
沙锦超
(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司
31001
代理人吴宝根
(54)发明名称
一种轻质高强混凝土及其制备方法
(57)摘要
本发明提供了一种轻质高强混凝土，每立
方米混凝土由450-480KG 的水泥、180-190KG 的
碎石、238-250KG 的陶粒、30-60KG 的粉煤灰、
434-474KG 的细砂、23-63KG 的玻化微珠、180-195
水、20-30KG 的矿渣微粉和8-12KG 的增强活性剂
组成，本发明还提供了上述轻质高强混凝土用的
制备方法，首先按照重量百分比称取各物质，然后
将上述原料充分搅拌合均匀后，装模养护即得到
轻质高强混凝土。

本发明是一种以陶粒取代部分
粗骨料，以玻化微珠取代部分细骨料，以粉煤灰、
矿渣微粉等为掺合料制备轻质高强混凝土，用以
满足混凝土抗压强度的前提下，使得混凝土轻质
化。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页CN 105036629 A 2015.11.11
C N 105036629
A
1.一种轻质高强混凝土，其特征在于，每立方米混凝土由以下组分组成：
水泥 450-480KG；
碎石 180-190 KG；
陶粒 238-250 KG；
粉煤灰 30-60 KG；
细砂 434-474 KG；
玻化微珠 23-63 KG；
水 180-195 KG；
矿渣微粉 20-30 KG；
增强活性剂 8-12 KG。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于，在所述的矿渣微粉中，主要成分的质量百分比为：
Fe
2O
3
0.4%；
CaO 40.9%；SiO
2
30.5%；
Al
2O
3
13.9%；
MgO 8.6%；TiO
2
0.7%；
P 2O
5
0.02%；
S 2.5%；
MnO 0.2%；
杂质和其它微量元素 余量。

3.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述的增强活性剂为硫酸盐、铝酸钙、氧化钙、或者硅酸钠中的任一种或两种；所述的增强活性剂磨细至比表面积400m2/kg以上。

4.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述的陶粒为圆球型页岩陶粒或者碎石型页岩陶粒、 或者两者的混合。

5.权利要求1所述的一种轻质高强混凝土用的制备方法，其特征在于：首先按照重量百分比称取各物质，然后将上述原料充分搅拌合均匀后，装模、振捣、养护即得到轻质高强混凝土。

一种轻质高强混凝土及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料学领域，尤其涉及一种建筑材料，具体来说是一种以陶粒、粉煤灰、矿渣微粉等为主要原料的轻质高强混凝土及其制备方法。

背景技术
[0002] 随着混凝土技术及现代建筑业的发展，对混凝土的品质提出了更高的要求，高强化、轻质化，提高工程结构混凝土的强度同时降低混凝土的密度，已成为当今世界各国土木建筑工程界普遍重视的课题。

它既是混凝土技术发展的主攻方向之一，也是节约能源和资源的重要技术措施之一。

[0003] 现代城市建设日益采用装备式的建筑物，一方面需要减少施工过程中能源的消耗，同时轻质高强混凝土对建筑物的抗震性能的提高起到了功不可没的作用。

[0004] 另一方面，混凝土中大量使用水泥，作为混凝土主要原料的水泥工业是一种污染严重的不可持续发展的“夕阳工业”，我国是世界水泥第一生产大国，水泥生产排放的CO
对
2
环境造成影响很大，“温室气体”减排压力很大。

现在世界各国纷纷制定了绿色建材的性能指标，绿色高性能混凝土(GHPC)这一全新概念被提了出来。

所谓“绿色”就是在混凝土材料中尽可能地用其它材料来替代水泥，生产出性能更好、能耗更低、环境污染更小的新型混凝土。

绿色高性能混凝土是今后世界混凝土发展的方向。

[0005] 我们注意到，玻化微珠的主要成份是SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等，与一般可作为掺合料的工业废渣的组成相类似，并具有一定的胶凝活性。

通过对玻化微珠的处理，并采取相应的技术措施，可以把玻化微珠作为混凝土用掺合料的组分之一，开发成一种混凝土用复合掺合料，在混凝土中显示微小颗粒的表面效应，对混凝土产生增强效应、填充效应、耐久效应。

并应用于各种建筑工程，这将大大拓展绿色高性能混凝土的原料来源，为减排“温室气体”作贡献。

发明内容
[0006] 针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了轻质高强混凝土及其制备方法，所述的这种轻质高强混凝土及其制备方法解决了现有技术中混凝土比重大，强度低的技术问题。

[0007] 本发明提供了一种轻质高强混凝土，每立方米混凝土由以下组分组成：
[0008]
[0009]
[0010] 其中，所述的水泥的主要技术指标为：
[0011] 水泥化学成分
[0012]
[0013] 所述的碎石为600级，粒径为5—16mm连续级配。

[0014] 所述的粉煤灰，简写为FA(II)，主要技术指标为：
[0015] 粉煤灰主要成分
[0016]
[0017] 所述细砂为河砂，级配符合II区要求，细度模数为2.86，堆积密度为1480kg/m3。

[0018] 在所述的矿渣微粉，主要成分的质量百分比为：
[0019]
[0020]
[0021] 杂质和其它微量元素余量；
[0022] 进一步的，所述的增强活性剂为硫酸盐、铝酸钙、氧化钙、或者硅酸钠中的任一种或两种；所述的增强活性剂磨细至比表面积400m2/kg以上。

[0023] 进一步的，所述的陶粒为圆球型页岩陶粒或者碎石型页岩陶粒，或者两者的混合，是经筛选预处理烘干的陶粒，其主要性能指标如下：
[0024] 陶粒主要性能指标
[0025]
[0026] 本发明还提供了上述的一种轻质高强混凝土用的制备方法，首先按照重量百分比称取各物质，然后将上述原料充分搅拌合均匀后，装模、振捣、养护即得到轻质高强混凝土。

[0027] 本发明一种以陶粒取代部分粗骨料，以玻化微珠取代部分细骨料，以粉煤灰、矿渣微粉等为掺合料制备轻质高强混凝土，用以满足混凝土抗压强度的前提下，使得混凝土轻质化。

[0028] 本发明由于采用陶粒部分取代石子，玻化微珠部分取代砂子，使得混凝土的表观密度控制在1600kg/m3，使用粉煤灰及高炉矿渣作为掺合料提高混凝土的水化程度，所以本发明的混凝土成本低，而且生产工艺简单，有利于工业化生产和推广应用。

[0029] 本发明的轻质高强混凝土的用途是提高城市建设用混凝土的强度，制备一种高性能的环保型混凝土。

本发明能够改善混凝土体系的颗粒级配、混凝土拌合物的流动性以及混凝土的耐久性能，同时为城市生活垃圾焚烧底灰的资源化综合利用开辟了一条新的途径，具有较好的社会效益和经济效益。

具体实施方式
[0030] 现将本发明的具体实施例叙述于后。

[0031] 实施例1
[0032] 每立方米混凝土按规定的配比称取470kg水泥，189kg碎石，248kg陶粒，50kg粉煤灰，464kg细砂，33kg玻化微珠，187kg水，20kg矿渣微粉，10kg铝酸钙，将上述物料放入混合机内，经充分搅拌混合均匀后，装模养护即可得到轻质高强混凝土。

[0033] 实施例2
[0034] 每立方米混凝土按规定的配比称取450kg水泥，180kg碎石，257kg陶粒，50kg粉煤灰，464kg细砂，53kg玻化微珠，187kg水25kg矿渣微粉，10kg氧化钙，将上述物料放入混合机内，经充分搅拌混合均匀后，装模养护即可得到轻质高强混凝土。

[0035] 实施例3
[0036] 每立方米混凝土按规定的配比称取480kg水泥，199kg碎石，238kg陶粒，50kg粉煤灰，464kg细砂，23kg玻化微珠，185kg水，30kg矿渣微粉，12kg硅酸钠，将上述物料放入混合
机内，经充分搅拌混合均匀后，装模养护即可得到轻质高强混凝土。

[0037] 实施例4
[0038] 每立方米混凝土按规定的配比称取460kg水泥，183kg碎石，250kg陶粒，40kg粉煤灰，440kg细砂，50kg玻化微珠，190kg水，26kg矿渣微粉，8kg硫酸盐，将上述物料放入混合机内，经充分搅拌混合均匀后，装模养护即可得到轻质高强混凝土。

[0039] 将上述各实施例制得的混凝土，并测试其密度和抗压强度。

均可获得表观密度为1600kg/m3，28d抗压强度≥50Mpa。

[0040] 本发明的混凝土具有如下优点：
[0041] (1)轻质高强
[0042] 玻化微珠陶粒混凝土使用轻质骨料替代细砂，用陶粒取代部分碎石，其干表观密度一般介于1550kg/m3～1650kg/m3之间，而普通混凝土的干表观密度一般介于2000kg/ m3～2800kg/m3之间。

二者相比可知，玻化微珠陶粒混凝土能减低混凝土自重达20％～40％。

另外，组成玻化微珠陶粒混凝土的粗骨料为通常具有多孔的特性，在混凝土拌合过程中，轻骨料能够吸收部分水泥中水分，使浆骨界面区域的局部水灰比降低，从而导致硬化后的水泥石更加密实；在硬化后期，预湿轻骨料能够不断释放出其吸收的水分，为混凝土后期强度的提升提供持续的保证。

[0043] (2)抗裂性能良好
[0044] 相比普通混凝土，玻化微珠陶粒混凝土具有较小的弹性模量和热膨胀系数，这能在很大程度上降低其承受的由冷缩和千缩作用带来的拉应力，提升其抗裂性能，同时也有助于改善结构的耐久性、延长结构的使用寿命并降低结构在服役周期内的维护费用。

[0045] (3)抗震性能强
[0046] 通常情况下，建筑所承受的地震力与建筑上层结构自重成正比关系。

当混凝土结构采用的是以密度小、质量轻、弹性模量低且变形性能好的粗骨料配制的玻化微珠陶粒混凝土时，其地震时所承受的地震力将大幅度减小，同时，由于其弹性模量较低，使其能够延长结构的自振周期，当发生结构破坏时会需要消耗大量变形能。

有资料表明：砖砌体的相对抗震系数为64，普通混凝土的为84，而轻骨料混凝土的能达到109，因此玻化微珠陶粒混凝土具有良好的抗震能力。

[0047] (4)耐久性能良好
[0048] 玻化微珠陶粒混凝土通常具有与高性能普通混凝土相当的耐久性。

玻化微珠陶粒混凝土密实度高、浆.骨界面区性能优异和骨料多孔特性，赋予了其较低的渗透性和优异抗冻性。

同时轻骨料的多孔性可以有效地降低碱骨料反应产生的内部压力，致使玻化微珠陶粒混凝土不会发生宏观膨胀，破坏整体稳定性。

由此可将玻化微珠陶粒混凝土是一种高抗渗、高抗冻并且无碱骨料反应危险的优异建材。

[0049] (5)耐火性能佳
[0050] 玻化微珠陶粒混凝土耐火性能要优于相同强度的普通混凝土。

主要归因于其使用的轻骨料是由玻化微珠。

相对于普通骨料而言，热稳定性能更好，同时其较低的热导系数与热膨胀系数，也能较好地防止混凝土过度的温度提升，具有一定的保温性能，使其耐火能力与抗高温能力明显加强，而这是普通混凝土所不具备的。

[0051] (6)综合经济性好
[0052] 本发明混凝土本身造价也不高，不仅能够减轻结构物的自重、降低基础处理的费用、缩小结构断面并增加使用面积，还能加快工程进度，提高结构的耐久性，使工程经济效益大大提高。

在高层建筑与大跨径桥梁中使用可以获得比普通高性能混凝土更高的综合经济效益。

[0053] 由此可知本发明的轻质高强混凝土具有可行性和应用前景，为城市现代化建设用轻质高强混凝土开辟了一条新的途径。