一种早强高强粉煤灰水泥混凝土制造方法 本发明属于建筑材料混凝土类。
在现有的水泥混凝土中掺入少量粉煤灰后，由于粉煤灰的微粉效应会对混凝土有一定的增强效果，这种增强作用主要体现在后期强度上。但通常以一定量的粉煤灰取代水泥后，混凝土的早期强度(3天、7天)都会有一定的下降，特别是在粉煤灰以大体积(45％)以上取代水泥后混凝土早期强度下降更为明显，给制造高掺量粉煤灰高强水泥混凝土带来了困难。虽然可采取一些方法来解决这一问题如：利用高效减水剂来降低水灰比等可以增加混凝土的密实度，但并没有从根本上改变粉煤灰以大体积取代水泥后水泥混凝土早期强度过低的状况。
本发明的目的是提供一种可以从根本上改变粉煤灰以大体积取代水泥后，水泥混凝土强度过低的方法。采用本发明的方法可以使粉煤灰水泥混凝土的早期强度大大提高。其优点是：粉煤灰以大体积取代混凝土的水泥后早期强度可以成倍地提高。
本发明的详细介绍如下：
将硬石膏(或烧石膏)掺入水泥和粉煤灰的混合物中，按照普通混凝土的设计方法计算出水泥、粉煤灰、石子、砂子、水等原材料的配合比，配以高效减水剂搅拌成型粉煤灰水泥混凝土，静停5-24小时后进行常压蒸汽养护即可制造出高强粉煤灰水泥混凝土。
硅酸盐水泥中都含有少量石膏，其作用主要是用来调节水泥的凝结时间，另外还可以改善水泥的一些性能。水泥中C3A、C4AF的水化产物是水化铝(铁)酸钙。在有石膏的条件下水化或水化硫铝(铁)酸钙，但由于水泥中石膏量不足，在一般的水化条件下，水泥的水化产物中水化硫铝(铁)酸钙的含量很少，当普通粉煤灰以大体积取代混凝土中的水泥后，由于粉煤灰的活性差，早期水化率很低，基本上没有水化反应，充其量只能起到一种填充作用，这样就大大降低了水泥混凝土地早期强度。如果能促使水泥中C3A、C4AF在水泥水化的早期更多地水化形成水化硫铝(铁)酸钙，同时使粉煤灰中的活性Al2O3和水泥水化形成的Ca(OH)2与SO3形成钙钒石，这样不仅可以提高水泥混凝土的早期强度，还可以提高粉煤灰的活性，使其提早进行水化反应形成对混凝土强度有补充作用的水化产物。硬石膏(或烧石膏)由于其含水量低，溶解速度慢，可以恰当地提供C3A、C4AF以及粉煤灰中活性Al2O3反应时所需的SO3，它作为一种增强剂不仅使水泥中C3A、C4AF提早水化生成钙钒石，同时粉煤灰中活性Al2O3与Ca(OH)2和SO3提早发生反应生成纤维状钙钒石，而且由于硬石膏(或烧石膏)的溶解速度慢，不会使水化硫铝(铁)酸钙与SO3进一步反应生成异性钙钒石而造成钙钒石膨胀而破坏混凝土的强度。由于水化硫铝(铁)酸盐的生成必须在一定的温度下进行，因此，生产本发明的混凝土必须在常压下进行蒸汽养护。图1：早强高强粉煤灰水泥混凝土制造工艺流程图
本发明的方法中所采用的原材料种类如下：
水泥包括：硅酸盐水泥、普通硅酸盐、石灰石硅酸盐水泥。粉煤灰为电厂粉煤灰包括干排法和湿排放的粉煤灰：硬石膏为天然硬石膏或者烧石膏：高效减水剂包括UNF-II减水剂、NF减水剂、SN-2等各类减水剂：石子、砂、水与制造普通水泥混凝土的相同。
本发明中粉煤灰取代水泥的量为15～55％(重量)最佳量为25～45％(重量)，硬石膏(或烧石膏)的掺量为水泥和粉煤灰总量的6-14％(重量)最佳掺量为8-12％。在搅拌混凝土时，应掺入少量的高效减水剂，高效减水剂的用量为水泥和粉煤灰以及石膏总量的0.5～1.5％(重量)。
本发明在生产粉煤板水泥混凝土时必须进行常压蒸汽养护，养护温度为45-85℃，最佳养护温度为55-75℃，养护时间为4-12小时，最佳养护时间为6-8小时；升温速度为15-20℃/小时，最佳升温速度为18℃/小时。常压蒸汽养护的其他参数与普通混凝土蒸汽养护条件相同。
实例一，按表一配合比进行混凝土强度试验，采用100×100×100立方试体，碎石最大直径为10mm(普通花岗岩)水泥用量为500kg/cm3，水的用量为150kg/m3，砂率为0.4，搅拌成型后静停24小时进行蒸汽养护，以15℃/小时的升温速度升至65℃养护6小时，自然冷却至室温后浸入27℃的水中养护至各龄期，所得的各龄期强度结果见表2。
表一 混凝土配合比设计(单位：kg)编号 技术 水泥 粉煤灰 硬石膏 石子 砂子 水 减水剂 粉煤灰 掺量％ C1本发明 425 75 50 977.47 725.25 150 0.5％ 15 C2本发明 375 125 50 928.57 725.25 150 1.0％ 25 C3本发明 325 175 50 879.68 725.25 150 1.2％ 35 C4本发明 275 225 50 830.81 725.25 150 1.3％ 45 C5本发明 225 275 50 782.00 725.25 150 1.5％ 55
表二 混凝土强度 单位(MPa) 编号 C1 C2 C3 C4 C5 技术 本发明 本发明 本发明 本发明 本发明 3天 72.62 67.07 63.87 60.42 55.29 7天 83.49 80.70 75.07 68.70 63.39 28天 106.13 102.97 91.40 83.30 78.86
实例二，按表一和表三配合比进行混凝土强度试验，采用试体养护条件等与实例一相同所得普通混凝土制造方法与本发明方法制造的粉煤灰水泥混凝土的抗压强度见表四，配合比中各种原材料用量的单位以kg表示。
表三 混凝土配合比设计(单位：kg) 编号 技术 水泥 粉煤灰 石子 砂子 水 减水剂 PC1 普通 425 75 1019.55 725.25 150 0.7％ PC2 普通 375 125 970.65 725.25 150 1.0％ PC3 普通 325 175 921.76 725.25 150 1.2％ PC4 普通 275 225 872.89 725.25 150 1.0％ PC5 普通 225 275 824.08 725.25 150 1.5％
表四 本发明与普通法制造混凝土强度比较(MPa) 编号 3天 7天 28天 普通 本发明 普通 本发明 普通 本发明 PC1 C1 59.08 72.62 69.67 83.49 88.47 106.13 PC2 C2 54.24 67.07 62.09 80.70 86.66 102.97 PC3 C3 46.43 63.87 58.52 75.07 78.93 91.40 PC4 C4 39.42 60.42 49.87 68.70 70.79 83.30 PC5 C5 25.75 55.29 36.58 63.39 62.28 78.86
实例三，按表五配合比进行混凝土强度试验采用试体与实例一相同，水泥和粉煤灰掺量不变，硬石膏掺量占水泥和粉煤灰掺量总和的6～14％(重量)，养护条件与实例一相同，所得结果列于表六。
表五 混凝土配合比设计(单位：kg) 编号 技术 水泥 粉煤灰 石膏 石子 砂子 水 减水剂 Y1本发明 325 175 30 869.57 725.25 150 1.2％ Y2本发明 325 175 40 888.09 725.25 150 1.2％ Y3本发明 325 175 50 879.65 725.25 150 1.2％ Y4本发明 325 175 60 871.26 725.25 150 1.3％ Y5本发明 325 175 70 862.85 725.25 150 1.4％
表六 不同石膏掺量对混凝土强度的影响(MPa) 编号 技术 3天 7天 28天 Y1 本发明 57.93 68.72 79.56 Y2 本发明 59.92 70.07 85.28 Y3 本发明 63.87 75.07 91.40 Y4 本发明 55.68 67.84 86.45 Y5 本发明 54.35 64.34 82.39
实例四，按表一编号C3的配比试体和养护条件与表一相同采取不同升位速度所得强度见表七。
表七 不同升温速度对强度的影响 编号升温速度(C/h) 3天 7天 28天 S1 15 63.87 75.07 91.40 S2 16 64.25 75.48 92.34 S3 18 65.29 76.87 93.15 S4 19 65.07 75.67 91.29 S5 20 64.32 74.29 90.38
实例五：按表一编号C3的配合比，试体和其他养护条件同实例一，采取不同养护温度所得的强度结果见表八：
表八 不同养护温度对强度的影响(MPa) 编号 养护温度 技术 3天 7天 28天 W1 45℃ 本发明 42.14 54.80 72.46 W2 55℃ 本发明 56.31 61.59 85.50 W3 65℃ 本发明 63.87 75.07 91.40 W4 75℃ 本发明 67.46 78.80 91.92 W5 85℃ 本发明 87.20 77.74 90.43
实例六，按表一编号C3的配合比，试体和其他养护条件同实例一，采用不同的养护时间所得的强度结果见表九。
表九 不同养护时间对强度的影响 编号养护时间 技术 3天 7天 28天 h1 4h 本发明 54.66 70.38 84.32 h2 6h 本发明 63.87 75.07 91.40 h3 8h 本发明 64.79 76.05 91.59 h4 10h 本发明 65.59 76.32 91.89 h5 12h 本发明 66.79 78.42 93.18