CN109250979A - 一种用于超早强混凝土预制件的组合物及其制备的超早强混凝土预制件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适用于超早强混凝土预制件的组合物，一种混凝土养护方法。所述组合物包括如下重量份的原料：胶凝材料450～500重量份、骨料1750～1900重量份、复合添加剂9.0～10.0重量份，和水；其中，水和胶凝材料的质量比为0.25～0.30:1；所述复合添加剂包括萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂，以所述复合添加剂的质量为基准，所述萘系高效减水剂的质量百分比为80％～95％。以本发明提供的所述用于超早强混凝土预制件的组合物结合所述混凝土养护方法，制备得到的超早强混凝土预制件，12h抗压强度即可达到60MPa以上，7天抗压强度更是达到80MPa以上。

Description

一种用于超早强混凝土预制件的组合物及其制备的超早强混 凝土预制件
技术领域
本发明属于建筑混凝土领域，具体涉及一种用于超早强混凝土预制件的组合物，一种混凝土预制件的养护方法，以及制备的超早强混凝土预制件。
背景技术
混凝土预制件(Precast concrete)是指在工厂中通过标准化、机械化方式加工生产的混凝土制品。与现浇混凝土相比，工厂化生产的混凝土预制件有如下诸多优势：(1)安全：对于建筑工人来说，工厂中相对稳定的工作环境比复杂的工地作业安全系数更高；(2)质量：混凝土预制件的质量和工艺通过机械化生产能得到更好地控制；(3)速度：预制件尺寸及特性的标准化能显著加快安装速度和建筑工程进度；(4)成本：与传统现场制模相比，工厂里的模具可以重复循环使用，综合成本更低；机械化生产对人工的需求更少，随着人工成本的不断升高，规模化生产的预制件成本优势会愈加明显。(5)环境：采用预制件的建筑工地现场作业量明显减少，粉尘污染、噪音污染显著降低。总之，采用混凝土预制件进行装配化施工，具有节约劳动力、克服季节影响、便于常年施工等优点，其已被广泛应用于建筑、交通、水利等领域，在国民经济中扮演重要的角色。
为了使已成型的混凝土预制件尽快获得脱模强度，以加速模板周转，提高劳动生产率、增加产量，必须对脱模前的混凝土预制件采取必要的养护措施。最常用的养护方法为常压蒸汽养护和/或高压蒸汽养护(根据需要，可以进行一次或多次蒸汽养护)。常压蒸汽养护的温度一般控制在85℃～95℃，养护时间为6～8个小时；高压蒸汽养护压力为1.0MPa，温度在185℃左右，养护时间为10小时左右。据相关数据统计，制品混凝土常压蒸汽养护需要消耗标煤20kg/m3，高压蒸汽养护需要消耗标煤30kg/m3。可见目前无论是常压蒸汽养护还是高压蒸汽养护，都存在能源消耗量大的问题。
减水剂的出现，减少了混凝土拌合用水量，增加混凝土的密实性，提高了混凝土的早期强度。根据减水剂减水及增强能力，分为普通减水剂(又称塑化剂，减水率不小于8％，以木质素磺酸盐类为代表)、高效减水剂(又称超塑化剂，减水率不小于14％，包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(减水率不小于25％，以聚羧酸系减水剂为代表)。但是聚羧酸系减水剂由于用量小，材料变化时(如同一厂家批间材料质量波动，或不同厂家间的产品差异)对混凝土工作性能影响非常显著，不利于预制构件厂进行质量控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于超早强混凝土预制件的组合物，一种混凝土养护方法。以本发明提供的所述用于超早强混凝土预制件的组合物结合所述混凝土养护方法，制备得到的超早强混凝土预制件，12h抗压强度即可达到60MPa以上，7天抗压强度更是达到80MPa以上。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种混凝土组合物，包括如下重量份的原料：
胶凝材料450～500重量份、骨料1750～1900重量份、复合添加剂9.0～10.0重量份、和水；其中，水和胶凝材料的质量比为0.25～0.30:1；所述复合添加剂包括萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂，以所述复合添加剂的质量为基准，所述萘系高效减水剂的质量百分比为80％～95％。
优选的，上述混凝土组合物，包括如下重量份的原料：
胶凝材料450重量份、骨料1900重量份、复合添加剂9.0重量份，和水；其中，水和胶凝材料的质量比为0.25～0.30:1。
优选的，本发明所述混凝土组合物由胶凝材料、骨料、复合添加剂和水组成，各组分用量如上定义。
优选的，所述复合添加剂由萘系高效减水剂和甲酸钙早强剂组成，以所述复合添加剂的质量为基准，萘系高效减水剂质量百分比为80％～95％，余量为甲酸钙早强剂。
优选的，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和矿粉，以所述胶凝材料的质量为基准，所述硅酸盐水泥的质量百分比为80％～95％。
更优选的，所述胶凝材料由硅酸盐水泥和矿粉组成，以所述胶凝材料的质量为基准，所述硅酸盐水泥的质量百分比为80％～95％，余量为矿粉。
优选的，所述硅酸盐水泥为标号P.052.5的普通硅酸盐水泥。
优选的，所述矿粉选自S105矿粉和S115矿粉中的一种或两种。
优选的，所述骨料包括砂子和石子，以所述骨料的质量为基准，砂子的质量百分比为35％～40％。
更优选的，所述骨料由砂子和石子组成，以所述骨料的质量为基准，砂子的质量百分比为35％～40％，余量为石子。
还优选的，所述砂子为天然河砂，粒径为1～5mm，细度模数2.5～3.0，更优选为细度模数2.6～2.8。
还优选的，所述石子的粒径为5～25mm，连续级配。
本发明还提供一种混凝土拌合物，以上述混凝土组合物为原料，混合搅拌，即得。
因此，本发明还提供上述混凝土拌合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述配比准备所述混凝土组合物；
(2)将硅酸盐水泥和矿粉在强制式搅拌机中搅拌60～90s，得到混合物A；
(3)向步骤(2)得到的所述混合物A中加入石子和砂子，搅拌60～90s，得到混合物B；
(4)向所述步骤(3)得到的所述混合物中依次加入萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂和水，搅拌120～150s，即得所述混凝土拌合物。
此外，本发明还提供上述混凝土组合物或上述混凝土拌合物在制备超早强混凝土预制件，或者在现场浇注混凝土中的应用；优选在制备超早强混凝土预制件中的应用。
本发明还提供一种混凝土预制件的养护方法，采用常温蒸汽养护，包括如下步骤：
I.静停：混凝土拌合物浇注成型之后静停1.5～2h；
II.升温：提供蒸汽，以20～25℃/h的速率升温1.5～2h；
Ⅲ恒温：在60±5℃恒温4～5h；
Ⅳ降温：停止蒸汽供应，自然降温1.5～2h。
本发明还有一个目的在于提供一种超早强混凝土预制件的制备方法，以本发明所述混凝土组合物为原料，制备得到所述混凝土拌合物，浇注，成型后按照上述养护方法进行养护，脱模，即得。
本发明还提供通过上述制备方法制备得到的超早强混凝土预制件。
本说明书中所述的各组分的“重量份”指的是各组分之间的质量(重量)相对配比关系，而不是绝对的质量数。根据实际应用需要，1重量份可以是1g、1kg、或者5kg、10kg等。
本发明的复合添加剂包括萘系高效减水剂和甲酸钙早强剂。其中萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂，化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，有多种市售的产品可供选择，如江苏苏博特新材料有限公司出品的系萘系高效减水剂、系萘系高效减水剂和系萘系高效减水剂等；在后述的具体实施例中采用了系萘系高效减水剂。本发明提供的复合添加剂配方合理，减水率可以达到25％～35％，降低水泥用量，使混凝土具有良好的密实度。
本发明提供的养护方法，温度低于常规的蒸汽养护温度，降低温度不仅减少了能耗，而且配合所述复合添加剂，显著提高了混凝土的早期强度，同时对混凝土后期性能没有造成不利影响。
本发明所述的混凝土拌合物通过本发明提供的制备方法，尤其是构件成型后养护方法，制备得到的混凝土预制件12小时即可拆模，抗压强度即可达到60MPa以上，7天抗压强度更是达到80MPa以上，充分体现了“超早强”的性能特点。因此，本发明可以提高混凝土预制件的制作效率，降低制作成本。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。任何对本发明技术方案的技术特征进行等替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围内。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分原料购买情况如下：
P.052.5硅酸盐水泥：江南-小野田水泥有限公司：
S105矿粉、S115矿粉：昆山德固新型建材科技有限公司
萘系高效减水剂：苏州苏博特新材料有限公司，系萘系高效减水剂；
甲酸钙早强剂：上海耀前建筑涂装有限公司。
实施例1一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本实施例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料500kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为450kg、矿粉为50kg；
2)骨料1800kg，由河砂和石子组成，其中河砂630kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1170kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂10kg，其中萘系高效减水剂8kg，甲酸钙早强剂2kg；
4)水：余量。
本实施例所述混凝土拌合物，通过如下方法制备：
(1)按照上述质量数准备各原料；
(2)将硅酸盐水泥和矿粉在强制式搅拌机中搅拌，搅拌45～60s，得到混合物A；
(3)向所述步骤(2)得到的混合物A中加入石子和砂子，搅拌20～30s，得到混合物B；
(4)向所述步骤(3)得到的混合物B中依次加入萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂和水，搅拌120s，即得。
本实施例所述超早强混凝土预制件，通过如下方法制备：
1.将本实施例所述混凝土拌合物浇注到涂刷过隔离剂的模具中(根据需要模具中可以安装钢筋和预埋件)，振动成型，送至养护室；
2.蒸汽养护：
2-1静停：混凝土拌合物成型之后静停1.5～2h；
2-2升温：提供蒸汽，以20～25℃/h的速率升温1.5～2h；
2-3恒温：在60±5℃恒温4～5h；
2-4降温：停止蒸汽供应，自然降温1.5～2h。
3.浇注成型12小时后脱模，即得本实施例所述超早强混凝土预制件，标号为A。
实施例2一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本实施例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料450kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为405kg、矿粉为45kg；
2)骨料1900kg，由河砂和石子组成，其中河砂665kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1235kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂9kg，萘系高效减水剂7.2kg，甲酸钙早强剂1.8kg；
4)水：余量。
本实施例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
按照实施例1相同的方法和步骤得到本实施例所述超早强混凝土预制件，标号为B。
实施例3一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本实施例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料480kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为408kg、矿粉为72kg；
2)骨料1800kg，由河砂和石子组成，其中河砂630kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1170kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂9.6kg，萘系高效减水剂7.68kg，甲酸钙早强剂1.92kg；
4)水：余量。
本实施例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
按照实施例1相同的方法和步骤得到本实施例所述超早强混凝土预制件，标号为C。
实施例4一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本实施例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料480kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为384kg、矿粉为96kg；
2)骨料1850kg，由河砂和石子组成，其中河砂648kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1202kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂9.6kg，萘系高效减水剂7.68kg，甲酸钙早强剂1.92kg；
4)水：余量。
本实施例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
按照实施例1相同的方法和步骤得到本实施例所述超早强混凝土预制件，标号为D。
测试例1上述超早强混凝土预制件A、B、C、D性能测试
采用GB/T-50081《普通混凝土力学性能试验方法》规定的方法和仪器，对上述实施例1-5制备得到的超早强混凝土预制件A、B、C、D进行灌注后12小时和7天的抗压强度性能测试。结果见表1。
表1超早强混凝土预制件A、B、C、D的抗压强度测试结果：
从上述测试结果可以看出，本发明制备得到的混凝土预制件，12h抗压强度即达到60～68MPa，7d抗压强度更提高至约80～85MPa，符合超早强的性能要求；其整体品质表现较佳，没有裂纹，对要求混凝土超早强的性质的环境具有重要的应用意义。
编号B的混凝土预制件(实施例2制备)胶凝材料仅450kg，复合添加剂9kg，但是其各项测试的力学性能均能满足要求，从成本-性能综合考虑，实施例2是本发明优选的实施方式。
对比例1一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本对比例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料430kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为387kg、矿粉为43kg；
2)骨料1850kg，由河砂和石子组成，其中河砂648kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1202kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂8.6kg，萘系高效减水剂6.88kg，甲酸钙早强剂1.72kg；
4)水：余量。
本对比例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
按照实施例1相同的方法和步骤得到本对比例所述超早强混凝土预制件，标号为E。
对比例2一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本对比例混凝土组合物，以每立方米计，原料分别为：
1)胶凝材料520kg，其中普通硅酸盐水泥P.052.5为468kg、矿粉为52kg；
2)骨料1800kg，由河砂和石子组成，其中河砂630kg(占比35％)粒径为1～5mm，细度模数2.6～2.8，石子1170kg(占比65％)，粒径为5～25mm，连续级配；
3)复合添加剂10.4kg，萘系高效减水剂8.32kg，甲酸钙早强剂2.08kg；
4)水：余量。
本对比例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
按照实施例1相同的方法和步骤，拌合物工作性能较差，无法成型，标号为F
对比例3一种混凝土组合物、混凝土拌合物及超早强混凝土预制件
本对比例所述混凝土组合物的配比与实施例4相同。
本对比例所述混凝土拌合物，按照实施例1相同的方法和步骤得到。
本对比例所述超早强混凝土预制件，通过如下方法制备：
1.将本实施例所述混凝土拌合物浇注到涂刷过隔离剂的模具中(根据需要模具中可以安装钢筋和预埋件)中，振动成型，送至养护室；
2.蒸汽养护：
2-1静停：混凝土拌合物成型之后静停1.5～2h；
2-2升温：提供蒸汽，以20～25℃/h的速率升温1.5～2h；
2-3恒温：在50±5℃恒温4～5h；
2-4降温：停止蒸汽供应，自然降温1.5～2h。
3.浇注成型12小时后脱模，即得本实施例所述超早强混凝土预制件，标号为G。
测试例2上述超早强混凝土预制件E、F、G测试
采用GB/T-50081《普通混凝土力学性能试验方法》规定的方法和仪器，对上述实施例1-5制备得到的超早强混凝土预制件E、F、G进行灌注后12小时和7天的抗压强度性能测试。结果见表2。
表2超早强混凝土预制件E、F、G的抗压强度测试结果：
从上述测试结果可以看出，胶凝材料低于450kg/m3，12h以及7d混凝土拌合物的抗压强度达不到要求(混凝土预制件E)；胶凝材料高于500kg/m3，混凝土拌合物工作性能差，无法制作构件(混凝土预构件F)；养护温度低于60℃，12h以及7d混凝土预构件G的抗压强度达不到要求。因此，本发明提供的混凝土组合物及混凝土预制件的养护方法是混凝土预制件达到超早强的必要保证。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围中。

Claims (10)

1.一种混凝土组合物，包括如下重量份的原料：
胶凝材料450～500重量份、骨料1750～1900重量份、复合添加剂9.0～10.0重量份、和水；其中，水和胶凝材料的质量比为0.25～0.30:1；所述复合添加剂包括萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂，以所述复合添加剂的质量为基准，所述萘系高效减水剂的质量百分比为80％～95％；
优选的，所述混凝土组合物，包括如下重量份的原料：
胶凝材料450重量份、骨料1900重量份、复合添加剂9.0重量份，和水；其中，水和胶凝材料的质量比为0.25～0.30:1。
2.根据权利要求1所述的混凝土组合物，其特征在于，所述混凝土组合物由胶凝材料、骨料、复合添加剂和水组成，各组分用量如权利要求1中定义。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土组合物，其特征在于，所述复合添加剂由萘系高效减水剂和甲酸钙早强剂组成，以所述复合添加剂的质量为基准，萘系高效减水剂质量百分比为80％～95％，余量为甲酸钙早强剂。
4.根据权利要求1或2所述混凝土组合物，其特征在于，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和矿粉，以所述胶凝材料的质量为基准，所述硅酸盐水泥的质量百分比为80％～95％；
优选的，所述胶凝材料由硅酸盐水泥和矿粉组成，以所述胶凝材料的质量为基准，所述硅酸盐水泥的质量百分比为80％～95％，余量为矿粉；
更优选的，所述硅酸盐水泥为标号P.052.5的普通硅酸盐水泥；
更优选的，所述矿粉选自S105矿粉和S115矿粉中的一种或两种；
优选的，所述骨料包括砂子和石子，以所述骨料的质量为基准，砂子的质量百分比为35％～40％；
更优选的，所述骨料由砂子和石子组成，以所述骨料的质量为基准，砂子的质量百分比为35％～40％，余量为石子；
还优选的，所述砂子为天然河砂，粒径为1～5mm，细度模数2.5～3.0，更优选为细度模数2.6～2.8；
还优选的，所述石子的粒径为5～25mm，连续级配。
5.一种混凝土拌合物，以权利要求1至4中任一项所述的混凝土组合物为原料，混合搅拌，即得。
6.权利要求5所述的混凝土拌合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述配比准备所述混凝土组合物；
(2)将硅酸盐水泥和矿粉在强制式搅拌机中搅拌60～90s，得到混合物A；
(3)向步骤(2)得到的所述混合物A中加入石子和砂子，搅拌60～90s，得到混合物B；
(4)向所述步骤(3)得到的所述混合物中依次加入萘系高效减水剂、甲酸钙早强剂和水，搅拌120～150s，即得所述混凝土拌合物。
7.权利要求1至4中任一项所述的混凝土组合物或权利要求5所述的混凝土拌合物在制备超早强混凝土预制件，或者在现场浇注混凝土中的应用；优选在制备超早强混凝土预制件中的应用。
8.一种混凝土预制件的养护方法，采用常温蒸汽养护，包括如下步骤：
I.静停：混凝土拌合物浇注成型之后静停1.5～2h；
II.升温：提供蒸汽，以20～25℃/h的速率升温1.5～2h；
Ⅲ恒温：在60±5℃恒温4～5h；
Ⅳ降温：停止蒸汽供应，自然降温1.5～2h。
9.一种超早强混凝土预制件的制备方法，以权利要求1至4中任一项所述的混凝土组合物为原料，制备得到权利要求5所述的混凝土拌合物，浇注，成型后按照权利要求8所述的养护方法进行养护，脱模，即得。
10.一种超早强混凝土预制件，通过权利要求9所述的制备方法制备得到。
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