CN109206093A - 一种高流动性混凝土拌合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高流动性混凝土拌合物及其制备方法，属于混凝土技术领域，该高流动性混凝土拌合物以重量份数计，包括水泥110‑280份、矿粉61‑99份、粉煤灰54‑70份、中砂690‑850份、碎石1030‑1060份、减水剂2.55‑4.18份、引气剂1‑3份、缓凝剂2‑5份、水170‑175份。该高流动性混凝土拌合物具有较高的流动性且不易开裂、耐久性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体的说，它涉及一种高流动性混凝土拌合物及其制备方法。
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。
高性能混凝土近十年来发展迅速，越来越受到国际工程界的重视，并越来越多地应用于重大工程的建设。在建筑领域中，高层、超高层建筑越来越多的采用钢筋混凝土结构，在高层、超高层建筑中，对建筑物自身承重、自身重量、耐久性以及填充时的流动性提出了更高的要求。
新拌混凝土的流动性是其和易性的重要方面，在粘聚性与保水性均优良的前提下，提高混凝土的流动性对确保施工质量非常重要。在钢筋密集部位混凝土浇筑、复杂断面振捣、快速泵送混凝土浇筑中，以及无需特别振捣工作的大面积面板、路面、机场跑道、屋顶等混凝土的浇筑过程中，要求混凝土具备大流动性、高强、耐久性好的工作性能。
但是，目前，对于改善混凝土的流变性，主要有两种方法。一种方法为加入增粘剂提高混合料抵抗分离的能力；另一种方法通过提高浆体比例来改善混合料的抗分离性。第二种方法对原材料的要求高，且由于浆体用量提高，容易造成混凝土收缩开裂，影响混凝土的结构耐久性。
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高流动性混凝土拌合物及其制备方法，该高流动性混凝土拌合物具有较高的流动性且不易开裂、耐久性好的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高流动性混凝土拌合物，以重量份数计，包括水泥110-280份、矿粉61-99份、粉煤灰54-70份、中砂690-850份、碎石1030-1060份、减水剂2.55-4.18份、引气剂1-3份、缓凝剂2-5份、水170-175份。
混凝土拌合物中掺加引气剂后，新拌混凝土中引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡，其在混凝土拌合物中起到滚珠效应，增强了拌合物的流动性，同时，气泡可包裹于胶凝浆体中，相当于增大混凝土拌合物胶凝浆体的体积，减少混凝土拌合物的泌水和离析，体高混凝土的和易性。
较优选地，所述减水剂包括重量比为3-5:1-3:1的聚羧酸乙酯、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物和复配偶联剂。
减水剂可吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒分散而释放颗粒间多余的水份，改善混凝土的和易性，降低用水量，从而提高混凝土拌合物的致密性和强度，增大其流动性。
采用本发明制备的减水剂，其中，聚羧酸乙酯主链带负电，通过静电引力吸附于表面带正电的水泥颗粒表面，且具有长侧链，侧链吸附矿粉以及粉煤灰，使得矿粉以及粉煤灰和水泥颗粒分散结合均匀，提高混凝土拌合料的稳定性和流动性；甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物由于分子间同时存在羧基、醚基和酯基，既可以亲水又有一定的疏水性，通过调节酸和酯的比例，可与调节其亲水性能，其主链分子的疏水性和侧链分子的亲水性以及侧基的存在，可防止水泥颗粒发生无规凝聚，从而有助于水泥颗粒的分散，通过聚羧酸乙酯、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物的协同作用使得水泥颗粒的分散更加均匀，可进一步降低有水量，提高混凝土拌合物的和易性和流动性。
较优选地，所述复配偶联剂由包含以重量份数计的聚甲基硅氧烷2-5份、苯基三乙氧基硅烷1-3份、月桂酸二乙醇酰胺0.4-0.88份、聚乙二醇0.5-1份、异丙醇0.2-0.8份、冰醋酸0.2-0.5份、抗氧剂0.5-1份的混合料进行溶胶-凝胶反应制得。
较优选地，所述溶胶-凝胶反应的条件为：在反应容器中依次加入聚二甲基硅氧烷、苯基三乙氧基硅烷、月桂酸二乙醇酰胺、聚乙二醇、异丙醇、冰醋酸和抗氧剂，在30-60℃恒温环境下搅拌分散，搅拌速度为2000-2800rpm，搅拌时间为18-24h。
通过采用本发明的复配偶联剂，提高了聚羧酸乙酯和甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物的相容性，提高所制备的减水剂的稳定性。
较优选地，所述矿粉为S105级高炉矿渣粉，比表面积525cm2/g，流动度比为106％，比活性指数7d为95％，28d为115％。
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。
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％。
通过采用全球状且粒径连续分布的粉煤灰，与水泥颗粒在微观上形成级配体系，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；粉煤灰球形玻璃体的含量高，球形玻璃体高的掺合料的减水效应显著，需水量可大大降低，同时考虑到减水剂和粉煤灰的双重减水偶合作用，也有助于提高超强混凝土的后期强度。
较优选地，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
较优选地，所述中砂包括质量比为5:3的粒径为0.35-0.5mm的中砂和粒径为0.25-0.35mm的中砂，所述中砂为水洗烘干河砂。
较优选地，所述碎石包括质量比为3:7的粒径范围为0-5mm的碎石和粒径范围为6-20mm的碎石，碎石的细数模度为1.5。
通过选用不同粒径范围的水洗烘干河砂和碎石，作为混凝土制备时的混合料，使得混凝土之间的间隙都能够被填充，制得的抗裂混凝土结构密实，强度较高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高流动性混凝土拌合物的制备方法，将水泥、矿粉、粉煤灰、中砂、碎石、引气剂、消泡剂、缓凝剂混合并搅拌均匀得混合料A，同时将减水剂加入到混凝土搅拌用水中混合均匀得混合液B，然后将混合液B加入到混合料A中，充分搅拌2-3分钟后卸出，制得一种高流动性混凝土拌合物。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、混凝土拌合物中掺加引气剂后，新拌混凝土中引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡，其在混凝土拌合物中起到滚珠效应，增强了拌合物的流动性，增大混凝土的坍落度，同时，气泡可包裹与胶凝浆体中，相当于增大混凝土拌合物胶凝浆体的体积，减少混凝土拌合物的泌水和离析，提高混凝土的和易性；
第二、本发明提供了一种减水剂，通过聚羧酸乙酯、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物的协同作用使得水泥颗粒的分散更加均匀，可进一步降低有水量，提高混凝土拌合物的和易性和流动性；
第三、本发明提供了一种复配偶联剂，用于减水剂的制备，提高聚羧酸乙酯和甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物的相容性，提高减水剂的稳定性；
第四，通过S105级高炉矿渣粉和粉煤灰双掺合料作用，改善混凝土拌合物的流动性能，矿粉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，同时，粉煤灰球形玻璃体的含量高，球形玻璃体高的掺合料的减水效应显著，需水量可大大降低，考虑到减水剂和粉煤灰的双重减水偶合作用，也有助于提高混凝土拌合物的后期强度。
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，用到的材料均来自与市售，其中，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％；碎石含泥量为0.5％，泥块含量0.2％，针、片状颗粒含量小于3％，压碎指标为7％；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；P.O42.5普通硅酸盐水泥，其表面积为326m2/Kg，初凝时间为150min，终凝时间为280min；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；引气剂为ZY-98高性能混凝土引气剂，其主要成分为非离子型表面活性物质，主要成份为有机物三萜皂甙；缓凝剂为江都市丁伙有机化工厂生产的FR-H缓凝剂。
复配偶联剂的制备例1：在反应釜中依次加入聚二甲基硅氧烷2Kg、苯基三乙氧基硅烷1Kg、月桂酸二乙醇酰胺0.4Kg、聚乙二醇0.5Kg、异丙醇0.2Kg、冰醋酸0.2Kg和抗氧剂0.5Kg，在30℃恒温环境下搅拌分散，搅拌速度为2000rpm，搅拌时间为18h，利用溶胶-凝胶反应形成含有有机-无机官能团的复配偶联剂。
复配偶联剂的制备例2：在反应釜中依次加入聚二甲基硅氧烷3.5Kg、苯基三乙氧基硅烷2Kg、月桂酸二乙醇酰胺0.63Kg、聚乙二醇0.8Kg、异丙醇0.6Kg、冰醋酸0.35Kg和抗氧剂0.8Kg，在45℃恒温环境下搅拌分散，搅拌速度为2500rpm，搅拌时间为20h，利用溶胶-凝胶反应形成含有有机-无机官能团的复配偶联剂。
复配偶联剂的制备例3：在反应釜中依次加入聚二甲基硅氧烷5Kg、苯基三乙氧基硅烷3Kg、月桂酸二乙醇酰胺0.88Kg、聚乙二醇1Kg、异丙醇0.8Kg、冰醋酸0.5Kg和抗氧剂1Kg，在60℃恒温环境下搅拌分散，搅拌速度为2800rpm，搅拌时间为24h，利用溶胶-凝胶反应形成含有有机-无机官能团的复配偶联剂。
减水剂的制备例1
将聚羧酸乙酯3Kg、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物1Kg和复配偶联剂制备例1所提供的1Kg混合搅拌均匀制得减水剂。
减水剂的制备例2
将聚羧酸乙酯4Kg、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物2Kg和复配偶联剂制备例1所提供的1Kg混合搅拌均匀制得减水剂。
减水剂的制备例3
将聚羧酸乙酯5Kg、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物3Kg和复配偶联剂制备例1所提供的1Kg混合搅拌均匀制得减水剂。
实施例1
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥110Kg、S105级高炉矿渣粉81Kg、粉煤灰54Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂531Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂319Kg、粒径范围为0-5mm的碎石312Kg、粒径范围为6-20mm的碎石728Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂1Kg、缓凝剂2Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例1提供的减水剂2.55Kg与170Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例1提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌2分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
实施例2
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥166Kg、S105级高炉矿渣粉70Kg、粉煤灰60Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂506Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂304Kg、粒径范围为0-5mm的碎石312Kg、粒径范围为6-20mm的碎石728Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂1.5Kg、缓凝剂2.5Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例2提供的减水剂2.78Kg与171Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例2提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌2分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
实施例3
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥182Kg、S105级高炉矿渣粉61Kg、粉煤灰61Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂503Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂302Kg、粒径范围为0-5mm的碎石313Kg、粒径范围为6-20mm的碎石732Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂2Kg、缓凝剂3Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例3提供的减水剂3Kg与172Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例3提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
实施例4
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥207Kg、S105级高炉矿渣粉79Kg、粉煤灰65Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂488Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂292Kg、粒径范围为0-5mm的碎石309Kg、粒径范围为6-20mm的碎石721Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂2.5Kg、缓凝剂3.5Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例1提供的减水剂3.25Kg与173Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例1提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌2.5分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
实施例5
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥246Kg、S105级高炉矿渣粉89Kg、粉煤灰70Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂443Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂266Kg、粒径范围为0-5mm的碎石318Kg、粒径范围为6-20mm的碎石742Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂3Kg、缓凝剂4Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例2提供的减水剂3.86Kg与170Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例2提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
实施例6
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥280Kg、S105级高炉矿渣粉99Kg、粉煤灰70Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂431Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂259Kg、粒径范围为0-5mm的碎石315Kg、粒径范围为6-20mm的碎石735Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂2Kg、缓凝剂5Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将减水剂制备例3提供的减水剂4.18Kg与175Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例3提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得高流动性混凝土拌合物。
对比例1
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥280Kg、矿粉75Kg、粉煤灰105Kg、砂831Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将外加剂6Kg与170Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水与外加剂的混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得混凝土拌合物。
对比例2
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥246Kg、S95级高炉矿渣粉30Kg、粉煤灰140Kg、水洗烘干河砂810Kg、粒径范围为0-5mm的碎石318Kg、粒径范围为6-20mm的碎石742Kg、缓凝剂4Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将普通聚羧酸减水剂3.86Kg与170Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和普通聚羧酸减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得混凝土拌合物。
对比例3
依次将P.O42.5普通硅酸盐水泥280Kg、S105级高炉矿渣粉99Kg、粉煤灰70Kg、粒径为0.35-0.5mm的水洗烘干河砂431Kg、粒径为0.25-0.35mm的水洗烘干河砂259Kg、粒径范围为0-5mm的碎石315Kg、粒径范围为6-20mm的碎石735Kg、ZY-98高性能混凝土引气剂2Kg、缓凝剂5Kg加入到混凝土搅拌机中搅拌均匀，同时将普通聚羧酸减水剂4.18Kg与175Kg的混凝土搅拌用水混合均匀，然后将水和减水剂制备例3提供的减水剂混合液加入到搅拌机中，充分搅拌3分钟后卸出，制得混凝土拌合物。
根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)和根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)对实施例1-6提供的高流动性混凝土拌合物以及对比例1-3提供的混凝土拌合物进行流动性以及力学性能测试，其结果如表1和表2所示。
表1实施例1-6和对比例1-3所提供的混凝土拌合物流动性能指标
表2实施例1-6和对比例1-3所提供的混凝土拌合物的力学性能指标
结合表1和表2可以看出，实施例1-6所提供的高流动性混凝土的坍落度复合泵送要求，坍落度在120-140mm范围内，V型漏斗通过时间以及T50较小，表明其流动性高于对比例，合一性好。实施例1-6中混凝土拌合物加入引气剂，含气量较高，新拌混凝土拌合物中引入大量均匀分布的、稳定而封闭的微小气泡，其在混凝土拌合物中起到滚珠效应，增强了拌合物的流动性，同时，气泡可包裹与胶凝浆体中，相当于增大混凝土拌合物胶凝浆体的体积，减少混凝土拌合物的泌水和离析，提高混凝土的和易性。
本发明提供了一种减水剂，通过聚羧酸乙酯、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物的协同作用使得水泥颗粒的分散更加均匀，可进一步降低有水量，提高混凝土拌合物的和易性和流动性。
本发明采用S105级高炉矿渣粉和粉煤灰双掺合料作用，改善混泥土拌合物的流动性能，矿粉改善了混凝土的早期孔结构，提高了混凝土的耐久性；同时，由于所添加的粉煤灰球形玻璃体的含量高，球形玻璃体高的掺合料的减水效应显著，需水量可大大降低，考虑到减水剂和粉煤灰的双重减水偶合作用，使得高流动混凝土拌合物的后期强度增强。
Claims (10)
1.一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，以重量份数计，包括水泥110-280份、矿粉61-99份、粉煤灰54-70份、中砂690-850份、碎石1030-1060份、减水剂2.55-4.18份、引气剂1-3份、缓凝剂2-5份、水170-175份。
2.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述减水剂包括重量比为3-5:1-3:1的聚羧酸乙酯、甲基丙烯酸盐与甲基丙烯酸酯的共聚物和复配偶联剂。
3.根据权利要求2所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述复配偶联剂由包含以重量份数计的聚甲基硅氧烷2-5份、苯基三乙氧基硅烷1-3份、月桂酸二乙醇酰胺0.4-0.88份、聚乙二醇0.5-1份、异丙醇0.2-0.8份、冰醋酸0.2-0.5份、抗氧剂0.5-1份的混合料进行溶胶-凝胶反应制得。
4.根据权利要求3所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述溶胶-凝胶反应的条件为：在反应容器中依次加入聚二甲基硅氧烷、苯基三乙氧基硅烷、月桂酸二乙醇酰胺、聚乙二醇、异丙醇、冰醋酸和抗氧剂，在30-60℃恒温环境下搅拌分散，搅拌速度为2000-2800rpm，搅拌时间为18-24h。
5.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述矿粉为S105级高炉矿渣粉，比表面积525cm2/g，流动度比为106%，比活性指数7d为95%，28d为115%。
6.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，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%。
7.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
8.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述中砂包括质量比为5:3的粒径为0.35-0.5mm的中砂和粒径为0.25-0.35mm的中砂，所述中砂为水洗烘干河砂。
9.根据权利要求1所述的一种高流动性混凝土拌合物，其特征在于，所述碎石包括质量比为3:7的粒径范围为0-5mm的碎石和粒径范围为6-20mm的碎石，碎石的细数模度为1.5。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种高流动性混凝土拌合物的制备方法，其特征在于，将水泥、矿粉、粉煤灰、中砂、碎石、引气剂、消泡剂、缓凝剂混合并搅拌均匀得混合料A，同时将减水剂加入到混凝土搅拌用水中混合均匀得混合液B，然后将混合液B加入到混合料A中，充分搅拌2-3分钟后卸出，制得一种高流动性混凝土拌合物。
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