[发明专利]一种掺磷渣活性粉末混凝土及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料领域，属于一种具有超高强度和超高耐久性的水泥基复合材料，具体涉及一种掺磷渣粉的活性粉末混凝土及其制备方法。

背景技术

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)是法国Pierre Richard等人在20世纪90年代率先研制成功的一种新型超高性能水泥基复合材料。由于其超高的力学性能和优异的耐久性，在现代土木、石油、核电、市政、海洋工程及军事设施等工程中具有非常广阔的应用前景。

RPC的超高性能与所用活性组分及成型养护工艺密切相关。研究资料表明，传统RPC的活性组分主要是水泥、硅灰和石英粉，其单方混凝土的水泥用量比普通混凝土高得多（通常800～1000kg/m³），硅灰掺量20%以上，石英粉掺量达18％，致使其成本较高。此外，有时在制备过程中还需采用预压、高温(200～250℃)等成型和养护方式，对成型设备的要求较高，导致RPC成本更高、能耗更大，一定程度上限制了其推广应用。因此，使用与实际应用相符、且满足RPC制备原理的活性组分，设法降低RPC材料中水泥、硅灰和石英粉的用量，采用适宜的养护制度，是我国活性粉末混凝土研究与应用的重要方向之一。

有研究者在水泥基体中复合使用其他活性矿物，在降低RPC成本等方面进行了有益的工作。研究成果起到了降低RPC成本、节约资源能源、保护环境的作用，但所用活性材料主要限于超细矿渣粉、超细粉煤灰及硅灰等，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细石英粉在200℃及以上的高温蒸压养护时才能观测到明显的反应迹象，而在常压蒸汽养护（100℃及以下）条件下，石英粉的反应活性很低，这就使得常压蒸汽养护条件下制备的RPC材料中，石英粉颗粒与水泥石基体存在明显的界面过渡区。另外，虽然硅灰和矿渣粉是目前公认效果最佳的活性材料，但由于它们数量有限，如我国硅灰资源匮乏，价格昂贵，目前已不能满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、浮石粉和稻壳灰等，也存在资源分布与总数不足的问题。

磷渣是黄磷工业产生的废渣。我国各地磷渣的化学成分相似，主要为SiO₂、CaO、Al₂O₃等，其中，SiO₂、CaO总量大多在85%以上，SiO₂/CaO比（硅钙比）为0.8～1.4。熔融磷渣采用水淬冷却时，形成粒化磷渣，具有与粒化高炉矿渣相似的玻璃体结构，其玻璃体含量高达90%以上。因此，从化学组成看，粒化磷渣（以下简称磷渣）具有潜在的胶凝性，具备作为活性组分用于RPC材料中的条件。但是，目前尚未见将磷渣作为活性组分用于RPC的文献报道。这一方面是由于磷渣中Al₂O₃含量较低、含有一定量P₂O₅、F等成分，使其活性，尤其是早期活性较低；另一方面也由于在磷渣对高强、超高强混凝土材料的水化硬化特征及其对微观结构的影响规律和机理等方面缺乏更深入、系统的理论研究与创新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺磷渣活性粉末混凝土及其制备方法。

在利用磷渣粉的胶凝性能基础上，通过材料的复合技术，用磷渣粉、硅灰、水泥、石英砂、钢纤维，在常压80～95℃蒸汽养护条件下制备活性粉末混凝土。本发明得到的活性粉末混凝土抗压强度≥180MPa、抗折强度≥25MPa，属于RPC200级。同时，其抗冻等级≥F350，氯离子迁移系数（RCM法）D_RCM≤1.0×10^-13m²/s，抗氯离子渗透性能达RCM-V级，具有优良的抗冻性和抗氯离子渗透性。