[发明专利]一种C20P4地铁混凝土及其制备方法

说明书

本发明属于混凝土领域，具体公开了一种C20P4地铁混凝土及其制备方法，该混凝土由以下材料组成：水泥181‑225份、矿粉10‑20份、粉煤灰15‑25份、固硫灰20‑30份、硅灰5‑15份、电石渣3‑7份、粗骨料1100‑1300份、细骨料520‑620份、轻质细骨料30‑60份、纤维1‑3份、乳胶粉0.2‑0.6份、膨胀剂4‑12份、减水剂0.5‑1.2份、水150‑170份，以重量份数计。本发明中以固硫灰、电石渣作地铁混凝土的部分掺合料，以高钛矿渣作地铁混凝土的轻质细骨料，制备出的地铁混凝土具有良好的塌落度、扩展度，28d抗压强度均大于20MPa，抗渗等级均达P4，同时克服了矿粉、粉煤灰、硅灰等传统水泥掺合料资源日益短缺及固硫灰、电石渣、高钛矿渣等工业固废资源化途径有限、利用率低的问题。

技术领域

本发明属于混凝土领域，具体公开一种C20P4地铁混凝土及其制备方法。

背景技术

地铁工程要求服役寿命不低于100年，地铁工程的耐久性问题一直是一个备受关注的重大工程问题。地铁混凝土是影响地铁工程寿命的关键因素，可以说，地铁混凝土的耐久性直接决定了地铁工程的寿命。地铁混凝土服役于地下空间，其耐久性受碱集料反应、氯离子腐蚀、硫酸盐腐蚀、碳化作用、冻融循环、杂散电流以及外力荷载等因素的影响，改善地铁混凝土的耐久性是一个值得持续关注和研究的课题。

地铁工程是一个复杂的系统，由多个不同的结构部位构成，地铁混凝土作为主体材料，被广泛应用于其各个结构部位中。在地铁工程的设计过程中，基于地下水文环境、应用场景、自然灾害冲击、使用寿命等的考虑，对地铁工程不同结构部位的材料性能提出了不同的要求。就地铁混凝土而言，主要对应用于地铁工程不同结构部位的地铁混凝土的强度等级和抗渗等级提出了差异化要求。C20P4地铁混凝土，常应用于对混凝土强度等级和抗渗等级要求较低的结构部位，如地铁轨道混凝土基础的垫层。

目前，在地铁混凝土的制备技术中，常常将矿粉、粉煤灰、硅灰等工业固废作为水泥掺合料，与普通硅酸盐水泥按一定比例复配后作为胶凝材料。这与全部采用普通硅酸盐水泥做胶凝材料相比而言，矿粉、粉煤灰、硅灰等的掺入可替代部分普通硅酸盐水泥，从而降低水泥用量，达到减少水泥工业生产耗能、污染性废气排放等目的；此外，矿粉、粉煤灰、硅灰等的掺入一般还可改善混凝土的力学性能、抗腐蚀、抗冻性、耐久性等，其作用原理主要是利用了矿渣微粉、粉煤灰等工业固废的微集料填充效应与潜在火山灰活性。然而，随着我国经济建设高速发展、建设规模不断扩张，矿粉、粉煤灰、硅灰等传统水泥掺合料也日益面临资源短缺、供应品质严重下滑等问题，常常引起混凝土性能不良的后果。

循环流化床燃煤固硫灰是指含硫煤与固硫剂以一定比例(Ca/S＝2.0-2.5)混合后在循环流化床锅炉内经一定温度(850～950℃)煅烧固硫后所产生的收集于烟道的废弃灰，以下简称“固硫灰”。固硫灰中主要含有α-石英、活性硅铝矿物、赤铁矿与硬石膏，以及少量的游离氧化钙与石灰石，其化学成分主要包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、SO₃、CaO、MgO和f-CaO。不同地区的固硫灰，在化学成分、矿物组成、水化活性等方面存在一定差异。目前，我国固硫灰的年排放量在千万吨级，因存在资源化利用途径有限、利用率低等问题，多采用堆放或填埋的方式处理，不仅占用土地资源而且容易造成环境污染。研究表明，固硫灰不仅具有潜在火山灰活性，还具有水硬性等特点，同时也具有微米级颗粒粒径特征，因此具备了作水泥掺合料的基本条件。

电石渣是化工厂利用电石水解生产乙炔气后排出的以氢氧化钙为主要矿物成分的工业废渣，其颗粒粒径主要分布于0-100um的范围。电石渣的主要化学成分是CaO(含量≥60％)，其余成分为SiO₂、Al₂O₃、SO₃、Mg和Fe等金属的氧化物和氢氧化物等无机物以及少量有机物，氯离子含量一般小于0.1％。化工厂排除的电石渣具有很高的含水率，一般高于70％，资源化利用电石渣常需要对其进行干燥处理。