專利名稱：含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物及其配制方法
技術領域：
本發明涉及一種混凝土建筑材料。
背景技術：
混凝土是近現代最廣泛使用的建筑材料，它以水泥為主，摻用礦物摻合料，加水和外加劑配制成膠結材漿體，再與砂、石拌合均勻，澆筑在梁、柱、墻、板等各種模型中，凝結硬化形成一個整體的工程材料。混凝土是由多種原材料與水混合并硬化后，形成的一種含固、液、氣三相的多元多相水泥基復合材料。由于在混凝土內部存在有大量的微型孔隙，正是這些微型孔隙的存在，影響了混凝土的密實度、力學性能和抗滲性能。混凝土的水膠比為混凝土中水與膠結材重量之比，水膠比的大小決定混凝土硬化后的強度，并影響硬化混凝土的耐久性。水膠比越小，混凝土強度越高。混凝土用水量主要取決于混凝土施工所需的工作性能，混凝土工作性能通常用坍落度表示，以往配制高工作性能的混凝土時即便摻用高效減水劑，混凝土仍需較多的拌合用水，在用水量一定的情況下為配制高強度的混凝土，就需要提高膠結材的用量以獲得更低的水膠比，隨著混凝土配制強度的提高，水泥用量也隨之提高，這樣便帶來一系列副作用，如使混凝土溫升提高、混凝土體積穩定性變差，收縮加大且易于開裂，耐久性能下降等。為了配制高性能混凝土，現代混凝土的研究方向是低水膠比、摻用高效減水劑和各種礦物摻合料。這些礦物摻合料雖然具有膠凝性和(或)火山灰效應，加入礦物摻合料可以替換部分水泥，對混凝土耐久性有一定改進作用。通常采用的礦物摻合料是粉煤灰、磨細礦渣、硅灰、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉、沸石粉等以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成份的粉體材料。這些礦物摻合料中有些具有膠凝性，遇水后能產生水化反應生成膠凝物質；有些具有火山灰性，能與水泥水化生成的Ca(OH)2在常溫下發生化學反應，生成具有膠凝性的組分，或者有些同時具有膠凝性和火山灰性。在配制高性能混凝土時，這些礦物摻合料因特質的不同，各有其優點和不足。如偏高嶺土、硅灰增強效果最好，但價格高，不經濟，偏高嶺土需要經過煅燒和磨細，能耗大，硅灰會增大混凝土收縮；摻磨細礦渣的混凝土，磨細礦渣摻量不足70％時混凝土水化溫升較高，但過高摻量會增加混凝土泌水；摻粉煤灰的混凝土能降低溫升，但早期強度低；鋼渣粉粉磨能耗高，活性低；沸石粉內部多孔，會增大混凝土用水量。
水泥是混凝土中的主要材料，水泥行業大量消耗資源和能源，是重要的環境污染源之一。水泥生產工藝通常是通過“兩磨一燒”，即生料配制與粉磨、熟料煅燒和水泥粉磨三個過程。水泥工業是SO2、NOx等多種有害氣體的排放大戶，這些氣體對人體有害，還能形成酸雨和酸霧損害農作物、森林和植被、危害生態環境、侵蝕建筑物。同時，在水泥熟料的燒成過程中CaCO3的分解和煤的燃燒過程中大量產生CO2，每生產1噸水泥大約排放1噸CO2氣體，CO2是促使全球氣候變暖的主要的溫室氣體之一。此外，水泥生產要大量消耗優質的石灰巖礦石、粘土和煤炭，這些都是人類賴以生存的礦產資源和土地資源。而且優質石灰巖礦石開采過程中產生大量尾礦，這些尾礦作為廢物經長年積累，嚴重破壞生態環境。因此進一步減少混凝土中的水泥用量、進一步提高混凝土的各項性能，是科技人員長期面臨的一個技術難次題。
發明內容本發明的目的是提供一種含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物及其配制方法，解決進一步提高混凝土力學性能和耐久性能的問題，同時解決進一步減少混凝土中的水泥用量和用水量、提高混凝土的性價比，節約資源和能源、保護環境的問題。
這種含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物由多元粉體、外加劑、粗骨料、細骨料、水混合配制而成，每立方米混凝土中多元粉體用量范圍為300kg/m3-550kg/m3，多元粉體中含有70kg/m3-150kg/m3超細碳酸鹽巖粉，其余是水泥和礦物摻合料，由水泥和礦物摻合料組成膠結材料，水泥在膠結材料中所占的重量百分比為20％-100％。
上述水泥在膠結材料中所占的重量百分比最好為25-％60％。
上述超細碳酸鹽巖粉是由碳酸鹽巖經破碎、磨細而成，所用碳酸鹽巖是以方解石、白云石或上述兩種礦石為主要礦物成分的巖石。
上述超細碳酸鹽巖粉具有特定的細度，采用激光衍射法粒度分布儀測試，其粒度分布參數應滿足以下要求超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)應≤4.5微米、D(90)應≤25微米。
較好的超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤3.5微米、D(90)≤12微米。
最好的超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤2.5微米、D(90)≤7微米。
上述礦物摻合料主要為粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉之中的一種或兩種以上的混合物。
上述外加劑可以選擇聚羧酸系高效減水劑、萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑、三聚氰胺甲醛縮合物高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑、膨脹劑之中的一種或兩種以上的復配產物。
上述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物的配制方法，其特征在于將多元粉體中的各組分按以下配比混合在一起，
超細碳酸鹽巖粉占多元粉體總量的12.7％-50％，水泥占多元粉體總量的10％-87.3％，礦物摻合料占多元粉體總量的0％-69.8％；然后加入外加劑、粗骨料、細骨料、水混合配制成混凝土組合物。
上述多元粉體中的各組分占多元粉體總量的最佳配合比以重量計算如下超細碳酸鹽巖粉20％-35％；水泥19％-60％；礦物摻合料15％-61％。
本發明的工作機理水泥、礦物摻合料混合后的粉體堆積結構中存在有大量5μm以下空隙，屬不密實堆積結構，混凝土加水攪拌后，膠凝材料漿體中的一部分水被吸附在粉體顆粒表面，另一部分填充在粉體顆粒之間的空隙中，為填充水。混凝土內摻入超細碳酸鹽巖粉后，粉體粒度分布得以優化，超細碳酸鹽巖粉雖然與水泥的反應活性低，但由于具有超細的細度可以起到填充作用。當混凝土摻用高效減水劑后，攪拌過程中水泥、礦物摻合料、超細碳酸鹽巖粉顆粒被充分分散，超細碳酸鹽巖粉顆粒填充到水泥和礦物摻合料顆粒間的孔隙中，使粉體顆粒之間發生緊密堆積效應，混合體系的堆積密實度增大，可填充空隙減少，需水量降低。因此在保持混凝土流變性能一致的情況下，可顯著降低混凝土用水量，從而能改善硬化后的混凝土孔結構，使得混凝土內部結構更加密實。由于摻入超細碳酸鹽巖粉后能大量減少用水量，因此能降低水膠比，提高混凝土強度，與同強度等級未摻用超細鹽酸鹽巖粉的混凝土相比，可顯著減少水泥用量，起到降低混凝土水化溫升，減小收縮，提高抗滲性的作用。
本發明與現有傳統技術相比具有的有益效果本發明在混凝土中摻加適當比例的超細碳酸鹽巖粉，可配制出高性能、低成本的混凝土，每立方米混凝土中粉體材料用量范圍為300kg/m3-550kg/m3，其中含有70kg/m3-150kg/m3超細碳酸鹽巖粉時，能起到顯著的填充、減水效果，可制備出高性能的混凝土，并能使混凝土獲得超低的滲透性。該混凝土配合高效減水劑和礦物摻合料，能大量替代水泥，進一步減少用水量，顯著提高了混凝土的強度、密實度和抗滲性能，屬于高性能的混凝土。摻加超細碳酸鹽巖粉配制的混凝土與單摻礦物摻合料的混凝土相比，更大幅度地降低了水泥用量，降低了混凝土的成本。由于超細碳酸鹽巖粉具有易磨性，加工成超細碳酸鹽巖粉能耗較低，并能利用石灰巖和白云巖的尾礦加工超細碳酸鹽巖粉，因此在節約資源和能源、保護環境方面具有更深遠的作用和意義。
本發明采用超細碳酸鹽巖粉與水泥和礦物摻合料組成多元粉體，改善了粉體的粒度分布，使粉體產生密集堆積效應，帶來顯著的減水效果，在保持混凝土工作性相同條件下所需的拌合用水量顯著降低，當維持相同水膠比時，膠結材用量隨之大幅下降。按此方法配制的混凝土中膠結材用量減少，超細碳酸鹽巖粉作為補充，完全滿足配制高質量混凝土所需的漿體總量。按此方法配制的含超細碳酸鹽巖粉混凝土優勢在于，保持工作性能和強度等級相同情況下，水泥用量大幅減少，混凝土水化溫升降低、收縮減小，成本低，而且節能環保。
以往配制低水化熱要求的大體積混凝土，也有應用磨細石灰石粉用以降低混凝土水化溫升的實例，但所采用的磨細石灰石粉并不是超細粉，而是與水泥細度接近，不具有顯著的減水作用。本發明發現將這類碳酸鹽巖磨至超細，按一定摻量摻入混凝土后，能改善混凝土中粉體粒度分布，產生顯著的減水的效果。通過以下試驗(見表1)說明了本發明所發現的超細碳酸鹽巖粉的所具有的顯著減水特征。將水泥、石粉、水和聚羧酸高效減水劑一同攪拌成凈漿，測定凈漿流動度，當達到同等凈漿流動度值時，摻超細石粉的漿體用水量明顯減少。
表1凈漿配合比和流動度值
本發明中高效減水劑作用十分關鍵，應選用分散和減水效果好的高效減水劑。可以采用萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑、三聚氰胺甲醛縮合物高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑中的任何一種或兩種以上復合的產物。其中最令人滿意的是聚羧酸系高效減水劑。混凝土中高效減水劑應達到飽和摻量，以確保粉體顆粒被充分分散，但高效減水劑摻量不可過多以免造成泌水和離析。同時，超細碳酸鹽巖粉也能起到減少泌水的作用。此外本發明還可以復合使用其它外加劑，如引氣劑、緩凝劑、早強劑、膨脹劑等。
本發明摻加超細碳酸鹽巖粉和高效減水劑后，在極低的用水量下，礦物摻合料的活性得到更充分發揮，增強作用更加顯著。所采用的礦物摻合料可以是粉煤灰、磨細礦渣、硅灰、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉之中的一種或兩種以上混合使用，其中最好使用磨細礦渣和粉煤灰。配制混凝土時，粉體材料中各組成材料所占重量比在以下范圍時最好，即粉體材料中水泥占19％-50％、礦物摻合料占15％-61％、超細碳酸鹽巖粉占20％-35％。其中水泥在膠結材料中所占的重量比為最好為25％-60％。
當本發明采用透氣比表面積350m2/kg以上磨細做摻合料時，由于磨細礦渣活性較高，在保持同等強度條件下，最多可替代75％的水泥。當配制混凝土所用的水泥與礦渣總和相同，水泥與磨細礦渣比例在100∶0-25∶75范圍內變化時，混凝土28天抗壓強度可保持基本相同。
本發明摻用粉煤灰效果也較好。粉煤灰具有火山灰性，能與水泥水化過程中生成的氫氧化鈣緩慢反應，生成穩定的硅酸鈣等化合物，粉煤灰的主要優點是(1)粉煤灰顆粒多呈光滑球形，有利于提高混凝土工作性；(2)能提高后期強度，提高抗滲性和耐化學腐蝕性；(3)降低混凝土水化熱，防止溫度裂縫；(4)抑制堿骨料反應。另外，由于粉煤灰的反應活性小，特別是在配制流動性好的混凝土時，替代水泥量不宜過大，否則會引起混凝土凝結延遲，強度發展緩慢。本發明配制塑性混凝土時，由于混凝土用水量更低，用大摻量的粉煤灰效果較好。
粉煤灰與磨細礦渣混合使用能達到很好的效果，有利于發揮兩種摻合料各自的優點。
本發明當每立方米混凝土中粉體材料用量范圍為300kg/m3-550kg/m3，其中含有70kg/m3-150kg/m3超細碳酸鹽巖粉時，能起到顯著的填充、減水效果，可制備出高質量的混凝土，并能使混凝土獲得超低的滲透性。
由于本發明混凝土單位用水量很低，因此使用較少水泥也可以很容易地配制出高強、超高強的混凝土，低水泥用量能有效抑制水化熱，使絕熱溫升顯著降低。
本發明配制適于配制自密實混凝土，摻加超細碳酸鹽巖粉后，粉體材料顆粒分布得到優化，用較少用水量即可使混凝土獲得高的流動性，加上粗、細骨料級配經優化后，每立方米混凝土中水和粉體材料所占體積比例減小，有利于減小混凝土收縮和徐變。
本發明可以配制出適合多種用途的混凝土，如用于泵送施工的大流動性混凝土、滿足低水化熱要求的大體積混凝土、用于預制構件生產的塑性混凝土、用于港口和海洋工程高耐久性混凝土、以及高強、超高強混凝土、自密實混凝土等。
圖1是本發明配制自密實混凝土與傳統方法相比減少粉體材料和用水量的結果示意圖；圖2是本發明一實施例與傳統混凝土相比絕熱溫升顯著降低的試驗曲線圖；圖3是本發明另一實施例與傳統混凝土相比絕熱溫升顯著降低的試驗曲線圖。
具體實施方式
本發明是一種含有超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于將碳酸鹽巖磨細加工成超細碳酸鹽巖粉，采用超細碳酸鹽巖粉配制出混凝土組合物，該混凝土組合物的組成材料有由水泥、礦物摻合料和超細碳酸鹽巖粉組成的多元粉體，以及以高效減水劑為主的外加劑、粗、細骨料和水。該多元粉體中各組成材料所占重量比為超細碳酸鹽巖粉12.7％-50％，水泥10％-87.5％，礦物摻合料0％-69.8％；其中多元粉體中各組成材料所占重量比最好為超細碳酸鹽巖粉20％-35％，水泥19％-50％，礦物摻合料15％-61％。當每立方米混凝土中粉體材料用量范圍為300kg/m3-550kg/m3，其中含有70kg/m3-150kg/m3超細碳酸鹽巖粉時，能起到顯著的填充、減水效果，可制備出高性能的混凝土，使混凝土獲得超低的滲透性。
上述的超細碳酸鹽巖粉，是采用碳酸鹽巖經破碎、磨細而成，所用碳酸鹽巖所含主要碳酸鹽礦物為方解石和(或)白云石，其次為石英、云母、長石和粘土礦物等。其化學成分主要為CaO、MgO和CO2，其次為SiO2、TiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2O、H2O以及某些微量元素。最常用的碳酸鹽巖是石灰巖、白云巖這兩大巖石類型，以及由這類巖石變質形成的大理巖、以及鐵白云石、菱鎂礦等。石灰巖類主要由方解石組成，其次為白云石、菱鎂礦、石英、長石和粘土礦物等。白云巖類主要由白云石組成，其次為方解石、菱鎂礦、石英、長石、粘土礦物等。特別是，工業用石灰巖和白云巖礦石開采過程中產生的尾礦也可用來加工超細碳酸鹽巖粉，對資源綜合利用和環保有重要意義。
超細碳酸鹽巖粉具有比水泥以及除硅粉以外常用的礦物摻合料更細的細度，用以改善混凝土中粉體材料的粒度分布，提高顆粒堆積密度，達到減少用水量的目的。碳酸鹽巖易于磨細，達到本發明所需細度時粉磨的能耗較低，可采用球磨機、立式輥磨機、振動磨、雷蒙磨等加工。滿足本發明所需超細碳酸鹽巖粉的粒度分布參數，采用激光衍射法粒度分布儀測試，其粒度分布參數D(50)應≤4.5微米、D(90)應≤25微米。較好的超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤3.5微米、D(90)≤12微米。最好的超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤2.5微米、D(90)≤7微米。更細的超細碳酸鹽巖粉，當粒度分布參數D(50)≤1.5微米、D(90)≤5微米時，對混凝土性能進一步改善作用不明顯，而且會增加粉磨能耗、增加成本。
本發明所用的水泥可為普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、快硬硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥等各種硅酸鹽水泥，為了更好發揮摻合料和超細碳酸鹽巖粉的作用，改善混凝土初期和后期強度發展，最好用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。
本發明所用的細骨料可以是天然砂或人工砂，其中，人工砂包括機制砂和由天然砂與機制砂混合而成的混合砂，粗骨料可以是碎石或卵石。
本發明所使用的外加劑應具有好的分散和減水效果，可以采用萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑、三聚氰胺甲醛縮合物高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑之中的一種或兩種以上復配的產物。最好采用聚羧酸系高效減水劑。此外還可以復合使用其它外加劑，如引氣劑、緩凝劑、早強劑、膨脹劑等。
以往豐富實踐經驗為基礎形成的混凝土配合比設計方法和法則，對于本發明配制含超細碳酸鹽巖粉的混凝土仍然是適用的。本發明含超細碳酸鹽巖粉的混凝土配合比計算，依據新拌混凝土總體積等于水、水泥、礦物摻合料、超細碳酸鹽巖粉、砂、石的密實體積之和的法則。單位用水量、單位粉體材料用量、水膠比、骨料用量等配合比參數的確定方法同通常的混凝土設計一樣。混凝土的強度取決于水膠比，根據所配制混凝土的強度等級確定其水膠比。在水膠比固定、原材料一定的情況下，盡量使用滿足工作性要求的最小漿體用量，以得到體積穩定、經濟的混凝土。此外，為降低混凝土的溫升、提高混凝土耐久性，在滿足混凝土強度要求的前提下，要盡量減小膠凝材料中水泥的用量。
本發明的混凝土組合物中含有由水泥和礦物摻合料組成的膠結材料，水泥在膠結材料中所占的重量比為20％-100％；其中水泥在膠結材料中所占的重量比為最好為25％-60％。上述含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物的配制強度取決于水膠比，即水與膠結材料的比例，水膠比越低所配制的混凝土強度越高。膠結材料包括水泥和礦物摻合料。本發明采用的礦物摻合料可選擇粉煤灰、磨細礦渣、硅灰、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉之中的一種或兩種以上混合使用。本發明中最好使用磨細礦渣和粉煤灰，單獨使用或混合使用效果都很好，而且成本低。
上述含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，當所采用的礦物摻合料為磨細礦渣時。可在一定摻量范圍內，用勃氏透氣比表面積350m2/kg-850m2/kg的磨細礦渣等量替代水泥，可使混凝土保持同等強度。當配制混凝土所用水泥與礦渣總和相同、水泥與磨細礦渣比例在100∶0-25∶75范圍內變化時，混凝土28天抗壓強度基本相當。
本發明的混凝土適于采用強制式攪拌機攪拌，當采用聚羧酸高效減水劑時，混凝土攪拌時間要適當延長。本發明對混凝土各組成成分的添加順序沒有特殊限制。
以下為本發明實施例。實施例并不限定發明的范圍。本發明的實施例1
根據下述原材料和表3中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定抗壓強度。表3中Mix01-Mix06為實施例配合比，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。膠結材料中水泥和磨細礦渣各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料總量的20％-37％。表3中Mix07-Mix12為比較例配合比，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥鹿泉鼎鑫普通硅酸鹽水泥P.O 42.5；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；砂中砂；碎石5-20mm碎石；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑；超細碳酸鹽巖粉用北京門頭溝地區石灰石尾礦經破碎、磨細而成，其化學成分見表2，其粉粒度分布參數D(50)為3.13微米，D(90)為8.35微米。
表2超細碳酸鹽巖粉分化學成分表
(2)、試驗萬法將混凝土坍落度調整為200-230mm，用強制式攪拌機攪拌時間為180秒。抗壓強度按GB/T50081標準實施。養護條件為溫度20℃、相對濕度95％以上。
表3混凝土配合比(kg/m3)
表4抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表3、表4中的試驗情況看，本發明實施例Mix01-Mix06混凝土的工作性能很好，隨膠結材用量增加、水膠比降低，混凝土強度隨之提高。與比較例Mix07-Mix12中同強度等級的混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例2根據下述原材料和表5中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表5中Mix13-Mix17為實施例配合比，用水泥、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。膠結材料中水泥和粉煤灰各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的28％-29％。表5中Mix18-Mix22為比較例配合比，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；礦物摻合料采用北京石景山的粉煤灰；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑。
(2)、試驗方法同實施例1。
表5混凝土配合比(kg/m3)
表6抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表5、表6中的試驗情況看，本發明實施例Mix13-Mix17混凝土的工作性能很好，隨膠結材用量增加、水膠比降低，混凝土強度隨之提高。與比較例Mix18-Mix22中同強度等級的混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例3根據下述原材料和表7中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表7中Mix23-Mix26配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加萘系高效減水劑。膠結材料中水泥和磨細礦渣各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的28％-37％。表7中Mix27-Mix29配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；高效減水劑天津雍陽UNF-5萘系高效減水劑。
(2)、試驗方法同實施例1。用強制式攪拌機攪拌時間為150秒。
表7混凝土配合比(kg/m3)
表8抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表7、表8中的試驗情況看，本發明實施例Mix23-Mix26混凝土的工作性能很好，隨膠結材用量增加、水膠比降低，混凝土強度隨之提高。與比較例Mix27-Mix29中同強度等級的混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例4根據下述原材料和表9中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表9中Mix30-Mix33配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。實施例各配合比中水泥和磨細礦渣用量相同，每立方米混凝土中粉煤灰用量60kg/m3-80kg/m3，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的20％-26％。表9中Mix34-Mix37配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑。
(2)、試驗方法將混凝土坍落度調整為200-230mm，用強制式攪拌機攪拌時間為180秒。抗壓強度按GB/T50081標準實施。養護條件為溫度20℃、相對濕度95％以上。
表9混凝土配合比(kg/m3)
表10抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表9、表10中的試驗情況看，本發明實施例Mix30-Mix33混凝土的工作性能很好，隨膠結材用量增加、水膠比降低，混凝土強度隨之提高。與比較例Mix34-Mix37中同強度等級的混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例5根據下述原材料和表11中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表11中Mix38-Mix44配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。Mix38-Mix40配合比中水泥和磨細礦渣合計為195kg/m3，水泥與磨細礦渣重量只比由3.6∶6.5-6∶4變化，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的26％；Mix41-Mix44配合比中水泥和磨細礦渣合計為220kg/m3，水泥與磨細礦渣重量只比由3∶7-6∶4變化，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的37％。表11中Mix45-Mix46配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；高效減水劑巴斯福化學建材GleniumAce68聚羧酸高效減水劑；礦物摻合料北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；還采用北京石景山熱電廠的粉煤灰。
(2)、試驗方法同實施例1。
表11混凝土配合比(kg/m3)
表12抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表11、表12中的試驗情況看，本發明實施例Mix38-Mix44混凝土的工作性能很好。Mix38-Mix40配合比中膠結材用量相同、水泥和磨細礦渣總量相等，水泥與磨細礦渣重量之比在3.5∶6.5-6.5∶3.5之間內變化時，混凝土28天抗壓強度基本相同。Mix41-Mix55配合比中膠結材用量相同、水泥和磨細礦渣總量相等，水泥與磨細礦渣重量之比在3∶7-6∶4之間內變化時，混凝土28天抗壓強度基本相同。與比較例Mix45、Mix46相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例6根據下述原材料和表13中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定抗壓強度。表13中Mix47-Mix50配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加萘系高效減水劑。實施例各配合比中水泥和磨細礦渣用量相同，每立方米混凝土中粉煤灰用量20kg/m3-60kg/m3，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的24％-28％。表13中Mix51-Mix53配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；高效減水劑天津雍陽UNF-5萘系高效減水劑；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰。
(2)、試驗方法同實施例1。用強制式攪拌機攪拌時間為150秒。
表13混凝土配合比(kg/m3)
表14抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表13、表14中的試驗情況看，本發明實施例Mix47-Mix50混凝土的工作性能很好，隨膠結材用量增加、水膠比降低，混凝土強度隨之提高。與比較例Mix51-Mix53中同強度等級的混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例7根據下述原材料和表15中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表15中Mix54-Mix57配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加萘系高效減水劑。Mix54-Mix57配合比混凝土成本基本一致，水泥用量由110kg/m3-70kg/m3遞減，而水泥+磨細礦渣之和由220kg/m3-240kg/m3遞增，膠結材總量皆為370kg/m3，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的27％。表15中Mix58配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；高效減水劑天津雍陽UNF-5萘系高效減水劑；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰。
(2)、試驗方法用強制式攪拌機攪拌時間為150秒，其余同實施例1。
表15混凝土配合比(kg/m3)
表16抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表15、表16中的試驗情況看，本發明實施例Mix54-Mix57混凝土的工作性能很好。在混凝土中膠結材和粉體材料用量相同情況下，隨水泥加磨細礦渣之和增加，混凝土后期抗壓強度隨之提高。與比較例Mix58混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例8根據下述原材料和表17中所示的混凝土配合比配制混凝土，測定抗壓強度。表17中Mix59-Mix62配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。Mix59-Mix62配合比混凝土成本基本一致，水泥用量由160kg/m3-95kg/m3遞減，而水泥+磨細礦渣之和由320kg/m3-355kg/m3遞增，膠結材總量皆為400kg/m3，超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的20％。表17中Mix63、Mix64配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；高效減水劑巴斯福化學建材GleniumAce68聚羧酸高效減水劑；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰。
(2)、試驗方法同實施例1。
表17混凝土配合比(kg/m3)
表18抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表17、表18中的試驗情況看，本發明實施例Mix59-Mix62混凝土的工作性能很好。在混凝土中膠結材和粉體材料用量相同情況下，隨水泥加磨細礦渣之和增加，混凝土抗壓強度隨之提高。與比較例Mix63、Mix64混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例9根據表19所示的原材料和表20中所示的混凝土配合比，配制自密實混凝土，測定工作性能和抗壓強度。表20中Mix A-Mix C配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。表20中Mix E、Mix F配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料表19原材料表
(2)、試驗方法將混凝土坍落度調整為240-260mm，坍擴度調整為650mm以上，其余同實施例一。
表20混凝土配合比(kg/m3)
表21試驗結果
(3)、試驗結果參見圖1，本發明實施例Mix A-Mix C混凝土的工作性能優異，與比較例Mix E、MixF混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低，每立方米混凝土中水和粉體材料所占體積比例減小，有利于減小混凝土收縮和徐變。
實施例10根據下述原材料和表22中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定抗壓強度。表22中Mix65-Mix69配合比為實施例，摻加聚羧酸高效減水劑，用水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，上述配合比中粉體材料用量相同，但水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉在其中所占比例各不相同。表22中Mix70配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；磨細礦渣北京首鋼產，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；礦物摻合料采用北京石景山熱電廠的粉煤灰；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑。
(2)、試驗方法同實施例1。
表22混凝土配合比(kg/m3)
表23抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表22、表23中的試驗情況看，本發明實施例Mix65-Mix69混凝土的工作性能很好。上述配合比在粉體材料用量相同，水泥、磨細礦渣、粉煤灰和超細碳酸鹽巖粉所占比例各不相同情況下，混凝土28天抗壓強度大致相同。與比較例Mix70混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例11根據下述原材料和表24中所示的混凝土配合比，配制塑性混凝土，測定抗壓強度。表24中Mix71-Mix74配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。膠結材料中水泥和磨細礦渣各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的20％-37％。表24中Mix75-Mix78配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料
水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；礦物摻合料采用北京石景山熱電廠的粉煤灰；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑。
(2)、試驗方法混凝土坍落度調整為80-120mm，用強制式攪拌機攪拌時間為200秒，其余同實施例1。
表24混凝土配合比(kg/m3)
表25抗強度試驗結果
(3)、試驗結果從表24、表25中的試驗情況看，本發明實施例Mix71-Mix74大量摻加粉煤灰，由于塑性混凝土用水量更少，混凝土仍達到了較高的強度。與比較例Mix75-Mix78混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例12根據下述原材料和表27中所示的混凝土配合比，配制高強、超高強混凝土。表27中Mix79-Mix81配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加萘系高效減水劑。膠結材料中水泥和磨細礦渣各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的20％-37％。表27中Mix82、Mix83配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石同實施例1；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑；超細碳酸鹽巖粉北京門頭溝地區優質石灰石，其化學成分見表26，粒度分布參數D(50)為2.05微米、D(90)為5.28微米。
表26化學成分
(2)、試驗方法用強制式攪拌機攪拌時間為240秒，同實施例1。
表27混凝土配合比(kg/m3)
表28抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表27、表28中的試驗情況看，本發明實施例Mix79-Mix81混凝土配合比單位水泥用量僅為230kg/m3-255kg/m3，混凝土28天抗壓強度均達到100MPa以上的超高強度。與比較例Mix83、Mix84混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量顯著減少，水泥用量減少49％-54％。
實施例13根據下述原材料和表29中所示的混凝土配合比，配制低水化熱的混凝土。表29中Mix84、Mix85配合比為實施例，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。膠結材料中水泥和磨細礦渣各占50％；超細碳酸鹽巖粉占混凝土中粉體材料含量的20％-37％。表29中Mix86、Mix87配合比為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；礦物摻合料北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑。
(2)、試驗方法同實施例1。混凝土絕熱溫升試驗按DL/T5150-2001標準實施。
表29混凝土配合比(kg/m3)
(3)、試驗結果從表29、圖2、圖3中的試驗情況看，同強度等級的實施例Mix84混凝土與比較例Mix86混凝土相比、實施例Mix85混凝土與比較例Mix87混凝土相比絕熱溫升顯著降低。摻超細碳酸鹽巖粉有利于降低大體積混凝土施工時的水化溫升。
實施例14摻超細碳酸鹽巖粉可以配置出具有超低的滲透性的混凝土，根據下述所示的材料和表30中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定氯離子滲透性。表30中配合比Mix88-Mix26為實施例，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸減水劑。表30中配合比Mix27-Mix29為比較例，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥、砂、碎石、超細碳酸鹽巖粉同實施例1；高效減水劑巴斯福化學建材GleniumAce68聚羧酸高效減水劑、天津雍陽UNF-5萘系高效減水劑；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；北京石景山熱電廠的粉煤灰。
(2)、試驗方法同實施例1。按ASTM C1202-05《混凝土抗氯離子滲透性的電通量評價標準》檢測。
表30混凝土配合比(kg/m3)
(3)、試驗結果從表30、表32中的試驗情況看，本發明實施例Mix88-Mix91混凝土強度等級不同，檢測出它們的Cl-滲透電通量均很低。與比較例Mix92、Mix93混凝土相比，摻加超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低，抗Cl-滲透性能顯著提高。
表31ASTM C1202-05標準要求
表32試驗結果
實施例15根據下述原材料和表34中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定抗壓強度。
表34中Mix93-Mix96為實施例配合比，用水泥、磨細礦渣和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。混凝土中水泥占多元粉體總量的20％-63％，磨細礦渣各占0％-43％；加工超細碳酸鹽巖粉所用原料為白云石，超細碳酸鹽巖粉占多元粉體總量的37％，實施例中各配合比水泥與磨細礦渣之和相同。表34中Mix97-Mix98為比較例配合比，未摻加超細碳酸鹽巖粉。
(1)、原材料水泥鹿泉鼎鑫普通硅酸鹽水泥P.O 42.5；礦物摻合料采用北京首鋼產的磨細礦渣，比重2.9，細度比表面積400m2/kg；砂中砂；碎石5-20mm碎石；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑；超細碳酸鹽巖粉用北京房山區白云石經破碎、磨細而成，其化學成分見表33，其粉粒度分布參數D(50)為3.13微米，D(90)為8.35微米。
表33超細碳酸鹽巖粉分化學成分表
(2)、試驗方法同實施例1。
表34混凝土配合比(kg/m3)
表35抗壓強度試驗結果
(3)、試驗結果從表34、表35中的試驗情況看，本發明實施例Mix93-Mix96混凝土的工作性能很好，各配合比水泥和礦渣之和相同條件下，水泥和磨細礦渣比例變化，混凝土28天抗壓強度大致相同，但混凝土早期和后期強度發展有所不同。與比較例Mix97-Mix98混凝土相比，摻加由白云石加工的超細碳酸鹽巖粉后，混凝土的用水量和水泥用量大幅度降低。
實施例16采用不同品種礦物摻合料配制超細碳酸鹽巖粉混凝土。根據下述原材料和表36中所示的混凝土配合比，配制混凝土，測定抗壓強度。用水泥、各種礦物摻合料和超細碳酸鹽巖粉構成多元粉體，摻加聚羧酸高效減水劑。加工超細碳酸鹽巖粉所用原料為白云石，超細碳酸鹽巖粉占多元粉體總量的37％。
(1)、原材料水泥鹿泉鼎鑫普通硅酸鹽水泥P.O 42.5；鋼渣粉北京首鋼產鋼渣粉，細度比表面積390m2/kg；偏高嶺土山西產高嶺土，經700℃～800℃煅燒后磨細至細度比表面積400m2/kg；硅粉埃肯微硅粉；砂中砂；碎石5-20mm碎石；高效減水劑巴斯福化學建材Glenium Ace68聚羧酸高效減水劑；超細碳酸鹽巖粉用白云石磨細而成，同實施例15。
(2)、試驗方法同實施例1。
表36混凝土配合比(kg/m3)
表37抗壓強度試驗結果
權利要求
1.一種含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于混凝土組合物由多元粉體、外加劑、粗骨料、細骨料、水混合配制而成，每立方米混凝土中多元粉體用量范圍為300kg/m3-550kg/m3，多元粉體中含有70kg/m3-150kg/m3超細碳酸鹽巖粉，其余是水泥和礦物摻合料，由水泥和礦物摻合料組成膠結材料，水泥在膠結材料中所占的重量百分比為20％-100％。
2.按權利要求1所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述水泥在膠結材料中所占的重量百分比為25％-60％。
3.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述超細碳酸鹽巖粉是由碳酸鹽巖經破碎、磨細而成，所用碳酸鹽巖是以方解石、白云石或上述兩種礦石為主要礦物成分的巖石。
4.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述超細碳酸鹽巖粉具有特定的細度，采用激光衍射法粒度分布儀測試，其粒度分布參數應滿足以下要求超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)應≤4.5微米、D(90)應≤25微米。
5.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤3.5微米、D(90)≤12微米。
6.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述超細碳酸鹽巖粉粒度分布參數D(50)≤2.5微米、D(90)≤7微米。
7.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述礦物摻合料主要為粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、偏高嶺土、鋼渣粉、磷渣粉之中的一種或兩種以上的混合物。
8.按權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物，其特征在于上述外加劑是聚羧酸系高效減水劑、萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑、三聚氰胺甲醛縮合物高效減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑、膨脹劑之中的一種或兩種以上的復配產物。
9.一種權利要求1或2所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物的配制方法，其特征在于將多元粉體中的各組分按以下配比混合在一起，超細碳酸鹽巖粉占多元粉體總量的12.7％-50％，水泥占多元粉體總量的10％-87.3％，礦物摻合料占多元粉體總量的0％-69.8％；然后加入外加劑、粗骨料、細骨料、水混合配制成混凝土組合物。
10.根據權利要求9所述的含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物的配制方法，其特征在于上述多元粉體中的各組分占多元粉體總量的配合比以重量計算如下超細碳酸鹽巖粉 20％-35％；水泥19％-60％；礦物摻合料 15％-61％。
全文摘要
本發明涉及一種含超細碳酸鹽巖粉的混凝土組合物及其配制方法，混凝土組合物由多元粉體、外加劑、粗骨料、細骨料、水混合配制而成，每立方米混凝土中多元粉體用量范圍為300kg/m
文檔編號C04B14/26GK101016205SQ20071020014
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者段雄輝, 何涌東, 于鳴新 申請人:北京恒坤混凝土有限公司, 段雄輝, 何涌東, 于鳴新