CN107117897A - 一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法 - Google Patents

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孙涛
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Abstract

本发明涉及一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，其步骤如下：将混凝土搅拌好后放入四度空间振动台，中低频振动处理直至硬化成型，得到水泥基材料。本发明采用中低频的振动加速水泥中主要矿物C3S发生化学应，Ca(OH)2和C‑S‑H核开始形成，Ca2+离子浓度达到过饱和状态，此时发生振动，促进C3S与水发生水化反应，缩短水泥的诱导期，并且通过振动，部分破坏水化产物与水泥矿物颗粒的沉积和吸附作用，增大了C‑S‑H凝胶与周围的水体接触面积，促进了水泥的早期水化，也增加了C‑S‑H的水化效率，达到提高水泥早期强度、降低水泥孔隙率、增加水泥密实性的作用。

Description

一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法。
背景技术
混凝土是当代最大宗的人造材料，也是最主要的建筑材科之一。根据预测，它仍将是21世纪最主要的建筑材料。目前，混凝土结构在许多领域中都已经取代其他结构，成为世界各国占主导地位的结构。随着建筑事业的不断发展，混凝土结构在土木建筑工程中所占的比重将会愈来愈大，对混凝土质量也提出了更高的要求，特别是混凝土的强度和耐久性方面。
混凝土的力学性能和耐久性与混凝土结构之间存在着密切的依存关系。在通常情况下，我们可以把普通混凝土看作是水泥石与粗细集料组成的复合材料，所以可以把混凝土近似地看作均质而各向同性的材料，但严格地讲，硬化后的混凝土组成与结构是有很大差异的，是至少由九种成分组成的多相材料，即：粗集料、砂、未水化的颗粒、氢氧化钙和其它结晶颗粒、水泥凝胶、凝胶孔隙、毛细管孔隙、空隙水以及水泡。因此，在研究混凝土材料的性能时，必须与其内部组织结构联系起来，这样才能认识其性能的内在原因和变化规律。
现有技术中有人采用振动方法提高混凝土强度，但一般采用振捣方式，目的是使混凝土内部气泡排出，达到密实效果，并且起到表面平整的作用，振动时间很短，在混凝土初凝之前停止振动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种采用振动方式提高水泥基材料强度和耐久性的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，其步骤如下：将混凝土搅拌好后放入四度空间振动台，中低频振动处理直至硬化成型，得到水泥基材料。
按上述方案，所述混凝土包括混凝土净浆，所述混凝土净浆由水泥、水、粉煤灰、S95矿粉、减水剂按质量比50-100：30-60：40-67：4-15：0-2混合搅拌得到。
优选的是，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
优选的是，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
按上述方案，所述中低频振动处理工艺条件为：振动频率100-500Hz，振动时间2-4h，振动幅度0.5-1.5毫米。
振动促进水泥中主要矿物C3S发生化学反应，Ca(OH)2和C-S-H核开始形成，进一步加速水化反应，加速C-S-H的水化效率,消除了水泥在水化过程中产生的裂纹及部分孔隙，凝固后水泥石内部结构更加致密，最后制成的水泥基材料的强度明显增强，水泥的凝结时间缩短，水泥基材料的密度提高，孔隙率降低。振动对浆体的具体影响为，在诱导期，水泥中主要矿物C3S会快速发生化学应，Ca(OH)2和C-S-H核开始形成，Ca2+离子浓度达到过饱和状态，此时发生振动，促进C3S与水发生水化反应，缩短水泥的诱导期。在凝结期，此时Ca(OH)2和C-S-H核已经形成，并发生快速水化反应，进一步形成C-S-H凝胶和Ca(OH)2结晶体。此时，大量的Ca(OH)2从溶液中析出形成结晶体，大量的C-S-H凝胶生成并充满整个水化体系。部分水化产物吸附或沉积在C-S-H凝胶表面上，影响了C-S-H水化反应速度。通过振动，部分破坏水化产物与水泥矿物颗粒的沉积和吸附作用，增大了C-S-H凝胶与周围的水体接触面积，促进了水泥的早期水化，也增加了C-S-H的水化效率，达到提高水泥早期强度、降低水泥孔隙度、增加水泥密实性的作用。
本发明的有益效果在于：本发明采用中低频的振动加速水泥中主要矿物C3S发生化学应，Ca(OH)2和C-S-H核开始形成，Ca2+离子浓度达到过饱和状态，此时发生振动，促进C3S与水发生水化反应，缩短水泥的诱导期，并且通过振动，部分破坏水化产物与水泥矿物颗粒的沉积和吸附作用，增大了C-S-H凝胶与周围的水体接触面积，促进了水泥的早期水化，也增加了C-S-H的水化效率，达到提高水泥早期强度、降低水泥孔隙度、增加水泥密实性的作用。采用本发明所述方法处理水泥混凝土，能够使水泥基材料的1d净浆抗压强度提高30％以上，孔隙率降低，凝结时间缩短至少0.5小时。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，步骤如下：
将普通硅酸盐水泥、水、一级粉煤灰、S95矿粉、聚羧酸减水剂按质量比为100：60：67：12：1置于搅拌机中，先慢搅2分钟，然后快搅2分钟，得到混凝土浆体；将40mm(长)×40mm(宽)×160mm(高)的3联钢模具置于四维空间振动台上，在模具内浇注好混凝土浆体后，设置四维空间振动台振动频率分别为100Hz(200Hz)，振动幅度分别为1.5mm(1mm)，振动时间为2小时，启动振动台进行模拟振动试验，同时在静置条件下制备40mm×40mm×160mm的试样作为对比实验组(1-1)。实验性能结果如表1所示：
表1
由表1可知，1d强度，100Hz振动下的水泥基材料上下端强度分别比0Hz状态下的强度提高30％以上，200Hz振动下的水泥基材料上下端强度分别比0Hz状态下的强度提高50％以上，振动会使浆体更加密实，同时振动也可以促进水泥早期水化，使凝结时间缩短至少0.5h，消除了水泥在水化过程中产生的裂纹及部分孔隙，浆体硬化后水泥石内部结构更加致密。下端硬化体密度大于上端硬化体密度，下端孔隙率小于上端孔隙率密度，振动频率越大，性能改善越明显。
实施例2
中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，步骤如下：
将普通硅酸盐水泥、水、一级粉煤灰、S95矿粉、聚羧酸减水剂按质量比为100：60：67：12：1置于搅拌机中，先慢搅2分钟，然后快搅2分钟，得到混凝土浆体；将40mm(长)×40mm(宽)×160mm(高)的3联钢模具置于四维空间振动台上，在模具内浇注好混凝土浆体后，设置四维空间振动台振动频率分别为100Hz，振动幅度分别为1.5mm，振动时间分别为2小时和3小时，启动振动台进行模拟振动试验，同时在静置条件下制备40mm×40mm×160mm的试样作为对比实验组(2-1)。实验性能结果如表2所示：
表2
由表2可知，28d强度，100Hz振动2小时状态下，水泥基材料上下端强度分别比0Hz状态下的强度提高4MPa以上，振动3小时状态下,水泥基材料上下端强度分别比0Hz状态下的强度提高6MPa以上；振动时间越长，水泥基材料孔隙率降低，硬化体密度增大。
实施例3
中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，步骤如下：
将普通硅酸盐水泥、水、一级粉煤灰、S95矿粉、聚羧酸减水剂按质量比为100：50：50：15：1置于搅拌机中，先慢搅2分钟，然后快搅2分钟，得到混凝土浆体；将40mm(长)×40mm(宽)×160mm(高)的3联钢模具置于四维空间振动台上，在模具内浇注好混凝土浆体后，设置四维空间振动台振动频率分别为100Hz，振动幅度分别为1.5mm，振动时间分别为2小时和3小时，启动振动台进行模拟振动试验，同时在静置条件下制备40mm×40mm×160mm的试样作为对比实验组(3-1)。实验性能结果如表3所示：
表3
调整净浆配比之后，在相同频率振动情况下，通过振动不同的时间，净浆试块1d的抗压强度提高50％以上，孔隙率降低，净浆的性能得到改善。

Claims (5)

1.一种中低频振动改性水泥基材料强度和耐久性的方法，其特征在于，步骤如下：将混凝土搅拌好后放入四度空间振动台，中低频振动处理直至硬化成型，得到水泥基材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述混凝土包括混凝土净浆，所述混凝土净浆由水泥、水、粉煤灰、S95矿粉、减水剂按质量比50-100：30-60：40-67：4-15：0-2混合搅拌得到。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述中低频振动处理工艺条件为：振动频率100-500Hz，振动时间2-4h，振动幅度为0.5-1.5毫米。
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