技术领域
[0001] 本
发明属于混凝土领域，特别涉及预制构件混凝土专用矿物掺合料核心料及掺合料
质量控制技术。
背景技术
[0002] 矿物掺合料已成为混凝土必备原材料之一，主要有：
粉煤灰、矿粉及
硅灰，粉煤灰、矿粉双掺或粉煤灰、矿粉及硅灰双掺技术，也已是矿物掺合料发展必然趋势。复合掺合料技术通过复合胶凝效应、诱导激活效应、表面微晶化效应、界面相合效应、微集料效应等作用机制，除可改善混凝土的工作性，还可确保高强度、抗氯离子侵蚀、高致密性及高耐久性。
[0003] 掺合料因其在某方面能够完全代替
水泥，而且成本比较低廉，这样可以给施工企业创造高额经济利润；实际操作时，易采用劣质掺合料或单一过掺某类掺合料，导致建筑工程出现
早期强度低、耐久性差等问题。近些年来，矿物掺合料的超细微粉处理，可将粒径控制小于10μm，颗粒达到超细状态后，表面能和活性显著提高，更充分发挥混凝土掺合料的形态效应、活性效应和微集料效应。在掺合料复掺的
基础上，采用超细微粉技术，可最大性价比满足高强、早强、高性能混凝土对矿物掺合料的需求。
[0004]
专利文献CN 102329096 A公开一种用于混凝土的高早强矿物外加剂，其特征在于它由矿粉、粉煤灰、硅灰、偏
高岭土、
硫酸钠和聚
羧酸减水剂混合而成，各原料所占质量百分数为：矿粉30-50％，粉煤灰20-35％，硅灰5-15％，偏高岭土5-15％，硫酸钠2-5％，
聚羧酸减水剂1-2％。本发明研制的高早强矿物外加剂可用于混凝土预制构件、
灌浆材料、修补材料等，将该高早强矿物外加剂以10％掺量取代
水泥制备混凝土，其需水量小、早期活性指数高、强度发展状况良好，其抗干缩性能对比普通的水泥及矿物掺合料有了很大的提高。
[0005] 专利文献CN 106587686 A公开一种偏高岭土基高性能混凝土用复合掺合料及其应用，复合掺合料由偏高岭土30-40％、微珠10-20％、II级粉煤灰15-35％、S75矿渣粉15-35％混合而成，掺入量占总胶凝材料质量的20-30％。综合利用高
铁铁低品位偏高岭土制备高性能混凝土用复合掺合料，起到颗粒密实堆积、超
叠加效应和优势互补作用，解决偏高岭土作为单一组分所带来的需水性和胶凝材料之间的
摩擦力大的难题，显著改善混凝土的拌合物性能、力学性能和耐久性能，实现混凝土的高性能化。
[0006] 专利文献CN 106565119 A公开一种海洋工程抗氯离子侵蚀混凝土用复合掺合料，该复合掺和料的原料易购，生产简便，成本相对较低，用于海洋高性能混凝土时，所得混凝土具有优良的抗
海水氯离子渗透能力。所述复合掺合料，其质量百分比组成为：矿粉15-30％，
钢渣粉10-20％，硅灰5-10％，天然沸石粉5-10％，粉煤灰漂珠5-10％，水泥抗渗粉4-
6％，余量为粉煤灰。
[0007] 上述
现有技术多为某特定工程高性能混凝土专用的矿物掺合料，组分设计未脱离传统外加剂组分设计，根据目前预制构件矿物掺合料低坍落度、高早强、高耐久性的特点，尚无针对性的产品和组分设计，本专利设计从引入新的水泥矿物相入手，考究混凝土的高强度、高抗渗性和耐久性的统一性，通过小料多元复合调整预制构件混凝土工作状态。
发明内容
[0008] 区别于上述专利，本专利除采用粉煤灰和矿粉的SiO2-Al2O3体系，引入快硬性水泥矿物组分高铁
铝酸
钙，形成铁置换过的钙矾石
固溶体 或单硫型钙矾石固溶体；金属
硫酸盐中硫酸根供给高铁铝酸钙形成钙矾石，
金属离子激发钙离子析出速率进而
加速水泥胶凝材料水化；超微矿粉、
石膏晶须和无机
纤维其粒径长径比或长宽比恒大于1，交错穿插作用于水泥基胶凝材料体系中，可显著改善抗折强度和后期强度；空心微珠、
润滑剂和三聚氰胺减水剂粉剂协同作用，最大程度通过滚珠效应，确保预制构件混凝土的低坍落度流动性。
[0009] 本发明提供一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0010] 高铁型铝酸钙水泥：20-40％；
[0011] 金属硫酸盐：10-20％；
[0012] 超微矿粉：10-25％；
[0013] 空心微珠：5-10％；
[0014] 石膏晶须：7-15％；
[0015] 无机纤维：5-10％；
[0016] 润滑剂：1-2％；
[0017] 三聚氰胺减水剂干粉剂：0.5-2.0％。
[0018] 所述高铁型铝酸钙水泥中成分限制为：wtCaO：53-72％，wtAl2O3：21-35％，wtFe2O3：7-16％，优选成分为：wtCaO：57-72％，wtAl2O3：21-28％，wtFe2O3：11-16％。
[0019] 所述金属硫酸盐，具体为硫酸锶、硫酸钙、
硫酸镁、硫酸铝、硫酸锰、硫酸锌、硫酸亚铁的一种或几种组合物，优选为20℃
溶解度＞30的硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌的一种或几种组合物。
[0020] 所述超微矿粉为
比表面积800m2/kg＜比表面积＜1000m2/kg的矿渣微粉。
[0021] 所述空心微珠为0.01-15μm、400-800kg/m3的粉煤灰空心球，优选为规格2500目粒径D(90)≤5μm、400kg/m3＜容重＜500kg/m3的轻质空心微珠，优选为
偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠，该偶联剂活性处理后的空心微珠流动性好、活性高、相容性高、强度高、收缩率低。
[0022] 所述石膏晶须为无水石膏晶须、半水石膏晶须、二水石膏晶须，其平均直径1-4μm，平均长度30-150μm；优选为平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须，该尺寸在水泥基胶凝材料颗粒中可满足较高韧性和较大穿插几率。
[0023] 所述无机纤维为玻璃纤维、
碳纤维、
玄武岩纤维，优选为尺寸较小、比强度和比模量较好的玻璃纤维，优选为单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无
碱磨碎玻璃纤维。
[0024] 所述润滑剂为
硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸铝、硬脂酸锂的一种或几种组合物，优选为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸铝的一种或几种组合物。
[0025] 本发明的有益效果如下：
[0026] 1)水泥矿物中快硬性矿物有两种：铝酸钙和铁铝酸钙，铝酸三钙与水反应迅速，放热快，此放热量可带动
硅酸钙矿物水化；铁铝酸钙水化反应较快，但放热量较小，联动作用较小；两者都形成快硬性水化产物与硅酸钙水化产物交联起来，而铁铝酸钙不易导致整个水泥胶凝材料体系反应速率迅速加快，导致胶凝材料失去塑性，进而影响流动性。高铁型铝酸钙水泥和普通
硅酸盐水泥协同作用，铁铝酸钙水化产物与硅酸钙水化产物交联在一起，可显著提高预制构件混凝土胶凝材料早期强度；金属硫酸盐补充硫酸根和提高钙离子析出作用，以确保微膨胀性含铁钙矾石水化产物形成，杜绝水化铁铝酸钙硬化后收缩，影响强度。
[0027] 2)引入超微矿粉、石膏晶须、无碱磨碎玻璃纤维等增韧
增强材料，改善预制构件水泥胶凝材料水化产物内部交错结构，增大其紊乱程度，以保证后期强度和耐久性；采用空心微珠、润滑剂和三聚氰胺减水剂，改善胶凝材料与
骨料交接界面润滑性，降低三聚氰胺减水剂粉剂用量，以降低预制构件水泥基胶凝材料拌合物的流动性突变的敏感性及
离析泌水几率。
[0028] 本发明产品添加到预制构件掺合料中，掺量8-12％，可显著改善掺合料的综合性能，以满足预制构件早期强度高、高抗渗性、高耐久性的需求。
具体实施方式
[0030] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0031] 成分为CaO：59wt％，Al2O3：25wt％，Fe2O3：16wt％的高铁型铝酸钙水泥：39％；
[0032] 比表面积815m2/kg的超微矿粉：21％；
[0033] 硫酸铝：18％；
[0034] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝3μm、容重＝480kg/m3)：5.8％；
[0035] 平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：8.2％；
[0036] 单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：7.0％；
[0037] 三聚氰胺减水剂粉剂：0.5％；
[0038] 硬脂酸钙：0.5％。
[0039] ＜实施例2＞
[0040] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0041] 成分为CaO：60wt％，Al2O3：25wt％，Fe2O3：15wt％的高铁型铝酸钙水泥：34.4％；
[0042] 比表面积857m2/kg的超微矿粉：18％；
[0043] 硫酸亚铁：20％；
[0044] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝3.5μm、容重＝476kg/m3)：7.6％；
[0045] 平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的无水石膏晶须：8.3％；
[0046] 单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的玄武岩纤维：9.0％；
[0047] 三聚氰胺减水剂粉剂：0.7％；
[0048] 硬脂酸镁：2.0％。
[0049] ＜实施例3＞
[0050] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0051] 成分为CaO：62wt％，Al2O3：23wt％，Fe2O3：15wt％高铁型铝酸钙水泥：28.9％；
[0052] 比表面积912m2/kg的超微矿粉：25％；
[0053] 硫酸锌：20％；
[0054] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝4.5μm、容重＝420kg/m3)：5％；
[0055] 石膏晶须：平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的二水石膏晶须：10％；
[0056] 无机纤维：单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的
碳纤维：8.0％；
[0057] 三聚氰胺减水剂粉剂：2.0％；
[0058] 硬脂酸锌：1.1％。
[0059] ＜实施例4＞
[0060] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0061] 成分为CaO：64wt％，Al2O3：23wt％，Fe2O3：13wt％高铁型铝酸钙水泥：39.5％；
[0062] 比表面积863m2/kg的超微矿粉：19％；
[0063] 硫酸镁：18％；
[0064] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝2μm、容重＝492kg/m3)：8.9％；
[0065] 平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：7.1％；
[0066] 单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的玄武岩纤维：5％；
[0067] 三聚氰胺减水剂粉剂：1.5％；
[0068] 硬脂酸铝：1％。
[0069] ＜实施例5＞
[0070] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0071] 成分为CaO：66wt％，Al2O3：22wt％，Fe2O3：12wt％高铁型铝酸钙水泥：38.5％；
[0072] 比表面积826m2/kg的超微矿粉：超微矿粉为矿渣微粉20％；
[0073] 硫酸亚铁：17％；
[0074] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝4μm、容重＝425kg/m3)：8.3％；
[0075] 平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的二水石膏晶须：7.2％；
[0076] 单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：6.0％；
[0077] 三聚氰胺减水剂粉剂：1.3％；
[0078] 硬脂酸镁：1.7％。
[0079] ＜实施例6＞
[0080] 一种预制构件混凝土用矿物掺合料核心料，其原料配方包括以下重量百分比的组分：
[0081] 成分为CaO：68wt％，Al2O3：21wt％，Fe2O3：11wt％高铁型铝酸钙水泥：32.4％；
[0082] 比表面积883m2/kg的超微矿粉：超微矿粉为矿渣微粉23％；
[0083] 硫酸铝：15％；
[0084] 偶联剂活性包覆处理的轻质空心微珠(D(90)＝3.2μm、容重＝475kg/m3)：7.1％；
[0085] 平均直径3-4μm，平均长度50-80μm的半水石膏晶须：9.2％；
[0086] 单丝直径10-15μm、平均长度12-16μm的无碱磨碎玻璃纤维：10％；
[0087] 三聚氰胺减水剂粉剂：1.8％；
[0088] 硬脂酸锌：1.3％。
[0089] 选取市面上预制构件矿物掺合料作为对比例，用实施例1-6核心料等量替换10wt％，测试标准为DB11T 968-2013《预制混凝土构件质量检验标准》，性能测试结果如表1所示：
[0090] 表1实例性能测试参数表
[0091]
[0092]
[0093] 根据上表数据，采用实例矿物掺合料的核心料，对混凝土流动性能有稳定增幅作用，同时1d较基准样优势明显，且28d强度增幅稳定。
