新型混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型混凝土及其制備方法，新型混凝土包括水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂＝0.47：1：0.17～0.40：1.27～2.97：0～1.05：0～1.34。本發(fā)明利用圓球形礦渣陶粒、鋼渣、水渣等工業(yè)廢渣作為原材料研制的新型混凝土，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省廢渣占用土地量，減少了廢渣對自然環(huán)境的破壞，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減輕自然環(huán)境承受的負(fù)擔(dān)。陶粒、鋼渣及水渣混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能源，并改善居室的舒適性。
【專利說明】
新型混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種新型混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國城市化進(jìn)程的加快，建筑的市場需求量日益提高，每年以16~20億平方 米建筑面積的趨勢新增。建筑建造消耗了大量的能源、礦產(chǎn)、水、土地和木材等各類自然資 源，從而導(dǎo)致了礦產(chǎn)減少、能源緊缺、綠地大面積減少的現(xiàn)狀。隨著我國資源短缺問題日益 嚴(yán)重，許多地方已經(jīng)開始大規(guī)模地開山采石，自然生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，違背了我國經(jīng) 濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，研究廢棄資源的有效循環(huán)利用，變廢為寶，可以促進(jìn)自 然生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 高爐水渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣是鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程中的必然產(chǎn)物，僅2010年柳鋼生鐵產(chǎn)量 917萬噸，粗鋼產(chǎn)量1001萬噸，共計(jì)產(chǎn)生高爐水渣379.7萬噸，鋼渣170萬噸，每生產(chǎn)1噸粗鋼 就會(huì)產(chǎn)生0.17噸的鋼渣。如果不能合理地利用這些工業(yè)廢渣，不僅會(huì)占用大量的土地、浪費(fèi) 資源，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。相反，如果能夠有效回收并加以綜合利用這些廢棄資源，既提高 了經(jīng)濟(jì)效益、改善環(huán)境，又實(shí)現(xiàn)了國家節(jié)能減排的要求。同時(shí)，將工業(yè)廢渣循環(huán)再利用，生產(chǎn) 新型的建筑材料，使有限的資源得以有效的重新利用，又改善了環(huán)保和資源問題。
[0004] 《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中著重提出研究綠色、節(jié)能建材，對于土 木工程領(lǐng)域而言，充分利用陶粒、鋼渣和水渣等工業(yè)廢渣配制成新型材料混凝土墻體材料 就是充分利用工業(yè)廢渣、變廢為寶，符合我國發(fā)展"綠色、環(huán)保、節(jié)能"的主題。墻體材料是推 進(jìn)我國建筑節(jié)能工作的重要保證，而新型墻材是伴隨著我國建筑業(yè)的迅猛發(fā)展、土地和能 源等不可再生資源的超負(fù)荷開發(fā)而發(fā)展起來的一門新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展歷史短，社會(huì)需求大， 行業(yè)水平較低，科技創(chuàng)新潛力巨大。綜合有效利用工業(yè)廢渣進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)可靠、先進(jìn)合理的 節(jié)能墻體材料具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場前景，既能夠緩解環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能 夠減少對自然資源的開采，是實(shí)現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展宏觀政策的必然選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決混凝土需求量不斷增高，而現(xiàn)有工業(yè)廢渣不易處理，難 以循環(huán)利用，污染環(huán)境的問題，提供了一種新型混凝土及其制備方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種新型混凝土，包括水、水泥、陶粒、鋼 渣、水渣和天然砂。
[0007] 進(jìn)一步的，以質(zhì)量比計(jì)，水:水泥：陶粒:鋼渣:水渣:天然砂=0.47:1:0.17~0.40: 1.27~2.97:0~1.05:0~1.34。
[0008] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47 :1:0.17 : 2.97 : 0 · 53:0 · 67。（ LC-30-50，強(qiáng)度等級(jí) C25)
[0009] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47 :1:0.29: 2.12 : 0 · 53:0 · 67。（ LC-50-50，強(qiáng)度等級(jí) C20)
[0010] 優(yōu)選的，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=0.47:1:0.40:1.27: 0 · 53:0 · 67。（ LC-70-50，強(qiáng)度等級(jí) C15)
[0011] 本發(fā)明還公開了上述新型混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0012 ] (1)陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡，然后撈出晾干至表面無積水；
[0013] (2)混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌均勻，再加入 水泥攪拌均勻，最后加水?dāng)嚢?，得到混凝土拌合物?br>[0014] (3)成型:將所述混凝土拌合物注入模具成型；
[0015] (4)養(yǎng)護(hù):對成型后的所述混凝土進(jìn)行保潮養(yǎng)護(hù)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述混合步驟具體為：將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行 混合，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌30s，使粗細(xì)骨料攪拌均勻;再加入水泥攪拌30s，使水泥在骨 料中均勾分布;最后加水?dāng)嚢?min，得到混凝土拌合物。
[0017] 進(jìn)一步的，所述成型步驟采用二次裝模、二次振搗的方法，具體包括：
[0018] (1)第一次裝模，將混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，機(jī)械振搗5~7s至 密實(shí)；
[0019] (2)第二次裝模，要使混凝土拌合物高出模具，再用機(jī)械振搗5~7s;
[0020] (3)對振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行人工抹壓，防止陶粒發(fā)生浮起的現(xiàn)象；
[0021] (4)若成型過程中陶粒上浮，可在成型后lh再進(jìn)行一次人工抹面。
[0022] 進(jìn)一步的，所述養(yǎng)護(hù)步驟具體為:溫度18-22Γ、相對濕度>95%的條件下對所述 成型后的混凝土養(yǎng)護(hù)28d。若當(dāng)養(yǎng)護(hù)壞境的溫度高于20°C，須用塑料布覆蓋在混凝土試件及 砌塊上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆一次水。
[0023] 進(jìn)一步的，所述陶粒預(yù)濕步驟中，陶粒在水中浸泡1小時(shí)。
[0024] 進(jìn)一步的，所述混合步驟中，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂= 0.47:1:0.17~0.40:1.27~2.97:0~1.05:0~1.34。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果：
[0026] 1)本發(fā)明生產(chǎn)的新型混凝土有不同強(qiáng)度等級(jí)，其所用的原材料，除了傳統(tǒng)混凝土 所用的水泥、砂、和水組分外，還利用工業(yè)廢渣陶粒、鋼渣、水渣作為摻合料。該種新型混凝 土能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等提供所需要的強(qiáng)度。
[0027] 2)本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好 等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能 源，并改善居室的舒適性。
[0028] 3)本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝土配合比的確定，方法簡單合 理，各參量物理意義明確，操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。
[0029] 4)本發(fā)明利用工業(yè)廢渣作為原材料，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省土地占 用，減輕工業(yè)廢渣污染，減少廢渣對自然環(huán)境的破壞，節(jié)約天然資源的開采，有利于緩解大 量工業(yè)廢渣的處置問題和日益嚴(yán)重的資源問題。有利于促進(jìn)資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，從根 本上解決我國工業(yè)廢渣存在的問題，同時(shí)也可以建立健全適合我國實(shí)際情況的工業(yè)廢渣綜 合處置系統(tǒng)。另外也促進(jìn)了我國的科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境和社會(huì)發(fā)展，均具有重要的理 論意義和實(shí)用價(jià)值。
[0030]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0031] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中陶粒取代率對立方體抗壓強(qiáng)度的影響圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鋼渣取代率對立方體抗壓強(qiáng)度的影響圖。
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中LC-30-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0037]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0038]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0039]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中LC-50-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0040]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-0應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0041 ]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-50應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0042]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中LC-70-100應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€圖；
[0043]圖12為本發(fā)明實(shí)施例中立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0045] 實(shí)施例
[0046] 一、材料
[0047] 1.1水泥
[0048] 扶綏新寧海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌普通硅酸鹽水泥P.0 42.5，其基本性能 見表1。
[0049] 表1水泥基本性能
[0050]
[0051 ] 1.2陶粒
[0052]采用廣西華桂陶粒制品有限公司生產(chǎn)的400級(jí)圓球形礦渣陶粒，礦渣陶粒是一種 多孔材料，其具有輕質(zhì)、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、環(huán)保等優(yōu)良特點(diǎn)。
[0053] 根據(jù)《輕集料及其試驗(yàn)方法》GB/T 17431.1-2010第1部分的規(guī)程，經(jīng)過人工清洗、 篩分，選取粒徑為5~12mm的圓球形礦渣陶粒進(jìn)行在廣西大學(xué)材料試驗(yàn)室進(jìn)行基本性能試 驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
[0054] 表2陶粒的基本性能
[0055]
[0056] 1.3鋼渣
[0057] 本試驗(yàn)所用的鋼渣使用經(jīng)過柳鋼碾壓、破碎及篩網(wǎng)篩選處理的廢棄鋼渣。鋼渣目 前開發(fā)的產(chǎn)品很少，沒有形成一定的生產(chǎn)規(guī)模，鋼渣僅在煉鋼廠生產(chǎn)線上經(jīng)過簡單處理回 收少量金屬，極少量鋼渣用于填路，其余大量尾渣均集中進(jìn)行堆放處理，形成待處理渣山， 長期積累占用了大量的土地，成了 一個(gè)必須解決的環(huán)保問題。
[0058] 本試驗(yàn)將對柳鋼廢棄的鋼渣進(jìn)行回收利用，用破碎機(jī)進(jìn)行簡單的破碎后，再進(jìn)行 篩分處理，選用粒徑5.0~26.5mm級(jí)配良好的鋼渣作為陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的粗骨 料，按照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006的規(guī)定進(jìn)行材料性能試 驗(yàn)，測定結(jié)果如表3所示。
[0059] 表3鋼渣基本性能
[0060]
[0061 ] 1.4水渣
[0062]本試驗(yàn)所用的細(xì)骨料分為天然砂和水渣，天然砂采用邕江河砂，水渣使用柳鋼碾 壓、破碎及篩網(wǎng)篩選處理的廢棄高爐水渣。通過對比水渣和天然砂的篩分試驗(yàn)結(jié)果可以看 出：水渣和天然砂均屬于2級(jí)級(jí)配區(qū)砂，且水渣的顆粒分布明顯偏窄，其粒徑在2.36mm以上 的僅占顆?？偭康?.4%，顆粒尺寸主要集中在0.30mm~2.36mm范圍內(nèi)。細(xì)骨料的篩分結(jié)果 如表4所示。
[0063]表4細(xì)骨料的篩分結(jié)果
[0064]
[0065] 注：△1、厶2^3^4、厶5^6表示篩孔直徑為4.75111111、2.36111111、1.18111111、60(^111、30(^111、 150μηι的累計(jì)篩余量（％ )。
[0066]水渣在滿足《建筑材料放射性核素限量》GB 6566-2010的要求下，按照國家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑用砂》GB/T 14684-2011及《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006進(jìn) 行試驗(yàn)及評(píng)定，其基本物理性能如表5所示。
[0067] 表5細(xì)骨料基本性能
[0068]
[0069] 1.5水
[0070]拌合用水使用廣西大學(xué)飲用水。
[0071 ] 二、新型混凝土制備
[0072] 新型混凝土的制備方法，包括以下步驟：
[0073] (1)陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡1小時(shí)，然后撈出晾干至表面無積水。
[0074] (2)混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī) 攪拌30s，使粗細(xì)骨料攪拌均勻;再加入水泥攪拌30s，使水泥在骨料中均勻分布;最后加水 攪拌2min，得到混凝土拌合物。水、水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂配比如表6所示。
[0075] 表6新型混凝土材料配合比
[0076]
[0077] 注：1、陶粒采用預(yù)濕處理，保證有效水灰比；2、LC-50_30表示：陶粒取代率為50%， 水渣取代率為30 %。
[0078] (3)采用二次裝模、二次振搗的方法成型：
[0079] ①第一次裝模，將混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，機(jī)械振搗5~7s至密 實(shí)；
[0080] ②第二次裝模，要使混凝土拌合物高出模具，再用機(jī)械振搗5~7s;
[0081] ③對振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行人工抹壓，防止陶粒發(fā)生浮起的現(xiàn)象；
[0082]④若成型過程中陶粒再次上浮，可在成型lh后再進(jìn)行一次人工抹面即可，以達(dá)到 較好的試件勻質(zhì)性和外觀平整性。
[0083] (4)養(yǎng)護(hù):溫度18-22Γ、相對濕度>95%的條件下養(yǎng)護(hù)28d。若當(dāng)養(yǎng)護(hù)壞境的溫度 高于20°C，須用塑料布覆蓋在混凝土試件及砌塊上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆 一次水。
[0084]三、新型混凝土性能試驗(yàn) [0085] 3.1和易性與表觀密度試驗(yàn)及分析
[0086]新型材料拌合物試塊成型后無泌水現(xiàn)象，和易性良好。按照《普通混凝土拌合物性 能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，對陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土進(jìn)行表觀密度測定。陶粒、鋼渣及水 渣砂混凝土的表觀密度試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
[0087]表7新型材料拌合物的物理性能
[0089] 隨著水渣代砂率的改變，坍落度、表觀密度變化不大，粘聚性和保水性基本保持良 好，新型材料拌合物和易性滿足要求;隨著陶粒取代率的提高，混凝土表觀密度逐漸減少， 其中陶粒取代率提高20%，混凝土的表觀密度下降13%左右，重量減輕較大。陶粒取代率為 70 %時(shí)，新型材料混凝土中表觀密度小于1950kg/nf3，滿足輕骨料混凝土的的要求。
[0090] 3.2立方體力學(xué)性能試驗(yàn)
[0091] 新型材料混凝土按照9種不同配合比澆筑成標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每組3個(gè)，共9組。根 據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，采用電液式壓力試驗(yàn)機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方 體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的受壓過程、破壞形態(tài)特征、極限荷 載。
[0092]陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體受壓過程裂紋的發(fā)展規(guī)律與最終破壞形態(tài)和普 通混凝土試件基本類似?；炷猎嚰芰?，在其受力方向首先發(fā)生壓縮變形。隨著壓力逐 漸增加，混凝土應(yīng)力逐漸變大，試件的變形明顯，首先在混凝土試件的表面出現(xiàn)細(xì)微的豎向 裂縫，然后開始上下延伸，出現(xiàn)一系列微小的陶粒表皮炸開的聲音，緊接著陶粒破碎的"吱 吱"聲音越來越明顯。裂縫開始向混凝土試件角部延伸，形成了八字形正倒相連的裂縫。隨 著荷載繼續(xù)增加，混凝土開始剝落，試件宣布破壞。
[0093]混凝土立方體試件的最終破壞形態(tài)為八字形正倒相接的四角錐。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)混凝 土的破壞基本為陶粒骨料的破壞，陶粒骨料破碎后迅速發(fā)展到水泥石基體的破壞，幾乎未 見鋼渣的破壞。這是因?yàn)樘樟３识嗫捉Y(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度和剛度都比水泥基體低。因此，陶粒強(qiáng)度 對混凝土的強(qiáng)度有很大的影響，鋼渣、砂漿之間的界面對混凝土的強(qiáng)度不起決定作用。而隨 著水渣代砂率的改變，新型材料混凝土立方體試件的破壞特征基本一致。
[0094]不同配合比下新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。
[0095]表8立方體抗壓強(qiáng)度
[0096]
[0097] 將新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值與取代率的關(guān)系用軟件進(jìn)行擬合，得到 如圖1和2所示的線性關(guān)系。
[0098] 隨著陶粒取代率的提高，鋼渣摻量的減少，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。分析其原 因在于陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土中，輕骨料陶粒的強(qiáng)度和彈性模量往往都低于水泥砂漿 本身，陶粒的強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度主要因素。其次陶粒與水泥砂漿的粘結(jié)力大，所以混凝 土立方體試件的破壞基本為陶粒骨料首先發(fā)生破壞，隨后混凝土達(dá)到極限抗壓承載力。
[0099] 鋼渣取代混凝土中的粗集料，其混凝土和易性好，力學(xué)強(qiáng)度高。隨著鋼渣摻量的依 次增大，使水泥砂漿與骨料之間的界面得到強(qiáng)化，混凝土的力學(xué)性能得到了顯著改善。 [0100]水渣的參入對新型材料混凝土的產(chǎn)生了較大影響，隨著水渣取代率的提高，試件 的強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)取代率為50 %時(shí)，混凝土強(qiáng)度比0 %、100%水渣取代率的新型材料 混凝土強(qiáng)度分別提高了 2%、8%左右。因?yàn)樗瘜W(xué)成分含有大量的活性5102)1203以及 CaO,具有一定的膠凝活性，而砂子在常溫下是惰性材料，在混凝土中摻入一定量的水渣后， 水渣本身的活性作用，生成硅酸鈣凝膠，使界面黏結(jié)性得到明顯改善，從而提高了混凝土的 強(qiáng)度。而當(dāng)水渣代砂率超過50%時(shí)，由于水渣細(xì)骨料自身孔隙、裂紋較多，混凝土強(qiáng)度有降 低趨勢，在實(shí)際工程中，水渣的摻量不應(yīng)超過50%，水渣取代細(xì)骨料在40%~50%為宜。 [0101] 3.3棱柱體軸心抗壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)
[0102]軸心抗壓強(qiáng)度能更準(zhǔn)確反應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€ 能夠全面、宏觀的反應(yīng)新型材料的力學(xué)性能。本文通過對陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體 試塊進(jìn)行了軸心抗壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)研究，研究新型材料混凝土的破壞過程、破壞特 征、極限荷載及變形性能，并通過試驗(yàn)結(jié)果回歸得到陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng) 變?nèi)€關(guān)系。
[0103] 新型材料混凝土按照9種不同配合比饒筑成邊長為150mmX 150mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn) 混凝土棱柱體試件，每組3個(gè)，共27個(gè)棱柱體。放入廣西大學(xué)建材樓標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天后， 根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，進(jìn)行測試?yán)庵w軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)?曲線。在棱柱體試件的一對平行面上粘貼應(yīng)變片，采用結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室RMT-201巖石壓力機(jī)的 力-行程控制系統(tǒng)進(jìn)行測試，并以DH3821靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)對混凝土的應(yīng)變進(jìn)行采集和修 正。
[0104] 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體軸心受壓破壞過程與混凝土立方體試件相似。 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土棱柱體達(dá)到峰值應(yīng)力之前，試塊上逐漸出現(xiàn)少量豎向細(xì)微裂縫， 隨著陶粒摻量越大，混凝土表面可見裂紋出現(xiàn)時(shí)間越晚。隨著試件應(yīng)力不斷增大，混凝土出 現(xiàn)多條豎直方向微裂縫。裂縫不斷發(fā)展，寬度逐漸增大，最后形成斜裂縫貫通整個(gè)界面破 壞。
[0105] 新型材料混凝土棱柱體試塊軸心抗壓試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。
[0106] 表9新型材料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
[0107]
[0108] 對于陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土，由于其組成的原材料與普通混凝土不同，試件內(nèi) 部的結(jié)構(gòu)與其強(qiáng)度形成機(jī)理也存在差異，故陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的破壞過程也有其 自身的特點(diǎn)。陶粒、鋼渣及水渣應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€見圖3-圖11。
[0109] 根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)結(jié)果(圖3-圖11)可以看出：
[0110] 1)不同配合比混凝土棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€上升段均可以看作一條直線，說明 混凝土受力達(dá)到峰值應(yīng)力前處于彈性階段；當(dāng)混凝土到達(dá)峰值應(yīng)力后，陶粒、鋼渣及水渣砂 混凝土裂縫加速擴(kuò)展延伸，由于混凝土存在一定的變異性，個(gè)別試件應(yīng)力有陡降現(xiàn)象出現(xiàn)。 隨著陶粒摻量的增加，鋼渣摻量的減少，混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€反彎點(diǎn)逐漸趨于不明顯。 原因在于陶粒屬于多空材料，陶粒的摻入使得新型材料混凝土達(dá)到極限荷載后，混凝土內(nèi) 部陶粒所壓縮的能量釋放，試件表面裂縫發(fā)展速度加快，最后混凝土試件裂縫貫通而破壞。
[0111] 2)隨著水渣代砂率的增加，混凝土的峰值應(yīng)力先上升后降低。在峰值前段，水渣細(xì) 骨料混凝土的應(yīng)力上差異較小，表明水渣細(xì)骨料自身孔隙、裂紋較多，但仍彈性可用。在受 壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€峰值后段，曲線下降隨著水渣摻量增加而趨緩，水渣細(xì)骨料混凝土脆性 降低，延性增大，可見水渣砂細(xì)骨料對混凝土的延性有利。
[0112] 3)根據(jù)各配合比應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的下升段可以看出，陶粒脆性大，但水渣可增加 混凝土延性，對陶粒的脆性有一定的中和，減緩了新型材料混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€下降段 的陡峭程度。
[0113] 4)部分的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€下降段較為陡峭，強(qiáng)度跌落快。其原因在于陶?？箟簭?qiáng) 度比水泥砂漿低，粗骨料陶粒無法阻止裂縫的發(fā)展，從而導(dǎo)致裂縫在水泥砂漿出現(xiàn)后迅速 穿過陶粒擴(kuò)展延伸，混凝土試件宣布破壞。
[0114] 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變
[0115] 與峰值應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)樘樟！撛八盎炷恋姆逯祽?yīng)變。陶粒、鋼渣及 水渣砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€在其下降段、收斂段與普通混凝土存在差異。同時(shí)，根據(jù)混 凝土的配合比不同，其峰值應(yīng)變、峰值應(yīng)力也不一樣。各摻量對混凝土峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變 都的影響程度由大到小分別為:陶粒、鋼渣、水渣。陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的峰值應(yīng)力與 峰值應(yīng)變?nèi)绫?0所示。
[0116] 表10混凝土峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變
[0118]從表10可看出，隨著陶粒摻量增大，鋼渣摻量的減少，混凝土密度逐漸減小，混凝 土峰值應(yīng)力顯著下降，而峰值應(yīng)變逐漸增大。陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土的峰值應(yīng)變高于普 通混凝土的峰值應(yīng)變，其主要原因是隨著混凝土體積密度的降低，其彈性模量也顯著下降， 且圓球形礦渣陶粒骨料的彈性模量比較低，本身的變形大，相同應(yīng)力情況下應(yīng)變增加，從而 導(dǎo)致新型材料混凝土的變形性能增大。
[0119]軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
[0120]混凝土立方體試件在受壓時(shí)，由于"環(huán)箍效應(yīng)"的存在，使得抗壓測試結(jié)果比真實(shí) 情況偏大。為了使測試結(jié)果更能反應(yīng)混凝土真實(shí)的抗壓強(qiáng)度，我國采用100X100X300的棱 柱體試件進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以軸心抗壓強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)混凝土最基本的強(qiáng)度指標(biāo)。但 是由于混凝土立方體試件在試驗(yàn)中比較方便制作，并且能夠節(jié)省混凝土原材料，減少試驗(yàn) 成本，因此研究陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體與棱柱體之間的換算關(guān)系是非常必要的。
[0121] 陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系受以下幾個(gè)方 面因素影響：
[0122] (1)陶粒密度小，在陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土振搗時(shí)易造成上浮現(xiàn)象?；炷猎?件在受力過程中，陶粒上浮區(qū)與砂漿區(qū)容易出現(xiàn)裂縫，使混凝土試件抗壓強(qiáng)度減弱。
[0123] (2)在試件加載時(shí)沒有完全對中，容易出現(xiàn)偏心受壓，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果受到影響。
[0124] (3)由于混凝土試模的各邊角垂直度和表面平整度存在一定的偏差，制作的混凝 土試件存在一定的誤差，因此其受力性能也會(huì)受到影響。
[0125] 本試驗(yàn)共進(jìn)行9組對比試驗(yàn)，得到立方體抗壓強(qiáng)度和棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度之間的 關(guān)系如表11所示。
[0126] 表11立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
[0127]
[0128] 從表11可以看出，新型材料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度明顯比立方體抗壓強(qiáng)度低，兩者 之間的比值fc/f?在0.89~0.94之間波動(dòng)，符合一般規(guī)律。對試驗(yàn)9組數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，通 過線性擬合，如圖12所示。
[0129] 新型材料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之間存在明顯的線性關(guān)系。目前 輕骨料混凝土主要以公式fc = 〇.93fcu作為兩者之間的換算關(guān)系，陶粒、鋼渣及水渣砂混凝 土的軸壓比比普通混凝土略高，擬合后得到直線回歸方程為:f c = 〇.92f?，具有較高的相關(guān) 性。因此陶粒、鋼渣及水渣砂混凝土可以采用公式fc = 0.93fcu作為兩種抗壓強(qiáng)度換算公式。
[0130] 本發(fā)明利用圓球形礦渣陶粒、鋼渣、水渣等工業(yè)廢渣作為原材料研制的新型混凝 土，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢渣的再利用，節(jié)省廢渣占用土地量，減少了廢渣對自然環(huán)境的破壞， 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減輕自然環(huán)境承受的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明的新型混凝土中，陶粒、鋼渣及水渣混凝 土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能良好等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕建筑荷載，提高建筑墻 體的保溫隔熱能力，以節(jié)省能源，并改善居室的舒適性。陶粒、鋼渣及水渣混凝土配合比的 確定，方法簡單合理，各參量物理意義明確，操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明的新型混凝減輕了 工業(yè)廢渣的污染，節(jié)約了天然資源的開采，體現(xiàn)了綠色環(huán)保的主題。有利于緩解大量工業(yè)廢 渣的處置問題和日益嚴(yán)重的資源問題。符合目前建筑"綠色、環(huán)保、節(jié)能"的主題要求，有利 于實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
[0131] 如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定成分或方法。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)可理解，不同地區(qū)可能會(huì)用不同名詞來稱呼同一個(gè)成分。本說明書及權(quán)利要求并不 以名稱的差異來作為區(qū)分成分的方式。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為 一開放式用語，故應(yīng)解釋成"包含但不限定于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。說明書后續(xù) 描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說明本發(fā)明的一般原則為目的，并非 用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0132] 還需要說明的是，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的 包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確 列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒有更多限制的情 況下，由語句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統(tǒng)中還 存在另外的相同要素。
[0133] 上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí) 進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā) 明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型混凝土，其特征在于，包括水、水泥、陶粒、鋼渣、水渣和天然砂，以質(zhì)量比 計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水渣：天然砂=O · 47 :1:0 · 17~O · 40 :1 · 27~2 · 97:0~1 · 05 :0~ 1.34〇2. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣：天然砂= 0.47:1:0.40:1.27:0.53:0.67。3. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣：天然砂= 0.47:1:0.29:2.12:0.53:0.67。4. 如權(quán)利要求1所述的新型混凝土，其特征在于，以質(zhì)量比計(jì)，水：水泥：陶粒：鋼渣：水 渣:天然砂= 0.47:1:0.17:2.97:0.53:0.67。5. -種新型混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 陶粒預(yù)濕:將陶粒在水中浸泡，然后撈出晾干至表面無積水； (2) 混合:將預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌均勻，再加入水泥 攪拌均勻，最后加水?dāng)嚢?，得到混凝土拌合物? (3) 成型:將所述混凝土拌合物注入模具成型； (4) 養(yǎng)護(hù):對成型后的所述混凝土進(jìn)行保潮養(yǎng)護(hù)。6. 如權(quán)利要求5所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述混合步驟具體為:將 預(yù)濕后的所述陶粒與鋼渣、水渣、天然砂進(jìn)行混合，攪拌30s;再加入水泥攪拌30s;最后加水 攪拌2min，得到混凝土拌合物。7. 如權(quán)利要求6所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述成型步驟采用二次裝 模、二次振搗的方法，具體包括： (1) 第一次裝模，將所述混凝土拌合物裝至模具高度的三分之二處，振搗密實(shí)； (2) 第二次裝模，使所述混凝土拌合物高出所述模具，振搗； (3) 對振搗密實(shí)后的混凝土模塊，進(jìn)行抹壓，防止陶粒浮起； (4) 若陶粒上浮，可在成型后Ih再進(jìn)行一次人工抹面。8. 如權(quán)利要求7所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)步驟具體為:溫 度18-22Γ、相對濕度>95%的條件下對成型后的所述混凝土養(yǎng)護(hù)28d，當(dāng)溫度高于20°C，用 塑料布覆蓋在所述混凝土上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，并且每隔12小時(shí)澆一次水。9. 如權(quán)利要求8所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述陶粒預(yù)濕步驟中，陶 粒在水中浸泡1小時(shí)。10. 如權(quán)利要求9所述的新型混凝土的制備方法，其特征在于，所述混合步驟中，以質(zhì)量 比計(jì)，水:水泥：陶粒:鋼渣:水渣:天然砂= 0.47:1:0.17~0.40:1.27~2.97:0~1.05:0~ 1.34〇
【文檔編號(hào)】B28B11/24GK105884297SQ201610220423
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】鄧志恒, 孔德輔, 寧紀(jì)源, 楊海峰, 馮超
【申請人】廣西大學(xué)