[发明专利]超高性能混凝土用全固废复合掺合料及其制备的混凝土

说明书

本发明提供了一种超高性能混凝土用全固废复合掺合料及其制备的混凝土，该掺合料由按重量份计的以下原料组成：硅质固废10‑15%、铝质固废8‑12%、铝铁质固废3‑5%、钙质固废55‑60%、钙铁质固废3‑5%、镁质固废5‑10%及其他固废3‑5%。本发明基于紧密堆积理论，在传统超高性能混凝土的设计侧重于物理层面的最紧密堆积的基础上，再充分利用工业固废中化学组分的水化特性和反应机理的不同以及水化产物的不同，进一步填充物理层面最紧密堆积后遗留的空隙，实现了化学层面的最紧密堆积，提高了UHPC的强度、体积稳定性和耐久性，同时也提高了工业固废的综合利用率。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种超高性能混凝土用全固废复合掺合料及其制备的混凝土。

背景技术

近年来，随着我国工业化的高速发展，大宗固废的总产生量逐年增加，大量的工业固废都以填埋的方式进行处理，综合利用率低，未能充分挖掘其潜在价值。超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、韧性和耐久性的新型水泥基纤维复合材料，主要由水泥、硅灰、石英砂、钢纤维等高价原材配制而成，但由于UHPC的胶凝材料用量高、水胶比低，使得其制备成本高、放热量大、体积收缩大，大大限制了其工程应用与发展。而大多工业固废的水化热量低，且物相组成与胶凝材料的相似，具有潜在的水化特性，可替代部分胶凝材料来配制UHPC，解决其水化热高、收缩大等问题，并降低成本。

专利申请CN113860781A将不锈钢渣、赤泥、电解锰渣、高铁低钙水泥熟料、钛石膏和纳米碳酸钙进行球磨粉磨后得到一种比表面积大于700m²/kg，颗粒平均平均粒径小于5μm、平均圆度大于0.97的工业固废掺合料，可制备强度高、体积稳定性好、耐久性高的超高性能混凝土。专利申请CN107010860A将钢渣、低温稻壳灰、赤泥、脱硫石膏分别粉磨至比表面积为400-550m²/kg、800-1000m²/kg、600-700m²/kg、380-450m²/kg，然后与增效剂、抑缩剂和气相二氧化硅一起进行均化，制得一种可等量替代硅灰来配制超高性能混凝土的复合掺合料，同时还能改善其力学性能、抑制塑性收缩和后期收缩。专利申请CN110835251A采用平均平均粒径为30-33μm的普通陶瓷砖磨细粉末和平均平均粒径为27-28μm且SiO₂含量82.9％以上的稻壳灰取代水泥制备了一种超高性能混凝土，对废弃工业陶瓷和稻壳灰进行回收利用，保护了环境，也大幅降低了其制备成本。

上述现有技术在优选或制备含有固废的UHPC掺合料方面大多侧重于物理特性如颗粒平均平均粒径、比表面积、平均圆度等的设计，这也是由紧密堆积理论决定的，为的是最大限度降低UHPC的空隙率，实现物理层面的最紧密的堆积，而在化学层面的协同作用往往欠缺考虑。发明人研究发现，大多工业固废所含化学组分的类型和比例不同，表现出的主要水化特性和反应机理不同，在UHPC中所形成的水化反应产物类型也不同，而这些不同种类的水化产物可对物理层面实现最紧密堆积后的遗留空隙进行二次填充，从而实现化学层面的最紧密堆积，这对UHPC的强度、体积稳定性和耐久性起着决定性的作用。

发明内容

本发明提供超高性能混凝土用全固废复合掺合料及其制备的混凝土，无需加入其它辅料，即能成功应用于超高性能混凝土，提高其强度、体积稳定性和耐久性，同时也降低UHPC的制备成本。

本发明的技术方案是，一种超高性能混凝土用全固废复合掺合料，该掺合料由按重量份计的以下原料组成：SiO₂含量≥70wt％的硅质固废10-15％、Al₂O₃含量≥20％的铝质固废8-12％、Al₂O₃含量≥20％且Fe₂O₃含量≥20％的铝铁质固废3-5％、CaO含量≥40％的钙质固废55-60％、CaO含量≥40％且Fe₂O₃含量≥20％的钙铁质固废3-5％、MgO含量≥20％的镁质固废5-10％及其他固废3-5％。