CN101898877B

CN101898877B - 一种用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法

Info

Publication number: CN101898877B
Application number: CN2010102548421A
Authority: CN
Inventors: 钱觉时; 党玉栋; 乔墩; 范云燕; 徐月龙; 贾兴文
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: CN101898877A

Abstract

本发明公开了一种水泥基材料内养护所用的轻骨料预处理方法，其特点在于：将准备用于内养护的轻骨料先完全浸入减缩剂溶液中并达到饱和后，最后将轻骨料从减缩剂溶液中滤出，再将其作为混凝土内养护材料。相比于现有减缩剂內掺和饱水轻骨料内养护技术，本方法不仅避免了减缩剂直接掺入对水泥水化和强度的不利影响，同时可以显著提高轻骨料内养护的减缩效果，从而可以用较低掺量的轻骨料获得效果更好的减缩效果。

Description

一种用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料内养护用的轻骨料使用前的预处理方法。

背景技术

高性能混凝土是上世纪八九十年代由一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计而提出的一种新型混凝土，它以结构耐久性为首要设计目标，具有高强度、较好的施工工作性能，以及高耐久等诸多优点。区别于传统混凝土，为了获得较高强度、较为致密的结构和较好的工作性能，高性能混凝土在材料方面具有以下特点：胶凝材料用量较高，大量使用矿物掺和料（粉煤灰、矿渣或硅灰）；高效减水剂的应用使混凝土获得更低的水胶比已成为现实。但正是由于这些材料方面的特点导致高性能混凝土自收缩现象十分显著，在有外界约束的条件下容易产生收缩裂缝，从而影响混凝土力学性能和耐久性。故高性能混凝土在材料、配比及浇注施工时往往需考虑采用某种技术手段防止收缩开裂。

上述自收缩的产生原因是：由于水泥水化后的固相体积比原来反应的水泥及液相体积之和小8～10%，随着水泥的进一步水化，原来填充在水泥颗粒周围孔隙中的水被不断消耗，这些孔隙开始趋于不饱和，溶液在毛细孔中会形成弯月面，进而溶液对孔壁产生拉应力（即毛细管应力），这种拉应力不断产生和积累，宏观上就表现为混凝土体积出现收缩（即自收缩）。由于高能效混凝土用水量低，内部自由水少，导致胶凝材料水化所需水分相对不充分，所以更容易出现自收缩。

自收缩是混凝土收缩形式的一种，普通混凝土由于水胶比大，胶凝材料用量少，自收缩占总体收缩的比例较低。而高性能混凝土随着水胶比的降低，自收缩占总收缩的比重可以高达50%以上。目前降低混凝土收缩（包括自收缩）的措施主要有掺加膨胀剂、纤维、减缩剂或采用内养护。各种减缩措施的原理如下：（1）膨胀剂补偿收缩的原理是随着水泥水化，膨胀剂遇水反应后体积发生膨胀使硬化混凝土的收缩得到一定程度补偿甚至出现膨胀；（2）掺入纤维限制收缩的原理是纤维掺入后与硬化水泥粘接在一起，当水泥出现收缩时，纤维可以起到约束的作用，宏观上使混凝土收缩降低；（3）减缩剂是一种可以降低水溶液表面张力的表面活性剂，由毛细管应力基本理论可知，溶液的表面张力与毛细管应力呈正比，即当混凝土中水溶液的表面张力在减缩剂的作用下降低时，毛细管应力也同比例得到降低，宏观上混凝土收缩也会得到显著减小；（4）内养护是指将一种饱水的材料（如经水饱和的轻骨料、超吸水树脂等多孔材料）掺入混凝土中，当混凝土内部由于水化或外部水分散失出现干燥时，包裹在内养护材料中的水分就会缓慢释放出来，从而使混凝土内部保持较高的湿度，毛细孔中弯月面不易出现，所以使混凝土收缩降低或被推迟。

由以上降低混凝土收缩的措施可以看出掺入膨胀剂和纤维是被动补偿或限制混凝土收缩，而减缩剂和内养护则是从自收缩机理出发减少或延缓了混凝土的收缩，目前在已在国外得到广泛研究和应用。但减缩剂和内养护在实际应用中也存在一些难以克服的缺点：对于减缩剂而言，减缩剂在混凝土中的应用通常是将其与水混合后再与水泥、砂石等原材料一起拌合。但许多研究和实际表明，减缩剂的存在会影响水泥水化以及降低水泥基材料的强度，这对确保实际工程施工进度是十分不利的；其次，对内养护而言，目前最常见的内养护材料是饱水轻骨料，即在掺入混凝土中作为内养护材料前，轻骨料是经过水饱和的。但经过水饱和的轻骨料对混凝土自收缩抑制作用有限，而且要最大程度地抑制自收缩的出现，需要掺入的饱水轻骨料量较大，而轻骨料自身为多孔材料，其强度较水泥石和其他集料低许多，故过多的饱水轻骨料同样会对混凝土的强度产生不利的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述减缩剂和饱水轻骨料内养护在应用中存在的问题，提供一种水泥基材料内养护用轻骨料预处理方法，采用本方法处理后得到的轻骨料用于混凝土内养护时，只需使用较少的轻骨料即可使得减缩效果得到显著提高，进而避免了轻骨料掺量过多对混凝土强度造成的不利影响，同时也有效避免了减缩剂直接內掺使用时对水泥水化和水泥基材料强度的不利影响。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法，其特点在于：将用于水泥基材料内养护的轻骨料先完全浸入减缩剂溶液中，使轻骨料中减缩剂溶液含量达到饱和后，将轻骨料从减缩剂溶液中滤出，作为混凝土内养护材料。所述浸泡时间一般在24小时后可以使得减缩剂溶液含量达到饱和。

采用本方法处理后的轻骨料，在使用时将其掺入混凝土中，随着混凝土内部水泥水化作用的进展，轻骨料中的减缩剂溶液逐渐迁移到附近水泥石中，其中水分可使毛细孔保持较高相对湿度，使毛细孔中弯月面不易出现；同时减缩剂成分也可以降低水溶液表面张力，进而进一步地降低毛细管应力，在此双重作用下，只需采用较少的轻骨料，即可达到显著的减缩效果；而且轻骨料掺量降低后，混凝土强度也能够得到保证。另外，与直接采用减缩剂內掺的情况相比，采用本方法后，实际掺入的减缩剂含量较低，可以节约成本，同时减缩剂是从轻骨料中逐渐地扩散和渗透到周围水泥石中，故可以非常有效地避免减缩剂过多且减缩剂过早释放对混凝土早期强度造成的影响。

作为优化，所述减缩剂溶液为由水和减缩剂配制而成，其中减缩剂所占质量比例为30%～60%；轻骨料从减缩剂溶液中滤出时，过滤时间以轻骨料下无减缩剂溶液滴流为准。同时，所述轻骨料为堆积密度不大于700kg/m³、24h吸水率>10%、粒径为2mm～10mm范围的陶粒；并可再进一步地将所述陶粒颗粒经破碎、筛分后取粒径2～5mm的破碎陶粒。经实验验证，采用上述优化规格的材料，可以获得最佳内养护效果。

故综上所述，相比于现有技术，本方法中由于将一定浓度的减缩剂溶液预先存储在轻骨料中，当将这种用减缩剂溶液预处理的轻骨料掺入混凝土中后，不仅避免了减缩剂內掺使用时对水泥水化的影响，而且当减缩剂溶液从轻骨料中迁移到周围水泥石中后，仍然可以使减缩剂发挥降低表面张力的作用，从而可以用较低掺量的轻骨料获得效果更好的减缩效果。当轻骨料掺量降低后，可使混凝土强度得到保证。

附图说明

图1是具体实施方式中，实施例组和各对比组的自收缩值对比示意图。

图2是具体实施方式中，实施例组和各对比组的28天龄期抗压强度对比示意图。

图3是具体实施方式中，实施例组和各对比组的水泥水化后非蒸发水含量的对比示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，以水泥砂浆为载体，通过对比试验对本发明作进一步的详细说明。

实施例：先将破碎的轻骨料放入已配制好的减缩剂溶液中静置24小时，使其饱和。其中所述轻骨料为由堆积密度为650kg/m³、吸水率为15%的粉煤灰陶粒经破碎筛分所取的粒径范围为2mm～5mm、吸水率为13%的破碎陶粒；减缩剂溶液由市售格雷斯Eclipse Floor减缩剂和水以1:1的质量比配制而成。待轻骨料饱和后，将轻骨料从减缩剂溶液中取出，置于孔径小于2mm的筛上，直到筛底无减缩剂溶液滴流出时，将预处理的轻骨料放于塑料袋中密封备用。

将上述经预处理的轻骨料以10%和20%的比例等体积取代水胶比为0.3、胶砂比为1:2的水泥砂浆中的天然砂，混匀拌合并成型水泥砂浆试块，测试其密封条件下的自收缩、强度和水化程度。同时，再设置一基准组、一常规轻骨料水饱和内养护方式组、一内掺2%减缩剂组作为实验对比组，测试各对比组在其它条件完全一致时的自收缩、强度和水化程度，进行对比验证。其中，基准组未使用减缩剂或轻骨料内养护，是直接采用由水泥、水和天然砂得到的水泥砂浆试块；常规轻骨料水饱和内养护方式组为采用和实施例来源相同只是经水饱和的轻骨料，水饱和轻骨料同样采用10%和20%的比例等体积取代水胶比为0.3、胶砂比为1:2的水泥砂浆中的天然砂，混匀拌合后成型的水泥砂浆试块；内掺2%减缩剂组为直接将减缩剂以水泥质量2%掺入水泥砂浆中，其水胶比和胶砂比同上。

具体实验对比结果见附图1-3所示。

图1是实施例组和各对比组的自收缩值对比示意图。如其所示，可知本发明实施例组在较低掺量时（10%），减缩效果与直接內掺减缩剂组接近，但减缩效果远好于饱水轻骨料较高掺量（20%）时的效果。

图2是实施例组和各对比组的28天龄期抗压强度对比示意图。如其所示，可知饱水轻骨料和减缩剂饱和的轻骨料掺量对砂浆强度的影响规律一致，但考虑10%掺量的本发明实施例轻骨料对砂浆减缩作用已经远优于20%的饱水轻骨料的减缩作用，所以相比20%的饱水轻骨料对砂浆强度的影响，用10%掺量的本发明实施例轻骨料对砂浆强度没有不利影响。同时，从图2中可以看出，采用减缩剂饱和的轻骨料的砂浆早期强度远高于采用减缩剂内掺2%的砂浆的早期强度。所以综合图1和图2可知，本发明和采用饱水轻骨料作内养护相比，可以采用更少的轻骨料达到更好的减缩效果，同时还避免轻骨料用量过多对强度的不利影响；另外，本发明实施例轻骨料以10%的掺量等体积取代水泥砂浆中的天然砂后，实际引入砂浆体系的减缩剂量只相当于采用减缩剂内掺2%对比组砂浆的50%，因此不仅降低了减缩剂用量，而且有效避免了减缩剂內掺对砂浆强度的不利影响。

图3是实施例组和各对比组的水泥水化后所含非蒸发水含量（非蒸发水含量可表征水泥水化程度，其含量越高，表示水泥水化程度也越高）的对比示意图。如其所示，相比直接将减缩剂掺入砂浆中的情况相比，本发明实施例对水泥水化无不利影响。

Claims

1.一种用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法，其特征在于：先将准备用于内养护的轻骨料完全浸入减缩剂溶液中24小时使其达到饱和后，将轻骨料从减缩剂溶液中滤出备用，所述减缩剂溶液为由水和减缩剂配制而成，其中减缩剂所占质量比例为30%～60%；轻骨料从减缩剂溶液中滤出时，过滤时间以轻骨料下无减缩剂溶液滴流为准。

2.如权利要求1所述的用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法，其特征在于所述轻骨料为堆积密度不大于700kg/m³、24h吸水率>10%、粒径为2mm～10mm范围的陶粒。

3.如权利要求2所述的用于水泥基材料内养护的轻骨料预处理方法，其特征在于所述陶粒颗粒经破碎、筛分后，再取粒径2～5mm的破碎陶粒。