CN108623231A - 一种轻骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种轻骨料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骨料混凝土及其制备方法，按重量份数计，包括水泥300‑400份，矿粉45‑70份，砂700‑740，轻骨料420‑470，水160‑178，粉煤灰55‑72份，减水剂5‑9份，引气剂0.04‑0.12份，可以降低结构自重的同时，提高建设在寒冷地区的建筑物的抗冻耐久性。

Description

一种轻骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，特别涉及一种轻骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土时当今土木建筑工程中最重要的建筑材料，也是用途最广用量最大的建筑材料。它不仅可以广泛地应用于工业与民用建筑、水工建筑和城市建设，而且还可以用于海洋开发用的各种建筑物，也可以制成轨枕、电杆、压力管、地下工程等。
但是随着现代土木工程日益向着高耸、大跨、重载的方向发展以及建造各种新型特种结构物需求的不断增加，普通混凝土材料自重大、比强度低、保温隔热性能差等缺点也日趋明显，限制了混凝土结构在高层建筑、大跨度桥梁、海洋浮式采油平台等结构物中的应用。对于这些结构物，恒载占载荷总量的比例越来越大。自重过大无论从技术上还是经济上来讲都是不利的，因为这些结构物中不得不采用建造和维护成本相对较高的其他结构形式，如钢结构等。为此，人们急需一种轻质高强的混凝土材料。
此外，随着社会经济和科学技术的发展，承受恶劣环境条件的现代工程结构迫切需要性能优异耐久的结构材料。近年来，混凝土建筑物均出现了不同程度的破坏，导致混凝土结构没有达到预计的使用年限，从而造成了巨大的经济损失，这是因为建设在天气寒冷地区的建筑物，经过规律性的冻融，混凝土结构面临的抗冻耐久性问题不容忽视。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻骨料混凝土及其制备方法，可以降低结构自重的同时，提高建设在寒冷地区的建筑物的抗冻耐久性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：按重量份数计，一种轻骨料混凝土，包括水泥300-400份，矿粉45-70份，砂700-740，轻骨料420-470，水160-178，粉煤灰55-72份，减水剂5-9份，引气剂0.04-0.12份。
通过采用上述技术方案，矿粉是优质的混凝土掺合料，加入到混凝土中可以有效提高混凝土的抗压强度，降低混凝土的成本，同时可以抑制碱骨料反应，降低水化热，减少混凝土结构早期温度裂缝，提高混凝土密实度，提高抗渗和抗 侵蚀能力有明显效果，在满足强度的要求下，可以节约30—60％的水泥，同时提高了施工可操作性；砂可以填充轻骨料的空隙，提高混凝土的粘度，也使得混凝土更加密实，此外，砂和水泥浆组成水泥砂浆，可以提高混凝土的和易性和流动性；轻骨料具有轻质高强的特点，配合水泥、粉煤灰和矿粉等可以降低建筑物的自重；引气剂的添加可以在混凝土中形成微细孔，气孔直径较小且不易吸水饱和，一方面降低了毛细孔的连通性和混凝土的渗透性，提高了压迫孔隙水的“泄压空间”；另一方面而这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减少，起到减压作用，在混凝土受冻结冰过程中，这些空隙可以阻止或抑制水泥浆中微小冰体的形成，从而可以提高有效提高轻骨料混凝土的抗冻性；减水剂可以降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，最终提高混凝土的抗冻性。
进一步优选为：引气剂包括α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/9-1/4。
通过采用上述技术方案，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵为阴、阳离子表面活性剂的复配液，阴、阳离子表面活性剂间存在较强的静电吸引作用，降低了气液界面上排列表面活性剂的静电排斥作用，使表面活性剂在表面排列更加紧密，同时可以形成一定的亚层富集，使表面黏弹性增加，导致复配体系具有较好的泡沫性能，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵复配液产生的气泡直径小、并且稳泡性能好，利于提高混凝土的抗冻性，同时有这些气泡如滚珠一样使得混凝土的和易性改善；此外，引气剂使混凝土拌合物中的骨料与水泥浆的粘聚性增大，使他们的离散性减弱，使拌合物更好地处于匀质状态，使混凝土用水量减少，泌水率减低，混凝土内部的大毛细孔减少，微小的气泡占据着混凝土的自由空间，切断了毛细管的通道，这些微小空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”，降低和延缓化学膨胀引起的混凝土破坏，使得混凝土的抗渗性得到改善，抗化学物质侵蚀作用和对碳化的抵抗作用也同时得到提高。
进一步优选为：减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚。
通过采用上述技术方案，异构十醇聚氧乙烯醚引入了聚氧乙烯基，可以增大表面活性，增强水泥分散力，同时引入异构十醇聚氧乙烯醚，可使减水剂分子的亲水亲油趋于平衡，该基团附着于水泥颗粒周围，增大了电荷密度，颗粒之间的斥力增大，从而很大程度上减小了物理凝聚，本减水剂与水泥的相容性较好； 此外，异构十醇聚氧乙烯醚与α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵共同使用，可以促进α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵复配液的溶解，从而有助于提高气泡的数量。
进一步优选为：α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比1/6-1/4。
通过采用上述技术方案，在上述配比范围内，α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配效果更好，产生的气泡较多，可以起到良好的引气作用。
一种制备轻骨料混凝土制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取异构十醇聚氧乙烯醚一次性倒入用于预湿的水中，倾倒的同时进行搅拌；
步骤二：再将称取完毕的轻骨料倒入加有异构十醇聚氧乙烯醚的水中，用水浸泡不小于12h；
步骤三：按比例配置α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液；
步骤四：将称取结束的水泥、矿粉、砂、粉煤灰以及轻骨料倒入搅拌机进行搅拌0.5min；
步骤五：计算加入扣除轻骨料所吸水后的净用水量，将α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，与净用水共同加入步骤二中，再搅拌2.5min至拌合至均匀状态。
通过采用上述技术方案，轻骨料经过预湿处理后，对于轻骨料混凝土的性能具有重要的作用，轻骨料内部预先饱和的水分可以降低自收缩和塑性收缩，提高混凝土早期抗塑裂性以及增加混凝土的后期强度；并且在预湿时即加入减水剂，减水剂可以随水进入轻骨料内，对减水剂起到“载体”和“缓释”的作用，有助于提高混凝土后期的坍落度，使得混凝土的坍落度损失减小。
进一步优选为：步骤一中，倾倒异构十醇聚氧乙烯醚时，控制减水剂的添加速度恒定不变。
通过采用上述技术方案恒定不变，可以保证异构十醇聚氧乙烯醚均匀的混合在水中，提高异构十醇聚氧乙烯醚混合的均与性，有利于减少坍落度的损失。
进一步优选为：步骤二中，用水浸泡时间为24h。
通过采用上述技术方案，浸泡24h后，异构十醇聚氧乙烯醚可以进入轻骨料中的量较大，这样有助于其在后期均匀的从轻骨料内散出发挥作用，有助于 坍落度的控制，并且可以保证混凝土的沥干时间，使得坍落度损失减小。
综上所述，本发明具有以下有益效果：1、混凝土的坍落度损失减小，并且轻骨料混凝土满足轻质高强的需求；2、引气剂可以产生细腻、稳定的气泡，配合轻骨料多孔的性质，提高了本轻骨料混凝土的抗冻性；3、异构十醇聚氧乙烯醚与α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵共同使用，可以促进α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵复配液的溶解，进一步提高了轻骨料混凝土的抗冻性；3、在预湿轻骨料时即将异构十醇聚氧乙烯醚放入，可以使得异构十醇聚氧乙烯醚进入轻骨料空隙内的数量较多，保证了前期作用的同时，有助于其后期从空隙内散出发挥作用。
具体实施方式
实施例：本发明中选用从天津程锦公司购得的S95级的矿粉；F(II)的粉煤灰；从唐山冀东三友购得的P.O42.5的水泥；河北遵化的砂，细度模数2.6；引气剂为α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，其中α-烯基磺酸钠从西安南风日化公司购得，十六烷基三甲基氯化铵从上海化学试剂公司购得；减水剂为：异构十醇聚氧乙烯醚并从江苏省海安石油化工厂购得；用水直接采用自来水。
轻骨料选择宜昌光大陶粒制品有限公司生产的800级页岩陶瓷，粒径范围4.75～20mm，1h吸水率4.5％，饱和吸水率8.7％表观密度1587kg/m3。
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)、《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)，根据现有试模尺寸，试验分别制作了150mm×150mm×150mm的立方体试件、150mm×150mm×300mm和100mm×100mm×400mm的棱柱体试件。具体试件用途、规格、数量等参数见表1。
表1，试件设计列表：
试件制作步骤如下：
步骤一：取异构十醇聚氧乙烯醚一次性倒入用于预湿的水中，倾倒的同时进行搅 拌,倾倒时，控制减水剂的添加速度，分三分钟均匀倾倒；
步骤二：再将称取完毕的轻骨料倒入加有异构十醇聚氧乙烯醚的水中，用水浸泡24h；
步骤三：按比例配置多组α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，待用；
步骤四：将称取结束的水泥、矿粉、砂、粉煤灰以及轻骨料倒入搅拌机进行搅拌0.5min；
步骤五：计算加入扣除轻骨料所吸水后的净用水量，将α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，与净用水共同加入步骤二中，再搅拌2.5min至拌合至均匀状态。
试件制作后养护：将拌合物置入标准模具中，在1mX1m的振动台上振捣成型，24小时后拆模，随后将试件置于湿度大于95％，温度为20士2℃的标准养护室养护，至规定龄期开展相关性能的试验。
具体试验如下：新拌轻骨料混凝土坍落度、含气量的测试16(SL352-2006)、《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)中的规定进行；《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)中,干表观密度试验方法可采用破碎试件烘干法进行测试，测试结果记录在表2中。
力学性能的测试：轻骨料混凝土的力学性能试验参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)中的规定进行，数据记录在表2中。
表2，实施例1至实施例6混凝土拌合物的坍落度、含气量以及干表观密度的测试结果，还包括力学性能的数据记录：
随着引气剂的加入，混凝土的含气量在逐渐增大，坍落度逐渐增大，对于干表观密度，6组轻骨料混凝土均在1715kg/m3～1901kg/m3的范围内，我国对于轻骨料混凝土干表观密度1950kg/m3上限的要求，按我国《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)规定，本试验的6组浮石轻骨料混凝土密度等级在1700～1900之间。
抗冻耐久性试验，在电脑测控混凝土快速冻融试验仪上进行，动弹性模量是指在动负荷作用下物体应力与应变的比值，可用动弹性模量仪测定。动弹性模量测试仪是一种非破损性测试仪器，即在不破坏被测试件的情况下，通过振动方式测量出该物体的共振频率，从而确定材料的质量情况。本次试验采用DT-12动弹性模量仪，用来测定不同冻融循环作用前后混凝土的动弹性模量。
本试验按照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150-2001)中的快冻法进行，得出的数据记录在表3中。
表3,实施例1至实施例6的轻骨料混凝土抗冻耐久性试验结果：
在快冻法中，可以用耐久性系数DF作为评价混凝土抗冻性的指标，其计算公式如下，计算结果记录在表4中：
DF＝P*N/300
式中，DF--混凝土的耐久性系数；
N--冻融循环次数；
P--经N次冻融循环后的相对动弹性模量。
一般认为DF值小于0.4时混凝土的抗冻性不好；DF值为0.4～0.6时抗冻性尚可；DF值大于0.6时则认为抗冻性好，由表3中可以看出实施例1和实施例2的混凝土耐久性系数在0.4～0.6之间，抗冻性尚可；实施例3至实施例6的耐久性系数大于0.6，抗冻性好。
表4是对比例1至对比例5的数据记录表，与实施例不同的是：对比例1至对比例5分别是单独加入异构十醇聚氧乙烯醚、单独加入α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵以及α-烯基磺酸钠以及十六烷基三甲基氯化铵质量比不同时对抗冻性的影响。
从对比例中可以得出，单独加入减水剂时，轻骨料混凝土的耐久性系数为0.48，其抗冻性尚可；单独加入引气剂时，轻骨料混凝土的耐久性系数为0.5，其抗冻性尚可；但是同时加入减水剂和引气剂时，轻骨料混凝土的耐久性系数为0.5，抗冻性好；当引气剂中α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的质量比提高时，抗冻性提高，但是α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的质量比接近于1时，抗冻性下降。
这是因为表面α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵分子接近交替排列，分子间排列最为紧密，分子间作用力最强。体相中表面活性剂分子易于形成稳定的胶束，不易形成亚表面层富集，表面黏弹性较差。当泡沫液膜变薄时，表面排列的表面活性剂亲水基团的电性中和，水化半径减小，两个表面排列的表面活性剂分子静电排斥作用明显减弱，不能有效阻止液膜变薄及破裂，体系泡沫性能变差，混凝土内的含气量减少，导致抗冻性能降低。
表5是对比例6的坍落度损失数据记录表，对比例6与实施例6不同的是，混凝土的制备方法是：利用水对轻骨料进行预湿24h，预湿结束后取出沥干，将其与水、矿粉、砂、粉煤灰以及水泥共同倒入搅拌机进行搅拌0.5min，然后加入异构十醇聚氧乙烯醚、α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液、以及净用水继续搅拌2.5min至拌合均匀；分别测得对比例6中混凝土在0h，1h，3h，7h，12h时的坍落度；并分别测得实施例6混凝土在中0h，1h，3h，7h，12h时的坍落度记录在表5中。
表5：
0h 1h 3h 7h 12h
实施例6 210 200 195 189 176
对比例6 230 215 205 186 170
通过表5可以看出，对比例6的混凝土经过12h后，坍落度损失了26％，而且相同时间段内损失的程度较大；而实施例6中的混凝土经过12h后，损失了16％，并且相同时间段内坍落度的损失相对对比例6损失较小，证明在预湿时，即加入减水剂，有效地起到了“缓冲”和“载体”的作用，使得混凝土坍落度的损失较小。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领 域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种轻骨料混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括水泥300-400份，矿粉45-70份，砂700-740，轻骨料420-470，水160-178，粉煤灰55-72份，减水剂5-9份，引气剂0.04-0.12份。
2.根据权利要求1所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于：引气剂包括α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/9-1/4。
3.根据权利要求2所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于：减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求3所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于：α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比1/6-1/4。
5.一种制备如权利要求4所述的轻骨料混凝土制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：称取异构十醇聚氧乙烯醚一次性倒入用于预湿的水中，倾倒的同时进行搅拌；
步骤二：再将称取完毕的轻骨料倒入加有异构十醇聚氧乙烯醚的水中，用水浸泡不小于12h；
步骤三：按比例配置α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液；
步骤四：将称取结束的水泥、矿粉、砂、粉煤灰以及轻骨料倒入搅拌机进行搅拌0.5min；
步骤五：计算加入扣除轻骨料所吸水后的净用水量，将α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，与净用水共同加入步骤二中，再搅拌2.5min至拌合至均匀状态。
6.根据权利要求5所述的一种轻骨料混凝土制备方法，其特征在于：步骤一中，倾倒异构十醇聚氧乙烯醚时，控制减水剂的添加速度恒定不变。
7.根据权利要求6述的一种轻骨料混凝土制备方法，其特征在于：步骤二中，用水浸泡时间为24h。
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