[发明专利]一种锰渣基超高性能复合胶凝材料及混凝土材料

说明书

本发明公开了一种锰渣基超高性能复合胶凝材料及混凝土材料，该胶凝材料包括水泥、电解锰渣、硅灰、石灰石粉和硫酸钙晶须。该胶凝材料采用电解锰渣等固废材料取代部分水泥，极大地降低了水泥含量。该胶凝材料配合骨料、多级钢纤维和外加剂可制备大流态、低碳、超高性能的混凝土材料，利用胶凝材料与骨料和多级钢纤维的协同作用，使得混凝土材料具有优异的力学性能和大流动性，坍落扩展度可以达到500mm以上，常温养护下90d抗压强度达160MPa以上。该混凝土材料实现从原料、生产到施工实现了全周期碳排放的降低，具有力学强度高、韧性高、成本低廉、制备简单和对环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及一种复合胶凝材料，具体涉及一种锰渣基超高性能复合胶凝材料和大流态低碳超高性能混凝土材料，属土木工程材料技术领域。

背景技术

超高性能混凝土源于法国学者发明的活性粉末混凝土，一般通过减基体小孔隙率、优化微观结构、掺入纤维提高延性和韧性等方法来制备。超高性能混凝土(UHPC)具有极低的水胶比、高胶凝材料用量(特别是含有大量的超细粉体)和钢纤维掺杂等组成特点。与传统混凝土相比，超高性能混凝土有很多优点:1.超高性能混凝土拥有很高的抗压强度，约是传统混凝土的3倍以上；2.超高性能混凝土具有优异的韧性和断裂能，和高性能混凝土相比，和一些金属相当，使得混凝土结构在超载环境下或地震中具有更优异的结构可靠性；3.超高性能混凝土具有优异的耐久性能，可大幅度提高混凝土结构的使用寿命，减小混凝土结构的维修费用。正是由于UHPC具有高强度、高韧性、高耐久和结构需求较少的材料的特点，超高性能混凝土已然成为实现混凝土材料绿色低碳化的重要途径之一，引起世界各国研究人员的注意。然而，UHPC虽然具有较好的强度、韧性，但仍无法避免水泥用量高、胶材总量大以及单方成本贵等缺陷。因此，从经济和环保的方面上，降低传统UHPC配合比中水泥的用量是非常必要的。

目前，国内外学者对改善超高性能混凝土的绿色性已经进行了广泛研究。一般而言，基于理论和实践的基础上，主要是通过以下三个方面来降低超高性能混凝土的碳排放：1.在不牺牲超高性能混凝土性能的前提下，通过矿物掺合料来取代部分水泥，从而降低胶材体系中的水泥用量；2.采用紧密堆积模型或统计学设计方法，降低超高性能混凝土中的胶凝材料用量；3.通过提高纤维的有效利用率，降低钢纤维的用量。通过矿物掺合料取代部分水泥是降低超高性能混凝土水泥用量和碳排放的有效手段。然而，现有的研究结果中仍存在水泥用量高，有效利用率低等问题，仍有很大的优化空间。目前国际上绿色超高性能混凝土仍处于研究开发阶段，尚无大规模工业化应用的实例，因此提供一种价格低廉、对环境友好且便于大规模工业化应用的绿色超高性能混凝土显得越来越重要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种锰渣基超高性能复合胶凝材料，采用电解锰渣等固废材料取代部分水泥，不仅极大地降低了该胶凝材料中水泥的含量，还解决了电解锰渣等固废材料的堆积问题，达到了“以废治废”的目的。

本发明的第二个目的在于提供一种包含锰渣基超高性能复合胶凝材料的大流态低碳超高性能混凝土材料，该混凝土采用级配石英砂为骨料，掺杂多级镀铜钢纤维，使得该混凝土获得了优异的力学性能和大流动性，坍落扩展度可以达到500mm以上，常温养护下90d抗压强度达160MPa以上。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锰渣基超高性能复合胶凝材料，包括以下组分：水泥、辅助胶凝材料和增强组分；所述辅助胶凝材料包括电解锰渣粉、硅灰和石灰石粉；所述增强组分为硫酸钙晶须。