CN106830737B - 一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，由以下重量份含量的组分组成：粉煤灰微珠50～100份，硅灰5～30份，早强剂1～10份，消泡剂0.1～2份。与现有技术相比，本发明的专用掺合料具有一定的减水作用，掺加该种掺合料能够显著提高盾构管片混凝土正常养护条件下早期强度，减少脱模时间，同时并不影响长期力学及耐久性能，改善盾构管片混凝土的抗渗性能，降低盾构管片混凝土粘度，改善管片表面气泡情况，对管片表明外观有一定改善作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土掺合料，尤其是涉及一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
背景技术
随着我国城市建设的飞速发展，我国一线城市正在大规模建设地铁工程，二三线城市也正在兴起地铁工程，国内城市轨道交通建设呈现高速发展的态势。目前我国在建地铁隧道大部分采用盾构法施工，在盾构隧道中，地铁盾构管片是隧道的结构主体，其中钢筋混凝土盾构管片是国内最常用的衬砌结构形式。根据国内外的施工经验，用于盾构管片的高性能混凝土应满足如水胶比不大于0.35、混凝土坍落度小于60mm、易于浇注和振捣、抗压强度等级大于C50、要求混凝土浇注后10小时即达脱模强度15MPa以上(为满足12小时模具周转)、抗渗等级大于P8直至P12等。
目前国内管片生产行业发展迅速，但仍存在以下几个问题：1)管片大多需采用蒸汽养护方式，能源消耗大；2)管片外观特别是侧面容易出现气泡多的情况，严重时会影响管片后续安装。
现有专利中，中国专利CN 101007715A采用矿渣25％-40％、粉煤灰40％-50％、硅灰15％-25％、功能调节组份3％-6％配制盾构管片高抗渗混凝土掺合料，该专利的掺合料主要用于提高盾构管片的抗渗性能，使用时，掺混量较大，而且该专利采用矿渣作为矿物掺合料，加入矿渣粉后，特别是S115矿粉，混凝土粘度变大，不利于管片混凝土气泡的排出。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可降低混凝土用水量，能够提高盾构管片混凝土早期强度，改善混凝土外观质量的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，由以下重量份含量的组分组成：
作为优选的技术方案，所述的粉煤灰微珠的需水量比小于90％，28天活性指数大于110％。
粉煤灰微珠是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，本发明采用微珠作为掺合料，具有减水性、高活性、低水化热等优异性能，可提高混凝土密实度、降低混凝土用水量、优化混凝土级配、显著降低混凝土塑性粘度。所述粉煤灰微珠优选深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
作为优选的技术方案，所述的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本发明采用硅灰作为掺合料，具有良好的填充性能，可提高混凝土耐久性。
作为优选的技术方案，所述的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为10～40％，三乙醇胺的质量分数为10～40％。
本发明采用硫酸锂作为早强剂的主要成分，锂离子具有半径小、极化作用强等特性，由于同离子效应的作用促使膜内钙离子流到膜外而冲破水化膜，促进水泥水化的进行。
作为优选的技术方案，所述的消泡剂采用矿物硅油型或非离子型表面活性剂类的干粉消泡剂。
本发明采用的消泡剂主要用于破除泡膜和抑制气泡生产，减少混凝土中有害气泡的数量。所述的消泡剂优选德国明凌P803化学粉末消泡剂或美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)目前对于提高盾构管片混凝土早期强度、实现免蒸养的主要技术手段为使用不同类型的早强剂，本发明所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料主要采用降低水胶比的技术手段，使用少量早强剂作为辅助技术手段来提高混凝土的早期强度，减少脱模时间。本发明的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料专为盾构管片混凝土的特定要求设计，针对不同型号水泥可调整掺量及各组分比例，优选掺入的比例为胶凝材料用量的8％～12％，例如用本发明的掺合料按10％的比例等量代替水泥，采用标准养护方式养护10小时强度即可有明显提升，满足脱模要求(大于15MPa)；
(2)本发明所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料具有减水效果，可降低盾构管片混凝土用水量，提高混凝土力学性能；
(3)本发明所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料颗粒尺寸为水泥颗粒尺寸的十分之一至千分之一，加入盾构管片混凝土后可优化胶凝材料体系颗粒级配，减少混凝土内部孔隙率，提高混凝土抗渗性能；
(4)本发明所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料属球形颗粒，加入混凝土中后可起到颗粒间润滑作用，降低混凝土粘度，改善混凝土外观质量；
(5)本发明所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料加入混凝土后，可降低混凝土含气量，提高混凝土强度，改善混凝土外观质量。
综上所述，本发明与中国专利CN101007715A在矿物掺合料的组成上有所差别，本发明要求所用的是粉煤灰微珠，是从粉煤灰中精选提炼出的，是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，需水量比小于90％，28天活性指数大于110％；另外，本发明未采用矿渣作为矿物掺合料，主要原因是由于加入矿渣粉后，特别是S115矿粉，混凝土粘度变大，不利于管片混凝土气泡的排出；本发明与中国专利CN101007715A最主要的区别在于本发明在管片混凝土中应用的主要目的是提高常温下混凝土早期强度、减少管片脱模时间和改善管片气泡情况，而中国专利CN101007715A的主要目的是提高管片抗渗性能，本发明通过锂离子的离子效应，促进水泥水化反应，提高管片混凝土早期强度，同时，通过优化胶凝材料颗粒级配，降低混凝土内部孔隙率，降低管片粘度，通过消泡剂减少混凝土内部有害气泡，减少管片气泡数量，提高外观质量；另外，本发明是减水型掺合料，加入至混凝土中可减少混凝土用水量。本发明专门为盾构管片混凝土免蒸养和外观质量改善设计，比中国专利CN101007715A更偏重实际生产需求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例，不应理解为对本发明的进一步限定。
以下实施例中的性能测试方法如下：
1)力学性能的测定：按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关规定进行；
2)坍落度、含气量：按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》相关规定进行；
3)抗渗等级、电通量：按GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定进行。
实施例1
水泥采用P.O42.5水泥时，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料制作C50管片混凝土。
1)减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的制备
按表1的各组分配比混合制备减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
表1掺合料各组分质量百分数
| 实施例 | 粉煤灰微珠 | 硅灰 | 早强剂 | 消泡剂 |
| 1 | 82％ | 10％ | 7％ | 1％ |
粉煤灰微珠是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，需水量比小于90％，28天活性指数大于110％。本实施的粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
本实施例中的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本实施例中的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为25％，三乙醇胺的质量分数为25％。本实施例的消泡剂选择美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂。
2)使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料后混凝土性能测试
将制备好的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料按10％比例等量代替水泥，为对比说明，采用普通掺合料(粉煤灰)进行了对比试验，试验环境温度20℃，养护制度采用标准养护方式。
表2两组配比及测试结果
从测试结果可知，在坍落度相同的情况下，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的混凝土用水量明显降低，且10小时强度有明显提升，满足了脱模要求(大于15MPa)，混凝土含气量降低，电通量大幅降低。说明通过掺入减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料可降低混凝土用水量，提高早期强度性能，降低混凝土气泡含量，制得的混凝土力学性能、耐久性能优异，且生产出的管片外观质量好，比使用普通掺合料的地铁管片表面光洁、气泡数量少。
实施例2
水泥采用P.O42.5水泥时，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料制作C55管片混凝土。
1)减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的制备
按表3的各组分配比混合制备减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
表3掺合料各组分质量百分数
| 实施例 | 粉煤灰微珠 | 硅灰 | 早强剂 | 消泡剂 |
| 2 | 83％ | 9％ | 7％ | 1％ |
粉煤灰微珠是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，需水量比小于90％，28天活性指数大于110％。本实施例的粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
本实施例中的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本实施例中的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为20％，三乙醇胺的质量分数为30％。
本实施例的消泡剂选择美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂。
2)使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料后混凝土性能测试
将制备好的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料按10％比例等量代替水泥，为对比说明，采用普通掺合料(粉煤灰)进行了对比试验，试验环境温度20℃，养护制度采用标准养护方式。
表4两组配比及测试结果
从测试结果可知，在坍落度相同的情况下，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的混凝土用水量明显降低，且10小时强度有明显提升，满足了脱模要求(大于15MPa)，混凝土含气量降低，电通量大幅降低。说明通过掺入减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料可降低混凝土用水量，提高早期强度性能，降低混凝土气泡含量，制得的混凝土力学性能、耐久性能优异，且生产出的管片外观质量好，比使用普通掺合料的地铁管片表面光洁、气泡数量少。
实施例3
水泥采用P.II52.5水泥时，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料制作C50管片混凝土。
1)减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的制备
按表5的各组分配比混合制备减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
表5掺合料各组分质量百分数
粉煤灰微珠是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，需水量比小于90％，28天活性指数大于110％。本实施的粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
本实施例中的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本实施例中的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为20％，三乙醇胺的质量分数为30％。本实施例的消泡剂选择美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂。
2)使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料后混凝土性能测试
将制备好的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料按15％比例等量代替水泥，为对比说明，采用普通掺合料(粉煤灰)进行了对比试验，试验环境温度20℃，养护制度采用标准养护方式。
表6两组配比及测试结果
从测试结果可知，在坍落度相同的情况下，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的混凝土用水量明显降低，且10小时强度有明显提升，满足了脱模要求(大于15MPa)，混凝土含气量降低，电通量大幅降低。说明通过掺入减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料可降低混凝土用水量，提高早期强度性能，降低混凝土气泡含量，制得的混凝土力学性能、耐久性能优异，且生产出的管片外观质量好，比使用普通掺合料的地铁管片表面光洁、气泡数量少。
实施例4
水泥采用P.II52.5水泥时，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料制作C55管片混凝土。
1)减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的制备
按表7的各组分配比混合制备减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料。
表7掺合料各组分质量百分数
| 实施例 | 粉煤灰微珠 | 硅灰 | 早强剂 | 消泡剂 |
| 4 | 85％ | 9％ | 5％ | 1％ |
粉煤灰微珠是一种全球状、连续级配分布、超细、实心、硅铝酸盐粉煤灰微珠，需水量比小于90％，28天活性指数大于110％。本实施例的粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
本实施例中的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本实施例中的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为20％，三乙醇胺的质量分数为30％。本实施例的消泡剂优选美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂。
2)使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料后混凝土性能测试
将制备好的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料按15％比例等量代替水泥，为对比说明，采用普通掺合料(粉煤灰)进行了对比试验，试验环境温度20℃，养护制度采用标准养护方式。
表8两组配比及测试结果
从测试结果可知，在坍落度相同的情况下，使用减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料的混凝土用水量明显降低，且10小时强度有明显提升，满足了脱模要求(大于15MPa)，混凝土含气量降低，电通量大幅降低。说明通过掺入减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料可降低混凝土用水量，提高早期强度性能，降低混凝土气泡含量，制得的混凝土力学性能、耐久性能优异，且生产出的管片外观质量好，比使用普通掺合料的地铁管片表面光洁、气泡数量少。
实施例5
一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，由以下重量份含量的组分组成：
本实施例中的粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品。
本实施例中的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
本实施例中的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为10％，三乙醇胺的质量分数为40％。
本实施例中的消泡剂选择德国明凌P803化学粉末消泡剂。
本实施例的专用掺合料具有一定的减水作用，掺加该种掺合料能够显著提高盾构管片混凝土正常养护条件下早期强度，减少脱模时间，同时并不影响长期力学及耐久性能，改善盾构管片混凝土的抗渗性能，降低盾构管片混凝土粘度，改善管片表面气泡情况，对管片表明外观有一定改善作用。
实施例6
本实施中的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，与实施例5基本相同，不同之处在于，由以下重量份含量的组分组成：
本实施例中的早强剂中的硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为40％，三乙醇胺的质量分数为10％。
实施例的专用掺合料具有一定的减水作用，掺加该种掺合料能够显著提高盾构管片混凝土正常养护条件下早期强度，减少脱模时间，同时并不影响长期力学及耐久性能，改善盾构管片混凝土的抗渗性能，降低盾构管片混凝土粘度，改善管片表面气泡情况，对管片表明外观有一定改善作用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，其特征在于，由以下重量份含量的组分组成：
粉煤灰微珠选择深圳道特科技有限公司的“精细微珠”产品；
所述的粉煤灰微珠的需水量比小于90％，28天活性指数大于110％；
所述的消泡剂为美国瀚森AXILATTM DF 770DD消泡剂；
所述的减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料属球形颗粒；
该掺和料按照凝胶材料用量的8％～12％掺入。
2.根据权利要求1所述的一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，其特征在于，所述的硅灰的比表面积在15000m2/kg～20000m2/kg范围内，28天活性指数大于100％。
3.根据权利要求1所述的一种减水型免蒸养盾构管片混凝土专用掺合料，其特征在于，所述的早强剂为硫酸锂、甲酸钙和三乙醇胺的混合物，该混合物中，硫酸锂的质量分数为50％，甲酸钙的质量分数为10～40％，三乙醇胺的质量分数为10～40％。
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