專利名稱：一種礦物聚合材料基活性粉末混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種低成本、含有大量工業(yè)廢料的活性粉末 混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
活性粉末混凝土是二十世紀(jì)九十年代初由法國的B0UYGUES科學(xué)部以Pierre Richard為首的研究小組首先研究開發(fā)的一種新型超高強水泥基材料，這種材料由于其 中粉末組分的活性和細度的增加而取名為活性粉末混凝土。它采用類似DSP材料的配制 原理，但組成材料進一步合理化，因而它不同于普通鋼纖維混凝土(FRC)和高性能混凝土 (HPC)，同時，又是DSP材料的進一步發(fā)展。RPC由密實填充的細顆?；旌狭?、超塑化劑和鋼 纖維在低水膠比下拌合成流態(tài)漿體經(jīng)養(yǎng)護硬化而制成，隨組成、成型工藝及養(yǎng)護方法的不 同，RPC可以具有200 800MPa的強度。普通活性粉末混凝土的主要原材料是水泥、硅灰、石英粉、石英砂、鋼纖維、高效減 水劑等，由于所使用的硅灰、石英粉、石英砂等原材料價格昂貴，導(dǎo)致活性粉末混凝土成本 較高，阻礙了活性粉末混凝土的推廣的應(yīng)用。Geopolymer的概念最早是由法國學(xué)者Jos印h Davidovits于1978年提出的。后 來Davidovits又進一步解釋說，Geopolymer可以認為是由地球化學(xué)作用或地質(zhì)合成作 用而形成的礦物聚合物(Mineral polymers)。其英文的同義詞還有Mineral Polymer, Geopolymeric materials, aluminosilicate polymer, inorganic Polymeric materials 等。Geopolymer在國內(nèi)翻譯為礦物聚合材料或地質(zhì)聚合物。自Jos印h Davidovits于1978 年提出此概念后，國內(nèi)外對此礦物材料進行了一系列的研究，該材料的主要優(yōu)點包括①具 有高強度。Palomo等以煅燒高嶺石為主要原料，加入硅砂作為增強組分，制備出了抗壓強度 達84. 3MPa的地質(zhì)聚合物材料，而材料的固化時間僅24h。由Foder A. J.等制備的碳纖維 增強礦物聚合材料抗彎強度可達245MPa，抗拉強度327MPa，抗剪強度14MPa。在800°C下， 可保持其63%的原始抗彎強度。墨爾本大學(xué)Hua Xu和J. S. J. Van Deventer對16種天然 的硅酸鹽礦物制備礦物聚合材料進行了研究，結(jié)果表明，架狀構(gòu)造和島狀構(gòu)造硅酸鹽，并且 鈣含量較高者形成的地質(zhì)聚合物抗壓強度最大。②具有良好的耐久性。與普通水泥相比， 地質(zhì)聚合物在5%硫酸和鹽酸溶液中的分解率只有普通水泥的1/5 1/13。③滲透率與純 硅酸鹽水泥凈漿相近，但要比粉煤灰水泥低了 1個數(shù)量級。④在硬化過程中的線收縮率要 比普通硅酸鹽水泥低得多，只有普通硅酸鹽水泥的1/5 1/8。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于活性粉末混凝土成本高的問題及礦物聚合材料可大量利用固體廢棄 物的優(yōu)點，創(chuàng)造性的將礦物聚合材料的思想引入活性粉末混凝土的制備，提出本發(fā)明。本發(fā)明的技術(shù)方案一種礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于其組分 包括膠凝材料、骨料、激發(fā)劑、水、減水劑、鋼纖維；活性粉末混凝土的配合比各組分的質(zhì)量
3比如下膠凝材料1;骨料0.8-1. 3 ；激發(fā)劑0.01-0. 2 ；水0·1-0·3;減水劑0·005-0. 07 ；鋼纖維0·01-0. 25。上述膠凝材料為水泥、粉煤灰、磨細礦渣粉、偏高嶺土、硅灰、鋼渣粉、磷渣粉、鋰渣 粉之中的一種或二種以上的混合物。上述骨料為石英砂、河砂、尾砂中的一種或河砂與尾砂的混合物。上述激發(fā)劑為堿金屬硅酸鹽硅酸鈉或硅酸鉀和堿金屬氫氧化物氫氧化鈉或氫氧 化鉀的混合物，模數(shù)為1.0-3.0，可以是固體，也可以是液體，當(dāng)是液體時，折算成固體后考
慮用量。上述鋼纖維為鍍銅高強度圓截面纖維、波浪型、端鉤型鋼纖維中的一種；上述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，其制備工藝的步驟是按配 方稱量好膠凝材料、骨料、鋼纖維加入攪拌機中攪拌均勻，再將溶有激發(fā)劑和減水劑的拌合 水加入攪拌機繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后，倒出攪拌機，進行成型和養(yǎng)護后即可制的礦物聚合材 料基活性粉末混凝土制品。上述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，所用的成型工藝可以采用振 動成型或壓制成型中的一種。上述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，其養(yǎng)護工藝是振動成型后 試件可采用帶模養(yǎng)護或脫模后養(yǎng)護，采用帶模養(yǎng)護時，試件需靜停6h以上；養(yǎng)護工藝可采 用蒸汽養(yǎng)護或蒸壓養(yǎng)護，采用蒸汽養(yǎng)護時，養(yǎng)護溫度為60-95 °C，養(yǎng)護時間24-96小時；采用 蒸壓養(yǎng)護時，養(yǎng)護溫度100-200°C，養(yǎng)護時間24-96小時。蒸汽養(yǎng)護或蒸壓養(yǎng)護完成后再放 入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護。本發(fā)明的工作機理本發(fā)明的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的膠凝材料以固體 廢棄物為主，而固體廢棄物中大量含有硅鋁酸鹽礦物，這些礦物中的硅氧鋁氧四面體骨架 網(wǎng)絡(luò)在強極性激發(fā)劑的作用下發(fā)生解聚，生成單聚體的硅氧四面體，在養(yǎng)護過程中，單聚體 的硅氧四面體又重新聚合，形成具有空間架狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的硅氧鋁氧四面體網(wǎng)絡(luò)。從而使所 獲得的礦物聚合材料基活性粉末混凝土具有較高的強度和較好的耐久性能。本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比的有益效果與傳統(tǒng)的活性粉末混凝土相比，本發(fā)明通過 引入堿金屬硅酸鹽作為激發(fā)劑，大幅度降低甚至不用傳統(tǒng)活性粉末混凝土中的硅灰、石英 粉等價格昂貴的原材料，大量摻入粉煤灰、磨細礦渣粉、鋼渣粉、磷渣粉、鋰渣粉等固體廢棄 物，不僅大幅降低了活性粉末混凝土的成本，而且大量利用了固體廢棄物，對于節(jié)約資源和 能源、保護生態(tài)環(huán)境、促進可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義和深遠的影響。
具體實施例方式下面以實施例說明
具體實施例方式實施例1
將各原料按下列比例稱量水泥0·2磨細礦渣粉0· 8石英砂1.1液體鈉水玻璃(模數(shù)1. 5) 0. 1減水劑0·02/K 0. 15鋼纖維(高強度圓截面纖維):0· 1首先將稱量好的水泥、磨細礦渣粉、鋼纖維、骨料倒入混凝土攪拌機中攪拌4分 鐘，使其攪拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌6分鐘。將攪拌好 的活性粉末混凝土裝入試模，振動2分鐘使其中的氣泡排出；成型好的試件在室溫下靜停 一天后拆模，拆模后的試件放入混凝土蒸養(yǎng)箱中，以10°C /h的速度升溫至80°C，恒溫養(yǎng)護 48h后以10°C /h的速度降溫至室溫，試件移入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護4天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度158MPa ；抗折強度20. 4MPa。實施例2將各原料按下列比例稱量偏高嶺土 1河砂1.2液體鉀水玻璃(模數(shù)1. 0) :0· 2減水劑0·01水0·3鋼纖維(波浪型)0· 15首先將稱量好的偏高嶺土、鋼纖維、河砂倒入混凝土攪拌機中攪拌5分鐘，使其攪 拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌4分鐘。將攪拌好的活性 粉末混凝土裝入試模，采用擠壓成型。成型好的試件在室溫下靜停一天后放入蒸壓釜中， 140°C蒸壓24h，蒸壓完成后放入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護7天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度183MPa ；抗折強度23. 9MPa。實施例3將各原料按下列比例稱量水泥0·3硅灰0·2鋼渣粉0·4石英粉0·1尾砂0· 4河砂0.7石英砂0. 2固體鈉水玻璃(模數(shù)3. 0) 0. 04固體氫氧化鈉0. 02減水劑0·04
水0·12鋼纖維(端鉤型鋼纖維)0· 25首先將稱量好的水泥、硅灰、鋼渣粉、石英粉、尾礦、河砂、鋼纖維倒入混凝土攪拌 機中攪拌5分鐘，使其攪拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌4分 鐘。將攪拌好的活性粉末混凝土裝入試模，振動2分鐘使其中的氣泡排出；成型好的試件在 室溫下靜停6h后放入混凝土蒸養(yǎng)箱中，以12°C /h的速度升溫至70°C，恒溫養(yǎng)護96h后以 IO0C /h的速度降溫至室溫，試件拆模后移入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護3天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度178MPa ；抗折強度26. 4MPa。實施例4 將各原料按下列比例稱量水泥0·3粉煤灰0·4硅灰0. 2石英粉0·1河砂1.0液體鉀水玻璃(模數(shù)2. 0) :0· 01減水劑0·005水0·13鋼纖維(高強度圓截面纖維):0· 2首先將稱量好的水泥、粉煤灰、硅灰、石英粉、鋼纖維、河砂倒入混凝土攪拌機中攪 拌5分鐘，使其攪拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌5分鐘。將 攪拌好的活性粉末混凝土裝入試模，振動3分鐘使其中的氣泡排出；成型好的試件在室溫 下靜停一天后拆模，拆模后的試件放入混凝土蒸養(yǎng)箱中，以10°C /h的速度升溫至90°C，恒 溫養(yǎng)護60h后以10°C /h的速度降溫至室溫，試件移入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護4天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度149MPa ；抗折強度18. 6MPa。實施例5將各原料按下列比例稱量粉煤灰0·2磨細礦渣粉0· 6鋰渣粉0·2尾砂0. 8固體鈉水玻璃(模數(shù)2. 5) 0. 04固體氫氧化鉀0. 03減水劑0.05/K 0. 14鋼纖維(高強度圓截面纖維)0· 08首先將稱量好的水泥、磨細礦渣粉、鋰渣粉、鋼纖維、尾砂倒入混凝土攪拌機中攪 拌4分鐘，使其攪拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌6分鐘。將 攪拌好的活性粉末混凝土裝入試模，壓制成型；成型好的試件在室溫下靜停一天后放入混
6凝土蒸養(yǎng)箱中，以10°c /h的速度升溫至85°C，恒溫養(yǎng)護72h后以10°C /h的速度降溫至室 溫，試件移入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護3天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度152MPa ；抗折強度24. IMPa。實施例6將各原料按下列比例稱量水泥0·2粉煤灰0·2偏高嶺土0· 6河砂0.6尾砂0. 6液體鈉水玻璃(模數(shù)1. 0) 0. 06減水劑0·07水 0. 1鋼纖維(高強度圓截面纖維):0· 01首先將稱量好的水泥、粉煤灰、偏高嶺土、鋼纖維、河砂、尾礦倒入混凝土攪拌機中 攪拌6分鐘，使其攪拌均勻，再將溶解有激發(fā)劑、減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌5分鐘。 將攪拌好的活性粉末混凝土裝入試模，振動4分鐘使其中的氣泡排出；成型好的試件在室 溫下靜停一天后拆模，拆模后的試件放入混凝土蒸養(yǎng)箱中，以10°C /h的速度升溫至80°C， 恒溫養(yǎng)護48h后以10°C /h的速度降溫至室溫，試件移入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護25天。所得活性粉末混凝土試件的性能為抗壓強度158MPa ；抗折強度19. SMPa。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本 發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明 的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實 施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于其組分包括膠凝材料、骨料、激 發(fā)劑、水、減水劑、鋼纖維；活性粉末混凝土的配合比各組分的質(zhì)量比如下膠凝材料1 ；骨料0. 8-1. 3 ；激發(fā)劑0. 01-0. 2 ；水0. 1-0. 35 ；減水劑0. 005-0. 07 ；鋼纖維0. 01-0. 25。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于膠凝材料為 水泥、粉煤灰、磨細礦渣粉、偏高嶺土、硅灰、石英粉、鋼渣粉、磷渣粉、鋰渣粉之中的一種或 二種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于所用骨料為 石英砂、河砂、尾砂中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于激發(fā)劑為 堿金屬硅酸鹽硅酸鈉或硅酸鉀和堿金屬氫氧化物氫氧化鈉或氫氧化鉀的混合物，模數(shù)為 1. 0-3. 0，激發(fā)劑可以是固體也可以是液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土，其特征在于所用鋼纖維 為鍍銅高強度圓截面纖維、波浪型、端鉤型鋼纖維中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，其特征在于其 制備工藝的步驟是按配方稱量好膠凝材料、骨料、鋼纖維加入攪拌機中攪拌均勻，再將溶 有激發(fā)劑和減水劑的拌合水加入攪拌機繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后，倒出攪拌機，進行成型和養(yǎng) 護后即可制得礦物聚合材料基活性粉末混凝土制品。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，其特征在于 所用的成型工藝可以采用振動成型或者壓制成型中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的礦物聚合材料基活性粉末混凝土的制備方法，其特征在于 養(yǎng)護工藝是振動成型后試件可采用帶模養(yǎng)護或脫模后養(yǎng)護，采用帶模養(yǎng)護時，試件需靜停 6h以上；養(yǎng)護工藝采用蒸汽養(yǎng)護或蒸壓養(yǎng)護，采用蒸汽養(yǎng)護時，養(yǎng)護溫度為60-95°C，養(yǎng)護 時間24-96小時；采用蒸壓養(yǎng)護時，養(yǎng)護溫度100-200°C，養(yǎng)護時間24-96小時。
全文摘要
一種礦物聚合材料基活性粉末混凝土及其制備方法，由質(zhì)量比為1∶0.8-1.3∶0.01-0.2∶0.1-0.3∶0.005-0.07∶0.01-0.25的膠凝材料、骨料、激發(fā)劑、水、減水劑、鋼纖維制得。其制備方法是稱量好的膠凝材料、骨料、鋼纖維倒入攪拌機中攪拌均勻后加入溶有激發(fā)劑、減水劑的水，攪拌均勻后通過振動成型或壓制成型，成型后的試件通過蒸壓養(yǎng)護或蒸養(yǎng)養(yǎng)護后即制得礦物聚合材料基活性粉末混凝土。本發(fā)明通過引入礦物聚合材料的制備思想，成功實現(xiàn)了在活性粉末混凝土中摻入大量的固體廢棄物，不僅制得的活性粉末混凝土強度高、耐久性好，而且達到了降低成本、保護環(huán)境的效果。
文檔編號C04B28/00GK102001846SQ201010133839
公開日2011年4月6日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者仲新華, 馮仲偉, 易忠來, 朱長華, 李化建, 謝永江, 譚鹽賓 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所