[发明专利]一种偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土用复合掺合料技术领域。

背景技术

2013年以来，我国力推高性能混凝土技术的应用。优质的矿物掺合料不仅可以取代水泥、节约能源以及减少环境污染，还通过复合胶凝效应、诱导激活效应、表面微晶化效应、界面耦合效应、微集料效应，显著改善或提高混凝土的拌合物性能、长期强度、长期性能和耐久性能，是配制高性能混凝土的功能性组分材料。在优质的矿物掺合料日益稀缺的情况下，如何充分利用有限的资源，为高性能混凝土提供优质的掺合料是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种可为高性能混凝土所用的优质掺合料。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料，由偏高岭土、微珠、II级粉煤灰、S75矿渣粉混合而成，各组分的质量百分数分别为：偏高岭土30％～40％、微珠10％～20％、II级粉煤灰15％～35％、S75矿渣粉15％～35％。

本发明所述偏高岭土是由高岭土在850℃下煅烧2h后在空气中自然冷却制备而成的Fe₂O₃和TiO₂总质量含量为2％～4％的高铁钛低品质偏高岭土。所述微珠为密实的玻璃球体粉体材料，颗粒粒径D50≤2.5μm。所述II级粉煤灰的颗粒粒径D50≤20μm。所述S75矿渣粉的颗粒粒径D50≤20μm。

本发明偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料的应用，是用等质量的偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料取代水泥掺入到混凝土胶凝材料中，掺入量占总胶凝材料质量的20％～30％。

本发明的复合掺合料中，偏高岭土是以高岭土为原料，经一定温度煅烧脱水形成的无水硅酸铝，其分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，具有较高的火山灰活性，添加到混凝土中可显著提高混凝土的强度、体积稳定性、耐久性和耐腐蚀性性能，实现混凝土的高性能化。我国高岭土资源非常丰富，但优质的高岭土资源储量少，用于造纸涂布、精细化工等行业有天然局限性，许多铁钛等杂质含量较高、白度低的低品位高岭土未得到充分利用。本发明有效开发和综合利用高铁钛偏高岭土配制高性能混凝土，解决了优质矿物掺合料资源稀缺的问题。

偏高岭土属层状无序结构，颗粒成片状，孔隙较多，比表面积大，平均粒径一般在10μm以下，掺入到混凝土中会增大混凝土的需水性和胶凝材料之间的摩擦力，且随着掺量的增加而显著增大，一定程度上限制了其在混凝土中的推广应用。微珠是一种粒径连续分布的超微玻璃球体粉体材料，平均粒径一般在3μm以下，具有活性高、需水量低、滚珠作用和填充作用，可显著降低混凝土拌合物的粘度和改善混凝土的耐久性。粉煤灰含有大量的玻璃微珠，磨细矿渣粉为质地光滑致密的玻璃质颗粒，平均粒径一般在20μm左右，能降低混凝土的需水性，改善新拌混凝土的工作性能，但混凝土早期强度低。各种矿物掺合料因颗粒形貌、粒径大小和比表面积的差异性对混凝土性能的影响差异较大。采用本发明掺合料多元复合优化可以合理调整胶凝材料体系的粒径范围和降低水泥颗粒之间的空隙，实现密实颗粒堆积，有效控制混凝土的单位用水量，提高硬化水泥浆体的密实度和改善水泥浆体的微观结构，大幅度提高硬化体的强度和耐久性能。

20世纪初，Andresen以统计类似为基础提出了一种基于连续尺寸分布颗粒的堆积理论，该理论在胶凝材料密实堆积中研究中被广泛接受和应用。20世纪70年代，Dinger和Funk通过在分布中，引入有限最小颗粒尺寸Dmin，对Andreessen方程进行了修正，即Dinger和Funk方程，见式⑴。该方程假定当D_p＝D_min时，U(D_p)＝0；当D_p＝D_max时，U(D_p)＝1。

式中U(D_p)为粒径小于D_p的颗粒的质量分数；D_max为体系中最大颗粒的粒径；D_min为体系中最小颗粒的粒径；n为分布模数。以Dinger-Funk方程为主，根据Dinger-Funk方程计算机模拟结果，分布模数n为0.37时，体系堆积最紧密。