CN105731896B - 一种装配式构件高强混凝土及其制备方法和养护方法 - Google Patents

一种装配式构件高强混凝土及其制备方法和养护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式构件高强混凝土及其制备方法和养护方法，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：480～640kg，粗集料：852～969kg，细集料：771～8kg，碱组分：94～126kg，水：93～121kg，钢纤维：0～117kg，活性矿物材料：0～56kg，减水剂：6.8～9.0kg；减水剂为聚羧酸高性能减水剂。本发明中通过添加碱组分、钢纤维、活性矿物材料和减水剂以及采用蒸汽养护的技术措施，使得用于预制装配构件的混凝土的力学性能、耐久性能和长期性能都显著增加；使得预制装配构件的实用性更高，使用范围更广泛，使用装配构件的建筑的抗震性、整体性更好，建筑的使用寿命更长；并且本发明中采用矿渣代替了水泥，增加了废弃资源再利用率，具有重要的现实意义。

Description

一种装配式构件高强混凝土及其制备方法和养护方法
技术领域
本发明属于建筑领域，尤其是一种装配式构件高强混凝土及其制备方法。
背景技术
建筑行业是我国国民经济的支柱产业，对我国经济的发展有着举足轻重的作用；之前建筑行业中一般都采用现浇混凝土，但是随着能源紧缺、劳动力紧缺以及节能环保要求提高等问题的凸显，建筑行业遇到了很大的挑战。现浇混凝土的缺点也体现得越来越明显，由于现浇混凝土时现场施工，对施工场地的要求很高，现场施工需要多种机械设备，需要的劳动力大，并且施工现场产生的建筑垃圾多，不仅是建筑垃圾还有现浇混凝土的施工过程都对环境造成不良的影响，这与国家倡导的节约能源和材料、节省劳动力和保护环境的思想相悖。因此，随着国家对装配式住宅的政策导向和优惠政策陆续出台，预制混凝土的生产应用是必然的趋势，但是现有的预制混凝土与现浇混凝土相比，预制混凝土的强度和耐久性相比较差，因此研究出能够增加预制装配式构件强度和耐久性的高强混凝土是非常迫切和有必要的。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提出了一种装配式构件高强混凝土的制备方法，本发明解决了现有的用于制造装配式构件的混凝土强度低、耐久性和长期性能差的技术问题。
本发明的技术方案为：一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：480～640kg，粗集料：852～969kg，细集料：771～876kg，碱组分：94～126kg，水：93～121kg，钢纤维：0～117kg，活性矿物材料：0～56kg，减水剂：6.8～9.0kg；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
进一步地，一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：520～600kg，粗集料：881～939kg，细集料：797～856kg，碱组分：102～118kg，水：100～114kg，钢纤维：39～117kg，活性矿物材料：14～42kg，减水剂：7.4～8.4kg；
进一步地，所述矿渣的比表面积为456m2/kg，矿渣的密度为2.91～2.92g/cm3。
进一步地，所述粗集料为石灰岩、石英岩或者玄武岩的一种，所述粗集料的最大粒径Dmax＝10mm，且粗集料为5～10mm连续级配。
进一步地，所述细集料为中砂，中砂的细度模数为2.37。
进一步地，所述碱组分为水玻璃，其中水玻璃模数M＝1.25，水玻璃中氧化钠当量Na2O％为4.0％。
进一步地，所述钢纤维为镀铜微钢纤维、冷拉端勾钢纤维和剪切波浪型钢纤维的一种。
进一步地，所述活性矿物材料为硅灰，且硅灰的比表面积为20000m2/kg。
本发明还提出了上述一种装配式构件高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：首先将粗集料、细集料、矿渣和活性矿物材料加入到搅拌机中，进行搅拌60s，再用水将碱组分进行溶解，再将溶解有碱组分的水溶液加入到搅拌机中，继续搅拌60s，最后用孔径为10mm的试验筛将钢纤维筛入搅拌机中，搅拌120s后，完成装配式构件高强混凝土的制备。
本发明还提出了上述一种装配式构件高强混凝土的养护方法，包括如下步骤：制备好的混凝土试件带模预养24h后拆模，然后在80℃温度条件下蒸汽养护8h，最后将试件置入标准养护室养护7d。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
①本发明中采用矿渣代替了水泥作为胶凝材料，由于矿渣具有较高的潜在活性，在碱性激发剂的作用下水化反应生成具有水硬性的凝胶，具有早强快硬和高强度、良好的抗渗性、低水化热、良好的抗冻性、高抗侵蚀性、优良的护筋性及优越的负温硬化性能等一系列优良性能。
②本发明中采用水玻璃为碱组分，主要是水玻璃具有双重性，水玻璃可以看作NaOH与强烈水化的胶体二氧化硅两者的碱金属硅酸盐混合物，水玻璃作为碱组分可以引入大量的活性(SiO4)4-离子，这些离子能够迅速参与水化反应，增加C-S-H凝胶的数量和聚合度，所以使得混凝土的强度明显提高。
③本发明中添加有钢纤维，在混凝土中加入钢纤维能够明显提高混凝土强度，尤其是抗折强度，这样使得钢纤维能够阻碍装配式构件内部微裂纹的繁衍、扩展，显著提高混凝土的韧性和延展性。
④本发明中添加有硅灰作为混凝土中的活性矿物材料，由于硅灰的火山效应及微集料效应，使得硅灰提高了矿渣的抗压强度和抗折强度。
⑤本发明中添加有聚羧酸高性能减水剂，在水胶比不变的情况下，增加了混凝土的和易性；在保持流动性不变及矿渣用量不变的情况下，可减少拌合水量的10％-20％，从而降低了混凝土的水胶比，使得混凝土的强度提高15％-20％，特别是混凝土早期强度提高更为显著；减水剂能够使混凝土的密实度提高，透水性降低，从而可以提高混凝土的抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀的能够，因此显著提高了混凝土的耐久性和长期性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1
一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：480kg，玄武岩：969kg，中砂：876kg，水玻璃：94kg，水：93kg，镀铜微钢纤维：98kg，硅灰：28kg，聚羧酸高性能减水剂：6.8kg；其中矿渣的比表面积为456m2/kg，矿渣的密度为2.91～2.92g/cm3。玄武岩的最大粒径Dmax＝10mm，且玄武岩为5～10mm连续级配。中砂的细度模数为2.37，过4.75筛，表观密度为2687kg/m3，堆积密度为1642kg/m3，含泥量为1.0％。水玻璃模数M＝1.25，水玻璃中氧化钠当量Na2O％为4.0％。镀铜微钢纤维的长径比为65。硅灰的比表面积为20000m2/kg。
一种装配式构件高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：首先将玄武岩、中砂、矿渣和硅灰加入到搅拌机中，进行搅拌60s，再用水将水玻璃进行溶解，再将溶解有水玻璃的水溶液加入到搅拌机中，继续搅拌60s，最后用孔径为10mm的试验筛将镀铜微钢纤维筛入搅拌机中，搅拌120s后，完成装配式构件高强混凝土的制备。
一种装配式构件高强混凝土的养护方法，包括如下步骤：制备好的混凝土试件带模预养24h后拆模，然后在80℃温度条件下蒸汽养护8h，最后将试件置入标准养护室养护7d。
实施例2
一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：520kg，玄武岩：939kg，中砂：850kg，水玻璃：102kg，水：100kg，镀铜微钢纤维：98kg，硅灰：28kg，聚羧酸高性能减水剂：7.4kg。其余部分同实施例1。
实施例3
一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：560kg，玄武岩：911kg，中砂：825kg，水玻璃：110kg，水：107kg，镀铜微钢纤维：98kg，硅灰：28kg，聚羧酸高性能减水剂：7.9kg。其余部分同实施例1。
实施例4
一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：600kg，玄武岩：881kg，中砂：797kg，水玻璃：118kg，水：114kg，镀铜微钢纤维：98kg，硅灰：28kg，聚羧酸高性能减水剂：8.4kg。其余部分同实施例1。
实施例5
一种装配式构件高强混凝土，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：640kg，玄武岩：852kg，中砂：771kg，水玻璃：126kg，水：121kg，镀铜微钢纤维：98kg，硅灰：28kg，聚羧酸高性能减水剂：9.0kg。其余部分同实施例1。
通过以上实施例1-5控制矿渣用量，对混凝土抗压、抗折强度进行研究，得出附表一。
附表一：矿渣用量对混凝土抗压、抗折强度的影响
从上表可以看出，随着矿渣用量的增加，混凝土的抗压强度和抗折强度都明显增加，但是当矿渣的用量增加到600kg以上时，混凝土的抗压强度和抗折强度的增幅不明显，从经济上考虑，选用560～600kg矿渣用量较优。
实施例6
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：矿渣：588kg，硅灰：0kg。
实施例7
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：矿渣：574kg，硅灰：14kg。
实施例8
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：矿渣：546kg，硅灰：42kg。
实施例9
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：矿渣：532kg，硅灰：56kg。
通过以上实施例3、6-9控制硅灰用量，对混凝土抗压、抗折强度进行研究，得出附表二。
附表二：硅灰用量对混凝土抗压、抗折强度的影响
由上表可以看出，随着硅灰用量的增加，混凝土的强度先增大后减小，每立方米混凝土硅灰的用量为28kg时，混凝土的抗压强度相比未添加硅灰的混凝土抗压强度增加了2.5％，由于硅灰的火山效应及微集料效应所致，适量的硅灰对矿渣混凝土的抗压强度有一定的促进作用。
实施例10
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维：0kg。
实施例11
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维：39kg。
实施例12
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维：78kg。
实施例13
混凝土原材料、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维：117kg。
通过以上实施例3、10-13控制镀铜微钢纤维用量，对混凝土抗压、抗折强度进行研究，得出附表三。
附表三，镀铜微钢纤维用量对混凝土抗压、抗折强度的影响
由上表可以看出，随着镀铜微钢纤维的用量增加，混凝土的抗压强度和抗折强度明显增加，但是考虑到镀铜微钢纤维加入过量会增大混凝土中拌合物的内部摩擦力，且会用去拌合物中的部分拌合水，从而影响混凝土的流动性，再加上从经济角度综合考虑，镀铜微钢纤维的用量为98kg为最优。
实施例14
混凝土配方、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：玄武岩变为石灰岩。
实施例15
混凝土配方、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：玄武岩变为石英岩。
通过上述实施例14、15研究混凝土粗集料的种类对混凝土抗压、抗折强度的影响，得出如下附表四。
附表四：粗集料种类对混凝土抗压、抗折强度的影响
由上表可以得出，玄武岩对石英岩和石灰岩的抗压强度和抗折强度高，这主要是采用玄武岩作为粗集料，使得混凝土端面集料破坏较少，玄武岩外观形貌为不规则几何形体，表面粗糙，与胶凝材料形成良好的粘接，因此采用玄武岩配制的混凝土的强度较高，因此本发明中采用玄武岩作为最优的粗集料。
实施例16
混凝土配方、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维变为冷拉端勾钢纤维。
实施例17
混凝土配方、混凝土制备及养护方法与实施例3相同，不同的是：镀铜微钢纤维变为剪切波浪型钢纤维。
通过上述实施例16、17研究钢纤维种类对混凝土抗压、抗折强度的影响，得出附表五。
附表五：钢纤维种类对混凝土强度的影响
由上表可以看出，镀铜微钢纤维相比冷拉端勾钢纤维和剪切波浪型钢纤维能够明显的增加混凝土的抗压、抗折强度，本发明中选择镀铜微钢纤维作为最优钢纤维材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种装配式构件高强混凝土，其特征在于，每立方米混凝土中各原材料用量如下：矿渣：520～600kg，粗集料：881～939kg，细集料：797～856kg，碱组分：102～118kg，水：100～114kg，钢纤维：39～117kg，活性矿物材料：14～42kg，减水剂：7.4～8.4kg；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
其中所述粗集料为石灰岩、石英岩或者玄武岩的一种，所述粗集料的最大粒径Dmax＝10mm，且粗集料为5～10mm连续级配；所述细集料为中砂，中砂的细度模数为2.37；所述活性矿物材料为硅灰，且硅灰的比表面积为20000m2/kg。
2.如权利要求1所述的一种装配式构件高强混凝土，其特征在于：所述矿渣的比表面积为456m2/kg，矿渣的密度为2.91～2.92g/cm3。
3.如权利要求1所述的一种装配式构件高强混凝土，其特征在于：所述碱组分为水玻璃，其中水玻璃模数M＝1.25，水玻璃中氧化钠当量Na2O％为4.0％。
4.如权利要求1所述的一种装配式构件高强混凝土，其特征在于：所述钢纤维为镀铜微钢纤维、冷拉端勾钢纤维和剪切波浪型钢纤维的一种。
5.权利要求1-4任一项所述的一种装配式构件高强混凝土的养护方法，其特征在于，包括如下步骤：制备好的混凝土试件带模预养24h后拆模，然后在80℃温度条件下蒸汽养护8h，最后将试件置入标准养护室养护7d。
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