CN109095850A - 一种高早期强度的混凝土拌合物及其冬期施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高早期强度的混凝土拌合物及其冬期施工方法，属于建筑材料领域，由以重量份数计的水泥193‑256份、砂335‑456份、碎石784‑885份、粉煤灰48‑79份、矿粉69‑105份、减水剂5‑10份、复合早强剂0.05‑0.5份、消泡剂0.3‑0.6份、复配膨胀剂7‑10份、水124‑198份混合搅拌均匀而成。该高早期强度的混凝土拌合物具有缩短混凝土的初凝、终凝时间、提高混凝土的早期强度，加快模板的使用效率的优点。

Description

一种高早期强度的混凝土拌合物及其冬期施工方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体的说，它涉及一种高早期强度的混凝土拌合物及其冬期施工方法。
背景技术
混凝土，简称为砼，是由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称，其用水泥作为胶凝材料，砂、石作为集料，可与水、外加剂等按一定比例配合，经搅拌而得，广泛应用于土木工程。
近年来，随着我国经济持续快速发展，我国的基础设施建设力度以及规模也不断加大，混凝土构件的应用也越来越多。在混凝土构件生产中为尽早张拉钢筋、加快模板周转和台座利用率，以及加快工程建设进度及尽早完工，实现最大的经济效益。
在低温环境下进行施工时，一方面，当外界环境温度较低时，会延缓水泥的水化，特别是早期温度较低时，由于早期强度发展缓慢，在后期养护过程中需要加热养护以保证混凝土初期水化以及凝结的温度，防止浇筑成型的混凝土在养护阶段受冻开裂，影响质量。目前的养护方法有几种：一是火炉法，它使混凝土的受热不均，容易产生开裂，而且安全性较差，容易引发火灾，产生的二氧化碳也会加剧其表面碳化；二是采用棉被或草帘，其效率低，养护拆模周期长，导致费用较高；三是采用电加热时，安全性也较低，另外它不适用于抢工期时大面积使用；四是蒸汽加热，不仅成本高、热损失大、而且极易冷凝冻结。
另一方面，需要混凝土本身具有较高的早期强度，促进混凝土的水化，缩短混凝土的初凝时间。目前我国常用的用于提高混凝土早期强度的方法主要利用各种盐类的外加剂，包括氯盐类、硫酸盐类和有机胺类等。氯盐类外加剂，如氯化钠、氯化钙，可提高水泥的早期强度，但是存在的氯离子，会使钢筋腐蚀，并导致混凝土开裂；硫酸盐类外加剂，如硫酸钠，可提高水泥的早期强度，但是掺入量过多会导致混凝土产生后期膨胀并开裂；有机胺类外加剂，如三乙醇胺必须与其它外加剂(氯化钠、氯化钙和硫酸盐)混合使用，否则早强效果不明显，并且以上不管哪一类物质都会使混凝土的后期强度不足，降低了耐久性并且增加混凝土生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高早期强度的混凝土拌合物，该高早期强度的混凝土拌合物具有缩短混凝土的初凝、终凝时间、提高混凝土的早期强度，加快模板的使用效率的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高早期强度的混凝土拌合物，由以重量份数计的水泥193-256份、砂335-456份、碎石784-885份、粉煤灰48-79份、矿粉69-105份、减水剂5-10份、复合早强剂0.05-0.5份、消泡剂0.3-0.6份、复配膨胀剂7-10份、水124-198份混合搅拌均匀而成。
本发明较优选地，所述复合早强剂由包含以重量份数计的(L+)-酒石酸1-3份、硫酸钠5-10份、式I化合物0.1-0.3份、纳米碳酸钙5-10份、微米级贝壳粉1-5份和去离子水10-20份的混合料进行超声分散而得；其中，所述式I化合物如下所示：
通过采用上述制备方法，可实现复合早强剂的制备，同时，使用本发明制备的复合早强剂，含有的水溶性硫酸盐可以加快水泥的早期水化，有利混凝土早期强度的提高，而且可以降低生产成本。
本发明较优选地，所述膨胀剂包括重量比为6-8：0.7-1.2:0.3-0.8的铝酸钙膨胀剂、月桂醇聚氧乙烯醚、茶皂素。
通过选用本发明的膨胀剂，该膨胀剂膨胀率高，碱含量低，强度高，稳定性好，持久性高。其掺入到混凝土中，提高混凝土早期膨胀率，填充混凝土内部间隙，且后期扔保持微弱的膨胀性，能够补偿混凝土的冷缩，不断填充混凝土内部间隙，结构致密，从而提高混凝土的耐久性。
本发明较优选地，所述砂包括重量比为5:3的20-40目的砂和40-70目的砂，所述的砂为石英砂。
通过选用不同粒径的砂配合作为混凝土制备时的混合料，不同粒径的砂，使得混凝土之间的间隙都能够被填充，制得的混凝土结构密实，强度较高。
本发明较优选地，所述微米级贝壳粉的粒径为1-3μm。
本发明较优选地，所述矿粉为S95级高炉矿渣粉。
通过采用高炉矿渣粉，改善混凝土硬化后的孔结构和强度，又由于矿粉细度较高，会吸附在水泥颗粒表面，使得本来可能形成的水泥絮凝结构无法形成，起到类似减水剂的作用，在用水量相同的情况下能显著提高混凝土拌合物的流动速度，改善其流动性能，且对改善混凝土的早期孔结构有一定的作用，有利于提高混凝土的耐久性。
本发明较优选地，所述水泥选自P.O42.5硫铝酸盐水泥，其表面积在310-350m2/Kg。
本发明较优选地，所述粉煤灰为全球状，其粒径连续分布且粒径≤3μm，需水量比不大于95％。
通过加入粒径较小的粉煤灰，配合加入的砂作为集料，可以保证混凝土固化后具有较好的密集性，提高混凝土的强度以满足使用需求。
本发明较优选地，所述水为饮用水，其中pH值为5-8，氯化物以Cl-计<1800mg/L，硫酸盐以SO4 2-计<2100mg/L。
针对现有技术存在的不足，本发明的目的二在于提供一种高早期强度的混凝土拌合物的冬期施工方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高早期强度的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将水泥、砂、碎石、粉煤灰、减水剂、复合早强剂、缓凝剂、消泡剂、复配膨胀剂和水投入搅拌机中搅拌10～20秒，得到混凝土拌合物；
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护。
较优选地，步骤(4)混凝土拌合物的出机温度控制在23～25℃之内。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、使用本发明制备的复合早强剂，含有的水溶性硫酸盐可以加快水泥的早期水化，有利混凝土早期强度的提高，而且可以降低生产成本；同时，本发明制备的复合早强剂含有有机烷氧基胺，有机烷氧基胺与水溶性硫酸盐配合，可以提高硫酸盐的溶解度和溶液的稳定型，进一步提高混凝土的早期强度。混凝土的早期强度提高，早期强度显著，能够提高混凝土后期强度和耐久性以及抗冻害性。
第二、本发明提供了一种缓凝剂，在无机缓凝剂和有机缓凝剂的基础上，配合浮石粉、糖钙，既能改善混凝土的缓凝效果，由能提高强度；浮石粉具有独特的孔道结构，可以吸附大量的水分子形成较厚的水膜层，将缓凝剂吸附并储存在其孔道或间隙内，并在外界环境发生变化时，将缓凝剂脱附并释放出来，从而起到可控型缓凝效果。
第三、本发明冬期施工方法，采用电伴热加热养护，使得混凝土在受热均匀，且温度容易控制，防止混凝土在固化阶段因受热不均匀而产生裂缝，安全性较高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
以下实施例中，所选用的材料均来自市售，其中，聚羧酸减水剂采用北京产生的AN4000聚羧酸系高性能减水剂，密度1.049g/cm3，pH值5.8，减水率32％，含气量4.0％，含固量22.16％，坍塌度1h经时变化10mm；P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其表面积为326m2/Kg；粉煤灰为北京产Ⅱ级粉煤灰，细度7.9％，需水量93％，烧失量3.25％；S95级高炉矿渣粉，比表面积425cm2/g，流动度101％，比活性指数7d为85％，28d为105％；碎石含泥量为0.5％，泥块含量0.2％，针、片状颗粒含量为3％，压碎指标为7％；水洗烘干河砂的含泥量为2％，泥块含量为0.2％，细度模数为2.5；消泡剂选用有机硅消泡剂；分散剂为醋酸乙烯-乙烯共聚物；水为饮用水，其中pH值为5-8，氯化物以Cl-计<1800mg/L，硫酸盐以SO4 2-计<2100mg/L。
式I化合物的制备：
取8.4g干燥的噻吩加入到氩气保护的三口烧瓶中，向烧瓶中加入60ml的新蒸的四氢呋喃，将烧瓶置于冰水浴中，向其中缓慢加入76.4ml的丁基锂的己烷溶液，丁基锂加完之后，经冰水浴移开，采用油浴升温至回流，反应2h之后停止加热。待反应物降温之后，将51.3g的邻氨基苯甲酰一次性加入瓶内。持续搅拌1h后停止反应，经反应物倾入250ml冷水中，用乙醚萃取3次，用水洗3-5次后旋转蒸法除去溶剂，烘干得到式I化合物。
复合早强剂的制备例1：将1Kg的(L+)-酒石酸、5Kg的硫酸钠、0.1Kg的式I化合物、5Kg的纳米碳酸钙、1Kg的微米级贝壳粉混合均匀，然后加入10Kg去离子水，超声分散并同时搅拌15分钟制得。
复合早强剂的制备例2：将2Kg的(L+)-酒石酸、8Kg的硫酸钠、0.2Kg的式I化合物、7Kg的纳米碳酸钙、3Kg的微米级贝壳粉混合均匀，然后加入15Kg去离子水，超声分散并同时搅拌18分钟制得。
复合早强剂的制备例3：将3Kg的(L+)-酒石酸、10Kg的硫酸钠、10Kg的式I化合物、10Kg的纳米碳酸钙、5Kg的微米级贝壳粉混合均匀，然后加入20Kg去离子水，超声分散并同时搅拌20分钟制得。
膨胀剂的制备例1：将6Kg的铝酸钙膨胀剂、0.7Kg的月桂醇聚氧乙烯醚、0.3Kg的茶皂素混合均匀制备而得。
膨胀剂的制备例2：将7Kg的铝酸钙膨胀剂、1.0Kg的月桂醇聚氧乙烯醚、0.5Kg的茶皂素混合均匀制备而得。
膨胀剂的制备例3：将8Kg的铝酸钙膨胀剂、1.2Kg的月桂醇聚氧乙烯醚、0.8Kg的茶皂素混合均匀制备而得。
实施例1
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥193Kg、20-40目的石英砂209Kg、40-70目的石英砂126Kg、碎石784Kg、粉煤灰48Kg、S95级高炉矿渣粉69Kg、聚羧酸减水剂5Kg、复合早强剂制备例1提供的复合早强剂0.05Kg、有机硅消泡剂0.3Kg、复配膨胀剂制备例1提供的复配膨胀剂7Kg以及124Kg的水投入搅拌机中搅拌10秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护，养护龄期为28天。
实施例2
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥256Kg、20-40目的石英砂285Kg、40-70目的石英砂171Kg、碎石885Kg、粉煤灰79Kg、S95级高炉矿渣粉105Kg、聚羧酸减水剂10Kg、复合早强剂制备例3提供的复合早强剂0.5Kg、有机硅消泡剂0.6Kg、复配膨胀剂制备例3提供的复配膨胀剂10Kg以及198Kg的水投入搅拌机中搅拌20秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护，养护龄期为28天。
实施例3
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥228Kg、20-40目的石英砂250Kg、40-70目的石英砂150Kg、碎石847Kg、粉煤灰69Kg、S95级高炉矿渣粉87Kg、聚羧酸减水剂8Kg、复合早强剂制备例2提供的复合早强剂0.2Kg、有机硅消泡剂0.45Kg、复配膨胀剂制备例2提供的复配膨胀剂8.5Kg以及166Kg的水投入搅拌机中搅拌15秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护，养护龄期为28天。
对比例1
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥256Kg、20-40目的石英砂285Kg、40-70目的石英砂171Kg、碎石885Kg、粉煤灰79Kg、S95级高炉矿渣粉105Kg、聚羧酸减水剂10Kg、复合早强剂制备例3提供的复合早强剂0.5Kg、有机硅消泡剂0.6Kg、复配膨胀剂制备例3提供的复配膨胀剂10Kg以及198Kg的水投入搅拌机中搅拌20秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上覆盖棉被，生炉火加热养护，养护龄期为28天。
对比例2
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥253Kg、砂子798Kg、石子1015Kg、矿渣粉80Kg、粉煤灰80Kg、偶氮二甲酰胺塑性膨胀剂4.78Kg、缓凝剂4.36Kg、聚羧酸型减水剂7.38Kg、水153Kg投入搅拌机中搅拌15秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护，养护龄期为28天。
对比例3：
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将P.O42.5级普通硅酸盐水泥380Kg、S95级矿粉4Kg，粒径为20-30mm的橡胶颗粒280Kg、细度模数2.6-3.0的中砂细骨料650Kg、粗骨料820Kg、粉煤灰20Kg、聚苯乙烯泡沫颗粒15Kg、水145Kg、磷渣粉20Kg和醚型聚羧酸减水剂9Kg和350Kg的水投入搅拌机中搅拌20秒，得到混凝土拌合物。
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物(出机温度控制在23-25℃之内)进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护，养护龄期为28天。
按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)对实施例1～3以及对比例1～3提供的高早期强度混凝土的力学性能、膨胀性能等性能指标进行测试，检测结果如表1所示。
表1实施例1-3与对比例1-3混凝土拌合物的性能
将实施例1～3和对比例1～3制得的混凝土采用现有技术进行缓凝效果测试，结果如表2所示。
表2实施例1-3与对比例1-3混凝土拌合物凝结时间与坍塌度
测试项目 初凝时间(h) 终凝时间(h) 60min坍塌度(mm) 90min坍塌度(mm)
实施例1 16 18 210 200
实施例2 18 20 215 210
实施例3 20 27 210 220
对比例1 27 31 210 215
对比例2 25 30 220 200
对比例3 24 27 210 200
采用本发明的冬期施工方法，浇筑顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，以保证模板加固螺栓受力均匀；待全部浇筑完成后，需要进行不少于3次压面。振捣棒要快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序前进，不得漏振，振捣棒移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍，间距约40cm。振捣上层时要插入下层5-10cm以使两层混凝土结合牢固，电伴热被覆盖在混凝土结构的表面，可减少混凝凝土水分和热量损失，减少塑性裂缝的产生，铺设、拆除方便，可循环使用，提供的热量稳定且均匀，保证整个混凝土结构覆盖面的保温。
由表1和表2可以看出，实施例1-3的各项性能均优于对比例1-3，本发明提供的复配早强剂使得制得的高早期强度混凝土的初凝、终凝时间缩短，提高了混凝土的早期强度。

Claims (10)

1.一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，由以重量份数计的水泥193-256份、砂335-456份、碎石784-885份、粉煤灰48-79份、矿粉69-105份、减水剂5-10份、复合早强剂0.05-0.5份、消泡剂0.3-0.6份、复配膨胀剂7-10份、水124-198份混合搅拌均匀而成。
2.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述复合早强剂由包含以重量份数计的(L+)-酒石酸1-3份、硫酸钠5-10份、式I化合物0.1-0.3份、纳米碳酸钙5-10份、微米级贝壳粉1-5份和去离子水10-20份的混合料进行超声分散而得；其中，所述式I化合物如下所示：
。
3.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述膨胀剂包括重量比为6-8：0.7-1.2:0.3-0.8的铝酸钙膨胀剂、月桂醇聚氧乙烯醚、茶皂素。
4.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述砂包括重量比为5:3的20-40目的砂和40-70目的砂，所述砂为石英砂。
5.根据权利要求2所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述微米级贝壳粉的粒径为1-3μm。
6.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述矿粉为S95级高炉矿渣粉。
7.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其表面积在310-350m2/Kg。
8.根据权利要求1所述的一种高早期强度的混凝土拌合物，其特征在于，所述粉煤灰为全球状，其粒径连续分布且粒径≤3µm，需水量比不大于95%。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的一种高早期强度的混凝土拌合物的冬期施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)施工前准备：对基层进行检查验收，对基层表面凿毛处理，在基层上立混凝土的模板，对模板作清洁处理；
(2)称取原料：称取混凝土拌合物中的各组分；
(3)原料搅拌：将水泥、砂、碎石、粉煤灰、减水剂、复合早强剂、缓凝剂、消泡剂、复配膨胀剂和水投入搅拌机中搅拌10～20秒，得到混凝土拌合物；
(4)浇筑、振捣：利用从搅拌机出料后的混凝土拌合物进行浇筑，顺序按照“8”字形连续浇筑，浇筑高度控制在每小时浇筑高度不大于500mm，浇筑完成后，使用振捣棒进行振捣，振捣完毕后墙体顶部需要进行至少3次压面，压面完毕后形成面层；
(5)养护：在面层上铺设电伴热被，通过电伴热对混凝土进行加热养护。
10.根据权利要求9所述的一种高早期强度的混凝土拌合物的冬期施工方法，其特征在于，步骤(4)混凝土拌合物的出机温度控制在23-25℃之内。
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