CN109020362A - 超缓凝混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超缓凝混凝土，涉及建筑材料技术领域，其技术方案要点是包括下述以重量份表示的组分：水150‑190份、水泥320‑360份、砂子635‑675份、石子920‑1140份、外掺料A65‑95份、外掺料B92‑120份、石膏37‑59份、外加剂5.5‑8.3份；所述外加剂包括下述以重量份表示的组分：缓凝剂12‑16份，聚羧酸减水剂38‑52份；所述外掺料A包括粉煤灰，外掺料B包括矿粉；所述缓凝剂由质量比为1‑3:2.4‑3.5:2.3‑3.2的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成。本发明解决了混凝土凝结时间较短，后期强度较低，难以满足需延长混凝土的凝结时间，又要保证凝结后期的强度的需求。利用缓凝剂和聚羧酸减水剂配合使用，能够延长混凝土凝结时间，且使混凝土较强的后期强度。

Description

超缓凝混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体的说，它涉及一种超缓凝混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和各种大型工程的需要，混凝土的应用范围不断扩大，对混凝土的性能要求也越来越高。

现有技术中，可参考授权公告号为CN1041711C的中国发明专利文件，其公开了一种超干拌混凝土及其制备方法，含有混凝土高效减水外加剂，该外加剂含有一种或多种选自木质素磺酸盐、氧化羧酸盐和聚羧酸盐的水泥分散剂(A)，当选用木质素磺酸盐或氧化羧酸盐，其含量为水泥或水泥和粉煤灰固相总重量的0.15-0.80％，当选用聚羧酸盐时，其含量为0.02-0.20％(重量)，此外，它还含有一种或多种选自聚氧化烯烃烷芳醚和聚氧化烯烃烷基醚的非离子表面活性剂(B)，其用量为水泥或水泥和粉煤灰固相总重量的0.01-0.05％，所说表面活性剂(B)的亲水-亲油平衡值(HLB值)为8-17。

现有的这种超干拌混凝土及其制备方法，虽固化效果好，但是加入了木质素磺酸盐，由于具有引入空气的性质，对混凝土抗压强度提高幅度小，早期强度偏低，且缓凝时间较短，难以满足需延长混凝土的凝结时间，又要保证凝结后期的强度的需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超缓凝混凝土，其通过使用聚羧酸减水剂和缓凝剂，在保证有足够后期强度的前提下，延长混凝土的凝结时间，同时使混凝土灌注前后没有离析、泌水现象。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超缓凝混凝土，包括下述以重量份表示的组分：水150-190份、水泥320-360份、砂子635-675份、石子920-1140份、外掺料A65-95份、外掺料B92-120份、石膏37-59份、外加剂5.5-8.3份；所述外加剂包括下述以重量份表示的组分：缓凝剂12-16份，聚羧酸减水剂38-52份。所述外掺料A包括粉煤灰，外掺料B包括矿粉；所述缓凝剂由质量比为1-3:2.4-3.5:2.3-3.2的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成。

通过采用上述技术方案，石膏与水泥中的水化铝钙作用生成钙矾石，钙矾石难溶于水，沉淀在水泥颗粒表面，阻碍铝酸三钙的进一步水化，从而延迟水泥的凝结；聚羧酸减水剂具有超高的减水率和保水性能，使新拌混凝土具有良好的粘聚性、包裹性，不易离析、泌水，使混凝土流动性优良，同时具有良好的均质性和工作性，并且聚羧酸减水剂的保坍性好，新拌混凝土状态保持性能优良，使混凝土具有高强度，早期强度较高，混凝土硬化后，外观气泡少，颜色均一性良好，混凝土结构更加致密，耐久性更加优良；硫代硫酸钠能够增加混凝土的强度，三聚磷酸钠会电离出磷酸根离子，与水泥水化产物Ca²⁺离子形成络盐，降低溶液中Ca²⁺的浓度，阻碍了Ca(OH)₂的结晶析出，同时在水泥颗粒表面生成致密难溶的磷酸酸盐薄层，抑制了水分子的掺入，阻碍了水泥正常水化作用的进行，从而使水泥的水化过程延缓起到缓凝作用，丙三醇中的羟基吸附在水泥或水化产物的表面形成氢键，阻止水泥的进一步水化，因丙三醇中含有三个羟基，所以丙三醇的缓凝作用最强，将硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠复配使用，既能改善混凝土的保坍性能，又能减少因缓凝作用引起的混凝土构件拆模时间长；结合矿粉和粉煤灰两种掺合料复合的“双掺技术”，掺加矿物掺合料可提高混凝土的和易性性，降低水泥的使用量，降低水化热，延长混凝土凝结时间，由于矿粉比表面积大，活性大，水化速度快，而粉灰早期不参与水化反应，有利于延长混凝土凝结时间，为此在双掺技术前提下，采用大掺量使用粉煤灰；复合使用缓凝剂和聚羧酸减水剂，在保证混凝土有足够的后期强度的前提下大大延长凝结时间；这是由于聚羧酸高性能减水剂对水泥中的Ca²⁺、Al³⁺等具有很强的螯合作用，通过螯合，减少了水泥浆液相中的Ca²⁺、Al³⁺的离子浓度，从而延缓水泥的水化过程。

本发明进一步设置为：所述聚羧酸减水剂包括下述以重量份表示的组分：90-94g异戊烯醇聚氧乙烯醚、4.5-5.5g质量分数为5％的双氧水、8-10g丙烯酸、0.06-0.08g抗坏血酸、0.1-0.2g巯基乙酸、质量分数为15％的氢氧化钠。

通过采用上述技术方案，异戊烯醇聚氧乙烯醚中的聚氧乙烯基通过吸附、分散、湿润和润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间的摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性，同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化，在扩散水泥的过程中，放出凝聚体包围游离水，改善和易性，减少拌水量；聚羧酸减水剂能够吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒凝聚，延长混凝土的凝结时间。

本发明进一步设置为：所述聚羧酸减水剂的制备方法如下：将90-94g异戊烯醇聚氧乙烯醚和蒸馏水45.5-47.8g装入500mL四口瓶内匀速搅拌，水浴加热至60-64℃，在升温至50℃时，加入4.5-5.5g质量分数为5％的双氧水，升温至62℃时，同时滴加A组分和B组分，A组分在避光条件下2-3小时滴加完成，B组分在3.5-4小时滴加完成；滴加完成后在62℃下继续保温1-2小时后降温至室温，得到聚羧酸减水剂母液，用蒸馏水稀释至含有15％的固体含量，用质量分数为15％的氢氧化钠调整PH值为6-7，即制得减水剂；其中A组分为8-10g丙烯酸和4-6g蒸馏水的混合溶液，B组分为0.06-0.08g抗坏血酸、0.1-0.2g巯基乙酸和26-30g蒸馏水的混合溶液。

通过采用上述技术方案，异戊烯醇聚氧乙烯醚作为聚合单体，是一种带有聚氧乙烯长链功能基团的大分子化合物，在以水为溶剂，巯基乙酸作为分子量调节剂的条件下，通过与含有双键的活性单体丙烯酸进行自由基共聚，合成具有梳型结构的高分子表面活性剂，聚羧酸减水剂的主链牢牢的吸附在水泥颗粒表面，能够有效的阻碍水化反应，提高保塑性，支链包围在水泥颗粒的四周，起到空间位阻与静电排斥的双重作用，具有更好的分散能力和减水效果最终使混凝土的综合性能得到提升。

本发明进一步设置为：还包括消泡剂24-56份，所述消泡剂由重量分数比为1:1.8-2.8的聚有机硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷组成。

通过采用上述技术方案，在振捣或泵送过程中，容易产生气泡，气泡会减少混凝土的横面体积，导致混凝土内部不密实，影响混凝土的强度，减少钢筋保护层的有效厚度，加速了混凝土表面的碳化过程，影响混凝土的外观，聚有机硅氧烷和聚醚改性硅氧烷均具有优异的消泡抑泡功能，有助于取出混凝土中形成的气泡，并进一步抑制气泡的增加，减少各骨料之间的间隙，提高混凝土的强度，使混凝土外观更加致密光亮。

本发明进一步设置为：还包括重量份为17-24份的流动助剂，所述流动助剂包括褐煤蜡颗粒、白油中的至少一种。

通过采用上述技术方案，使用褐煤蜡颗粒时，褐煤蜡颗粒在与各组分形成充分混合后，水与水泥反应，放出热量，会使褐煤蜡颗粒变软甚至融化，进一步提高混凝土的流动性，并减少粗细骨料之间的间隙，使用白油时，在混合的过程中，全程可降低各组分的混合难度，并且消泡剂和流动助剂相互配合使用，有助于提高混合效果，形成更好的相互复配效果，促进气泡排出。

本发明进一步设置为：所述砂子为颗粒级配区为二区的中砂，细度模数为2.3-2.6，含泥量为2-2.6％，泥块含量为0.45-0.65％。

通过采用上述技术方案，在该细度模数范围内的中砂，有助于加各骨料之间的填充效果，减少组分之间的孔隙，从而提高组分之间的连接紧密性，防止混凝土离析，增大成型后混凝土的抗压强度。

本发明进一步设置为：所述石子粒径为5-25mm，所述水泥为PII52.5水泥。

通过采用上述技术方案，在该粒径范围内的石子，能够与砂子、粉煤灰和矿粉等骨料相互配合，增加骨料之间的填充效果，减少组分之间的孔隙，提高提高组分之间的连接紧密性，增大成型后混凝土的抗压强度；PII52.5水泥的早期强度高，水化热低，硬化后的混凝土不易产生裂缝，保持混凝土的外观良好。

本发明进一步设置为：所述粉煤灰为低钙II级，细度为8-13％，需水量比为95-98％，烧失量为2-4.5％。

通过采用上述技术方案，采用性能适当的水泥、粉煤灰和矿粉作为胶材，保证水泥标准稠度用水量、粉煤灰需水量比和矿粉流动度比，避免由于胶材的需水量降低而外加减水率剂相对提高后，掺量降低导致实际缓凝组分减少，造成对混凝土凝结时间的影响。

本发明进一步设置为：所述矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400m²/kg，28天活性指数为95％，流动度比为100％。

通过采用上述技术方案，矿粉矿物掺和料具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等诸多综合效应，矿粉等矿物掺和料不仅可以改善流变性能，降低水化热，降低坍落度损失，减少离析和泌水，还可以改善混凝土结构的孔结构和力学性能，提高后期强度和耐久性。

针对现有技术存在的不足，本发明的另一个目的在于提供一种超缓凝混凝土的制备方法，其通过使用聚羧酸减水剂和缓凝剂，在保证有足够后期强度的前提下，延长混凝土的凝结时间，同时使混凝土灌注前后没有离析、泌水现象。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超缓凝混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将相应重量份的水泥、砂子、石子、粉煤灰和矿粉充分混合，形成第一混合物；S2：将相应重量份的聚羧酸减水剂和缓凝剂加入水中，充分混合，形成第二混合物；S3：向步骤S2中获得的第二混合物中加入消泡剂和自动流动剂，形成第三混合物；S4：将步骤S3中获得的第三混合物加入至步骤S1中获得的第一混合物中，充分混合，获得超缓凝混凝土。

通过采用上述技术方案，将水泥、砂子、石子、粉煤灰和矿粉这些颗粒状组分先混合，颗粒状的组分较易分散，能够使第一混合物达到充分混合的效果，在S2中聚羧酸减水剂和缓凝剂与水混合，因为水分含量较大，不易出现难以搅拌的现象，在步骤S3中，将消泡剂、自动流动剂加入第二混合物中，使第三混合物混合均匀，在步骤S4中，通过液相的第三混合物和固态的第一混合物充分混合，使消泡剂和聚羧酸减水剂以及缓凝剂相互配合作用，进而提高混凝土的后期强度，延长混凝土的凝结时间，消泡剂和自动流动剂相互复配使用，有助于降低含气量，提高混凝土强度。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明结合矿粉和粉煤灰两种掺合料复合的“双掺技术”，复合使用缓凝剂和聚羧酸减水剂，在保证混凝土有足够的后期强度的前提下大大延长凝结时间；。

(2)本发明通过用级配良好的骨料，骨料的堆积孔隙尽量小，适当提高混凝土砂率，进一步的保证了混凝土灌注前后的坍落度，从而防止混凝土出现离析、泌水现象；

(3)本发明通过添加消泡剂，有助于取出混凝土中形成的气泡，并进一步抑制气泡的增加，减少各骨料之间的间隙，提高混凝土的强度，使混凝土外观更加致密光亮；

(4)本发明通过加入自动流动剂，进一步提高混凝土的流动性，并减少粗细骨料之间的间隙降低各组分的混合难度，并且消泡剂和流动助剂相互配合使用，有助于提高混合效果，形成更好的相互复配效果，促进气泡排出，提高混凝土的强度；

(5)本发明通过加入石膏，并精确控制石膏的用量，使石膏能够控制水泥的水化速度，调节凝结时间，并提高混凝土的后期强度，改善水泥的耐久性。

具体实施方式

实施例1：一种超缓凝混凝土，其特征在于：包括下述以重量份表示的组分：水150份、水泥320份、砂子635份、石子920份、外掺料A65份、外掺料B92份、外加剂5.5份、消泡剂24份、石膏37份、褐煤蜡颗粒17份；

其中外加剂包括下述以重量份表示的组分：缓凝剂12份，聚羧酸减水剂38份；外掺料A包括粉煤灰，外掺料B包括矿粉；

缓凝剂由质量比为1:2.4:2.3的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成；

聚羧酸减水剂包括下述以重量份表示的组分：92g异戊烯醇聚氧乙烯醚、5.5g质量分数为5％的双氧水、9g丙烯酸、0.07g抗坏血酸、0.15g巯基乙酸、质量分数为15％的氢氧化钠；聚羧酸减水剂的制备方法如下：将92g异戊烯醇聚氧乙烯醚和蒸馏水55.5g装入500mL四口瓶内匀速搅拌，水浴加热至60℃，在升温至50℃时，加入5.5g质量分数为5％的双氧水，升温至62℃时，同时滴加A组分和B组分，A组分在避光条件下2小时滴加完成，B组分在3.5小时滴加完成；滴加完成后在62℃下继续保温1小时后降温至室温，得到聚羧酸减水剂母液，用蒸馏水稀释至含有15％的固体含量，用质量分数为15％的氢氧化钠调整PH值为6，即制得减水剂；其中A组分为9g丙烯酸和5g蒸馏水的混合溶液，B组分为0.07g抗坏血酸、0.15g巯基乙酸和28g蒸馏水的混合溶液；

消泡剂由重量分数比为1:1.8的聚有机硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷组成。

砂子为颗粒级配区为二区的中砂，细度模数为2.3，含泥量为2％，泥块含量为0.45％；石子粒径为5mm，水泥为PII52.5水泥；粉煤灰为低钙II级，细度为8％，需水量比为95％，烧失量为2％；矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400m²/kg，28天活性指数为95％，流动度比为100％。

该超缓凝混凝土的制备方法包括以下步骤：S1：将320份水泥、635份砂子、920份石子、65份粉煤灰、37份石膏和92份矿粉充分混合，形成第一混合物；

S2：将38份聚羧酸减水剂和12份缓凝剂加入水中，充分混合，形成第二混合物；

S3：向步骤S2中获得的第二混合物中加入24份消泡剂和17份褐煤蜡颗粒，形成第三混合物；

S4：将步骤S3中获得的第三混合物加入至步骤S1中获得的第一混合物中，充分混合，获得超缓凝混凝土。

实施例2-8：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，包括的组分及相应的重量份数如表1所示。

表1实施例2-8包括的组分及其相应的重量份数

实施例10：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，缓凝剂的重量份数为14份、聚羧酸减水剂的重量份数为45份。

实施例11：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，缓凝剂的重量份数为16份、聚羧酸减水剂的重量份数为52份。

实施例12：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，缓凝剂由质量比为2:3.3:2.7的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成。

实施例13：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，缓凝剂由质量比为3:3.5:3.2的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成。

实施例14：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，消泡剂中，聚有机硅氧烷聚有机硅氧烷和聚醚改性聚硅氧烷的重量份数为1:2。

实施例15：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，消泡剂中，聚有机硅氧烷聚有机硅氧烷和聚醚改性聚硅氧烷的重量份数为1:2.4。

实施例16：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，消泡剂中，聚有机硅氧烷聚有机硅氧烷和聚醚改性聚硅氧烷的重量份数为1:2.8。

实施例17：一种超缓凝混凝土，与实施例1的区别在于，自动流平剂为白油，且重量份数为24份。

对比例1-8：一种超缓凝混凝土，与实施例的区别在于，包括的组分及其相应的重量份数如表2所示。

表2对比例1-8包括的组分及其相应的重量份数

对比例9-16，一种超缓凝混凝土，与实施例的区别在于，包括的组分及其相应的重量份数如表3所示。

表3对比例9-16包括的组分及其相应的重量份数

混凝土的缓凝时间测定试验参照GB/T8076-2008《混凝土外加剂》进行，混凝土抗压强度测试按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行，检测各实施例和各对比例配制好的混凝土的性能，各实施例的检测结果如表4所示，各对比例的检测结果如表5所示。

表4实施例1-17中混凝土凝结时间的检测结果

表5对比例1-16中混凝土凝结时间的检测结果

通过比较表4和表5中的测试数据，可以看出，对比例1、对比例3、对比例4和对比例7中均没有使用缓凝剂，所以对比例1、对比例3、对比例4和对比例7中混凝土的初凝时间较短，终凝时间也较短，对比例2中只添加聚羧酸减水剂，对比例2中混凝土的缓凝时间比对比例5中添加了缓凝剂和聚羧酸减水剂的混凝土的缓凝时间短，所以聚羧酸减水剂和混凝土配合使用，能够延长混凝土的凝结时间；且各实施例中混凝土的后期强度较高，各对比例中混凝土的后期强度较低；的对比例1-3和对比例5中均没有添加消泡剂，所以对比例1-3和对比例5制得的混凝土在成型后表面有孔隙，对比例4和对比例6、对比例7中均添加了消泡剂，对比例8中虽添加了消泡剂，但用量较少，所以对比例4、对比例6、对比例7和对比例8中混凝土成型后表面均有孔隙；实施例1-9和对比例9-16中石膏的用量不同，实施例1-9中石膏的用量为各原料总重量的1.7-2.1％，在该范围内的石膏对混凝土具有明显的缓凝作用，在对比例9-12中石膏的重量与各原料的总重量比值小于1.7％，对比例13-16中石膏的重量与各原料的总重量的比值大于2.1％，所以对比例9-16中混凝土的初凝时间较短，终凝时间也较短。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超缓凝混凝土，其特征在于：包括下述以重量份表示的组分：水150-190份、水泥320-360份、砂子635-675份、石子920-1140份、外掺料A65-95份、外掺料B92-120份、石膏37-59份、外加剂5.5-8.3份；

所述外加剂包括下述以重量份表示的组分：缓凝剂12-16份，聚羧酸减水剂38-52份；

所述外掺料A包括粉煤灰，外掺料B包括矿粉；

所述缓凝剂由质量比为1-3:2.4-3.5:2.3-3.2的硫代硫酸钠、丙三醇和三聚磷酸钠组成。

2.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂包括下述以重量份表示的组分：90-94g异戊烯醇聚氧乙烯醚、4.5-5.5g质量分数为5%的双氧水、8-10g丙烯酸、0.06-0.08g抗坏血酸、0.1-0.2g巯基乙酸、质量分数为15%的氢氧化钠。

3.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂的制备方法如下：将90-94g异戊烯醇聚氧乙烯醚和蒸馏水45.5-47.8g装入500mL四口瓶内匀速搅拌，水浴加热至60-64℃，在升温至50℃时，加入4.5-5.5g质量分数为5%的双氧水，升温至62℃时，同时滴加A组分和B组分，A组分在避光条件下2-3小时滴加完成，B组分在3.5-4小时滴加完成；滴加完成后在62℃下继续保温1-2小时后降温至室温，得到聚羧酸减水剂母液，用蒸馏水稀释至含有15%的固体含量，用质量分数为15%的氢氧化钠调整PH值为6-7，即制得减水剂；

其中A组分为8-10g丙烯酸和4-6g蒸馏水的混合溶液，B组分为0.06-0.08g抗坏血酸、0.1-0.2g巯基乙酸和26-30g蒸馏水的混合溶液。

4.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：还包括消泡剂24-56份，所述消泡剂由重量分数比为1:1.8-2.8的聚有机硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷组成。

5.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：还包括重量份为17-24份的流动助剂，所述流动助剂包括褐煤蜡颗粒、白油中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：所述砂子为颗粒级配区为二区的中砂，细度模数为2.3-2.6，含泥量为2-2.6％，泥块含量为0.45-0.65％。

7.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：所述石子粒径为5-25mm，所述水泥为PII52.5水泥。

8.根据权利要求1所述的主题名称，其特征在于：所述粉煤灰为低钙II级，细度为8-13％，需水量比为95-98％，烧失量为2-4.5％。

9.根据权利要求1所述的超缓凝混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400m²/kg，28天活性指数为95％，流动度比为100％。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的超缓凝混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将相应重量份的水泥、砂子、石子、粉煤灰、石膏和矿粉充分混合，形成第一混合物；

S2：将相应重量份的聚羧酸减水剂和缓凝剂加入水中，充分混合，形成第二混合物；

S3：向步骤S2中获得的第二混合物中加入消泡剂和自动流动剂，形成第三混合物；

S4：将步骤S3中获得的第三混合物加入至步骤S1中获得的第一混合物中，充分混合，获得超缓凝混凝土。