專利名稱：一種摻磷渣活性粉末混凝土及制備方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料領域，屬于一種具有超高強度和超高耐久性的水泥基復合材料，具體涉及一種摻磷渣粉的活性粉末混凝土及其制備方法。
背景技術：
活性粉末混凝土(ReactivePowder Concrete,簡稱 RPC)是法國 Pierre Richard等人在20世紀90年代率先研制成功的一種新型超高性能水泥基復合材料。由于其超高的力學性能和優異的耐久性，在現代土木、石油、核電、市政、海洋工程及軍事設施等工程中具有非常廣闊的應用前景。RPC的超高性能與所用活性組分及成型養護工藝密切相關。研究資料表明，傳統RPC的活性組分主要是水泥、硅灰和石英粉，其單方混凝土的水泥用量比普通混凝土高得多(通常800 1000kg/m3)，硅灰摻量20%以上，石英粉摻量達18%，致使其成本較高。此外，有時在制備過程中還需采用預壓、高溫(200 250°C)等成型和養護方式，對成型設備的要求較高，導致RPC成本更高、能耗更大，一定程度上限制了其推廣應用。因此，使用與實際應用相符、且滿足RPC制備原理的活性組分，設法降低RPC材料中水泥、硅灰和石英粉的用量，采用適宜的養護制度，是我國活性粉末混凝土研究與應用的重要方向之一。有研究者在水泥基體中復合使用其他活性礦物，在降低RPC成本等方面進行了有益的工作。研究成果起到了降低RPC成本、節約資源能源、保護環境的作用，但所用活性材料主要限于超細礦渣粉、超細粉煤灰及硅灰等，而且，其中仍然包括石英粉。有研究表明，活性粉末混凝土中的磨細石英粉在200°C及以上的高溫蒸壓養護時才能觀測到明顯的反應跡象，而在常壓蒸汽養護(100°C及以下)條件下，石英粉的反應活性很低，這就使得常壓蒸汽養護條件下制備的RPC材料中，石英粉顆粒與水泥石基體存在明顯的界面過渡區。另外，雖然硅灰和礦渣粉是目前公認 效果最佳的活性材料，但由于它們數量有限，如我國硅灰資源匱乏，價格昂貴，目前已不能滿足混凝土工程的需求。其它活性材料，如火山灰、硅藻土、沸石粉、浮石粉和稻殼灰等，也存在資源分布與總數不足的問題。磷渣是黃磷工業產生的廢渣。我國各地磷渣的化學成分相似，主要為Si02、CaO、Al2O3等，其中，SiO2XaO總量大多在85%以上，Si02/Ca0比(硅鈣比)為0.8 1.4。熔融磷渣采用水淬冷卻時，形成粒化磷渣，具有與粒化高爐礦渣相似的玻璃體結構，其玻璃體含量高達90%以上。因此，從化學組成看，粒化磷渣(以下簡稱磷渣)具有潛在的膠凝性，具備作為活性組分用于RPC材料中的條件。但是，目前尚未見將磷渣作為活性組分用于RPC的文獻報道。這一方面是由于磷渣中Al2O3含量較低、含有一定量P205、F等成分，使其活性，尤其是早期活性較低；另一方面也由于在磷渣對高強、超高強混凝土材料的水化硬化特征及其對微觀結構的影響規律和機理等方面缺乏更深入、系統的理論研究與創新。
發明內容
本發明的目的在于提供一種摻磷渣活性粉末混凝土及其制備方法。
在利用磷渣粉的膠凝性能基礎上，通過材料的復合技術，用磷渣粉、硅灰、水泥、石英砂、鋼纖維，在常壓80 95°C蒸汽養護條件下制備活性粉末混凝土。本發明得到的活性粉末混凝土抗壓強度> 180MPa、抗折強度> 25MPa，屬于RPC200級。同時，其抗凍等級彡F350，氯離子遷移系數(RCM法)DmS 1.0 X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達RCM-V級，具有優良的抗凍性和抗氯離子滲透性。為實現上述目的，本發明的技術方案是:摻磷渣活性粉末混凝土，其材料由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、拌和水及鋼纖維經一定成型和養護工藝制備得到。各組分的質量配比為:水泥45 60份；磷渣粉25 40份；娃灰10 18份；減水劑2 3份；石英砂90 110份；拌和水14 16份；鋼纖維7.8 23.4份；且水泥、磷渣粉、硅灰3種組分的總量為100份；減水劑、石英砂、拌和水、鋼纖維為占水泥、磷渣粉、硅灰的重量份。其中水泥為硅酸鹽水泥，其28d抗壓強度彡50MPa ;磷渣粉的比表面積彡390m2/kg，流動度比彡95%，P2O5含量彡3.5% ;硅灰的比表面積彡18000m2/kg, SiO2含量彡90% ;減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率> 30% ;石英砂的粒徑范圍0.16 0.63mm ;鋼纖維直徑0.2mm左右，長度為13mm，長徑比> 55，抗拉強度彡1800MPa。為了實現上述目的，本發明是這樣實現的:摻磷渣活性粉末混凝土可采用以下兩種方法之一制備:1.將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰、石英砂和鋼纖維加入攪拌機中干拌2-3min，緩慢地倒入減水劑與水的混合液，繼續攪拌至出現漿體；攪拌均勻后將拌和物澆注于試模內，在混凝土試驗用振動臺上振動150 200s成型，并置于溫度20±2°C、相對濕度95%以上的條件下養護，2d后脫模；將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養護設備中，在3 4h內緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養護72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產品，其抗壓強度彡180MPa、抗折強度彡25MPa，同時，其抗凍等級彡F350，氯離子遷移系數(RCM法)Decm ^ 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達RCM-V級，具有優良的抗凍性和抗氯離子滲透性。2.將稱好的水泥·、磷渣粉、硅灰和石英砂加入攪拌機中干拌2_3min，緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續攪拌直至出現漿體，再均勻撒入鋼纖維并繼續攪拌；攪拌均勻后將拌和物澆注于試模內，在混凝土試驗室用振動臺上振動150-200S成型，并置于溫度(20±2) °C、相對濕度95%以上的條件下進行養護，2d后脫模；將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養護設備中，在3 4h內緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養護72h 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產品。其抗壓強度彡180MPa、抗折強度彡25MPa，同時，其抗凍等級彡F350，氯離子遷移系數(RCi^i)DM ( 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達RCM-V級，具有優良的抗凍性和抗氯離子滲透性。本發明的顯著特點和優點是，采用磷渣粉代替石英粉、部分水泥和硅灰，于80 95°C的常壓蒸汽養護條件下制得了抗壓強度200MPa級的活性粉末混凝土，它具有優良的抗凍性和抗氯離子滲透性。本發明同時還能促進磷渣的高效率利用，節約資源能源、保護環境。
具體實施例方式實例I (本實例中有兩個產品，其編號分別記為1-1，1-2):
摻磷渣粉活性粉末混凝土，它由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、拌和水和鋼纖維采用以下方法制備得到:I)原料的稱量:按表I所示的配比稱取各組分。其中，水泥為P.042.5，其28d抗壓強度51.0MPa ;磷渣粉比表面積397m2/kg，流動度比96% ;硅灰的比表面積20000m2/kg，SiO2含量91% ;減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率30% ;石英砂粒徑范圍
0.16 0.63mm ;鋼纖維為表面鍍銅平直微細鋼纖維，直徑0.2mm,長度為13mm，抗拉強度2800MPa。表I摻磷渣活性粉末混凝土的配合比(表中所示為各組分質量的份數)
權利要求
1.一種摻磷渣活性粉末混凝土，由水泥、磷渣粉、硅灰、減水劑、石英砂、水和鋼纖維為原料制備而成，其特征在于，各組分的質量配比為:水泥45 60份，磷渣粉25 40份，硅灰10 18份，水泥、磷渣粉和硅灰三種組分的總量為100份；減水劑2 3份，石英砂90 110份，水14 16份，鋼纖維7.8 23.4份，其中，減水劑、石英砂、水、鋼纖維為占水泥、磷渣粉和硅粉的總重量。
2.根據權利要求1所述的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于，水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，28天抗壓強度> 50MPa，磷渣粉的比表面積> 390m2/kg，流動度比> 95%，P2O5含量彡3.5%，硅灰的比表面積彡18000m2/kg，其SiO2含量彡90%。
3.根據權利要求1所述的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于，硅灰的比表面積^ 18000m2/kg，其SiO2含量> 90%，減水劑為非緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，其減水率彡30%，石英砂粒徑范圍0.16 0.63mm，鋼纖維直徑0.2mm左右，長度為13mm，長徑比>55，抗拉強度彡1800MPa。
4.一種制備權利要求1中摻磷渣活性粉末混凝土的方法，其特征在于，I)物料的充分混合:將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰、石英砂和鋼纖維依次加入攪拌機中干拌2-3min ;再緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續攪拌直至出現漿體；2)澆注成型:將攪拌均勻后的拌和物燒注于40mmX 40mmX 160mm三聯試模內，在混凝土試驗用振動臺上振動150_200s成型，置于溫度20±2°C、相對濕度95%以上的條件下養護，2d后脫模；3)養護:將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養護設備中，在3-4h內緩慢勻速地升溫至80 95°C并恒溫養護72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產品。
5.一種制備權利要求1中摻磷渣活性粉末混凝土的方法，其特征在于，I)物料的充分混合:將稱好的水泥、磷渣粉、硅灰和石英砂依次加入攪拌機中干拌2-3min ;緩慢倒入減水劑與水的混合液，繼續攪拌直至出現漿體，再均勻撒入鋼纖維并繼續攪拌；2)澆注成型:將攪拌均勻后的拌和物燒注于40mmX 40mmX 160mm三聯試模內，在混凝土試驗用振動臺上振動150-200S成型，置于溫 度20±2°C、相對濕度95%以上的條件下進行養護，2d后脫模；3)養護:將脫模后的混凝土移入混凝土蒸汽養護設備中，在3-4h內緩慢勻速地升溫至80 95 °C并恒溫養護72 96h，待其緩慢冷卻至室溫后，即得產品。
6.根據權利要求8或9中所制備的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于摻磷渣活性粉末混凝土的抗壓強度> 180MPa，抗折強度> 25MPa。
7.根據權利要求8或9中所制備的摻磷渣活性粉末混凝土，其特征在于摻磷渣活性粉末混凝土的抗凍等級彡F350,氯離子遷移系數Dm ^ 1.0X 10_13m2/s，抗氯離子滲透性能達RCM-V 級。
全文摘要
本發明在利用磷渣粉的膠凝性能基礎上，通過材料的復合技術，用磷渣粉、硅灰、水泥、石英砂、鋼纖維，在常壓80～95℃蒸汽養護條件下制得了高抗壓強度的活性粉末混凝土。本發明得到的活性粉末混凝土抗壓強度≥180MPa、抗折強度≥25MPa，屬于RPC200級。同時，其抗凍等級≥F350，氯離子遷移系數(RCM法)DRCM≤1.0×10-13m2/s，抗氯離子滲透性能達RCM-V級，具有優良的抗凍性和抗氯離子滲透性，促進磷渣的高效率利用，節約資源能源、保護環境。
文檔編號C04B28/08GK103242015SQ20131015746
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者彭艷周, 彭剛, 徐港, 柯錦, 唐俊峰, 肖文, 李念, 孫珩, 張丹, 周怡龍 申請人:三峽大學