[发明专利]磨细高钛矿渣粉煤灰复合高性能混凝土

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物利用、混凝土及其制备方法。

技术背景

高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初提出的一种全新概念混凝土，它以耐久性为首要设计指标，区别于传统混凝土，其具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性。近年来，随着城市建设的发展，许多建筑结构都对混凝土的性能提出了较高要求，因此高性能混凝土的发展就是一种必然的趋势。

攀枝花地处攀西大裂谷，矿物资源丰富，每年排放的高炉矿渣、粉煤灰等固体废弃物达数百万吨。在我国大部分地区，高炉矿渣都可以在水泥、混凝土中得到应用，但攀枝花高炉矿渣为高钛矿渣，即其中含有20～24％的TiO₂，传统观点认为高钛矿渣即使淬冷仍将产生大量无水硬活性的钙钛矿(CaO·TiO₂)，导致进入玻璃体的CaO量较少，玻璃体中硅氧四面体聚合较高，水硬活性较低。

现有专利中的《用于水泥、混凝土、砂浆中的高炉钛矿渣复合微粉》(公告号：1500758，申请号：02134080.3)提到了将高炉钛矿渣单独或与粉煤灰、钢渣等一起制备混凝土掺合料，其仅仅提到了将高炉钛矿渣作为混凝土掺合料的制备方法，本专利提出了采用物理或化学方法激发高炉钛矿渣的活性，使其可以用于配制高性能混凝土。

专利《高性能混凝土掺合料的制备方法及其应用》(公告号：CN1322690，申请号：01114790.3)提到的高性能混凝土掺合料是以石灰石为主料，辅以矿渣、石膏等起改性作用的材料，其中的矿渣既不是主料也不是本发明提高的高钛矿渣。专利《一种高性能混凝土矿物超细粉》(公告号：CN1271697，申请号：00109125.5)提到的由矿渣、沸石岩、粉煤灰、长青石、生石灰细磨、混合、均化而成的用于高性能混凝土的矿物超细粉，其矿渣不是本专利提高的高钛矿渣。

发明内容

本发明的目的是利用除普通混凝土所需要掺入的水泥、砂子、石子和水外，还需掺入磨细高钛矿渣、粉煤灰、高效减水剂和早强激发剂来配制混凝土，配制的混凝土具有高工作性、高耐久性、高体积稳定性、还具有优异物理力学性能。

传统观点认为高钛矿渣无活性或活性较低，本发明通过机械(物理)活化和化学活化两种手段，将其活性激发，使其作为优良的活性掺合料等量取代约10～25％的水泥，并在不影响混凝土后期强度的情况下明显改善混凝土的工作性和耐久性。

化学活化是指采用碱性溶液作为激发剂，喷洒在高钛矿渣和粉煤灰上，陈化1d后再进行机械活化其性能如表1所示。

表1化学激发的粉煤灰性能

注：水泥∶粉煤灰＝70∶30；水胶比为0.44；胶砂比为1∶2.5。

由表1可知，化学激发粉煤灰的作用是显著的。这是由于碱作用于粉煤灰表面后，粉煤灰玻璃体中的Al-O、Al-Si-O、Si-O键被打断，粉煤灰表面活性大大增加，加入水泥后断裂键使粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)₂迅速反应，生成CSH及CAH，同时也大大加快了水泥的水化，使早期强度增加。由于粉煤灰的水化是长时间的过程，其后期强度也不会下降。

机械(物理)活性是指将化学活化后的粉煤灰、高钛矿渣通过粉磨磨至一定的细度，使其产生活性，一般粉煤灰的比表面积在6000～7000cm²/g较好，高钛矿渣的比表面积在7000～8000cm²/g为佳。粉煤灰、高钛矿渣中玻璃颗粒是火山灰活性的主要来源，粉煤灰、高钛矿渣中的玻璃体是以玻璃为主的多相复合颗粒，这种玻璃质颗粒外层由一层坚硬的玻璃外壳包裹，阻碍了粉煤灰、高钛矿渣活性的产生。通过球磨，可改善粉煤灰、高钛矿渣的表面特性，粉碎大的颗粒体，改善粉煤灰、高钛矿渣的级配，使更多的玻璃颗粒露出，从而提高粉煤灰、高钛矿渣的活性，同时，由于在机械力作用下，粉煤灰、高钛矿渣的聚集状态颗粒被分散，级配得到改善，球磨后也不会增加标准稠度用水量。

粉煤灰和磨细高钛矿渣既可以先混合后再进行活化，也可分别活化后再进行混合。

为改善混凝土早期强度降低的缺点，应当掺入高效减水剂和早强激发剂，掺入比例按照国家标准计算。高效减水剂和早强激发剂的减水作用，还可以大大降低混凝土的水灰比，对提高混凝土的抗压强度等起到促进作用，并减少干缩变形。

本发明的有益效果在于能够提高高钛矿渣、粉煤灰的综合利用率；提供一种施工方便、质量优良的高性能混凝土；降低建设成本，减少天然砂石的开采，保护环境。

附图说明