CN108821697B - 一种保水硅凝胶内养护混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种保水硅凝胶内养护混凝土,其特征在于:按重量份数计,包括下列组分:水泥800~1000份,石英砂800~1100份,碎石1800~2200份,水200~300份,减水剂3~4份和硅凝胶8~40份。本发明一种保水硅凝胶内养护混凝土具有孔隙率低,孔径小,微裂缝少,抗渗等级高,抗冻融性能好且无污染的优点;而且,本发明生产工艺简单,适合生产应用。

Description

一种保水硅凝胶内养护混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域,特别是涉及一种保水硅凝胶内养护混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土在建筑领域的应用越来越广泛,因此有一个很严重的问题,就是当水灰比较低时由于水化作用会导致其发生收缩开裂。而混凝土内养护是缓解其收缩开裂的有效办法,混凝土的内养护也就是将保水的轻集料或者高吸水性物质作为内养护材料掺入到混凝土中,随着水泥等胶凝材料的水化反应的进行,混凝土中自由水的减少促使湿度差的产生,以及毛细管张力的增加,导致内养护材料中的水分被释放出来,平衡了混凝土内部的湿度,为胶凝材料水化反应的继续进行提供水分,避免引起自收缩开裂。
硅凝胶,是一种多孔无机保水材料,粒径小,吸水率是自身质量的5~6倍,在水溶液中具有良好的分散性,在混凝土搅拌过程中可以均匀分散在混凝土内部。硅凝胶释水之后,由本身的凝胶状态,变为白色粉末状,我们将它称之为SiO2多孔材料,其有一定的疏水性,可以有效提高混凝土的耐久性。
目前,已有的混凝土内养护技术均会对混凝土的强度造成影响,满足内养护需要的同时,也要承受强度上带来的损失。因此,本发明人将保水的硅凝胶作为内养护材料制作混凝土,可以理想的解决低水灰比混凝土的收缩开裂问题,同时满足强度要求,提高耐久性。
发明内容
本发明的目的是提供一种保水硅凝胶内养护混凝土及其制备方法,以解决上述现有技术存在的问题,使内养护混凝土具有孔隙率低,孔径小,微裂缝少,抗渗等级高,抗冻融性能好且无污染的优点。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种保水硅凝胶内养护混凝土,其特征在于:按重量份数计,包括下列组分:水泥800~1000份,石英砂800~1100份,碎石1800~2200份,水200~300份,减水剂3~4份和硅凝胶8~40份。
优选的,所述硅凝胶按重量份数计,包括以下组分:硅溶胶80~300份,甲基三乙氧基硅烷240~860份,氨水20~80份和表面活性剂5~20份。
优选的,所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
优选的,所述硅溶胶的pH值为2~4,质量浓度为30%~40%;所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
本发明还提供一种保水硅凝胶内养护混凝土的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:首先准确称量权利要求1所述的原料配比,将硅凝胶进行粉碎,然后掺入水泥、石英砂、碎石、水以及减水剂,进行搅拌,养护至龄期,即得到保水硅凝胶内养护混凝土。
优选的,所述硅凝胶粉碎的粒径为3~20μm,所述石英砂的粒径为0.15mm~2.36mm,细度模数为2.89,所述碎石的粒径为5~25mm;所述搅拌速度为40~50r/min,搅拌时间为3~5min。
优选的,所述硅凝胶的制备过程为:
(1)、将蒸馏水加入到烧杯中,然后加入表面活性剂,置于水浴中搅拌至溶解;
(2)、向步骤(1)制得的溶液中加入硅溶胶和甲基三乙氧基硅烷,进行搅拌,然后加入氨水,搅拌至变成乳白色液体后,密封,进行老化。
优选的,步骤(1)中,所述水浴温度为50℃。
优选的,步骤(2)中,所述搅拌时间为30min,搅拌速度为280~320r/min;所述氨水由体积比为1:20~30的纯氨水和水配制而成。
优选的,步骤(2)中,所述老化过程为在50℃烘箱中放置24h。
本发明公开了以下技术效果:
1.本发明制备的低水灰比的内养护混凝土,相对于配合比相同的普通混凝土,其强度提高10%~20%;体积收缩率比普通混凝土减小1倍,抗裂性能是相同水灰比混凝土的1.5~2倍。
2.本发明制备的混凝土,与普通混凝土相比,经过100次冻融之后强度损失降低了8%,质量损失降低了30%;并由于硅凝胶干燥之后的疏水性,使混凝土的抗渗能力得到明显提高。
3.本发明制备的混凝土浇筑之后,减少了对于混凝土的养护次数,甚至无需养护,与主体工程寿命相同。
4.本发明所使用的材料均为不燃材料,防火等级为A;所制备的混凝土对环境无污染,孔隙率低,孔径小,且具有很好的抗渗、抗冻融性能。
5.本发明生产工艺简单,适合生产应用。
附图说明
图1为实施例1硅凝胶扫描电镜图;
图2为实施例1硅凝胶接触角测定图;
图3为实施例2标准养护后混凝土3000倍扫描电镜图;
图4为实施例2标准养护后混凝土4000倍扫描电镜图;
图5为对比例1标准养护后混凝土400倍扫描电镜图;
图6为对比例1标准养护后混凝土5000倍扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在本发明实施例1-3中,所述水泥没有特殊限定,可包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥,优选为硅酸盐水泥;所述表面活性剂为使甲基三乙氧基硅烷和硅溶胶充分接触的任何试剂,优选为十六烷基三甲基溴化铵。
在本发明实施例1-3的步骤(2)中,还可加入其它材料,如粉煤灰、硅灰、矿粉、骨料(如EPS颗粒、玻化微珠)和外加剂(如早强剂、缓凝剂)中的一种或多种材料,但不限于上述材料。
实施例1
(1)硅凝胶的制备
取容量为2000mL的烧杯,加入1000mL的蒸馏水或去离子水,然后加入10g十六烷基三甲基溴化铵,置于50℃水浴中充分搅拌至完全溶解;然后再加入160mL硅溶胶和480mL甲基三乙氧基硅烷,充分搅拌30min,搅拌速度为280r/min,当溶液呈现淡蓝色后,保持搅拌速度不变,缓慢加入40mL氨水,使溶液变成乳白色,氨水由体积比为1:25的纯氨水和水配制而成;最后密封,在50℃的烘箱中放置24h;其中,硅溶胶的pH值为2,质量浓度为30%;
(2)保水硅凝胶内养护混凝土的制备
将步骤(1)老化后的硅凝胶用小型球磨机进行粉碎,粒径为3μm,然后与水泥一起加入到胶砂搅拌机中搅拌均匀,然后倒入搅拌锅中,并加入石英砂和碎石,石英砂的粒径为0.15mm,细度模数为2.89,碎石的粒径为5mm;再将聚羧酸高性能减水剂撒入,搅拌1min,加入水,在搅拌速度为40r/min下,再搅拌3分钟,然后倒入试模中,使用振捣器振捣,排出气泡,养护至龄期,即制得保水硅凝胶内养护混凝土;其中,硅凝胶的用量为水泥质量的2%,水泥、碎石和石英砂的质量比为1:1.06:0.8,水灰比W/C=0.3,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为凝胶材料的0.7%,进一步的,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为水泥质量的0.7%。
本发明实施例1所说的凝胶材料不限于上述的水泥,还可加入粉煤灰、硅灰和矿粉中的一种或几种混合,聚羧酸高性能减水剂的掺入量按照所加凝胶材料的总质量计。
将本发明实施例1制备的干燥后的硅凝胶进行电镜扫描和接触角测试,电镜扫描结果如图1所示,结果显示:硅凝胶(SiO2多孔材料)的微观粒径较小,经球磨机粉碎后,每个颗粒粒径完全可以达到20μm以下,且在图1中可以看见颗粒骨架之间空隙较大,说明硅凝胶含水率较高。接触角测试结果如图2所示,结果显示:硅凝胶释水后表现出憎水性。
实施例2
(1)硅凝胶的制备
取容量为2000mL的烧杯,加入1000mL的蒸馏水或去离子水,然后加入10g十六烷基三甲基溴化铵,置于50℃水浴中充分搅拌至完全溶解;然后再加入160mL硅溶胶和480mL甲基三乙氧基硅烷,充分搅拌30min,搅拌速度为300r/min,当溶液呈现淡蓝色后,保持搅拌速度不变,缓慢加入40mL氨水,使溶液变成乳白色,氨水由体积比为1:24的纯氨水和水配制而成;最后密封,在50℃的烘箱中放置24h;其中,硅溶胶的pH值为3,质量浓度为35%;
(2)保水硅凝胶内养护混凝土的制备
将步骤(1)老化后的硅凝胶用小型球磨机进行粉碎,粒径为14μm,然后与水泥一起加入到胶砂搅拌机中搅拌均匀,然后倒入搅拌锅中,并加入石英砂和碎石,石英砂的粒径为1.92mm,细度模数为2.89,碎石的粒径为15mm;再将聚羧酸高性能减水剂撒入,搅拌1min,加入水,在搅拌速度为45r/min下,再搅拌4分钟,然后倒入试模中,使用振捣器振捣,排出气泡,养护至龄期,即制得保水硅凝胶内养护混凝土;其中,硅凝胶的用量为水泥质量的3%,水泥、碎石和石英砂的质量比为1:1.06:0.8,水灰比W/C=0.3,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为凝胶材料的0.6%,进一步的,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为水泥质量的0.6%。
本发明实施例2所说的凝胶材料不限于上述的水泥,还可加入粉煤灰、硅灰和矿粉中的一种或几种混合,聚羧酸高性能减水剂的掺入量按照所加凝胶材料的总质量计。
实施例3
(1)硅凝胶的制备
取容量为2000mL的烧杯,加入1000mL的蒸馏水或去离子水,然后加入10g十六烷基三甲基溴化铵,置于50℃水浴中充分搅拌至完全溶解;然后再加入160mL硅溶胶和480mL甲基三乙氧基硅烷,充分搅拌30min,搅拌速度为320r/min,当溶液呈现淡蓝色后,保持搅拌速度不变,缓慢加入40mL氨水,使溶液变成乳白色,氨水由体积比为1:26的纯氨水和水配制而成;最后密封,在50℃的烘箱中放置24h;其中,硅溶胶的pH值为4,质量浓度为40%;
(2)保水硅凝胶内养护混凝土的制备
将步骤(1)老化后的硅凝胶用小型球磨机进行粉碎,粒径为20μm,然后与水泥一起加入到胶砂搅拌机中搅拌均匀,然后倒入搅拌锅中,并加入石英砂和碎石,石英砂的粒径为2.36mm,细度模数为2.89,碎石的粒径为25mm;再将聚羧酸高性能减水剂撒入,搅拌1min,加入水,在搅拌速度为50r/min下,再搅拌5分钟,然后倒入试模中,使用振捣器振捣,排出气泡,养护至龄期,即制得保水硅凝胶内养护混凝土;其中,硅凝胶的用量为水泥质量的4%,水泥、碎石和石英砂的质量比为1:1.06:0.8,水灰比W/C=0.3,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为凝胶材料的0.5%,进一步的,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为水泥质量的0.5%。
本发明实施例3所说的凝胶材料不限于上述的水泥,还可加入粉煤灰、硅灰和矿粉中的一种或几种混合,聚羧酸高性能减水剂的掺入量按照所加凝胶材料的总质量计。
对比例1
将水泥与石英砂、碎石充分搅拌,再将聚羧酸高性能减水剂撒入,搅拌1min,加入水,再搅拌3-5分钟后,倒入试模中,使用振捣器振捣,排出气泡,养护至龄期,即制得普通混凝土,水泥、碎石和石英砂的质量比为1:1.06:0.8,水灰比W/C=0.3,聚羧酸高性能减水剂的掺入量为水泥质量的0.6%。
试验例1性能测试
实施例1-3制备保水硅凝胶内养护混凝土过程中和对比例1制备普通混凝土的过程中的养护分为室温养护和标准养护,将实施例1-3和对比例1制备的混凝土分为两份,分别进行室温养护和标准养护;
混凝土室温养护为:混凝土试块在室温环境下养护,室温养护条件温度为(20±2)℃,每天间隔7~8小时定时浇水养护,保持试块表面湿润,养护龄期为28天。
混凝土标准养护为:混凝土试块在标准养护室里养护,标准养护室的室温维持20±2℃,湿度为不小于95%,在这种环境下养护28天。
然后进行抗压性能、抗折性能和抗冻性实验。强度检测方法按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)分别对养护3天、7天、28天的混凝土试块进行测试;抗冻性根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)和《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定,测试结果详见下表1~表3。
结果显示:保水硅凝胶内养护混凝土相对于配比相同的普通混凝土,其强度提高10%~20%;体积收缩率比普通混凝土减小1倍,抗裂性能是相同水灰比混凝土的1.5~2倍,并且经过100次冻融之后强度损失降低了8%,质量损失降低了30%,说明保水硅凝胶内养护混凝土具有很好的抗渗、抗冻融性能,并有效的提高了抗裂性能、抗折和抗压强度。
表1各实施例的内养护混凝土材料性能
Figure BDA0001754700120000071
表2各实施例的内养护混凝土材料性能
Figure BDA0001754700120000072
表3经100次冻融循环后混凝土的抗冻性指标
Figure BDA0001754700120000081
对实施例2制备的标准养护后的保水硅凝胶内养护混凝土进行3000倍和4000倍的电镜扫描,3000倍的扫描结果如图3所示,结果显示:从图3中可以清晰看见硅凝胶分布在混凝土内部,且无裂缝,证明分布在混凝土中的硅凝胶起到了内养护作用,防止了混凝土的收缩开裂。4000倍的扫描结果如图4所示,结果显示:从图4中可以清晰看见混凝土水化产物,证明硅凝胶释放的水促进了混凝土的继续水化,使水化更完全,更彻底。
对对比例1制备的标准养护后的普通混凝土进行400倍和5000倍的电镜扫描,400倍的扫描结果如图5所示,结果显示:从图4中可以清晰看见混凝土水化过程产生的裂缝。5000倍的扫描结果如图6所示,结果显示:从图6中可以看出混凝土水化产物较少,水化效果不理想。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种保水硅凝胶内养护混凝土,其特征在于:按重量份数计,由下列组分组成:水泥800~1000份,石英砂800~1100份,碎石1800~2200份,水200~300份,聚羧酸高性能减水剂3~4份和硅凝胶8~40份;所述硅凝胶按重量份数计,由以下组分组成:硅溶胶80~300份,甲基三乙氧基硅烷240~860份,氨水20~80份和十六烷基三甲基溴化铵5~20份;所述硅溶胶的pH值为2~4,质量浓度为30%~40%。
2.一种如权利要求1所述的保水硅凝胶内养护混凝土的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:首先准确称量权利要求1所述的原料配比,将硅凝胶进行粉碎,然后掺入水泥、石英砂、碎石、水以及减水剂,进行搅拌,养护至龄期,即得到保水硅凝胶内养护混凝土;
所述硅凝胶粉碎的粒径为3~20μm,所述石英砂的粒径为0.15mm~2.36mm,细度模数为2.89,所述碎石的粒径为5~25mm;
所述搅拌速度为40~50r/min,搅拌时间为3~5min;
所述硅凝胶的制备过程为:
(1)、将蒸馏水加入到烧杯中,然后加入十六烷基三甲基溴化铵,置于50℃水浴中搅拌至溶解;
(2)、向步骤(1)制得的溶液中加入硅溶胶和甲基三乙氧基硅烷,280~320r/min搅拌30min,然后加入体积比为1:20~30的纯氨水和水配制而成的氨水,搅拌至变成乳白色液体后,密封,在50℃烘箱中放置24h进行老化。
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