CN107572969B - 一种海砂超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种海砂超高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于新型建筑材料技术领域,具体涉及一种海砂超高性能混凝土及其制备方法。由水泥、降粘增强剂、改性纳米氧化硅分散液、偏高岭土、氯离子固化剂、减水剂、消泡剂、海砂、海水、合成纤维按一定配比组合而成。本发明通过采用降粘增强剂使得较低水胶比情况下超高性能混凝土仍具有较好的工作性;同时通过分别采用改性纳米氧化硅分散液和氯离子固化剂,使得超高性能混凝土在常温养护的条件下的强度和耐久性比传统硅灰配制的超高性能混凝土的强度和耐久性提高很多。本发明将海砂、海水作为部分原材料用于制备超高性能混凝土,并开拓性的通过常温保湿养护方式可达到较高的力学性能和耐久性能,技术途径新颖,减少了成本,便于工程真正推广。

Description

一种海砂超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于新型建筑材料技术领域,具体涉及一种海砂超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土以超高的强度、韧性和耐久性为特征,成为实现水泥基材料性能大跨越的新体系。超高性能混凝土在上世纪七十年代起源于丹麦。超高性能混凝土由级配石英砂、磨细石英粉、水泥、矿物掺合料、减水剂等主要部分组成,在凝结、硬化过程中通过高温蒸汽养护以改善成品的微观结构。
由于超高性能混凝土具有的超高强度和其他方面的优异性能,得到国际土木工程学界的广泛重视。但长期以来,由于超高性能混凝土养护需通过高温蒸汽热养护,限制了超高性能混凝土的现场浇筑应用。与河砂相比,海砂中含有一定的氯离子、硫酸根离子和贝壳等轻物质,在配制海砂混凝土工程时,容易导致建筑结构中的钢筋发生锈蚀。而超高性能混凝土具有较好的密实度,能够有效阻断外界的氧气和水分,同时再辅以一定量的氯离子固化剂,能够有效保证超高性能混凝土钢筋结构在一定服役龄期的服役寿命,而且海砂资源丰富,在海洋离岸条件下可作为超高性能的原材料,服务于海洋环境中的钢筋混凝土工程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海砂超高性能混凝土,在常温养护条件下可获得强度高、耐久性好、密实性好的性能。
本发明采用的技术方案具体为:
一种海砂超高性能混凝土,其特征在于,包括如下质量份原料:水泥700~950份,降粘增强剂70~200份,改性纳米氧化硅分散液100~200份,偏高岭土100~200份,氯离子固化剂10~50份,减水剂20~50份,消泡剂1~4份,海砂900~1100份,海水0~100份,合成纤维0~6份。
本发明详细说明
本发明所使用的术语“硅酸盐水泥”是由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。本发明一种海砂超高性能混凝土用硅酸盐水泥以比表面积不小于600m2/kg的超细硅酸盐水泥为宜。
本发明所使用的术语“降粘增强剂”是以易流型复合掺合料为载体,通过带无机亲和基团的有机聚合物改性,能够显著降低混凝土拌合物的触变粘度,同时有效提高硬化混凝土强度和密实度的粉状材料。本发明一种海砂超高性能混凝土用降粘增强剂的降粘效果以倒置塌落度排空时间比不大于60%为宜。
本发明所使用的术语“改性纳米氧化硅分散液”不同于传统的微硅粉,微硅粉是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时,矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体,气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。改性纳米氧化硅分散液是其中的纳米氧化硅用气相法合成并经过改性得到,颗粒小,均匀,可控,并能稳定地分散在水性溶剂体系中。本发明中的改性纳米氧化硅分散液以粒子平均直径5~10nm,比表面积300~1200m2/g,表面不饱和残键及不同键合状态的羟基多为宜。
本发明所使用的术语“偏高岭土”是以高岭土为原料,在适当温度下经脱水形成的无水硅酸铝。本发明一种海砂超高性能混凝土用偏高岭土以平均粒径范围不大于80um为宜。
本发明所使用的术语“氯离子固化剂”是含有氧化铝矿物相的超细粉体材料,通过物理吸附和化学反应能够有效捕捉并固化自由氯离子。该氯离子固化剂以比表面积不小于700kg/m2,自由氯离子固化率不小于75%为宜。
本发明所使用的术语“减水剂”是一种高性能减水剂,也是一种粉体在水中的高效分散剂。
本发明所使用的术语“消泡剂”是在混凝土搅拌过程中降低表面张力,抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的添加剂,使硬化混凝土更加密实的一种添加剂,消泡齐为矿物油类消泡剂或聚醚类消泡剂。本发明一种海砂超高性能混凝土用消泡剂以液态,分散性好,消泡快速,不会造成混凝土强度降低为宜。实施例中所用消泡剂为聚醚类消泡剂。
本发明所使用的术语“海砂”是从海洋中采集获得,不经任何筛选和加工处理。本发明一种海砂超高性能混凝土用海砂以细度模数为1.0~2.3为宜。
本发明所使用的术语“海水”直接从海洋中直接获取,未经任何加工处理。
本发明所使用的术语“合成纤维”是为了抑制混凝土微裂缝的产生和发展,降低混凝土基体重裂缝的数量和尺度,一般为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维的一种或多种组成。本发明一种海砂超高性能混凝土用合成纤维以长度6~15mm为宜。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述水泥选自比表面积不小于600m2/kg的超细硅酸盐水泥;其质量份优选为700~850份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述降粘增强剂选自倒置塌落度排空时间比小于或等于60%的降粘增强剂;其质量份优选为100~150份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述改性纳米氧化硅分散液选自粒子平均直径5~10nm,比表面积300~1200m2/g的改性纳米氧化硅分散液;其质量份优选为100~150份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述偏高岭土选自粒径不大于80um的偏高岭土;其质量份优选为100~150份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述氯离子固化剂选自比表面积大于700kg/m2,自由氯离子固化率不小于75%;其质量份优选为20~40份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述减水剂选自减水率大于30%的聚羧酸减水剂;其含量优选为20~40份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述消泡剂选自分散性好,不降低强度的消泡剂;其质量份优选为1~2份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述海砂选自细度模数为1.5~2.3的海砂;其质量份优选为850~950份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述海水选自我国东海海水;其质量份优选为40~60份。
在本发明的某些具体实施方案中,本发明所述合成纤维选自直径为6mm的聚乙烯醇纤维;其质量份优选为2~4份。
一种海砂超高性能混凝土的制备方法,包括以下步骤:
(1)按原材料配比称量各组分,依次加入海砂、硅散盐水泥、降粘增强剂、偏高岭土、氯离子固化剂、合成纤维,搅拌2~3min;再加入改性纳米氧化硅分散液,搅拌3~5min;最后加入溶于海水的消泡剂和减水剂,搅拌3~5min,充分混合后,形成海砂超高性能混凝土拌合物,通过控制减水剂和海水掺量,使坍落度保持在220±30mm范围内;
(2)将步骤(1)所得的拌合物装模成型,在相对湿度不低于95%的环境中常温养护不少于1d;养护成品拆模后,在湿度不低于95%、温度为20~40℃的条件下进行7d的常温养护,养护完成即形成海砂超高性能混凝土成品。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
(1)本发明技术方案在海砂超高性能混凝土中掺入了降粘增强剂,解决了超高性能混凝土在低水胶比条件下拌合物粘度大,难以施工、成型和密实的问题。
(2)本发明技术方案在海砂超高性能混凝土中掺入了改性纳米氧化硅分散液和氯离子固化剂,在使用海砂和海水条件下能够吸附和固化混凝土中的自由氯离子,使得海砂超高性能混凝土具有高耐久性和护筋性能。
(3)本发明技术方案在海砂超高性能混凝土的制备方法中采用常温养护的方式,综合造价成本低,便于在工程现场实施应用,而且早期强度快7d强度大于120MPa,促进了海洋环境中混凝土工程发展应用。
实施例
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步描述。
实施例1-实施例6:海砂超高性能混凝土。原材料及规格见表1,材料配比及性能见表2和表3。
表1原材料及规格
表2本发明的海砂超高性能混凝土实施例配比
按表2的配合比称量各组分,并按本发明要求进行搅拌,得到的海砂超高性能混凝土的塌落度均在220±20mm范围内;将拌合物装入混凝土抗压强度试模,在混凝土标准养护室内养护1d,拆模后在常温下进行保湿养护7d,湿度不低于95%。达到养护龄期后开展相应的抗压强度及耐久性测试。
表3本发明海砂超高性能混凝土的性能
注:对比例是采用PO525水泥、硅灰、级配石英砂等传统原材料,未掺用改性纳米氧化硅分散液、降粘增强剂和氯离子固化剂,通过传统高温蒸汽养护后获得的同龄期超高性能混凝土。
综合以上结果可知,通过7d常温养护的海砂超高性能混凝土能够获得超过120MPa的抗压强度,同时其具有更好的致密性,抗氯离子渗透性能明显优于传统超高性能混凝土。
以上具体实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易对这些实施例做出各种修改,并把在这些说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的提示,对于本发明做出的改进和修改应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海砂超高性能混凝土,其特征在于,由以下各组分按照相应的质量配比均匀混合而成:
硅酸盐水泥700~950份;
降粘增强剂70~200份;
改性纳米氧化硅分散液100~200份;
偏高岭土100~200份;
氯离子固化剂10~50份;
减水剂20~50份;
消泡剂1~4份;
海砂900~1100份;
海水0~100份;
合成纤维3~6份;
所述降粘增强剂,倒置塌落度排空时间比不大于60%;所述改性纳米氧化硅分散液,含固量10~15%,粒子平均直径5~10nm,比表面积300~1200m2/g,表面存在不饱和残键及不同键合状态的羟基;所述氯离子固化剂,自由氯离子固化率不小于75%。
2.根据权利要求1所述的海砂超高性能混凝土,其特征在于,所述水泥为硅酸盐水泥,比表面积不小于600m2/kg。
3.根据权利要求1所述的海砂超高性能混凝土,其特征在于,所述偏高岭土平均粒径范围不大于80um。
4.根据权利要求1所述的海砂超高性能混凝土,其特征在于,所述消泡剂为液态。
5.根据权利要求1所述的海砂超高性能混凝土,其特征在于,所述海砂为原状海砂,海砂的细度模数为1.0~2.3。
6.根据权利要求1所述的海砂超高性能混凝土,其特征在于,所述合成纤维为由聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维中的一种或多种组成,纤维长度6~15mm。
7.一种如权利要求1或2或3或4或5或6所述的海砂超高性能混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按原材料配比称量各组分,先加入称量好的海砂、水泥、降粘增强剂、偏高岭土、氯离子固化剂、合成纤维,搅拌2~3min;
(2)向步骤(1)所得的产物中再加入改性纳米氧化硅分散液,搅拌3~5min;
(3)向步骤(2)所得的产物中再加入溶于海水的消泡剂和减水剂,搅拌3~5min,充分混合后,形成海砂超高性能混凝土拌合物,通过控制减水剂和海水掺量,使坍落度保持在220±30mm范围内;
(4)将步骤(3)所得的拌合物装模成型,在相对湿度不低于95%的环境中常温养护不少于1d;养护成品拆模后,在湿度不低于95%、温度为20~40℃的条件下进行7d的常温养护,养护完成即形成成品混凝土。
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