CN101172803A - 改善混凝土自收缩的复合外加剂 - Google Patents

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Abstract

一种改善混凝土自收缩的复合外加剂属于混凝土外加剂技术领域。目前改善混凝土自收缩的材料主要包括：膨胀剂、减缩剂和纤维。但是上述材料单独使用的效果并不理想，本发明特征在于：采用I级粉煤灰、磨细石灰石粉、二水石膏、生明矾土、二甲基硅氧烷均匀混合制成，各组分的重量百分比分别为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％；所述的磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度大于350m2/kg。本发明的复合外加剂掺加在高强混凝土、大体积混凝土和自密实混凝土中，在环境相对湿度低于50％的条件下，能够显著降低混凝土自收缩率30％以上，对混凝土强度、流动度和耐久性具有改善作用。

Description

改善混凝土自收缩的复合外加剂
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域。具体地说是一种能够显著降低高强混凝土的自收缩率，但是不影响混凝土的工作度、强度和耐久性的有机一无机复合外加剂。
背景技术
混凝土自收缩是水泥基胶凝材料在初凝之后随着水化的进行，在恒温恒重条件下宏观体积的减缩。自收缩不包括由于干燥、沉降、温度变化、遭受外力等原因引起的体积变化。产生自收缩的原因是由于随着水泥水化的进行，在硬化水泥石中形成大量微细孔，孔中自由水量逐渐降低，即水泥石内部相对湿度降低，但同时水泥石重量没有任何损失，出现自干燥现象。自干燥的结果是产生毛细孔应力，造成硬化水泥石受负压作用而产生收缩。自收缩的产生机理类似于干缩机理，但二者在相对湿度降低的机理上是不同。造成干缩的原因是由于水份扩散到外部环境中，而自收缩是由于内部水份被水化反应所消耗而造成的，因此通过阻止水份扩散到外部环境中的方法来降低自收缩并不有效。
随着现代建筑技术的发展，高强混凝土、大体积混凝土及自密实混凝土等应用日益广泛，混凝土的自收缩现象也越来越引起人们的关注。实践中发现上述类型混凝土的自收缩较大。例如，水胶比低于0.3的高强混凝土自收缩率可以达到2～4×10-4，当水胶比降低至0.23～0.17时，自收缩占总收缩的80％～100％，即水胶比极低的混凝土收缩主要是自收缩。配筋率为0.8％、强度为60～70MPa的高强混凝土的28天自收缩率可达2～3.5×10-4，即使掺加膨胀剂也无济于事。较大的自收缩对混凝土性能的影响是显而易见的——容易造成收缩开裂，严重影响混凝土的耐久性。
目前改善混凝土自收缩的材料主要包括：膨胀剂、减缩剂和纤维。但是上述材料单独使用的效果并不理想，例如，膨胀剂虽然能够早期补偿收缩或产生微膨胀，但由于本身水化需要大量的水，并且水化热较高，而高强混凝土本身用水量很低，因此后期混凝土内部缺水难以维持膨胀，反而会加大自收缩和冷缩。一般的减缩剂虽然能够降低自收缩，但同时会降低混凝土强度和流动性，并且价格昂贵，难以工程应用。纤维并不能主动降低自收缩，只是能够被动限制自收缩的进一步发展，并且纤维价格昂贵，普通混凝土难以应用。
发明内容
针对上述已有的改善自收缩材料的不足之处，本发明的目的是制备出一种有机一无机复合外加剂，该种外加剂能够在不影响混凝土强度、工作度和耐久性的前提下，显著降低混凝土的自收缩率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：采用I级粉煤灰、磨细石灰石粉、二水石膏、生明矾土、二甲基硅氧烷均匀混合制成，各组分的重量百分比分别为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％；磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度要求大于350m2/kg。
使用方法：根据新拌混凝土的强度等级和养护条件来确定复合外加剂的掺量，其掺量为混凝土中水泥重量的5～15％，以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。
本发明的复合外加剂掺加在高强混凝土、大体积混凝土和自密实混凝土中，在环境相对湿度低于50％的条件下，能够显著降低混凝土自收缩率30％以上，对混凝土强度、流动度和耐久性具有改善作用。与目前现有的技术相比，本发明的特点在于物理增水和化学膨胀补偿收缩相结合，改善自收缩的作用机理科学合理，复合外加剂的成本低，易于实现工程应用。
复合外加剂中各种材料组分的作用原理如下：
(1)石灰石粉和I级粉煤灰颗粒呈圆球形且表面光滑，在结构中能够起到相对物理增水和滚珠轴承的作用，且石灰石中的碳酸钙能够和水泥熟料中的铝酸盐矿物产生水化反应，形成膨胀性的水化碳铝酸钙补偿收缩。
(2)二水石膏和生明矾土水化反应形成膨胀性水化产物钙矾石，需水量低、结晶细小、形成速度均匀稳定，能够起到化学膨胀补偿收缩的作用。
(3)二甲基硅氧烷能够有效降低水泥石孔隙中的毛细管水表面张力，从而降低自收缩。上述各种组分的综合作用结果能够有效降低混凝土的自收缩率。
具体实施方式
复合外加剂的配方(重量比，单位kg)为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％。磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度要求大于350m2/kg，然后按比例混合均匀制备出复合外加剂。根据混凝土的强度等级和养护湿度确定外加剂的掺量，复合外加剂的掺量为混凝土中水泥重量的5～15％，以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。当混凝土的强度等级较高(≥C60)以及养护湿度较低(≤80％)时，外加剂掺量适当增多。
不掺复合外加剂的基准混凝土配合比为：水泥500kg/m3、水165kg/m3、砂573kg/m3、石子1162kg/m3、萘系高效减水剂5kg/m3。水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5，砂为细度模数2.52的中砂，石子为5～25mm连续级配的碎石。复合外加剂掺加方式为以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。
外加剂1配方为：I级粉煤灰20％、石灰石粉47％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏10％、生明矾土20％。
    外加剂掺量/％     坍落度/cm     抗压强度/MPa     自收缩率/10-5
    3天     28天     3天     28天
    0％5％10％15％     15.517.118.016.9     46.548.649.248.3     66.468.169.867.9     7.98.14.62.0     17.811.26.73.8
外加剂2配方为：I级粉煤灰25％、石灰石粉40％、二甲基硅氧烷5％、二水石膏10％、生明矾土20％。
  外加剂掺量％    坍落度/cm     抗压强度/MPa     自收缩率/10-5
    3天     28天     3天     28天
  0％5％10％15％    15.516.116.717.3     46.548.249.347.5     66.468.369.767.4     7.95.64.31.8     17.810.46.43.8
外加剂3配方为：I级粉煤灰35％、石灰石粉30％、二甲基硅氧烷5％、二水石膏10％、生明矾土20％。
    外加剂掺量/％     坍落度/cm     抗压强度/MPa     自收缩率/10-5
    3天     28天     3天     28天
    0％5％10％15％     15.517.318.518.6     46.547.648.746.9     66.467.869.068.1     7.95.14.41.9     17.89.75.94.0
外加剂4配方为：I级粉煤灰40％、石灰石粉42％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏5％、生明矾土10％。
    外加剂掺量/％     坍落度/cm     抗压强度/MPa     自收缩率/10-5
    3天     28天     3天     28天
    0％5％10％15％     15.516.517.218.6     46.546.247.345.5     66.466.368.765.9     7.96.65.33.4     17.813.47.95.8
外加剂5配方为：I级粉煤灰22％、石灰石粉60％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏5％、生明矾土10％。
    外加剂掺量/％     坍落度/cm     抗压强度/MPa     自收缩率/10-5
    3天     28天     3天     28天
    0％5％10％15％     15.517.018.517.9     46.547.448.848.6     66.468.868.969.2     7.96.76.04.1     17.813.78.86.7

Claims (1)

1.一种改善混凝土自收缩的复合外加剂，其特征在于：采用I级粉煤灰、磨细石灰石粉、二水石膏、生明矾土、二甲基硅氧烷均匀混合制成，各组分的重量百分比分别为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％；所述的磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度大于350m2/kg。
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