一种大掺量石粉混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大掺量石粉混凝土及其制备方法。

背景技术

随着建筑行业的不断发展，各种复杂建筑在不停建设，各类建筑所处的环境也越来越复杂，这对混凝土各项性能提出更高要求。传统混凝土的组分通常为水泥、粗骨料、细骨料、减水剂和水，其组分含有大量水泥，水泥的消耗不仅增加能源需求，还会产生大量的二氧化碳，对环境造成不利影响。为此，现有技术在混凝土中添加矿物掺合料既可以减少水泥用量，又能改善混凝土的性能，而传统矿物掺合料如粉煤灰和矿渣粉等日益紧缺，存在供应不足的缺陷，且传统矿物掺合料的品质不稳定，给混凝土带来诸多不确定因素，工程质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大掺量石粉混凝土及其制备方法，本发明提供的大掺量石粉混凝土采用沸石粉作为矿物掺合料，减少了水泥的用量，节能环保，同时保证大掺量石粉混凝土强度不降低。

为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种大掺量石粉混凝土，其特征在于，按质量份数计，组分为：水泥375～425份、沸石粉75～125份、纳米材料2.5～7.5份、粗骨料1068～1104份、细骨料676～712份、减水剂9～10份和水170～175份；所述纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝中的一种或多种。

优选地，所述水泥为硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥中的一种或多种。

优选地，所述沸石粉的平均粒径为2.9～3.0μm。

优选地，所述纳米材料的平均粒径为40～50nm，比表面积为40～80m

优选地，所述粗骨料为石灰岩碎石、花岗岩碎石和玄武岩碎石中的一种或多种；所述粗骨料为5～25mm连续级配的粗骨料；所述粗骨料的5～25mm连续级配的累计筛余为：26.5mm累计筛余0～5％；16mm累计筛余30～70％；4.75mm累计筛余90～100％；2.36mm累计筛余95～100％。

优选地，所述细骨料为天然河沙、海砂和山砂中的一种或多种；所述细骨料的细度模数为2.3～3.0。

优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐系减水剂和水溶性树脂减水剂中的一种或多种。

本发明还提供了上述技术方案所述大掺量石粉混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、沸石粉、细骨料和粗骨料混合，得到混凝土干拌合料；

将纳米材料、减水剂和水混合，得到纳米分散液；

将所述混凝土干拌合料和纳米分散液混合，固化后得到所述大掺量石粉混凝土。

优选地，所述固化包括依次进行装模、振捣、成型和养护。

优选地，所述养护的温度为20～23℃，相对湿度为90～96％，时间为3～28d。

本发明提供了一种大掺量石粉混凝土，按质量份数计，组分为：水泥375～425份、沸石粉75～125份、纳米材料2.5～7.5份、粗骨料1068～1104份、细骨料676～712份、减水剂9～10份和水170～175份；所述纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝中的一种或多种。本发明利用沸石粉作为矿物掺合料取代部分水泥制备大掺量石粉混凝土，一方面沸石粉来源较广，能够缓解传统矿物掺合料供应紧张的问题，另一方面能够减少大掺量石粉混凝土中水泥的用量，对环境友好且成本更低。同时沸石粉中含有大量活性SiO

同时，当沸石粉掺量大于10％时，水泥水化生成的Ca(OH)

具体实施方式

本发明提供了一种大掺量石粉混凝土，按质量份数计，组分为：水泥375～425份、沸石粉75～125份、纳米材料2.5～7.5份、粗骨料1068～1104份、细骨料676～712份、减水剂9～10份和水170～175份；所述纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝中的一种或多种。

在本发明中，若无特殊说明，所有组分均优选为市售产品。

在本发明中，按质量份数计，所述大掺量石粉混凝土的组分包括水泥375～425份，优选为392.5～400份，更优选为395～397.5份。在本发明中，所述水泥为硅酸盐水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥中的一种或多种，更优选为硅酸盐水泥。在本发明中，所述硅酸盐水泥优选为P.O42.5硅酸盐水泥。在本发明中，水泥、粗骨料及细骨料均为制备混凝土的必需组分，水泥与粗、细骨料形成较好的颗粒级配；水泥在混凝土中经过水化后具有较强的抗压强度，与粗、细骨料共同承担起混凝土的抗压作用。

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括沸石粉75～125份，优选为100份。在本发明中，所述沸石粉的平均粒径优选为2.9～3.0μm。本发明所述沸石粉中含有大量活性SiO

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括纳米材料2.5～7.5份，优选为5份。在本发明中，所述纳米材料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝中的一种或多种，优选为纳米碳酸钙。在本发明中，所述纳米材料的平均粒径优选为40～50nm；比表面积优选为40～80m

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括粗骨料1068～1104份。在本发明中，所述粗骨料优选为石灰岩碎石、花岗岩碎石和玄武岩碎石中的一种或多种，更优选为石灰岩碎石。在本发明中，所述粗骨料优选为5～25mm连续级配的粗骨料；所述粗骨料的5～25mm连续级配的累计筛余优选为：26.5mm累计筛余0～5％；16mm累计筛余30～70％；4.75mm累计筛余90～100％；2.36mm累计筛余95～100％，更优选为：26.5mm累计筛余3％；16mm累计筛余52％；4.75mm累计筛余95％；2.36mm累计筛余98％。

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括细骨料676～712份。在本发明中，所述细骨料优选为天然河沙、海砂和山砂中的一种或多种，更优选为天然河沙。在本发明中，所述细骨料的细度模数优选为2.3～3.0，更优选为2.92。

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括减水剂9～10份。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐系减水剂和水溶性树脂减水剂中的一种或多种，更优选为聚羧酸减水剂。在本发明中，所述减水剂的减水率优选为25％。在本发明中减水剂能够减少混凝土单位用水量、改善混凝土拌合物的流动性；同时减水剂还能充当纳米材料的分散剂，使纳米材料能够更加均匀地分散在混凝土中。

在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述大掺量石粉混凝土的组分包括水170～175份。在本发明中，所述水优选为实验用水。

在本发明中，所述大掺量石粉混凝土的28d抗压强度优选为63.71～66.31MPa，更优选为65.22MPa；劈裂抗拉强度优选为6.94～7.29MPa，更优选为7.06MPa。

本发明还提供了上述技术方案所述大掺量石粉混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、沸石粉、细骨料和粗骨料混合，得到混凝土干拌合料；

将纳米材料、减水剂和水混合，得到纳米分散液；

将所述混凝土干拌合料和纳米分散液混合，固化后得到所述大掺量石粉混凝土。

本发明将水泥、沸石粉、细骨料和粗骨料混合，得到混凝土干拌合料。本发明对所述混合的条件没有特殊限定，达到混合均匀的目的即可。在本发明中，所述水泥、沸石粉、细骨料和粗骨料混合的时间优选为2～3min，更优选为3min。

本发明将纳米材料、减水剂和水混合，得到纳米分散液。本发明对所述混合的条件没有特殊限定，达到混合均匀的目的即可。在本发明中，所述纳米材料、减水剂和水混合后还优选将混合浆液进行超声分散，得到纳米分散液。在本发明中，所述超声分散的时间优选为5～10min，更优选为10min。

本发明将所述混凝土干拌合料和纳米分散液混合，固化后得到所述大掺量石粉混凝土。本发明对所述混合的条件没有特殊限定，达到混合均匀的目的即可。在本发明中，所述混凝土干拌合料和纳米分散液混合的时间优选为2～3min，更优选为2min。在本发明中，所述固化优选包括依次进行装模、振捣、成型和养护。在本发明中，所述振捣优选在振捣台上进行。在本发明中，所述成型的温度优选为20～23℃，更优选为23℃；时间优选为20～24h，更优选为24h。在本发明中，所述养护的温度优选为20～23℃，相对湿度优选为90～96％，时间优选为3～28d。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的大掺量石粉混凝土进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

本发明以下实施例以及对比例中所用原料部分参数如下：

水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥；

沸石粉：平均粒径2.9μm；

粗骨料：5～25mm连续级配的石灰岩碎石；累计筛余为：26.5mm累计筛余3％；16mm累计筛余52％；4.75mm累计筛余95％；2.36mm累计筛余98％；

细骨料：天然河沙，中砂，细度模数为2.92；

纳米材料：纳米碳酸钙，平均粒径为40nm，比表面积为40m

实施例1

称取水泥397.5kg、沸石粉100kg、纳米碳酸钙2.5kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，在40kHz条件下超声分散10min，得到纳米分散液；

将上述混凝土干拌合料和纳米分散液混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

实施例2

称取水泥395kg、沸石粉100kg、纳米碳酸钙5kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，在40kHz条件下超声分散10min，得到纳米分散液；

将上述混凝土干拌合料和纳米分散液混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

实施例3

称取水泥392.5kg、沸石粉100kg、纳米碳酸钙7.5kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，在40kHz条件下超声分散10min，得到纳米分散液；

将上述混凝土干拌合料和纳米分散液混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

对比例1

称取水泥425kg、沸石粉75kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，得到混合液；

将上述混凝土干拌合料和混合液混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

对比例2

称取水泥400kg、沸石粉100kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，得到混合液；

将上述混凝土干拌合料和混合液混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

对比例3

称取水泥375kg、沸石粉125kg、粗骨料1104kg和细骨料676kg混合3min，得到混凝土干拌合料；

称取水170kg和减水剂10kg混合，得到混合液；

将上述混凝土干拌合料和混合混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到大掺量石粉混凝土。

对比例4

称取水泥500kg、细骨料675kg、粗骨料1104kg、减水剂10kg和水170kg混合2min，置于100×100×100mm的模具中，在23℃条件下成型24h，脱模后在20±3℃、相对湿度90％条件下养护28d，得到混凝土。

测试例

根据GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，对实施例1～3和对比例1～4所述混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度进行测试，结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比例1～4中混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度测试结果

由表1结果可知，通过对比实施例1～3和对比例1～3中混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度值可知，随着沸石粉掺量的增加，大掺量石粉混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度呈现先增后减的特点，在实施例2和对比例2的重量组分下抗压强度及劈裂抗拉强度达到最大值，分别为60.89MPa和6.55MPa；实施例1～3抗压强度及劈裂抗拉强度可知，随着纳米碳酸钙掺量的增加，大掺量石粉混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度均呈现出先增大后减小的变化趋势，在实施例2的重量组分下抗压强度及劈裂抗拉强度达到最大值，分别为66.31MPa和7.29MPa，较对比例2分别提高8.90％和11.30％，证明纳米碳酸钙可显著提高大掺量石粉混凝土的力学性能，同时存在最佳掺量。且本发明实施例1～3所述大掺量石粉混凝土相比于对比例4所述常规混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度并未降低，反而有所提高。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。