CN102690090A - 一种掺水泥改质剂的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种掺水泥改质剂的混凝土，包括：胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂、水泥改质剂和水；其中，在所述混凝土中所述胶凝材料含量200～500kg/m3,并且所述胶凝材料包括55～100%的水泥和0～45%的掺合料；所述外加剂为胶凝材料重量的0.15～1.5%,并且水胶比为0.24～0.60，砂率为30～45%。本发明还提供一种掺水泥改质剂的混凝土的制备方法。
Description
技术领域：
本发明涉及混凝土建筑材料技术领域，尤其涉及一种掺水泥改质剂的混凝土及其制备方法。
背景技术：
生存、发展、获利是企业一贯追求的目标，加强成本管理，获取最大利润是企业永恒的主题。混凝土，作为目前世界上应用最广泛的结构材料，如何在保证其性能的前提下尽量降低其生产成本，一直是混凝土及其制品厂家关注的焦点之一。对于现有的混凝土配比，水泥成本占到混凝土生产成本的近40%～70%，而由于水泥成本在混凝土生产成本中所占比例过大，导致资源和能源的消耗过大以及氮氧化物、硫氧化物和碳氧化物等物质的大量排放。因此，如何在保证混凝土性能的前提下降低水泥成本成为降低混凝土成本的关键点。也就是说，如何在保证混凝土性能的前提下减少水泥的用量比例，是本混凝土建筑材料技术领域所面临的一个技术问题。
发明内容：
本发明的范围只由后附权利要求书所规定，在任何程度上都不受这一节发明内容的陈述所限。
本发明的发明目的是为了解决上述技术问题而提供一种掺水泥改质剂的混凝土，包括：
胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂、水泥改质剂和水；
其中，在所述混凝土中所述胶凝材料含量200～500kg/m3,并且所述胶凝材料包括55～100%的水泥和0～45%的掺合料；所述外加剂为胶凝材料重量的0.15～1.5%,并且水胶比为0.24～0.60，砂率为30～45%。
优选地，所述掺合料为磨细砂、矿粉和粉煤灰中的一种或它们的混合物。
优选地，所述磨细砂、矿粉或粉煤灰的比表面积为300 m2/kg～500 m2/kg。
优选地，所述水泥为强度等级不低于32.5的符合GB175标准的通用硅酸盐水泥。
优选地，所述细骨料为天然砂或人工砂。
优选地，所述天然砂或人工砂的细度模数为2.0～3.5,含泥量≤1.0%。
优选地，所述粗骨料为天然碎石、人工碎石或卵石。
优选地，所述粗骨料的粒径为5～25mm或5～31.5mm连续级配,压碎值不大于10%,针片状不大于10%。
优选地，所述外加剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或它们的混合物。
优选地，所述萘系减水剂的固体掺量为0.3%～1.5%。
优选地，所述聚羧酸减水剂的固体掺量为0.1%～0.5%。
优选地，所述水泥为32.5强度等级的复合硅酸盐水泥；所述水胶比为0.55；所述细骨料的细度模数为2.6，砂率为30%；所述粗骨料的粒径为5～31.5mm连续级配，压碎值为8%，针片状为7%；所述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.35%。
优选地，所述胶凝材料的所述掺合料为粉煤灰，其按重量百分比占所述胶凝材料用量的12%，所述粉煤灰的比表面积为400 m2/kg；所述水泥为42.5强度等级的普通硅酸盐水泥；所述水胶比为0.45；所述细骨料的细度模数为3.4，砂率为38%；所述粗骨料为卵石，所述卵石粒径为5～31.5mm连续级配，压碎值为5%，针片状为5%；所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.15%。
优选地，所述胶凝材料的掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该磨细砂和矿粉的混合物按重量百分比占所述胶凝材料用量的30%，所述磨细砂和矿粉的混合物的比表面积为380～400 m2/kg；所述水泥为42.5强度等级的硅酸盐水泥；所述水胶比为0.29；所述细骨料的细度模数为2.5，砂率为35%；所述粗骨料的粒径为5～25mm连续级配，压碎值为6%，针片状为5%；所述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.7%。
优选地，所述胶凝材料的掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该磨细砂和矿粉的混合物按重量百分比占所述胶凝材料用量的45%，该磨细砂和矿粉的混合物的比表面积为410～430 m2/kg；所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述水胶比为0.40；所述细骨料的细度模数为2.1，砂率为44%；所述粗骨料的粒径为5～25mm连续级配，压碎值为4%，针片状为6%；所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.32%。
优选地，所述水泥改质剂为一种白色微丝透明液体，其比重为0.90～1.10。
优选地，所述混凝土的坍落度为20～200mm。
本发明的另一方面提供了一种掺水泥改质剂的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
向搅拌机中加入细骨料和胶凝材料，并搅拌10～40秒（s），其中所述胶凝材料包括55～100%的水泥和0～45%的掺合料；
向所述搅拌机中加入水，并搅拌10-30s后再加入粗骨料；
向所述搅拌机中加入外加剂和水泥改质剂，并继续搅拌，其中，当所有的原料全部加入所述搅拌机后，从投料至搅拌完成，净搅拌时间应该达到90～180s；
将所获得混凝土从所述搅拌机中取出；
其中，在所获得的混凝土中，所述胶凝材料含量200～500kg/m3, 所述外加剂为胶凝材料重量的0.15～1.5%,并且水胶比为0.24～0.60，砂率为30～45%。
本发明相对于现有技术具有以下有益技术效果：
一、节约生产成本：
掺入水泥改质剂后，在保证所需混凝土强度等级的前提下，可使每方混凝土中水泥用量减少10～50Kg，从而降低混凝土生产成本。
二、提高混凝土性能：
掺入水泥改质剂后，一方面，能改善混凝土的工作性能，对于泵送混凝土，可使输送压力降低10%；另一方面，因使水泥的水化反应更充分地进行，有效减少了毛细孔隙率，能提高早期强度并使后期强度持续增长。此外，添加水泥改质剂后，能有效排除所含的氯离子，防止钢筋锈蚀，且有良好的抗冻效果，便于低温环境下施工顺利进行等等。
三、减少污染物的排放：
在水泥的生产及使用过程中，不可避免地会排放出对环境造成污染的物质，掺入水泥改质剂后，使每方混凝土中水泥用量减少，即减少了氮氧化物、硫氧化物及碳氧化物等的排放量，在节能环保方面有积极作用。
具体实施方式：
下面具体说明本发明的优选实施方式。
本实施方式的混凝土以胶凝材料、细骨料、粗骨料和水为主要材料，同时掺入适量的外加剂和水泥改质剂，经过适当的搅拌而成。
上述混凝土中的胶凝材料包括水泥和掺合料，上述胶凝材料在上述混凝土中所占比例为200～500kg/m3，以及在上述胶凝材料中水泥重量占55～100%、掺合料重量占0～45%。优选地，上述水泥可采用强度等级不低于32.5的符合GB175标准的通用硅酸盐水泥，上述掺合料选自磨细砂、矿粉或和煤灰中的一种或它们的混合物。更优选地，上述磨细砂、矿粉或粉煤灰的比表面积为300～500 m2/kg。采用比表面积为300～500 m2/kg的磨细砂、矿粉或粉煤灰，能够更好地降低新拌混凝土硬化过程中的温度升高、改善施工性能、增进抗腐蚀能力和提高强度。
上述混凝土中的细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的砂。优选地，上述细骨料选自天然砂和人工砂中的一种或它们的混合物。优选地，上述自天然砂或人工砂的细度模数为2.0～3.5%，并且含泥量不超过1.0%（≤1.0%）。
上述混凝土中的粗骨料在混凝土中起主要骨架作用，应选用级配合理、粒形良好（三维尺寸接近）、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。优选地，上述混凝土中的粗骨料选自天然碎石、人工碎石和卵石中的一种或它们的混合物。更优选地，上述天然碎石、人工碎石或卵石的粒径为5～25mm或5～31.5mm连续级配，其压碎值不大于10%，针片状不大于10%。
上述混凝土中的外加剂为上述凝胶材料重量的0.15～1.5%。优选地，上述外加剂可采用萘系高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂或它们的混合物。更优选地，上述萘系高效减水剂的固体掺量为0.3～1.5%，上述聚羧酸高性能减水剂的固体掺量为0.1～0.5%。采用上述外加剂能够更有效地制备出高性能混凝土。
上述混凝土拌和用水优选饮用水或与饮用水具有相同品质的水。而且，所获的混凝土中的水胶比为0.24～0.60。在本实施方式中，采用0.24～0.60的水胶比能够使得混凝土具有更好的强度、耐久性等性能。
上述混凝土中的水泥改质剂为一种白色微丝透明液体，其比重为0.90～1.10。上述水泥改质剂比如可用水分散性丙烯酸聚合乳液。上述水泥改质剂按上述外加剂的0.2～1.0%的掺量随上述外加剂拌入混凝土中，并进行搅拌。由于上述水泥改质剂释放的巨量粒子以光速运行，能在瞬间击破分子表面张力，从而促使水泥的水化作用达到极限发挥，使得所获得的混凝土具有耐磨耗、抗盐害、抗化学性、耐久、耐候、不龟裂等特性。
上述混凝土的砂率为30～40%。砂率的变动，会影响新拌混凝土中集料的级配，使骨料的空隙率和总表面积有很大变化，对新拌混凝土的和易性产生显著影响。在水泥浆数量一定时，砂率过大，骨料的总表面积及空隙率都会增大，需较多水泥浆填充和包裹骨料，使起润滑作用的水泥浆减少，新拌混凝土的流动性减小。砂率过小，骨料的空隙率显著增加，不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，也会降低新拌混凝土的流动性，并会严重影响粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。在本实施方式中，上述混凝土采用30～40%的砂率能够保证上述混凝土具有更好的粘聚性和保水性，而且不容易造成离析、流浆等现象。
在本实施方式中，所述混凝土的坍落度为10～200mm，并具有良好的保水性、粘聚性及不同工作条件下所需的流动性，并经一定条件养护后又可达到所需的混凝土强度等级。
为了获得上述上述混凝土，本发明采用了以下的制备方法。
首先，向搅拌机中加入细骨料和胶凝材料，并搅拌10～40秒（s）。优选地，上述细骨料选自天然砂和人工砂中的一种或它们的混合物。更优选地，上述自天然砂或人工砂的细度模数为2.0～3.5%，并且含泥量不超过1.0%（≤1.0%）。上述胶凝材料包括水泥和掺合料。优选地，上述水泥可采用强度等级不低于32.5的符合GB175标准的通用硅酸盐水泥，上述掺合料选自磨细砂、矿粉或和煤灰中的一种或它们的混合物。更优选地，上述磨细砂、矿粉或粉煤灰的比表面积为300～500 m2/kg。
其次，向上述搅拌机中加入水，并搅拌10-30s后再加入粗骨料。优选地，上述粗骨料选自天然碎石、人工碎石和卵石中的一种或它们的混合物。更优选地，上述天然碎石、人工碎石或卵石的粒径为5～25mm或5～31.5mm连续级配，其压碎值不大于10%，针片状不大于10%。
接着，向上述搅拌机中加入外加剂和水泥改质剂，并继续搅拌。在本步骤中，对于搅拌的时间没有特定的要求，只要对搅拌机中的材料进行搅拌一预定的合适的时间即可。上述外加剂可采用萘系高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂或它们的混合物。更优选地，上述萘系高效减水剂的固体掺量为0.3～1.5%，上述聚羧酸高性能减水剂的固体掺量为0.1～0.5%。优选地，上述水泥改质剂为一种白色微丝透明液体，其比重为0.90～1.10。上述水泥改质剂按上述外加剂的0.2～1.0%的掺量随上述外加剂拌入混凝土中，并进行搅拌。其中，当所有的原料全部加入上述搅拌机后，从投料至搅拌完成，搅拌机的净搅拌时间应该达到90～180s。
然后，将所获得混凝土从上述搅拌机中取出。
实施例1：
一种掺水泥改质剂的混凝土，其为C30等级普通混凝土，主要由胶凝材料、人工砂、人工碎石、外加剂、改质剂和水组成。其中，上述胶凝材料为32.5强度等级的复合硅酸盐水泥，水胶比为0.55，上述人工砂的细度模数为2.6，砂率为30%，上述人工碎石为5～31.5mm连续级配，压碎值为8%，针片状为7%，上述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.35%，混凝土料的坍落度为90mm，28d标养强度为35MPa。
上述混凝土的具体制备方法包括以下步骤：
A、先向搅拌机中加入上述人工砂、胶凝材料，搅拌10s；
B、然后向搅拌机中加入饮用水，搅拌15s后，再加入上述人工碎石；
C、再向搅拌机中添加水泥改质剂和减水剂，继续搅拌；
D、将所有原料全部加入搅拌机后，净搅拌90s，出料。
实施例2：
一种掺水泥改质剂的混凝土，其为C50等级普通混凝土，主要由胶凝材料、天然砂、卵石、外加剂、改质剂和水组成。其中，上述胶凝材料由水泥和掺合料组成，上述掺合料为粉煤灰，其按重量百分比占上述胶凝材料用量的12%，上述粉煤灰的比表面积为400 m2/kg，上述水泥为42.5强度等级的普通硅酸盐水泥，水胶比为0.45，上述天然砂的细度模数为3.4，砂率为38%，上述卵石为5～31.5mm连续级配，压碎值为5%，针片状为5%，上述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.15%，混凝土的坍落度为70mm，28d标养强度为60MPa。
上述混凝土的具体制备方法包括以下步骤：
A、先向搅拌机中加入上述天然砂、胶凝材料，搅拌15s；
B、然后向搅拌机中加入饮用水，搅拌10s后，再加入上述卵石；
C、再向搅拌机中同时加入减水剂、改质剂，继续搅拌；
D、将所有原料全部加入搅拌机后，净搅拌150s，出料。
实施例3：
一种掺水泥改质剂的混凝土，其为C80等级高强高性能混凝土，主要由胶凝材料、人工砂、天然碎石、外加剂、改质剂和水组成。上述胶凝材料由水泥和掺合料组成，上述掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该混合物按重量百分比占上述胶凝材料用量的30%，上述掺和料的比表面积为380～400 m2/ kg，上述水泥为42.5强度等级的硅酸盐水泥，水胶比为0.29，人工砂的细度模数为2.5，砂率为35%；上述天然碎石的粒径为5～25mm，压碎值为6%，针片状为5%，上述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.7%，上述混凝土的坍落度为40mm，常压蒸养强度为48MPa，高压蒸养强度为92MPa。
上述混凝土的具体制备方法包括以下步骤：
A、先向搅拌机中加入人工砂、胶凝材料，搅拌40s；
B、然后向搅拌机中加入饮用水，搅拌15s后，再加入碎石；
C、再向搅拌机中同时加入减水剂、改质剂，继续搅拌；
D、将所有原料全部加入搅拌机后，净搅拌150s，出料。
实施例4：
一种掺水泥改质剂的能混凝土，其为C100等级高强高性能混凝土，主要由胶凝材料、天然砂、天然碎石、外加剂、改质剂和水组成。上述胶凝材料由水泥和掺合料组成，上述掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该混合物按重量百分比占上述胶凝材料用量的45%，上述掺和料的比表面积为410～430 m2/ kg，上述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥，水胶比为0.40，上述天然砂的细度模数为2.1，砂率为44%；上述天然碎石的粒径为5～25mm，压碎值为4%，针片状为6%，上述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.32%，上述混凝土的坍落度为200mm，常压蒸养强度为55MPa，高压蒸养强度为106MPa。
上述混凝土的具体制备方法包括以下步骤：
A、先向搅拌机中加入天然砂、胶凝材料，搅拌20s；
B、然后向搅拌机中加入水，搅拌15s后，再加入天然碎石；
C、再向搅拌机中同时加入减水剂、改质剂，继续搅拌；
D、将所有原料全部加入搅拌机后，净搅拌180s，出料。
应理解以上说明书中所描述的具体实施方式和实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (28)
1.一种掺水泥改质剂的混凝土，包括：胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂、水泥改质剂和水；其中，
在所述混凝土中所述胶凝材料含量200～500kg/m3,并且所述胶凝材料包括55～100%的水泥和0～45%的掺合料；
所述外加剂为胶凝材料重量的0.15～1.5%,并且水胶比为0.24～0.60，砂率为30～45%。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述掺合料为磨细砂、矿粉和粉煤灰中的一种或它们的混合物。
3.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于：所述磨细砂、矿粉或粉煤灰的比表面积为300 m2/kg～500 m2/kg。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述水泥为强度等级不低于32.5的符合GB175标准的通用硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述细骨料为天然砂或人工砂。
6.根据权利要求5所述的混凝土，其特征在于：所述天然砂或人工砂的细度模数为2.0～3.5,含泥量≤1.0%。
7.根据权利要求1～6中任一所述的混凝土，其特征在于：所述粗骨料为天然碎石、人工碎石或卵石。
8.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述粗骨料的粒径为5～25mm或5～31.5mm连续级配,压碎值不大于10%,针片状不大于10%。
9.根据权利要求7中任一所述的混凝土，其特征在于：所述外加剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或它们的混合物。
10.根据权利要求9所述的混凝土，其特征在于：所述萘系减水剂的固体掺量为0.3%～1.5%。
11.根据权利要求9所述的混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂的固体掺量为0.1%～0.5%。
12.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述水泥为32.5强度等级的复合硅酸盐水泥；所述水胶比为0.55；所述细骨料的细度模数为2.6，砂率为30%；所述粗骨料的粒径为5～31.5mm连续级配，压碎值为8%，针片状为7%；所述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.35%。
13.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述胶凝材料的所述掺合料为粉煤灰，其按重量百分比占所述胶凝材料用量的12%，所述粉煤灰的比表面积为400 m2/kg；所述水泥为42.5强度等级的普通硅酸盐水泥；所述水胶比为0.45；所述细骨料的细度模数为3.4，砂率为38%；所述粗骨料为卵石，所述卵石粒径为5～31.5mm连续级配，压碎值为5%，针片状为5%；所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.15%。
14.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述胶凝材料的掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该磨细砂和矿粉的混合物按重量百分比占所述胶凝材料用量的30%，所述磨细砂和矿粉的混合物的比表面积为380～400 m2/kg；所述水泥为42.5强度等级的硅酸盐水泥；所述水胶比为0.29；所述细骨料的细度模数为2.5，砂率为35%；所述粗骨料的粒径为5～25mm连续级配，压碎值为6%，针片状为5%；所述外加剂为萘系高效减水剂，固掺量为0.7%。
15.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述胶凝材料的掺合料为磨细砂和矿粉的混合物，该磨细砂和矿粉的混合物按重量百分比占所述胶凝材料用量的45%，该磨细砂和矿粉的混合物的比表面积为410～430 m2/kg；所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述水胶比为0.40；所述细骨料的细度模数为2.1，砂率为44%；所述粗骨料的粒径为5～25mm连续级配，压碎值为4%，针片状为6%；所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，固掺量为0.32%。
16.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述水泥改质剂为一种白色微丝透明液体，其比重为0.90～1.10。
17.根据权利要求7所述的混凝土，其特征在于：所述混凝土的坍落度为20～200mm。
18.一种掺水泥改质剂的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
向搅拌机中加入细骨料和胶凝材料，并搅拌10～40秒（s），其中所述胶凝材料包括55～100%的水泥和0～45%的掺合料；
向所述搅拌机中加入水，并搅拌10-30s后再加入粗骨料；
向所述搅拌机中加入外加剂和水泥改质剂，并继续搅拌，其中，当所有的原料全部加入所述搅拌机后，从投料至搅拌完成，净搅拌时间应该达到90～180s；
将所获得混凝土从所述搅拌机中取出；
其中，在所获得的混凝土中，所述胶凝材料含量200～500kg/m3, 所述外加剂为胶凝材料重量的0.15～1.5%,并且水胶比为0.24～0.60，砂率为30～45%。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述掺合料为磨细砂、矿粉和粉煤灰中的一种或它们的混合物。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述磨细砂、矿粉或粉煤灰的比表面积为300 m2/kg～500 m2/kg。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述水泥为强度等级不低于32.5的符合GB175标准的通用硅酸盐水泥。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述细骨料为天然砂或人工砂。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：所述天然砂或人工砂的细度模数为2.0～3.5,含泥量≤1.0%。
24.根据权利要求18～23中任一所述的方法，其特征在于：所述粗骨料为天然碎石、人工碎石或卵石。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述粗骨料的粒径为5～25mm或5～31.5mm连续级配,压碎值不大于10%,针片状不大于10%。
26.根据权利要求24中任一所述的方法，其特征在于：所述外加剂为萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或它们的混合物。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述萘系减水剂的固体掺量为0.3%～1.5%。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述聚羧酸减水剂的固体掺量为0.1%～0.5%。
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