CN106630901A

CN106630901A - 绿色高性能混凝土

Info

Publication number: CN106630901A
Application number: CN201611170240.1A
Authority: CN
Inventors: 何克英; 黎星辰; 方洁; 彭秋棉
Original assignee: Guangxi Jinhong Concrete Co Ltd
Current assignee: GUANGXI SHENGTIAN CEMENT PRODUCTS CO., LTD.
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: CN106630901B

Abstract

本发明公开了一种绿色高性能混凝土，包括水、水泥、骨料、减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、粉煤灰、水淬锰渣、磺化木质素、氯化钙、木质素、钛纤维、半纤维素、果胶、硬石膏和膨胀剂；其中，胶凝辅助剂的制备方法具体为，将β‑环糊精、二氧化硅和水混合，浸泡后，烘干水分，再加入膨胀珍珠岩混合均匀即得；成核剂的制备方法具体为：将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为0.075～1.25mm，再加入氯化铁和硫酸铜混合均匀。本发明具有延长混凝土泵送距离，初始坍落度高，坍落度损失小，抗压强度和抗折强度高，并且可节约能源的有益效果。

Description

绿色高性能混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料领域。更具体地说，本发明涉及一种绿色高性能混凝土。

背景技术

混凝土是现代应用最广泛的建筑材料，其具有原料丰富、价格低廉、工艺简单、强度高、耐久性好等优点。但是混凝土物料混合后随着时间的推移会发生化学反应，对混凝土流动性和坍塌度损失都会产生不良的影响。

混凝土中，骨料的体积占到60％以上，骨料是混凝土中承受荷载、抵抗侵蚀和增强混凝土体积稳定性的重要组成材料，研究表明，在建筑施工中混凝土的性能受到骨料尺寸的影响，如混凝土的初始坍落度，保坍性能和坍落度损失；以及泥土团聚或者包覆在骨料表面，会阻碍骨料和水泥的粘结，形成结构薄弱区，降低混凝土强度；泥的存在还会影响混凝土的抗碳化能力，降低混凝土的耐候性；并且如果泥团聚会降低混凝土局部的强度，造成安全隐患。

混凝土减水剂是一种在混凝土搅拌之前或搅拌过程中加入的、用以改善新拌和硬化混凝土性能的材料，其特点是掺量少、作用大，已经逐步成为优质混凝土必不可缺少的组份。高耗能企业多集中于建材、冶金、化工等行业，建材行业的节能减排对社会的可持续发展意义重大。但减水剂的制备需要高温才能完成，且工艺繁杂，资源浪费高。

铺设好的混凝土，在其硬化过程中，水分蒸发慢，蒸发速度不均匀，且由于水分的蒸发会形成很多细微的孔，给混凝土的强度造成影响。

铺设道路时，分多次平行铺设，混凝土之间易形成较大间隙，且由于应力作用，混凝土硬化过程中也会产生一些微小缝隙，这些均会对混凝土的强度和耐持久性造成不良影响。

目前混凝土在损坏后的修复方法较简单，但是修复结果不尽人意，路面不平，修复处的强度和耐持久性均较之前差。

因此急需发明一种混凝土可以解决上述重要问题，优化工艺，节约资源，提高混凝土的性能。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种强度高、初始坍落度小、保坍性能好和坍落度损失少的绿色高性能混凝土，本发明的提供的绿色高性能混凝土还具有裂缝自愈能力强、易修复的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种绿色高性能混凝土，其特征在于，包括水、水泥、骨料、减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、粉煤灰、水淬锰渣、磺化木质素、氯化钙、木质素、钛纤维、半纤维素、果胶、硬石膏和膨胀剂；

其中，水、水泥和骨料按质量比0.20～0.25:1:2.50～4.00；

减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、水淬锰渣和膨胀剂分别为水泥的质量的4％～6％、10％～15％、15％～25％、25～40％和10～15％；

粉煤灰、硬石膏、钛纤维、木质素和半纤维素分别为骨料的质量的10～20％、4～8％、1～1.2％、0.2～0.5％和0.2～0.5％；

磺化木质素、氯化钙和果胶分别为水的质量的5～10％、5～10％和1.2～2％；

胶凝辅助剂的制备方法具体为：

a按质量比1:4～5:2～3将β-环糊精、二氧化硅和水混合，浸泡1～2h后，于50～80℃烘干水分后得第三混合物；

b向a中的第三混合物中加入其质量的30～40％的膨胀珍珠岩，混合均匀即得；

成核剂的制备方法具体为：按质量比1:1～2将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为0.075～1.25mm，再加入氯化铁和硫酸铜混合均匀，氯化铁和硫酸铜的总质量为石头和硬石膏总质量的1～1.5％。

优选的是，减水剂的制备方法具体为：

步骤一、将85～95重量份的异戊烯醇聚氧乙烯醚、0.8～1.5重量份的过硫酸钾、1～1.5重量份的过氧化二碳酸二异丙酯、2～5重量份的甲基丙烯磺酸钠和20～30重量份的水，投入反应釜中，搅拌1.5～3h，设置反应釜温度为60～80℃；

步骤二、将15～20重量份的丙烯酸和20～30重量份的水配置成溶液A，将0.1～0.15重量份的β-胡萝卜素、0.1～0.15重量份的维生素E、0.2～0.5重量份的巯基丙酸和20～30重量份的水配置成溶液B备用；

步骤三、将步骤一中的反应釜温度设置为30～35℃，待其降至30～35℃时，同时加入步骤二中的溶液A和溶液B，搅拌7～9h，得第一混合物；

步骤四、向步骤三中的第一混合物加入8～15重量份的氢氧化钠和40～60重量份的水，搅拌均匀得第二混合物；

步骤五、向步骤四中的第二混合物加入0.15～0.25重量份的十二碳醇酯、0.05～0.09重量份的硅树脂聚醚乳液、5～10重量份的十二醇硫酸钠、8～12重量份的三乙醇胺，搅拌均匀即得。

优选的是，粉煤灰的粒径为0.005～0.02mm。

优选的是，钛纤维直径小于0.08mm。

优选的是，所述骨料包括粒径小于10mm的碎石和粒径小于0.5mm的砂，其中碎石和砂按质量比为1:2.8～3.2。

优选的是，水淬锰渣和硬石膏的粒径小于1mm。

优选的是，膨胀剂包括明矾石和硫铝酸钙，其中明矾石和硫铝酸钙的质量比为1:1。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、泥土团聚或者包覆在骨料表面，会阻碍骨料和水泥的粘结，形成结构薄弱区，降低混凝土强度，木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，可以形成交织网状，起抗压作用；半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，半纤维素可以形成比木素更密集的网状结构，果胶具有较强的凝胶性吸附性能，可将泥土吸附包裹，从木质素形成的交织网孔进入，而半纤维素的网状结构可以附着于木质素形成的交织网外，阻止泥土再流出，从而避免泥土团聚或者包覆在骨料表面，使泥土无法阻碍骨料和水泥的粘结，最终可以提升混凝土的强度；

第二、在混凝土中加入钛纤维，钛具有比钢更强的耐腐蚀性，自身重量比钢小，可以提高混凝土的耐候性，钛纤维的直径小于0.08mm，可以更好的与混凝土其它成分混合均匀，分散性更好，均匀提升混凝土的强度；

第三、混凝土制备过程中为了减少用水及优化性能会加入减水剂，本发明提供的减水剂制备方法，其制备温度为60～80℃的时间是1.5～3h，而其它耗时长的工艺均在接近常温的状态下制备，因此大大减少了能源的消耗，而且在此制备方法中，加入β-胡萝卜素和维生素E，其抗氧化性能强，且无毒，可以保证混凝土作业人员的安全；同时，采用此方法制备的减水剂，可以减少混凝土坍落度损失，减水率高，保坍性好；

第四、混凝土搅拌混合时，混合料处于“液化”状态，各颗粒沉降速度不同，将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为0.075～1.25mm时，可以使其颗粒沉降速度接近，有利于成核，且初始形成的核大小均匀，与水泥相互混合后，成核剂里面的氯化铁和硫酸铜与水接触，促进初始形成的核表面形成一薄层无定形的胶体产物，为混凝土的后期水化反应打好基础；

第五、混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的重要原因，通过在混凝土中加入胶凝辅助剂，减少缝隙的产生，β-环糊精遇水形成空腔结构，可以将二氧化硅包合在其空腔内，再与多孔结构的膨胀珍珠岩混合，部分β-环糊精及其包合的二氧化硅填充至膨胀珍珠岩的多孔结构中，与其形成平衡状态，随着混凝土中水分向外蒸发，β-环糊精空腔结构减少，变成坚硬的颗粒状，同时二氧化硅缓慢释放出并与外面的骨料胶凝成固形物，可以减少混凝土缝隙，大大增加其强度，并且，在有水时，β-环糊精可以吸水，使混凝土具有良好的防水性能。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

<实施例1>

首先制备胶凝辅助剂、成核剂和减水剂，如下所示：

(1)胶凝辅助剂的制备方法具体为：

a按质量比1:4.5:2.5将β-环糊精、二氧化硅和水混合，浸泡1.5h后，于65℃烘干水分后得第三混合物；

b向a中的第三混合物中加入其质量的35％的膨胀珍珠岩，混合均匀即得；

(2)成核剂的制备方法具体为：按质量比1:1.5将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为0.5mm，再加入氯化铁和硫酸铜混合均匀，氯化铁和硫酸铜的总质量为石头和硬石膏总质量的1.2％；

(3)减水剂的制备方法具体为：

步骤一、将90重量份的异戊烯醇聚氧乙烯醚、1重量份的过硫酸钾、1.2重量份的过氧化二碳酸二异丙酯、3重量份的甲基丙烯磺酸钠和25重量份的水，投入反应釜中，搅拌2h，设置反应釜温度为70℃；

步骤二、将18重量份的丙烯酸和25重量份的水配置成溶液A，将0.12重量份的β-胡萝卜素、0.12重量份的维生素E、0.4重量份的巯基丙酸和25重量份的水配置成溶液B备用；

步骤三、将步骤一中的反应釜温度设置为32℃，待其降至32℃时，同时加入步骤二中的溶液A和溶液B，搅拌8h，得第一混合物；

步骤四、向步骤三中的第一混合物加入12重量份的氢氧化钠和50重量份的水，搅拌均匀得第二混合物；

步骤五、向步骤四中的第二混合物加入0.2重量份的十二碳醇酯、0.07重量份的硅树脂聚醚乳液、7重量份的十二醇硫酸钠、10重量份的三乙醇胺，搅拌均匀即得；

其次将水、水泥、骨料、减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、粉煤灰、水淬锰渣、磺化木质素、氯化钙、木质素、钛纤维、半纤维素、果胶、硬石膏和膨胀剂按配方秤好备用；

其中，水、水泥和骨料按质量比为0.22:1:3，减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、水淬锰渣和膨胀剂分别为水泥的质量的5％、12％、20％、30％和12％；

粉煤灰、硬石膏、钛纤维、木质素和半纤维素分别为骨料的质量的15％、6％、1.1％、0.3％和0.4％；

磺化木质素、氯化钙和果胶分别为水的质量的8％、8％和1.5％；

骨料包括粒径小于10mm的碎石和粒径小于0.5mm的砂，碎石和砂按质量比为1:3；

粉煤灰的粒径为0.01mm，钛纤维直径小于0.08mm，水淬锰渣和硬石膏的粒径小于1mm，膨胀剂包括明矾石和硫铝酸钙，其中明矾石和硫铝酸钙的质量比为1:1；

然后将磺化木质素、氯化钙和果胶与水混合均匀，取1/2上述混合物、水泥、减水剂、胶凝辅助剂、粉煤灰、水淬锰渣、半纤维素、果胶、硬石膏和膨胀剂搅拌均匀后，再加入剩下1/2混合物、骨料、木质素、钛纤维、木质素和钛纤维搅拌均匀，即得绿色高性能混凝土。

<实施例2>

首先制备胶凝辅助剂、成核剂和减水剂，如下所示：

(1)胶凝辅助剂的制备方法具体为：

a按质量比1:4:2将β-环糊精、二氧化硅和水混合，浸泡1h后，于50℃烘干水分后得第三混合物；

b向a中的第三混合物中加入其质量的30％的膨胀珍珠岩，混合均匀即得；

(2)成核剂的制备方法具体为：按质量比1:1将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为0.075mm，再加入氯化铁和硫酸铜混合均匀，氯化铁和硫酸铜的总质量为石头和硬石膏总质量的1％；

(3)减水剂的制备方法具体为：

步骤一、将85重量份的异戊烯醇聚氧乙烯醚、0.8重量份的过硫酸钾、1重量份的过氧化二碳酸二异丙酯、2重量份的甲基丙烯磺酸钠和20重量份的水，投入反应釜中，搅拌1.5h，设置反应釜温度为60℃；

步骤二、将15重量份的丙烯酸和20重量份的水配置成溶液A，将0.1重量份的β-胡萝卜素、0.1重量份的维生素E、0.2重量份的巯基丙酸和20重量份的水配置成溶液B备用；

步骤三、将步骤一中的反应釜温度设置为30℃，待其降至30℃时，同时加入步骤二中的溶液A和溶液B，搅拌7h，得第一混合物；

步骤四、向步骤三中的第一混合物加入8重量份的氢氧化钠和40重量份的水，搅拌均匀得第二混合物；

步骤五、向步骤四中的第二混合物加入0.15重量份的十二碳醇酯、0.05重量份的硅树脂聚醚乳液、5重量份的十二醇硫酸钠、8重量份的三乙醇胺，搅拌均匀即得；

其中，水、水泥和骨料按质量比为0.2:1:2.5，减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、水淬锰渣和膨胀剂分别为水泥的质量的4％、10％、15％、25％和10％；

粉煤灰、硬石膏、钛纤维、木质素和半纤维素分别为骨料的质量的10％、4％、1％、0.2％和0.2％；

磺化木质素、氯化钙和果胶分别为水的质量的5％、5％和1.2％；

骨料包括粒径小于10mm的碎石和粒径小于0.5mm的砂，碎石和砂按质量比为1:2.8；

粉煤灰的粒径为0.005mm，钛纤维直径小于0.08mm，水淬锰渣和硬石膏的粒径小于1mm，膨胀剂包括明矾石和硫铝酸钙，其中明矾石和硫铝酸钙的质量比为1:1；

<实施例3>

首先制备胶凝辅助剂、成核剂和减水剂，如下所示：

(1)胶凝辅助剂的制备方法具体为：

a按质量比1:5:3将β-环糊精、二氧化硅和水混合，浸泡2h后，于80℃烘干水分后得第三混合物；

b向a中的第三混合物中加入其质量的40％的膨胀珍珠岩，混合均匀即得；

(2)成核剂的制备方法具体为：按质量比1:2将石头和硬石膏磨成粉，其粒径为1.25mm，再加入氯化铁和硫酸铜混合均匀，氯化铁和硫酸铜的总质量为石头和硬石膏总质量的1.5％；

(3)减水剂的制备方法具体为：

步骤一、将95重量份的异戊烯醇聚氧乙烯醚、1.5重量份的过硫酸钾、1.5重量份的过氧化二碳酸二异丙酯、5重量份的甲基丙烯磺酸钠和30重量份的水，投入反应釜中，搅拌3h，设置反应釜温度为80℃；

步骤二、将20重量份的丙烯酸和30重量份的水配置成溶液A，将0.15重量份的β-胡萝卜素、0.15重量份的维生素E、0.5重量份的巯基丙酸和30重量份的水配置成溶液B备用；

步骤三、将步骤一中的反应釜温度设置为35℃，待其降至35℃时，同时加入步骤二中的溶液A和溶液B，搅拌9h，得第一混合物；

步骤四、向步骤三中的第一混合物加入15重量份的氢氧化钠和60重量份的水，搅拌均匀得第二混合物；

步骤五、向步骤四中的第二混合物加入0.25重量份的十二碳醇酯、0.09重量份的硅树脂聚醚乳液、10重量份的十二醇硫酸钠、12重量份的三乙醇胺，搅拌均匀即得；

其中，水、水泥和骨料按质量比为0.25:1:4，减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、水淬锰渣和膨胀剂分别为水泥的质量的6％、15％、25％、40％和15％；

粉煤灰、硬石膏、钛纤维、木质素和半纤维素分别为骨料的质量的20％、8％、1.2％、0.5％和0.5％；

磺化木质素、氯化钙和果胶分别为水的质量的10％、10％和2％；

骨料包括粒径小于10mm的碎石和粒径小于0.5mm的砂，碎石和砂按质量比为1:3.2；

<性能测试试验>

按实施例1、实施例2和实施例3的方法制备的绿色高性能混凝土，设置对照组，即采用常规方法制备的混凝土，常规方法为不采用本发明制备的成核剂、胶凝辅助剂、减水剂，及不添加水淬锰渣、磺化木质素、氯化钙、木质素、钛纤维、半纤维素和果胶，其它均与实施例1一致；测试两种混凝土的坍落度、抗折强度、抗压强度，结果如表1所示：

表1混凝土性能测试表

如表1所示的实施例1、实施例2、实施例3和对照组的数据，可以看出，实施例1、实施例2、实施例3的初始坍落度在相同的泥沙比例下明显好于对照组，而且1h后的坍落度损失明显比对照组的小，说明本发明对减水剂改进后，可以使混凝土的保坍性能增强，延长泵送距离；从7d和28d的抗折强度可以看出，实施例1、实施例2和实施例3明显高于对照组，说明本发明添加水淬锰渣、钛纤维及胶凝辅助剂后，β-环糊精遇水形成空腔结构，可以将二氧化硅包合在其空腔内，再与多孔结构的膨胀珍珠岩混合，部分β-环糊精及其包合的二氧化硅填充至膨胀珍珠岩的多孔结构中，与其形成平衡状态，随着混凝土中水分向外蒸发，β-环糊精空腔结构减少，变成坚硬的颗粒状，同时二氧化硅缓慢释放出并与外面的骨料胶凝成固形物，可以减少混凝土缝隙，大大增加其强度，并且，在有水时，β-环糊精可以吸水，使混凝土具有良好的防水性能。可以增强混凝土内部的相互作用力，增强抗折强度；从7d和28d的抗压强度可以看出，实施例1、实施例2和实施例3明显高于对照组，说明本发明添加成核剂及木质素、半纤维素和果胶，及与上述水淬锰渣、钛纤维及胶凝辅助剂等结合，可以减少混凝土的缝隙，并且随着时间的延长，β-环糊精、二氧化硅、水泥及膨胀珍珠岩会增补缝隙，使缝隙变小，变少，抗压强度更强。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims

1.一种绿色高性能混凝土，其特征在于，包括水、水泥、骨料、减水剂、成核剂、胶凝辅助剂、粉煤灰、水淬锰渣、磺化木质素、氯化钙、木质素、钛纤维、半纤维素、果胶、硬石膏和膨胀剂；

其中，水、水泥和骨料按质量比0.20～0.25:1:2.50～4.00；

胶凝辅助剂的制备方法具体为：

2.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，减水剂的制备方法具体为：

3.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，粉煤灰的粒径为0.005～0.02mm。

4.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，钛纤维直径小于0.08mm。

5.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，所述骨料包括粒径小于10mm的碎石和粒径小于0.5mm的砂，其中碎石和砂按质量比为1:2.8～3.2。

6.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，水淬锰渣和硬石膏的粒径小于1mm。

7.如权利要求1所述的绿色高性能混凝土，其特征在于，膨胀剂包括明矾石和硫铝酸钙，其中明矾石和硫铝酸钙的质量比为1:1。