一种脱硫石膏-矿粉基高强轻骨料混凝土材料及其制备方法与流程

本发明涉及轻骨料混凝土制备，尤其涉及一种脱硫石膏-矿渣基高强轻骨料混凝土材料及其制备方法。

背景技术：

1、在建材领域，水泥是碳排放大户。因此，在建材生产中降低水泥用量或者不用水泥，是降碳的有效途径。另外，现代建筑在向高层、大跨度发展的同时，也对安静的环境、适宜的温度提出了要求。因此，对建材提出了高强、轻质、保温、隔热、隔音等要求，轻骨料混凝土便是具备这些特性的材料。

2、本发明基于双碳背景以及现代建筑对轻骨料混凝土的需求，开发了一种一种脱硫石膏-矿渣基高强轻骨料混凝土材料，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对目前双碳背景以及现代建筑对轻骨料混凝土的需求，本发明目的在于提高一种低水泥用量、强度高的轻骨料混凝土材料及其制备方法。本发明中水泥用量控制在10%以内，降碳效果明显。本发明采用脱硫石膏来激发矿渣粉活性，作为主要胶凝材料。通过掺加硅灰来增加浆体密实性，掺加粉煤灰漂珠降低浆体容重，采用陶砂、陶粒做轻质骨料，采用聚羧酸减水剂控制混凝土水灰比的同时赋予拌合物良好流动性。最终得到干密度不超过1500kg/m3，28天抗压强度65mpa，强度发展与水泥基材料同步的低碳高强轻骨料混凝土材料。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：s1、按照预设的重量份数称取脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰、减水剂，再加入预定量的水，通过强制搅拌后得到轻质混凝土浆体；s2、向步骤s1得到的所述浆体中加入陶粒、陶砂，搅拌均匀后得到轻骨料混凝土拌合物；s3、将步骤s2得到的所述混凝土拌合物成型、养护后，得到高强轻骨料混凝土材料。

3、作为本发明的进一步改进，所述高强轻骨料混凝土材料中，各原料的重量份：脱硫石膏，30份；矿渣粉，40~45份；水泥，8~10份；硅灰，10-15份；粉煤灰漂珠，9-11份；陶砂，1-22份；陶粒，25~35份；减水剂，0.5~0.8份；水，20-23份。

4、作为本发明的进一步改进，所述脱硫石膏为电厂湿排石膏，含水10-15%，经过打散过筛处理，最大粒径为10mm；所述的矿渣粉为炼铁水淬高炉矿渣粉磨而成，活性指数s95，比表面积不低于400kg/m2；所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级42.5及以上；所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，sio2含量大于92%~95%；所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20~40目，表观密度为400~500 kg/m3。

5、作为本发明的进一步改进，所述减水剂为聚羧酸粉体高性能减水剂，减水率不低于35%。

6、作为本发明的进一步改进，所述的陶砂为高强页岩陶砂，松散堆积密度为910 kg/m3，表观密度为1570 kg/m3；所述的陶粒为高强页岩陶粒，松散堆积密度为820kg/m3，表观密度为1501 kg/m3。

7、作为本发明的进一步改进，根据权利要求1所述的高强轻骨料混凝土制备方法，采用“浆裹石”工艺，先拌制浆体，再加入骨料，增强胶凝材料浆体与骨料界面的粘结，同时后加入轻骨料，可以防止骨料过度强制搅拌导致破损。

8、作为本发明的进一步改进，根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护3天，在水中25天。

9、所述脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土干密度不超过1500kg/m3，28天抗压强度65mpa，强度发展与水泥基材料同步的低碳高强轻骨料混凝土材料。

10、本发明的有益效果包括：（1）提供的高强轻骨料混凝土材料的制备方法，主要胶凝材料采用脱硫石膏和矿渣粉，水泥用量控制在10%以内。脱硫石膏、矿渣粉属于工业固废，掺加量在70%以上，不仅降碳明显，而且大量利用固废。脱硫石膏采用的是原状脱硫石膏，只需要进行简单的打散、筛分处理，不需要烘干、磨细或者活化，处理成本低，绿色节能效果更好。（2）本发明采用“浆裹石”工艺，先制备轻质浆体，再用轻质浆体包裹轻质骨料。轻质浆体中采用脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰漂珠为主要材料。水泥、脱硫石膏激发矿渣粉中硅钙玻璃体活性，使其发生水化反应生成c-s-h凝胶。硅灰作为超细活性粉体，一是参与水化反应发挥火山灰效应，另外还能填充水化产物孔隙，增强浆体密实性。粉煤灰漂珠是粉煤灰中分选出来的轻质活性颗粒，漂珠的加入可以降低浆体的容重至与轻骨料相当，进而有效避免轻骨料的上浮，提升混凝土匀质性和耐久性。（3）本发明提供的脱硫石膏-矿渣粉高强轻骨料混凝土材料的制备方法，通过对胶凝材料体系进行设计，对粗细轻骨料粒径及其用量进行调控，大量利用固废，少用水泥，最终制得的水泥掺加量不超过10%的高强轻骨料混凝土的容重不超过1500kg/m3，28天抗压强度65mpa，强度发展与水泥基材料同步的低碳高强轻骨料混凝土材料。该材料实现了容重与强度的统一，施工性良好，适合用于浇筑混凝土承重结构，成本低，前景良好。

11、具体实施方式说明：为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明。另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

12、本发明提供了一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按照预设的重量份数称取脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰、减水剂，再加入预定量的水，通过强制搅拌后得到轻质混凝土浆体；（2）向步骤s1得到的所述浆体中加入陶粒、陶砂，搅拌均匀后得到轻骨料混凝土拌合物；（3）将步骤s2得到的所述混凝土拌合物成型、养护后，得到高强轻骨料混凝土材料。

13、作为本发明的进一步改进，所述高强轻骨料混凝土材料中，各原料的重量份脱硫石膏，30份；矿渣粉，40~45份；水泥，8~10份；硅灰，10-15份；粉煤灰漂珠，9-11份；陶砂，1-22份；陶粒，25~35份；减水剂，0.5~0.8份；水，20-23份。

14、所述脱硫石膏为电厂湿排石膏，含水10-15%，经过打散过筛处理，最大粒径为10mm；所述的矿渣粉为炼铁水淬高炉矿渣粉磨而成，活性指数s95，比表面积不低于400kg/m2；所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级42.5及以上；所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，sio2含量大于92%；所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20~40目，表观密度为400~500 kg/m3；所述减水剂为聚羧酸粉体高性能减水剂，减水率不低于35%。胶凝材料体系采用脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰漂珠为主要材料。水泥、脱硫石膏激发矿渣粉中硅钙玻璃体活性，使其发生水化反应生成c-s-h凝胶。硅灰作为超细活性粉体，一是参与水化反应发挥火山灰效应，另外还能填充水化产物孔隙，增强浆体密实性。粉煤灰漂珠是粉煤灰中分选出来的轻质活性颗粒，漂珠的加入可以降低浆体的容重至与轻骨料相当，进而有效避免轻骨料的上浮，提升混凝土匀质性和耐久性。

15、所述的陶砂为高强页岩陶砂，松散堆积密度为910 kg/m3，表观密度为1570 kg/m3；所述的陶粒为高强页岩陶粒，松散堆积密度为820kg/m3，表观密度为1501 kg/m3；采用“浆裹石”工艺，先制备轻质浆体，再用轻质浆体包裹轻质骨料。轻质浆体的湿密度调至与作为轻骨料的密度相当，如此设置，在掺入轻骨料后，可以杜绝轻骨料在振动条件下的上浮现象，有效解决了传统轻质骨料容易分层的问题，大大提升了轻质混凝土的整体匀质性，有利于其强度的提高。

16、在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护3天，在水中25天。

17、本发明还提供了一种高强轻骨料混凝土材料，该高强轻骨料混凝土材料根据上述技术方案中任一方案所述的方法制备得到；所述轻质高强混凝土的水泥掺加量不超过10%，容重为不超过1500kg/m3，28天抗压强度为65mpa。

18、下面结合具体的实施例及对比例对本发明提供的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻混凝土材料及其制备方法进行具体说明。

19、实施例1：本实施例提供了一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料，按照重量份数包括如下组分：脱硫石膏，33份；矿渣粉，40份；水泥，10份；硅灰，15份；粉煤灰漂珠，9份；陶砂，21份；陶粒，30份；减水剂，0.6份；水，20份。

20、其中，各原料的来源及性能参数如下：脱硫石膏采用鄂州电厂2号库湿排石膏，经打散、筛分后，最大粒径10mm，含水率10%；矿渣粉采用武新s95，比表面积450m2/kg；水泥采用华新p.o 42.5型普通硅酸盐水泥，28天抗压强度51mpa；硅灰采用柏诺-长和新材低碳半硅灰，表观密度为2200 kg/m3，sio2含量95%，比表面积21000 m2/kg；煤灰漂珠为上海宏钛化工的轻质漂珠，细度为20~40目，表观密度为420 kg/m3；陶粒为宜昌宝珠高强页岩陶粒，松散堆积密度820kg/m3，表观密度为1501kg/m3，粒径5-20mm，筒压强度5.7mpa。陶砂为宜昌宝珠高强页岩陶砂，0-3mm,堆积密度910kg/m3，表观密度为1570kg/m3；减水剂为武汉华轩粉体聚羧酸，为白色粉体，减水率35%。

21、本实施例还提供了上述脱硫石膏-矿渣粉高强轻骨料混凝土的制备方法，包括如下步骤：（1）按上述重量份数称取脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰漂珠、减水剂后将其混合均匀，再加入水，强制搅拌3min，得到流动性良好轻质浆体；（2）向步骤s1得到的轻质浆体依次加入按重量份数称取的陶粒、陶砂，继续搅拌1min，搅拌均匀后得到流动性良好的混凝土拌合物（实测坍落度235mm，扩展度620mm，湿容重1540kg/m3，无分层，匀质性良好，终凝时间16.2h）；（3）将步骤s2得到的所述混凝土拌合物成型后进行拆模，然后在标准条件下养护3天，21℃水中养护25天，得到高强轻骨料混凝土材料。

22、对本实施例得到的轻质高强混凝土性能进行检测，试验参照gb/t50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得高强轻骨料混凝土的干容重和7/28天抗压强度，其结果如表1所示。

23、表1 实施例1制备的高强轻骨料混凝土材料的性能参数

24、 <![cdata[干容重（kg/m³）]]> 7/28天抗压强度（mpa） 1460 40.8/65.0

25、由上表可以看出，本实施例制备的高强轻骨料混凝土水泥掺量低，大量使用固废，强度发展与水泥基同步，且实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。

26、实施例2~11及对比例1~6

27、实施例2~6及对比例1~3分别提供了一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处仅在于改变了原料的重量份数，各实施例及对比例对应的原料配比如表2所示，其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。

28、表2 实施例2~13及对比例1~6的原料配比（单位：重量份）

29、 实施例/对比例 脱硫石膏 矿粉 水泥 硅灰 粉煤灰漂珠 陶砂 陶粒 减水剂 水 实施例2 32 38 10 15 13 21 30 0.6 20 实施例3 34 42 10 15 6 21 30 0.6 20 实施例4 35 42 5 15 9 21 30 0.6 20 实施例5 31 38 15 15 9 21 30 0.6 20 实施例6 44 30 10 15 9 21 30 0.6 19 实施例7 33 40 10 15 9 28 23 0.6 20 实施例8 33 40 10 15 9 17 34 0.6 20 实施例9 33 40 10 15 9 21 38 0.6 20 对比例1 37 45 10 15 0 21 30 0.6 20 对比例2 37 46 0 15 9 21 30 0.6 20 对比例3 10 63 10 15 9 21 30 0.6 20 对比例4 10 48 25 15 9 21 30 0.6 20

30、对上述各实施例及对比例制备的轻质高强混凝土材料的容重及其28d抗压强度进行测试，结果如表3所示。

31、表3 实施例2~11及对比例1~6的性能数据

32、 实施例/对比例 状态 <![cdata[干容重（kg/m³）]]> 7/28抗压强度（mpa） 实施例2 陶粒有一定下沉 1410 34.2/59.8 实施例3 陶粒有一定上浮 1523 36.5/63.1 实施例4 终凝时间延长4h 1450 28.0/54 实施例5 试块有膨胀 1465 37.5/57.2 实施例6 终凝时间延长10h 1475 30.5/57.2 实施例7 良好 1479 38.5/63.0 实施例8 陶粒有上浮 1444 37.7/59.8 实施例9 陶粒有上浮 1460 34.6/55.0 对比例1 陶粒上浮，分层 1895 38.9/62.0 对比例2 终凝时间49h 1521 19.5/43.0 对比例3 凝结时间延长12h 1410 24.0/45.0 对比例4 凝结时间14h 1501 39.5/62

33、由表3可以看出，原料组成的改变对于制得的混凝土的容重及抗压强度具有重要影响。

34、更具体地，对比实施例1~3及对比例1可以看出，粉煤灰漂珠对高强轻骨料混凝土的匀质性和容重的影响相对较大，掺量过少会导致轻骨料上浮，掺量过多会导致轻骨料下沉，从而影响轻骨料混凝土匀质性和力学性能。粉煤灰漂珠作为优质轻质材料，一方面具有优良的滚珠效应和较好的水化活性，改善浆体的流动性和发挥火山灰效应。另一方面漂珠的轻质可以调节浆体的密度与轻骨料相当，从而使轻骨料在浆体中分散均匀，不至于出现上浮或下沉。通过将粉煤灰漂珠的用量调控至特定比例，能够使其达到最佳的匀质性和强度。

35、对比实施例1、实施例4~5及对比例2可以看出，水泥掺加量多少对高强轻骨料混凝土的终凝时间和强度影响较大。水泥掺量过高，会导致胶凝材料体系中钙含量超标，反应生成过量钙矾石，从而使浆体出现异常膨胀并开裂。水泥掺量过少或者不掺，胶凝材料体系中早期游离氢氧化钙量不足，矿渣粉活性不能有效被激发，导致终凝时间延长，早期强度和28天强度降低。通过将水泥用量的用量调控至特定比例，能够调控混凝土终凝时间和抗压强度。

36、对比实施例1、实施例6及对比例3、4可以看出，脱硫石膏的用量变化对于轻骨料混凝土凝结时间和强度影响较大，本发明胶凝材料体系主要是采用脱硫石膏对矿渣粉进行硫酸盐激发，脱硫石膏掺量过多矿粉掺量不足，会延长凝结时间，对强度产生不利影响。脱硫石膏掺量过少，对矿渣粉活性激发不足，为了保证强度需进一步提高水泥用量，与本发明设计的低碳理念不符。

37、对比实施例1、实施例7、实施例8、实施例9可以看出：对比实施例1、实施例7、实施例8是在保证轻骨料总用量不变的前提下，调整陶粒、陶砂的用量比例对高强轻骨料混凝土容重影响不大，主要是因为本发明通过胶凝材料的配比进行调控，使混凝土浆体具有与轻骨料相近的密度，在此基础上对陶粒、陶砂的用量进行调整，基本不影响制得的混凝土的容重，对影响混凝土状态和强度有一定影响，且陶粒的用量过多或过少都不利于混凝土强度的提高。对比实施例1、实施例9是增加了轻骨料总用量，主要是增加了陶粒用量，对容重影响不大，轻骨料总用量增加意味着单位体积内胶凝材料用量降低，对强度影响较大。轻骨料用量过多或者过少均不利于轻骨料混凝土强度的发展。

38、因此，本发明通过将各原料的用量控制在特定范围内，能够保证制得的混凝土的容重在1500kg/m3以下的同时，其抗压强度仍能够达到65mpa，同时水泥用量不超过10%，实现轻质高强与低碳的统一。

39、综上所述，本发明提供了一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料及其制备方法。本发明通过按照预设的重量份数称取脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰漂珠、减水剂、一定量的水，通过强制搅拌得到轻质混凝土浆体；向混凝土浆体中依次加入陶粒、陶砂，搅拌均匀后得到轻骨料混凝土拌合物；将混凝土拌合物成型、养护后，得到高强轻骨料混凝土材料。本发明中水泥用量控制在10%以内，降碳效果明显。本材料采用脱硫石膏来激发矿渣粉活性，掺加硅灰来增加浆体密实性，掺加粉煤灰漂珠降低浆体容重，采用陶砂、陶粒做轻质骨料，采用聚羧酸减水剂控制混凝土水灰比的同时赋予拌合物良好流动性。最终得到干密度不超过1500kg/m3，28天抗压强度65mpa，强度发展与水泥基材料同步的低碳高强轻骨料混凝土材料。

40、以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种脱硫石膏-矿渣粉高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述高强轻骨料混凝土材料中，各原料的重量份数如下：

3.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述脱硫石膏为电厂湿排石膏，含水10-15%，经过打散过筛处理，最大粒径10mm。

4.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述的矿渣粉为炼铁水淬高炉矿渣粉磨而成，活性指数s95，比表面积不低于400kg/m2；所述水泥为硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，强度等级42.5及以上；所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，sio2含量大于92%~95%。

5.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20~40目，表观密度为400~500 kg/m3。

6.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸粉体高性能减水剂，减水率不低于35%。

7.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述的陶砂为高强页岩陶砂，松散堆积密度为910 kg/m3，表观密度为1570 kg/m3；所述的陶粒为高强页岩陶粒，松散堆积密度为820kg/m3，表观密度为1501 kg/m3。

8.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，其特征在于：根据权利要求1所述的高强轻骨料混凝土制备方法，采用“浆裹石”工艺，先拌制浆体，再加入骨料，增强胶凝材料浆体与骨料界面的粘结，同时后加入轻骨料，可以防止骨料过度强制搅拌导致破损。

9.根据权利要求1所述的脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料的制备方法，在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护3天，在水中25天。

10.一种脱硫石膏-矿渣粉基高强轻骨料混凝土材料，其特征在于，采用权利要求1~9中任一权利要求所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种脱硫石膏‑矿粉基高强轻骨料混凝土材料及其制备方法。本发明通过按照预设的重量份数称取脱硫石膏、矿渣粉、水泥、硅灰、粉煤灰漂珠、减水剂、一定量的水，通过强制搅拌得到轻质混凝土浆体；向混凝土浆体中依次加入陶粒、陶砂，搅拌均匀后得到轻骨料混凝土拌合物；将混凝土拌合物成型、养护后，得到高强轻骨料混凝土材料。本发明中水泥用量控制在10%以内，降碳效果明显。本材料采用脱硫石膏来激发矿渣粉活性，掺加硅灰来增加浆体密实性，掺加粉煤灰漂珠降低浆体容重，采用陶砂、陶粒做轻质骨料，采用聚羧酸减水剂控制混凝土水灰比的同时赋予拌合物良好流动性。最终得到干密度不超过1500kg/m3，28天抗压强度65MPa，强度发展与水泥基材料同步的低碳高强轻骨料混凝土材料。

技术研发人员：胡亮,凌刚,林希,徐智勇,王明焱,钱雕
受保护的技术使用者：武汉盛大长青建材有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23