CN108484024A

CN108484024A - 一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法

Info

Publication number: CN108484024A
Application number: CN201810195694.7A
Authority: CN
Inventors: 王迎斌; 马梦阳; 彭凯; 贺行洋; 苏英; 江波; 储劲松
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-09-04

Abstract

本发明公开了一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，将细骨料、粗骨料、水泥、湿磨超细粉煤灰、湿磨石灰石粉、纳米石膏晶须搅拌，将水与外加剂混合均匀，倒入搅拌；将水、外加剂与微纳米储热胶囊一起倒入搅拌混合物进行浇注成型，预养护，脱模，养护，得添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土。本发明中湿磨超细粉煤灰、湿磨石灰石粉、相变储热材料通过最紧密堆积理论及诱导成核理论实现混凝土的早期强度的提高；微纳米储热胶囊的引入可在服役过程中自主吸收与释放热量增加混凝土的抗冻性能，纳米石膏晶须能够限制服役过程中的体积变化，减少裂缝；制备的混凝土扩展度大、早期强度高、储热抗冻及成本低。

Description

一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法。

背景技术

混凝土是目前应用最广泛的建筑材料，但是混凝土在寒冷环境下的抗冻性能直接影响混凝土的使用寿命。混凝土由于其自身非均质特征，硬化浆体中含有大量孔隙，并且孔隙中充满水，在冰点时能够结冰产生冰晶压力使混凝土产生应力裂缝；同时混凝土中不同电性矿物的分散不均也会导致钙矾石晶体的聚集，且含有大量孔隙，该聚集区域对抗冻性影响较为显著；此外混凝土早期水化导致的体积变化也会产生初始裂缝，不利于混凝土的抗冻性能。

现有的抗冻混凝土专利申请有：CN103626449公开了一种抗冻混凝土，由硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、水、细骨料、粗骨料、外加剂和抗冻组分配制而成，硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、水、细骨料、粗骨料、外加剂和抗冻组分；外加剂为减水剂、引气剂和早强剂，引气剂选自松香类引气剂、烷基苯磺酸盐类引气剂、皂角苷类引气剂、脂肪酸及其盐类，早强剂选自无机盐类、有机盐类、复合盐类早强剂；抗冻组分为明胶、琼脂、瓜尔胶。CN104649621A公开了一种防冻混凝土，由水泥、中砂、石子、水、防冻剂组成：防冻剂由乙二醇、尿素、三乙醇胺、十二烷基磺酸钠、高效减水剂、水制成。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具备早强，抗冻性能，的添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法。

本发明目的的实现方式为，一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，具体步骤如下：

1)将质量份数细骨料700-800份、粗骨料1000-1100份、水泥200-250份、湿磨超细粉煤灰40-50份、湿磨石灰石粉50-60份、纳米石膏晶须15-30份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水102-120份与外加剂10-12.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水68-80份、外加剂10-12.5份与微纳米储热胶囊50-100份一起倒入搅拌机搅拌1min；

所述外加剂由两性聚羧酸系减水剂与硬脂酸钙乳液组成，两者质量比为50:1；

其中两性聚羧酸系减水剂为减水率不小于30％的减水剂；

所述微纳米储热胶囊为无机晶体囊壁，力学性能>15μN，相变温度为-10-0℃，热焓>150J/g，中值粒径为0.6-1μm；

4)将步骤3)中的混合物进行浇注成型，预养护，脱模，养护，得添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土。

本发明的有益效果是：

1.采用最紧密堆积理论，使用粉煤灰1-2μm，储热胶囊0.6-1μm及石灰石粉0.2-0.6μm堆积达到减少孔隙及对水化产物晶核诱导，同时利用两性聚羧酸系减水剂分散水泥矿物中的硅酸盐矿物与铝酸盐矿物，并与纳米石膏晶须反应从而达到早强，抗冻的效果。

2.使用高稳定性无机晶体包覆的储热胶囊，一方面在-10℃-0℃具有较高的储热性能，另一方面消除传统储热胶囊对混凝土力学性能不利的影响，从而达到力学性能与抗冻性能的协同提升。

具体实施方式

本发明将细骨料、粗骨料、水泥、湿磨超细粉煤灰、湿磨石灰石粉、纳米石膏晶须搅拌，将水与外加剂混合均匀，倒入搅拌；将水、外加剂与微纳米储热胶囊一起倒入搅拌混合物进行浇注成型，预养护，脱模，养护，得添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土。

所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥、比表面积为350-370m²/kg，28天抗压强度>48MPa。

所述湿磨超细粉煤灰为利用湿磨制备技术对含碳量<2％的普通粉煤灰处理制得，以避免团聚，其中值粒径1-2μm，固含量50％。

所述外加剂为两性聚羧酸系减水剂与硬脂酸钙的混合物，其中，两性聚羧酸系减水剂：硬脂酸钙乳液为50:1，两性聚羧酸系减水剂的减水率>30％。

所述细骨料为河砂，细度模数为2.5-3.2。

所述粗骨料为粒径5-31.5mm的碎石。

所述湿磨石灰石粉为湿磨制备技术磨细处理的石灰石，以避免团聚，其粒径为0.2-0.6μm，固含量50％。所述纳米石膏晶须尺寸为10-50nm。

所述微纳米储热胶囊为无机晶体囊壁，力学性能>15μN，相变温度为-10-0℃，热焓>150J/g，中值粒径为0.6-1μm。

本发明对粉煤灰、石灰石粉、储热胶囊三者粒径进行优化匹配，所属粒径范围均能够对胶凝材料体系水化产物起到晶核诱导的作用，可最大程度降低胶凝材料体系孔结构，促进材料水化产物快速成核沉淀，构建早期致密微观结构，提高材料抗冻性能与早期强度。

采用两性分散剂对硅酸盐矿物及铝酸盐矿物进行共同分散，消除铝酸盐矿物分散不均导致的钙矾石聚集，从而根除钙矾石对混凝土体积稳定性的不利影响，并起到铝酸盐矿物水化产物分散强化的效果，进一步提高超高性能混凝土的早期强度，并改善混凝土的后期抗冻性能。

硬脂酸钙的引入可以起到微调混凝土工作性能的作用，降低混凝土粘度，同时提高混凝土工作性能与硬化浆体的致密性能，改善混凝土的后期抗冻性能。

纳米石膏晶须的引入一方面与两性分散剂分散的铝酸盐矿物反应生成早期钙矾石，抑制体积收缩，另一方面起到晶核诱导作用，促进水化产物的沉淀与早期结构形成，既提高了强度，又提高了抗冻性能。

无机晶体为囊壁的储热胶囊导热系数较高，热稳定性好，力学性能优异。微纳米储热胶囊能够胶凝材料基体粘接紧密，一方面通过分散强化提高混凝土的强度，另一方面与基体的紧密粘结结构为热传输提供高效“微环境”，大大提高了热交换效率。-10℃-0℃的相变温度能够在冰点以下迅速吸收热量，降低混凝土内部水的冰点至-10度以下，有效地提高了混凝土的抗东性能。

下面结合实施例详述本发明：

实施例1、

1)将质量份数细骨料720份、粗骨料1020份、水泥200份、湿磨超细粉煤灰42份、湿磨石灰石粉50份、纳米石膏晶须30份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水105份与外加剂10.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水68份、外加剂10.5份与微纳米储热胶囊60份一起倒入搅拌机搅拌1min；

所述外加剂由两性聚羧酸系减水剂与硬脂酸钙乳液组成，质量比例为50:1.其中两性聚羧酸系减水剂为减水率不小于30％的减水剂；

实施例2、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料740份、粗骨料1000份、水泥210份、湿磨超细粉煤灰40份、湿磨石灰石粉51份、纳米石膏晶须17份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水108份与外加剂11份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水72份、外加剂11份与微纳米储热胶囊100份一起倒入搅拌机搅拌1min。

实施例3、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料760份、粗骨料1040份、水泥220份、湿磨超细粉煤灰50份、湿磨石灰石粉58份、纳米石膏晶须15份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水120份与外加剂11.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水80份、外加剂11.5份与微纳米储热胶囊70份一起倒入搅拌机搅拌1min。

实施例4、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料700份、粗骨料1090份、水泥250份、湿磨超细粉煤灰44份、湿磨石灰石粉56份、纳米石膏晶须20份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水109份与外加剂10份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水73份、外加剂10份与微纳米储热胶囊90份一起倒入搅拌机搅拌1min。

实施例5、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料780份、粗骨料1080份、水泥230份、湿磨超细粉煤灰46份、湿磨石灰石粉60份、纳米石膏晶须24份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水102份与外加剂12份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水74份、外加剂12份与微纳米储热胶囊80份一起倒入搅拌机搅拌1min。

实施例6、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料800份、粗骨料1060份、水泥240份、湿磨超细粉煤灰47份、湿磨石灰石粉54份、纳米石膏晶须26份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水114份与外加剂12.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水76份、外加剂12.5份与微纳米储热胶囊50份一起倒入搅拌机搅拌1min。

实施例7、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料740份、粗骨料1100份、水泥210份、湿磨超细粉煤灰48份、湿磨石灰石粉52份、纳米石膏晶须28份在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水111份与外加剂12.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水74份、外加剂12.5份与微纳米储热胶囊85份一起倒入搅拌机搅拌1min。

对比例1、同实施例1，不同的是，

2)将质量份数水175份与10.5份外加剂10.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数外加剂10.5份与微纳米储热胶囊60份一起倒入搅拌机搅拌1min。

水没有分两步加入。

对比例2、同实施例1，不同的是，

1)将质量份数细骨料720份、粗骨料1020份、水泥200份、湿磨超细粉煤灰42份、湿磨石灰石粉50份、纳米石膏晶须30份与微纳米储热胶囊60份一起在搅拌机中搅拌1min；

2)将质量份数水105份与10.5份外加剂10.5份混合均匀，倒入搅拌机中搅拌1min；

3)将质量份数水70份、外加剂10.5份倒入搅拌机搅拌1min。

微纳米储热胶囊在第一步而不是在第三步加入。

将上述制得混凝土进行强度及测试，结果如表1所示。

实验结果表明：对比实施例，添加储热胶囊、纳米石膏晶须、湿磨超细粉煤灰、湿磨石灰石粉能够有效提高混凝土早期强度并显著提升混凝土的抗冻等级。对比对照例发现，制备工艺、储热胶囊及纳米石膏晶须对早期强度及抗冻等级具有巨大的影响。

Claims

1.一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

其中两性聚羧酸系减水剂为减水率不小于30％的减水剂；

2.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用水泥为42.5普通硅酸盐水泥、比表面积为350-370m²/kg，28天抗压强度>48MPa。

3.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用湿磨超细粉煤灰为利用湿磨制备技术对含碳量<2％的普通粉煤灰处理制得的粉煤灰，粒径1-2μm，固含量50％。

4.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用细骨料为河砂，细度模数为2.5-3.2。

5.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用粗骨料为粒径5-31.5mm的碎石。

6.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用湿磨石灰石粉为湿磨制备技术磨细处理的石灰石，粒径为0.2-0.6μm，固含量50％。

7.根据权利要求1所述的一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法，其特征在于：步骤1)所用纳米石膏晶须尺寸为10-50nm。