CN106830988A - 一种轻集料高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种轻集料高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻集料高性能混凝土及其制备方法,包括如下原料:水泥180~310份、陶粒580~650份、陶砂420~500份、建筑垃圾再生砂0~80份、粉煤灰100~130份、矿粉100~210份、水130~160份、减水剂4.5~6.5份、增强改性材料1~1.5份及抗离析材料0.45~0.60份。优点为该轻集料混凝土不仅具有容重轻(1450~1550kg/m3)、28天强度高(40~50MPa)、且抗离析可泵送,即坍落度190~250mm,扩展度400~550mm及骨料不上浮;同时,其制法简单,可操作性强,成本低。

Description

一种轻集料高性能混凝土及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于混凝土领域,尤其涉及一种轻集料高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
[0002] 轻集料混凝土指是以天然多孔轻骨料或人造陶粒作粗骨料,天然砂或轻砂作细骨 料,用硅酸盐水泥、水和外加剂(或不掺外加剂)按配合比要求配制而成的干表观密度不大 于1950kg/m3的混凝土。
[0003] 随着建筑物向高层和装配化的建设需要,质轻高强的轻集料混凝土方便构件的施 工安装,会大大降低施工安装成本,减少施工过程中能源的消耗,同时非常有利于建筑物的 抗震性能的提尚。
[0004] 此外,混凝土中大量使用水泥,作为混凝土主要原料的水泥工业是一种污染严重 的不可持续发展的“夕阳工业”,我国是世界水泥第一生产大国,水泥生产对环境污染影响 很大,碳排放减排压力很大。现在世界各国纷纷制定了绿色建材的性能指标,绿色高性能混 凝土 (GHPC)这一全新概念被提了出来。所谓“绿色”就是在混凝土材料中尽可能地用其它材 料来替代水泥,生产出性能更好、能耗更低、环境污染更小的新型混凝土。这就要求生产应 用的轻集料高性能混凝土也要满足绿色低碳需求。
[0005] 目前质轻高强的轻集料混凝土研究成果中,容重偏大,多在1700〜1900kg/cm3,水 泥用量也偏多,一般在400kg/cm3左右,有的甚至达到500kg/cm3以上,显然不经济也不符合 实现低碳环保的要求。而且轻集料易于上浮,与胶凝材料容易离析,施工性差,是影响轻集 料混凝土推广应用的又一个重要问题。
发明内容
[0006] 发明目的:本发明的第一目的是提供一种容重轻、强度高且抗离析可栗送的轻集 料高性能混凝土;本发明的第二目的是提供该混凝土的制备方法。
[0007] 技术方案:本发明轻集料高性能混凝土,按质量百分比计包括如下原料:水泥180 〜310份、陶粒580〜650份、陶砂420〜500份、建筑垃圾再生砂0〜80份、粉煤灰100〜130份、 矿粉100〜210份、水130〜160份、减水剂4.5〜6.5份、增强改性材料1〜1.5份及抗离析材料 0.45 〜0.6份。
[0008] 本发明采用高强陶粒结合陶砂,且严格控制水泥和粉煤灰、矿粉等掺合料的复合 掺配比例,不仅能够有效控制胶凝浆体密度和骨料堆积密度匹配,使得轻集料和复合胶凝 材料胶粘性好,不易上浮,同时也有效改善水泥颗粒级配和粒径分布,使水泥石结构的密实 度得到显著增加。优选的,陶粒为碎石型页岩陶粒,陶粒为5〜19_碎石型页岩陶粒,密度等 级为800级,筒压强度为大于6. OMpa,Ih吸水率低于5 % ;陶砂为细度模数为2.6〜3.3的中粗 砂,堆积密度750〜850kg/m3。
[0009] 再进一步说,本发明采用的增强改性材料为质量比50〜65:15〜30:5〜20的硅酸 钠、硫酸钠以及有机醇胺混合物。优选的,有机醇胺为质量百分数50〜70%的二乙醇单异丙 醇胺和30〜50%的三异丙醇胺复合而成。抗离析材料为重量份数比为60〜75:25〜40的改 性甲基纤素与羧甲基纤维素混合物。
[0010] 增强改性材料中硅酸钠和硫酸钠复掺能更有效激发粉煤灰矿粉的活性,使粉煤灰 和矿粉二次火山灰反应更加充分,极大地改善了混凝土浆-骨界面粘结结构性质,有利于促 进混凝土早期强度的发展。异丙醇胺类复合物属于小分子量的表面活性剂,能够更好地与 聚羧酸减水剂进行配合使用,可在保证混凝土和易性的前提下,使外加剂更有效地发挥其 减水效率,从而为提高混凝土强度创造了良好的条件,同时具有很好的分散作用,使混凝土 中积聚未充分反应的水泥基矿物细粉料先分散均化后再凝聚,改善了混凝土中胶凝材料水 化反应的均匀性和充分性,从而在整体上提高了混凝土的强度,而且在水泥和大量复合掺 合料组成的复合胶凝材料中具有很好的分散和催化增强水化反应效果,不但催化水泥本身 的水化,更能催化促进无机盐硅酸钠和硫酸钠的增强效果。其中,二乙醇单异丙醇胺有利于 提高混凝土的3d早期强度和28天强度;三异丙醇胺与水泥矿物成分铁铝酸四钙的化学反 应,持续提高混凝土的后期强度。通过增强材料中各组分及含量的确定,使得各组分达到最 优的协同效应。 Won] 抗离析材料改性甲基纤维素、羧甲基纤维素因为分子量很大,具有增稠、保水效 果,同时具有缓凝作用,与高效减水剂配合使用时羧甲基纤维素对混凝土流动性影响较大, 单掺不适宜大流动性混凝土,复掺两种纤维素既能保证混凝土流动性不受影响,又能很好 保证混凝土不泌水,骨料不上浮,抗离析效果好。
[0012] 更进一步说,本发明采用的细骨料为页岩陶砂,建筑垃圾再生砂的细度模数为2.6 〜3.3的中粗砂;水泥为42.5级或52.5级通用硅酸盐水泥;粉煤灰为I级粉煤灰,其比表面积 为400m2/kg以上,密度为2.2〜2.4g/cm3;矿粉为S95级磨细矿粉,其比表面积为450m2/kg以 上,密度为2 · 5〜2 · 9g/cm3〇
[0013] 本发明掺入大量超细复合掺合料粉煤灰和矿粉,这些超细颗粒的掺入能够发挥矿 物减水作用和增加结构粘性的双重作用,使混凝土拌和物的流动性和稳定性得到协调统 一,拌和物稳定性的提高能够有效防止轻集料上浮,有助于改善轻集料混凝土的均匀性和 密实程度,因而不但有利于解决混凝土的离析问题,同时有利于降低混凝土容重,同时也能 增强轻集料混凝土的耐久性;此外,本发明在胶凝材料中大量复掺粉煤灰矿粉等掺和料取 代水泥这样可以大量节约水泥,符合当前大力倡导的低碳环保需要。
[0014] 此外,本发明采用聚羧酸高效减水剂,同时也加入了抗离析材料,有效提高了了坍 落度190〜250mm的流动性,同时粘聚性匀质性好,轻骨料不上浮。
[0015] 本发明制备轻集料高性能混凝土包括如下步骤:先将轻骨料陶粒及陶砂预拌15〜 30s、预湿处理5〜lOmin,随后加入水泥、粉煤灰、矿粉、建筑垃圾再生砂、二分之一到三分之 二部分水及增强改性材料搅拌2〜3min,再加入剩余水、减水剂及抗离析材料,混匀、成型养 护即可。
[0016] 有益效果:与现有技术相比,本发明的显著优点为:该轻集料混凝土水泥用量少 (180〜310kg/m3),容重轻(1450〜1550kg/m3)、28天强度高(40〜50MPa)、且抗离析可栗送, 即土丹落度190〜250mm,扩展度400〜490mm及骨料不上浮;同时,其制法简单,可操作性强,工 程应用综合经济效益好,低碳环保。
具体实施方式
[0017] 下面结合实施例对本发明的技术方案做详细说明。
[0018] 实施例1
[0019] 水泥:42.5级通用硅酸盐水泥。
[0020] 轻集料:陶粒为5〜19mm碎石型页岩陶粒,密度等级为800级,筒压强度为6.5Mpa, Ih吸水率为3%的高性能陶粒。
[0021] 砂:页岩陶砂,密度等级为700级,1〜5mm,细度模数为2.6〜3.3的中粗砂,堆积密 度750〜850kg/m3。
[0022] 再生砂:建筑垃圾再生砂,细度模数为2.6〜3.3的II区中砂,堆积密度1450〜 1550kg/m3。
[0023] 粉煤灰:镇江谏壁电厂I级粉煤灰,其比表面积为400m2/kg以上,密度为2.2〜 2·4g/cm3〇
[0024] 磨细矿渣粉:上海宝钢395矿渣粉,其比表面积为45〇1112/1^以上,密度为2.5〜 2.9g/cm3〇
[0025] 减水剂:聚羧酸高效减水剂,固含量20%以上,减水率25%以上。
[0026] 原料:水泥180份、高性能陶粒619份、粉煤灰129份、矿粉206份、陶砂458份、建筑垃 圾再生砂50份、水135份、减水剂4.5份、增强改性材料1.5份及抗离析材料0.45份。其中,增 强改性材料为重量份数比为50: 30: 20的硅酸钠、硫酸钠以及有机醇胺;有机醇胺为质量百 分数70%的二乙醇单异丙醇胺及30%的三异丙醇胺混合物;抗离析材料为重量份数比为 60:40的改性甲基纤素与羧甲基纤维素混合物。
[0027]制备工艺:采用强制式搅拌机,先将轻骨料陶粒陶砂在搅拌筒内进行预拌15s,按 照预先测试的陶粒及陶砂吸水率加入附加水,搅拌均匀进行预湿处理l〇min,再按质量比配 制原料后采用二次投料法,先将水泥、粉煤灰、矿粉、建筑垃圾再生砂、二分之一水、增强改 性材料加入搅拌筒内与预湿后的陶粒及陶砂进行充分搅拌2min,成为均匀有一定流动性的 混合料后,再加入剩余水、减水剂及抗离析材料,混合充分搅拌3min成均匀的混凝土,成型 养护即可。
[0028] 实施例2
[0029] 原料:水泥309份、高性能陶粒619份、粉煤灰103份、矿粉103份、陶砂458份、建筑垃 圾再生砂50份、水145份、减水剂6.5份、增强改性材料1.0份及抗离析材料0.56份。其中,增 强改性材料为重量份数比为65:30:5的硅酸钠、硫酸钠以及有机醇胺;有机醇胺为质量百分 数50 %的二乙醇单异丙醇胺及50 %的三异丙醇胺混合物;抗离析材料为重量份数比为75: 25的改性甲基纤素与羧甲基纤维素混合物。
[0030] 制备工艺:采用强制式搅拌机,先将轻骨料陶粒陶砂在搅拌筒内进行预拌30s,按 照预先测试的陶粒及陶砂吸水率加入附加水,搅拌均匀进行预湿处理5min,再按质量比配 制原料后采用二次投料法,先将水泥、粉煤灰、矿粉、建筑垃圾再生砂、三分之二水、增强改 性材料加入搅拌筒内与预湿后的陶粒及陶砂进行充分搅拌3min,成为均匀有一定流动性的 混合料后,再加入剩余水、减水剂及抗离析材料,混合充分搅拌5min成均匀的混凝土,成型 养护即可。
[0031] 实施例3
[0032] 原料:水泥258份、高性能陶粒619份、粉煤灰103份、矿粉154份、陶砂458份、建筑垃 圾再生砂50份、水135份、减水剂5.2份、增强改性材料1.2份及抗离析材料0.60份。其中,增 强改性材料为重量份数比为60: 30:10的硅酸钠、硫酸钠以及有机醇胺;有机醇胺为质量百 分数60%的二乙醇单异丙醇胺及40%的三异丙醇胺混合物;抗离析材料为重量份数比为 70:30的改性甲基纤素与羧甲基纤维素混合物。
[0033] 制备方法与实施例1相同。
[0034] 实施例4
[0035] 原料:水泥206份、高性能陶粒619份、粉煤灰129份、矿粉180份、陶砂458份、建筑垃 圾再生砂50份、水135份、减水剂4.8份、增强改性材料1.4份及抗离析材料0.48份。其中,增 强改性材料为重量份数比为65: 20:15的硅酸钠、硫酸钠以及有机醇胺;有机醇胺为质量百 分数65%的二乙醇单异丙醇胺及35%的三异丙醇胺混合物;抗离析材料为重量份数比为 65:35的改性甲基纤素与羧甲基纤维素混合物。
[0036] 制备方法与实施例1相同。
[0037] 将上述实施例制备的混凝土进行性能检测,获得的结果如表1所示。
[0038] 表1:
Figure CN106830988AD00061
[0041] 通过表1可知,采用本发明的原料制备的混凝土,水泥用量少(180〜310kg/m3),容 重轻(1450〜1550kg/m3)、28天强度高(40〜50MPa)、且抗离析可栗送,即i丹落度190〜 250mm,扩展度400〜490mm及骨料不上浮。
[0042] 对比例1
[0043] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为硅酸钠。
[0044] 对比例2
[0045] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为硫酸钠。
[0046] 对比例3
[0047] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为有机醇胺。
[0048] 对比例4
[0049] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为重量份数比为50:30的硅酸钠及硫酸钠。
[0050] 对比例5
[0051] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为重量份数比为50:20的硅酸钠及有机醇胺。
[0052] 对比例6
[0053] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于增强改性材料,该增强改 性材料为重量份数比为30:20的硫酸钠及有机醇胺。
[0054] 对比例7
[0055] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于抗离析材料,抗离析材料 为单组份改性甲基纤维素。
[0056] 对比例8
[0057] 原料组分及制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于抗离析材料,抗离析材料 为单组份羧甲基纤维素。
[0058] 将对比例制备的混凝土进行性能检测,获得的结果如表2、表3所示:
[0059] 表2:
Figure CN106830988AD00071
[0061]表3:
[0062]
Figure CN106830988AD00081
[0063] 由表2对比例1-5试验测试结果,本发明实施例1采用复配硅酸钠、硫酸钠及有机醇 胺几种增强材料的复合增强效果明显,能够增强3〜5MPa;由表3对比例7、8两组对比试验测 试结果,单掺改性甲基纤素或羧甲基纤维素都会使混凝土流动性降低,本发明实施例1采用 复配改性甲基纤素和羧甲基纤维素比单组份在同时改善流动性和抗离析性方面,也就是和 易性综合性能方面表现出更优的性能。
[0064] 实施例5
[0065] 设计5组平行试验,基本原料、组分及制备方法与实施例1相同,不同之处在于增强 改性材料的组分的重量分数比。将分别制得的混凝土进行性能检测,获得的结果如表4所 不。
[0066] 表4:
Figure CN106830988AD00082
[0069] 本发明采用复配硅酸钠、硫酸钠和有机醇胺的增强改性材料,因此,三者的重量份 数比不同,制得的混凝土的性能存在差异。表4的5组平行试验,第1-3组为本发明范围内的 重量份数比,由表4性能测试结果,其制备的混凝土性能较优,达到了40MPa以上,而第4-5组 为本发明范围外的重量份数比,其为对比例,制备的混凝土的强度低2〜3MPa,分析原因是 有机醇胺的早期增强效果较好,硅酸钠和硫酸钠的增强效果是通过一定比例复掺能更有效 激发粉煤灰矿粉的活性,使粉煤灰和矿粉二次火山灰反应更加充分。
[0070] 实施例6
[0071] 设计5组平行试验,基本原料、组分及制备方法与实施例1相同,不同之处在于有机 醇胺的组成。将分别制得的混凝土进行性能检测,获得的结果如表5所示。
[0072] 表5:
[0073]
Figure CN106830988AD00091
[0074] 本发明采用的增强改性材料中有机醇胺组份为二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺 复配而成,二者的重量份数比不同,制得的混凝土的性能存在差异。表5的5组平行试验,第 1-3组为本发明范围内的重量份数比,由表5性能测试结果,其制备的混凝土性能较优,达到 了40MPa以上,而第4-5组为本发明范围外的重量份数比,其为对比例,制备的混凝土的强度 低1〜2MPa,分析原因是本发明复合增强材料同时复合掺用聚羧酸减水剂时,增强材料中二 乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺在合适的配比范围内,能够和外加剂有更好的适应性,更有 效地发挥其减水效率,也更能催化与水泥矿物成分的化学反应,同时催化无机盐参与的激 发复合掺合料的二次水化反应,这样混凝土 28天抗压强度得到较好的增强。
[0075] 实施例7
[0076] 设计5组平行试验,基本原料、组分及制备方法与实施例1相同,不同之处在于抗离 析材料的组分的重量分数比。将分别制得的混凝土进行性能检测,获得的结果如表6所示。
[0077] 表6:
[0078]
Figure CN106830988AD00101
[0079] 本发明采用的抗离析材料由改性甲基纤维素和羧甲基纤维素复配而成,二者的重 量份数比不同,制得的混凝土的和易性包括流动性和抗离析性存在差异。由表6性能测试结 果可知,第1-3组为本发明范围内的重量份数比,其制备的混凝土和易性综合性能较优,流 动性坍落度达到了 200mm以上,扩展度400mm以上,同时质量和密度分层度都较小,尤其第一 组,抗离析性佳,而第4-5组为本发明范围外的重量份数比,其为对比例,制备的混凝土的和 易性综合性能较1-3组差,主要是流动性坍落度和扩展度降低很多,分析原因是因为改性甲 基纤维素在一定掺量范围内与高效减水剂有较好的适应性,不会明显降低混凝土流动性, 而羧甲基纤维素与高效减水剂配合使用时对混凝土流动性影响较大,会降低流动性较多, 复掺两种纤维素在一定的配比范围内既能保证混凝土流动性不受影响,又能很好保证混凝 土不泌水,骨料不上浮,抗离析效果好。
[0080] 实施例8
[0081] 原料及制备方法与实施例1相同,不同之处在于原料组分,具体为:
[0082] 1、水泥180份、高性能陶粒650份、陶砂420份、建筑垃圾再生砂80份、粉煤灰110份、 矿粉210份、水130份、减水剂4.5份、增强改性材料1.5份及抗离析材料0.45份。
[0083] 2、水泥250份、高性能陶粒600份、陶砂450份、建筑垃圾再生砂40份、粉煤灰100份、 矿粉170份、水145份、减水剂5.5份、增强改性材料1.2份及抗离析材料0.5份。
[0084] 3、水泥310份、高性能陶粒580份、陶砂500份、建筑垃圾再生砂0份、粉煤灰130份、 矿粉100份、水160份、减水剂6.5份、增强改性材料1.0份及抗离析材料0.60份。
[0085] 4、水泥170份、高性能陶粒660份、陶砂410份、建筑垃圾再生砂90份、粉煤灰90份、 矿粉220份、水125份、减水剂4份、增强改性材料1.5份及抗离析材料0.3份。
[0086] 5、水泥320份、高性能陶粒570份、陶砂510份、建筑垃圾再生砂0份、粉煤灰140份、 矿粉90份、水165份、减水剂7份、增强改性材料0.5份及抗离析材料0.7份。
[0087] 将实施例8制备的混凝土进行性能检测,获得的结果如表7所示:
[0088] 表7:
Figure CN106830988AD00111
[0091] 通过表7可知,第1-3组为本发明范围内的组分含量,其制备的混凝土性能较优,而 第4-5组为本发明范围外的组分含量,其为对比例,制备的混凝土的性能较差。第1-3组混凝 土抗压强度都能达到40MPa以上,第2、3组能达到45MPa以上,可以实现CL40的强度等级要 求,而干容重均在1450-1550kg/m3,流动性坍落度均能达到200mm以上,扩展度达到390-460mm,质量和密度分层度均较小,抗离析性良好,和易性综合评价为优良水平。而第4-5组 混凝土测试结果表明第4组抗压强度较低,分析原因是水泥用量和总的复合胶凝材料用量 较少,水胶比较大,陶粒用量偏多,陶粒和陶砂的掺配比例没有达到较好的级配,这些都是 强度有所降低的原因。第5组虽然抗压强度较高但是干容重较大,大于1550kg/m3,这是水泥 用量较多所致。和易性测试结果表明第4组和第5组和第1-3组对比流动性都有所降低,分析 原因第4组水泥和掺合料组成的复合胶凝材料用量较少,这样加水拌成的浆体不足以起到 润滑促进流动的效果。第5组复合胶凝材料用量虽然较多,但水泥用量和陶砂用量偏多,陶 粒用量偏少,不利于浆体的流动性,而且因为水泥用量较多,浆体和陶粒产生较大的密度 差,轻骨料容易上浮,抗离析性较差。综上制备抗压强度较高、干容重较轻同时和易性综合 性能良好的轻集料混凝土需要严格控制各组分的最佳配比范围。
[0092] 此外,本发明上述实施例在采用52.5通用硅酸盐水泥的情况下制备的轻集料混凝 土也实现了上述良好的综合性能,而且抗压强度能够提高4-8MPa,能实现CL45的强度等级 要求。

Claims (10)

1. 一种轻集料高性能混凝土,其特征在于按重量份数计包括如下原料:水泥180〜310份、陶粒580〜650份、陶砂420〜500份、建筑垃圾再生砂0〜80份、粉煤灰100〜130份、矿粉100〜210份、水130〜160份、减水剂4.5〜6.5份、增强改性材料1〜1.5份及抗离析材料0.45〜0 · 6份。
2. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述增强改性材料包括重量份数比为50〜65:20〜30:5〜20的硅酸钠、硫酸钠以及有机醇胺。
3. 根据权利要求2所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述有机醇胺包括质量百分数50〜70%的二乙醇单异丙醇胺及30%〜50%的三异丙醇胺。
4. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述抗离析材料包括重量份数比60〜75:25〜40的改性甲基纤素与羧甲基纤维素。
5. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述陶粒为5〜19mm碎石型页岩陶粒,密度等级为800级,筒压强度为大于6. OMpa,Ih吸水率低于5 %。
6. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述陶砂密度等级为700级,所述陶砂和建筑垃圾为再生砂细度模数均为2.6〜3.3的中粗砂。
7. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述所述水泥为42.5级或52.5级通用娃酸盐水泥。
8. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述粉煤灰为I级粉煤灰,其比表面积为400m2/kg以上,密度为2.2〜2.4g/cm3。
9. 根据权利要求1所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于:所述矿粉为S95级磨细矿粉,其比表面积为450m2/kg以上,密度为2.5〜2.9g/cm3。
10. —种制备权利要求1-9任一项所述的轻集料高性能混凝土,其特征在于包括如下步骤:先将轻骨料陶粒及陶砂预拌15〜30s,再根据陶粒和陶砂吸水率大小确定的附加水进行预湿处理5〜lOmin,随后加入水泥、粉煤灰、矿粉、建筑垃圾再生砂、2/1〜2/3水及增强改性材料搅拌2〜3min,加入剩余水、减水剂及抗离析材料,混勾、成型养护即可。
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