專利名稱：流動性好、強度高的水泥基材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超高性能水泥基材料及其制備方 法，主要用于建筑工程、道路、橋梁等土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國際上公開報道強度等級150-200MPa的超高性能水泥基材料是由20 世紀90年代以法國科學(xué)家Pierre Richard為首的研究小組研制開發(fā)的RPC材料 (Reactive Powder Concrete),其制備原理主要包括(1)去除粗集料，使用磨 細石英砂且將砂的細度控制在600pm以內(nèi)；(2)加入超塑化劑降低水灰比，通 過優(yōu)化顆粒級配及在凝固前和凝固過程中對水泥基復(fù)合材料施加壓力增加密實 度；(3)硬化后通過熱處理(9(TC熱水養(yǎng)護或18(TC 20(rC以上的壓蒸養(yǎng)護)來 改善混凝土的微結(jié)構(gòu)；(4)加入微細鋼纖維提高混凝土的延性和韌性。通過上述 四種方式可使RPC硬化體的抗壓強度達到200MPa或以上，但RPC材料在工程 應(yīng)用過程中面臨以下幾個主要問題(1)制備RPC使用磨細石英砂取代普通粗細集料，最大粒徑控制在有 600um以下，實際這種混凝土并不是混凝土，而是細粒砂漿，且石英砂粉磨過 程的能耗非常大，成本很高；(2)活性礦物摻合料品種較為單一，大都僅使用價 格昂貴的硅灰，且摻量高達25%以上(取代水泥用量)；(3)超細金屬纖維用量 大、價格高且需進口； (4)為保證強度充分發(fā)展需在水泥凝固過程中施加壓力并 采用9(TC熱水或20(TC以上的壓蒸養(yǎng)護，工藝復(fù)雜、養(yǎng)護能耗高，適用于在制品 廠中進行生產(chǎn)，不便于現(xiàn)場澆注；(5) RPC不使用粗集料，從而使得粉狀膠結(jié) 材料(水泥+硅灰+石英粉)高達1200kg/m3以上，造價高達1000美元以上。以 上缺點嚴重限制了 RPC材料在實際工程中大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，研制并生產(chǎn)出低成本、高性能并適于規(guī)模化生產(chǎn)的超高性能水泥基材 料，具有重要的現(xiàn)實意義和實際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種 流動性好、強度高的水泥基材料及其制備方法，該材料具有良好的流動性能，輕 微振搗即可密實模具，適于密集配筋、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)方案本發(fā)明的流動性好、強度高的水泥基材料，是由六大組分組成， 其比例為
水泥 10.8 18.9% 復(fù)合工業(yè)廢渣 8.1 16.2% 高效外加劑 0.6 0.65% 細集料 32.3 34.1% 高強粗集料 32.3 34.1% 短細鋼纖維 2.7 7.8%
1、 水泥水泥是強度等級42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
2、 復(fù)合工業(yè)廢渣由超細粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰的兩種或三種組成的 混合物。其中，超細粉煤灰是火力發(fā)電廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求需水量比《95%，燒 失量《5%，比表面積》600n^/kg;磨細礦渣粉是煉鐵廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求比表 面積》600m"kg;硅灰是硅合金廠工業(yè)副產(chǎn)品，要求Si02含量^88。/。，比表面積 》15000m2/kg。
3、 高效外加劑減水率》40%的聚羧酸鹽外加劑，固含量》35%。
4、 細集料如河砂、黃砂，要求所用材料的細度《5mm。
5、 高強粗集料如玄武巖、鐵礦石、剛玉、鑄石或鐵塊等，要求所用材料 連續(xù)級配、顆粒粒徑5-20mm。
6、 短細鋼纖維國產(chǎn)平直型或端勾型短細纖維，要求直徑d《0.3mm、長度 K25mm。
7、 本發(fā)明提出的超高性能水泥基復(fù)合材料的制備方法，具體歩驟如下 (1)按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、細集料、高強粗集料，干攪1 分鐘，使它們均勻地混合在一起；(2)按配方比例稱取高效外加劑和水，將其在 容器中混合均勻；(3)將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的干料中，在攪拌機 中攪拌成大流動性的槳體；(4)將鋼纖維緩慢而均勻地分散到槳體中，并高速攪
拌3分鐘；(5)將加有纖維的漿體澆入鋼模,進行振動成型或模壓成型；(6)24小時后拆模，對試件進行標準養(yǎng)護(溫度為20。C、相對濕度為95%)或自然養(yǎng)護。 有益效果利用我國資源豐富的粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣，經(jīng)合理復(fù)合取代 大摻量硅灰，再通過使用減水率40%以上的國產(chǎn)高效外加劑，制備出具有高流動 性、且強度等級為C200的大摻量復(fù)合廢渣的超高性能水泥基體；用價格低廉的 國產(chǎn)短細鋼纖維取代國外進口的平直型超細鋼纖維；用最大粒徑為5mm的普通 砂取代磨細石英砂，選用粒徑5mm 20mm范圍內(nèi)的高強粗集料，以材料學(xué)理論 中的粒子緊密堆積和空隙分級填充原理為指導(dǎo)，精心設(shè)計具有最小集料空隙率和 集料最大密實化的高強集料骨架；綜合運用上述三方面的具體措施i )短細鋼 纖維增強體，ii)大摻量復(fù)合工業(yè)廢渣的超高強水泥基體，iii)大比例集料的 密實骨架結(jié)構(gòu),優(yōu)選和優(yōu)化材料組成結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮不同廢渣的潛能與互補效應(yīng)， 最大限度利用鋼纖維的增強、增韌和阻裂效應(yīng)，高效利用高強密實集料的骨架作 用，并簡化生產(chǎn)過程與工藝，在標準養(yǎng)護(溫度為2(TC、相對濕度為95%)或自然 養(yǎng)護條件下，制備出抗壓強度150-200MPa，抗折強度20-70 MPa的超高性能水 泥基材料。
與國內(nèi)外同類技術(shù)相比，該項成果具有以下特色(1)本發(fā)明所使用的原材料 全部為國內(nèi)大量生產(chǎn)的市售常規(guī)產(chǎn)品，原材料易得，價格低廉，成本僅為外同類 產(chǎn)品的1/3。 (2)本發(fā)明提出的超高性能水泥基復(fù)合材料制備時采用常溫養(yǎng)護，勿 需高溫高壓養(yǎng)護，工藝簡單，操作方便，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。(3)本發(fā)明的纖 維增強超高性能水泥基材料具有良好的流動性能，輕微振搗即可密實模具，適于 密集配筋、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容提供以下實施例
流動性好、強度高的水泥基材料是一種超高性能水泥基復(fù)合材料，由水泥、 復(fù)合工業(yè)廢渣、高效外加劑、細集料、高強粗集料和短細鋼纖維和水按一定比例 混合均勻而成，根據(jù)應(yīng)用需要，通過調(diào)整發(fā)明配方，可以獲得所需要的性能。
本發(fā)明的制備方法是(1)按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、細 集料、高強粗集料，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起；(2)按配方比例稱 取高效外加劑和水，將其在容器中混合均勻；(3)將配制好的水劑緩慢加入到混 合均勻的干料中，在攪拌機中攪拌成大流動性的漿體；(4)將鋼纖維緩慢而均勻地分散到漿體中，并高速攪拌3分鐘；(5)將加有纖維的漿體澆入鋼模，進行振
動成型或模壓成型；(6) 24小時后拆模，對試件進行標準養(yǎng)護(溫度為2(TC、相 對濕度為95%)或自然養(yǎng)護。
實施例1:
水泥 19.4%
復(fù)合工業(yè)廢渣 8.3%
高效外加劑 0.62%
細集料 33.2%
玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.2%
短細鋼纖維 5.3 %
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由33.3%硅灰和66.7%粉煤灰組成，玄武巖粗集料為連 續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量的17%,采用標 準養(yǎng)護卯天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如
下
抗壓強度(90天)153.7MPa，抗折強度(90天)38.8MPa。
實施例2:
水泥 19.4%
復(fù)合工業(yè)廢渣 8.3%
高效外加劑 0.62%
細集料 33.2%
玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.2%
短細鋼纖維 5.3 °/。
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由33.3%硅灰和66.7%礦渣粉組成，玄武巖粗集料為連 續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量的17%，采用標 準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如 下
抗壓強度(卯天)156.7MPa，抗折強度(90天)38.8MPa。實施例3:水泥 13.8%復(fù)合工業(yè)廢渣 13.8%高效外加劑 0.62%細集料 33.2 %玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.2%短細鋼纖維 5.3 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰和80%礦渣粉組成，玄武巖粗集料為連續(xù) 級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量的17%，采用標準 養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如下抗壓強度(卯天)155.1MPa，抗折強度(90天)41.1MPa。實施例4:水泥 13.8%復(fù)合工業(yè)廢渣 13.8%高效外加劑 0.62%細集料 33.2%玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.2%短細鋼纖維 5.3 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰、20%粉煤灰和60%礦渣粉三者組成，玄 武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量 的17%，采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料， 測得其性能如下抗壓強度(90天)U5.6MPa，抗折強度(90天)30.4MPa。實施例5:水泥 19.4%復(fù)合工業(yè)廢渣 8.3%高效外加劑 0.62%細集料 33.2 %玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.2% 短細鋼纖維 5.3 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由33.3%硅灰、33.3%粉煤灰和33.3%礦渣粉三者組成， 玄武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì) 量的17%，采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材 料，測得其性能如下抗壓強度(90天)174.7MPa，抗折強度(90天)38.4MPa。實施例6:水泥 13.9%復(fù)合工業(yè)廢渣 13.9%高效外加劑 0.63%細集料 33.4%鐵礦石粗集料(最大粒徑10mm) 33.4%短細鋼纖維 4.8 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰和80%礦渣粉組成，鐵礦石粗集料為連續(xù) 級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量的17%,采用標準 養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如下: 抗壓強度(90天)181.4MPa，抗折強度(90天)33.6MPa。實施例7:水泥 13.9%復(fù)合工業(yè)廢渣 13.9%高效外加劑 0.63%細集料 33.4%鐵礦石粗集料(最大粒徑10mm) 33.4%短細鋼纖維 4.8 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰和80%礦渣粉組成，鐵礦石粗集料為連續(xù) 級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量的21%，釆用標準 養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如下:抗壓強度(90天)178.84MPa，抗折強度(90天)28.5MPa。
實施例8-
水泥 14.1%
復(fù)合工業(yè)廢渣 14.1%
高效外加劑 0.65%
細集料 33.8 %
鐵塊(最大粒徑10mm) 33.8%
短細鋼纖維 3.6 %
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰、20%粉煤灰和60%礦渣粉三者組成，玄 鐵塊粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量 的17%，采用標準養(yǎng)護卯天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料, 測得其性能如下
抗壓強度(90天)17MMPa，抗折強度(卯天)3T9MPa。
實施例9:
水泥 14.4%
復(fù)合工業(yè)廢渣 14.4%
高效外加劑 0.65%
細集料 32.6%
玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 32.6%
短細鋼纖維 5.5 %
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰、20%粉煤灰和60%礦渣粉三者組成，玄 武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量 的17%,采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料， 測得其性能如下
抗壓強度(90天)163.0MPa，抗折強度(90天)38.6MPa。
實施例10:
水泥 13.3%復(fù)合工業(yè)廢渣 13.3%
高效外加劑 0.60%
細集料 33.9%
玄武巖粗集料(最大粒徑10mm) 33.9%
短細鋼纖維 5.1%
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由20%硅灰、20%粉煤灰和60%礦渣粉三者組成，玄 武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì)量 的17%，采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料, 測得其性能如下
抗壓強度(90天)150.1MPa，抗折強度(90天)30.0MPa。
實施例11:
水泥 19.9%
復(fù)合工業(yè)廢渣 8.5%
高效外加劑 0.64%
細集料 34.1%
鐵礦石粗集料(最大粒徑10mm) 34.1%
短細鋼纖維 2.7%
其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由33.3%硅灰、33.3。/。粉煤灰和33.3%礦渣粉三者組成， 玄武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì) 量的17%,采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材 料，測得其性能如下
抗壓強度(90天)178.6MPa，抗折強度(90天)36.5MPa。
實施例12:
水泥 18.9%
復(fù)合工業(yè)廢渣 8.1%
高效外加劑 0.61%
細集料 32.3 %
鐵礦石粗集料(最大粒徑10mm) 32.3%短細鋼纖維 7.8%其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由33.3%硅灰、33.3%粉煤灰和33.3%礦渣粉三者組成， 玄武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì) 量的17%，采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材 料，測得其性能如下抗壓強度(90天)215.6MPa，抗折強度(90天)70.6MPa。實施例13:水泥 10.8%復(fù)合工業(yè)廢渣 16.2%高效外加劑 0.61%細集料 32.3 %鐵礦石粗集料(最大粒徑10mm) 32.3%短細鋼纖維 7.8 %其中，復(fù)合工業(yè)廢渣是由16.7%硅灰、33.3%粉煤灰和50%礦渣粉三者組成， 玄武巖粗集料為連續(xù)級配的5-10mm碎石，拌合水量為水泥與復(fù)合工業(yè)廢渣總質(zhì) 量的17%，采用標準養(yǎng)護90天。上述組分按前述工藝制備得到超高性能水泥基材料，測得其性能如下抗壓強度(90天)169.2MPa，抗折強度(90天)38.1MPa。
權(quán)利要求
1、一種流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于，該材料各組分的質(zhì)量百分比為水泥 10.8～18.9％復(fù)合工業(yè)廢渣 8.1～16.2％高效外加劑 0.6～0.65％細集料 32.3～34.1％高強粗集料 32.3～34.1％短細鋼纖維 2.7～7.8％
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述水泥是強度等級42.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述復(fù)合工業(yè)廢渣是超細粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰中的兩種或三種的混合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述高效外加劑是減水率大于40%以上的聚羧酸鹽外加劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述細集料是最大粒徑5mm的普通黃砂或河砂。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述高強粗集料是玄武巖或鐵礦石或剛玉或鑄石或鐵塊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料，其特征在于， 所述短細鋼纖維是直徑d《0.3mm、長度1《25mm的平直型或端勾型短細鋼纖維。
8、 一種如權(quán)利要求1所述的流動性好、強度高的水泥基材料及其制備方法， 其特征在于，干料的制備按配方比例稱取所需的水泥、復(fù)合工業(yè)廢渣、細集料、高強粗 集料，干攪1分鐘，使它們均勻地混合在一起；水劑的制備按配方比例稱取高效外加劑和水，將其在容器中混合均勻；混合將配制好的水劑緩慢加入到混合均勻的干料中，在攪拌機中攪拌成大 流動性的漿體；之后，將鋼纖維緩慢而均勻地分散到漿體中，并高速攪拌3分鐘；成型將加有纖維的漿體澆入鋼模，進行振動成型或模壓成型；24小時后 拆模，對試件進行標準養(yǎng)護或自然養(yǎng)護。
全文摘要
流動性好、強度高的水泥基材料及其制備方法各組分及其質(zhì)量百分比為水泥10.8～18.9％，復(fù)合工業(yè)廢渣8.1～16.2％，高效外加劑0.6～0.65％，細集料32.3～34.1％，高強粗集料32.3～34.1％，短細鋼纖維2.7～7.8％。本發(fā)明通過使用國產(chǎn)短細鋼纖維和減水率大于40％的外加劑，以30-60％的復(fù)合工業(yè)廢渣取代水泥，用普通砂取代磨細砂，摻入高強粗集料，在標準養(yǎng)護或自然養(yǎng)護條件下，制備出抗壓強度150-200MPa，抗折強度20-70MPa的超高性能水泥基材料。本發(fā)明大大降低了原材料成本、簡化了生產(chǎn)工藝，同時吸納了大量的工業(yè)廢渣，為超高性能水泥基材料大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了廣闊的前景。
文檔編號C04B28/04GK101318801SQ20081002232
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者偉 佘, 偉 孫, 張云升, 賈艷濤 申請人:東南大學(xué)