CN109293292A - 混凝土及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土及其制备工艺，属于建筑材料领域，混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥320‑420份；Ⅱ级煤灰50‑75份；矿粉45‑65份；机制砂470‑545份；天然砂200‑240份；石子870‑910份；外加剂128.5‑210份；水185‑200份；外加剂包括松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠中的至少四种。本发明提供的混凝土能够有效减少混凝土的抗分层离析泌水的现象，从而有效提高混凝土的抗压强度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及混凝土及其制备工艺。
背景技术
现有的混凝土材料普遍存在抗拉、抗折强度低，抗冲击性能差，无法满足一些特殊建设领域的需求。同时，现有的混凝土材料在大体积混凝土施工过程中，混凝土裂缝较为普遍，影响了工程质量。
申请公布号为CN107777937A、申请公布日为2018年3月9日的中国专利公开了混凝土，由以下重量份数的组分混合而成：水泥75-90份，中砂50-55份，碎石60-70份，废弃物煅烧料30-45份，骨料5-11份，亚硫酸钠粉0.8-9.9份，水150-180份。
现有技术虽然在强度上有所提高，但是混凝土的和易性和流动性较差，容易造成中砂、碎石、骨料等下沉，水分上浮，从而出现严重的泌水现象，使得混凝土离析，影响混凝土的强度、耐久性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供混凝土，具有较好的抗分层离析泌水的性能。
本发明的第二个目的在于提供混凝土的制备工艺，制备工艺简单，成本低。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案，
混凝土，包括以下重量份数的组分：
水泥320-420份；
II级煤灰50-75份；
矿粉45-65份；
机制砂470-545份；
天然砂200-240份；
石子870-910份；
外加剂128.5-210份；
水185-200份；
所述外加剂包括松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠中的至少四种。
通过采用上述技术方案，在建筑行业用的混凝土中，水泥是粉状硬性无机胶凝材料，加水搅拌后呈浆体，能在空气中硬化并把砂、石等材料牢固地胶结在一起。
II级煤灰是指煤燃烧后得到的固体废物，主要的氧化物成分为SiO2、Al2O3、CaO等。在混凝土中掺加II级煤灰能够起到节约水泥和细骨料的作用，而且还能够减少用水量。在本申请中，使用II级煤灰能够改善混凝土拌和物的和易性，增强混凝土的可泵性和修饰性，同时能够有效减小混凝土的水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力。
矿粉是常用的混凝土掺合料，能够提高混凝土的抗压强度。在本申请中，将粒化高炉矿渣粉掺入到混凝土中，能够降低混凝土的水化热，改善混凝土的和易性，减少离析和泌水，减少温差较大产生的裂缝，提高混凝土密实度、抗渗和抗侵蚀能力。同时，矿粉能够减少水泥的使用量，从而降低混凝土的成本。
机制砂是由机械破碎、筛分而成、粒径小于4.75mm的岩石颗粒。在本申请中，选用细度模数为3.1-3.7的粗砂，能够有效改善混凝土的和易性，减少混凝土的分层离析泌水现象。
天然砂是由自然条件作用形成的，具有较好的坚固性和耐久性。在本申请中，天然砂主要用来填充混凝土中的空隙，提高混凝土的密实度。同时，天然砂和水泥浆组成水泥砂浆，提高混凝土的和易性、流动性。
石子在混凝土中作为粗骨料，起到骨架或填充作用。在本申请中，使用粒径为5-31.5mm的石子，能够有效增强混凝土的抗压强度，同时机制砂、天然砂与石子混合使用，能够填充混凝土空隙，提高混凝土的密实性。
在本申请中，松香粉中的松香分子含有两个羧基，并且两个羧基相距较远，空间位阻较小，能够与混合物中含有羟基的物质发生反应，从而增强水的表面张力，具有较好的起泡效果。
木质素磺酸钠是一种高分子聚合物、阴离子型表面活性剂，具有很强的分散能力，能够有效将固体分散在水介质中。在本申请中，由于木质素磺酸钠能够吸附在固体质点的表面上，可以提高混凝土的和易性、流动性。此外，木质素磺酸钠还可以作为混凝土的减水剂，具有减水的效果。木质素磺酸钠可有效降低混凝土的水化，降低孔隙率，增加混凝土密实性，从而提高混凝土的强度和抗渗性。
氢氧化钠是一种强碱，在本申请中，将氢氧化钠加入到混凝土中，使得混凝土内部环境为碱性，混凝土内部的钢筋能在碱性环境中生成一层致密的钝化膜，从而对钢筋起到保护作用，有效提高混凝土的抗压强度。十二烷基磺酸钠也是一种阴离子表面活性剂，具有较好的发泡、分散性能。在本申请中，十二烷基磺酸钠可有效降低混凝土中的氢氧化钠等碱性组分反应的危害，改善混凝土的和易性，减小拌和物的离析泌水，提高混凝土的耐久性和抗冻性。
聚丙烯酰胺是一种高分子水处理絮凝剂产品，能够吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团。在本申请中，聚丙烯酰胺作为絮凝剂，能够提高混凝土的抗折强度、粘结强度、弯曲韧性、抗磨性。由于聚丙烯酰胺作为有机高分子聚合物，其长分子链结构以及大分子中的键节或链段的自旋转性，使聚丙烯酰胺具有特殊的弹性和塑性，可以提高混凝土的密实度。
羧甲基纤维素钠也是一种良好的絮凝剂，能够有效提高混凝土的抗折强度、弯曲韧性。在本申请中，羧甲基纤维素钠还起到分散的作用，有助于提高混凝土中原料组分的分散性，从而有效减少分层离析泌水。
在本申请中，外加剂能够有效改善混凝土拌和物的和易性、密实性和粘聚性，提高混凝土流动性，而且在混凝土拌和物的拌和过程中引入大量均匀分布的、闭合而稳定的微小气泡。
在本申请中，混凝土原料组分中的II级煤灰、矿粉、天然砂和水泥、机制砂、石子混合均匀后，能够填充混凝土的孔隙，提高混凝土的密实性。同时还能够减少混凝土中水泥的使用量，降低成本。混凝土中的外加剂能够改善混凝土的性能，其中木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠等可以有效提高混凝土的抗压强度、密实性、和易性以及流动性，较少混凝土分层离析泌水的现象。
进一步地，所述外加剂由以下重量份数的组分组成：
松香粉60-70份；
木质素磺酸钠8-25份；
十二烷基磺酸钠5-25份；
氢氧化钠0.5-10份；
聚丙烯酰胺10-40份；
羧甲基纤维素钠5-20份。
通过采用上述技术方案，外加剂的原料组分按照上述重量份数配比，对混凝土具有较好的引气效果，能够减少混凝土的分层离析泌水现象，提高混凝土的和易性、流动性，以及抗压强度、密实度和抗渗性。
进一步地，所述混凝土还包括重量份数为20-35份的氯化盐；所述氯化盐包括氯化铁、氯化铝中的至少一种。
通过采用上述技术方案，氯化盐作为早强剂，可以提高混凝土早期强度，还具有促凝、防冻效果。在本申请中，氯化铁或氯化铝在与水泥发生水化反应，会析出氢氧化钙，生成氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铝等不溶于水的胶体，这些胶体填充在混凝土和水泥砂浆的孔隙内，可以提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的防渗水性。
进一步地，所述氯化物包括重量份数为10-15份的氯化铁、10-20份的氯化铝。
通过采用上述技术方案，氯化铁、氯化铝按照上述重量份数配比，能够有效提高混凝土的密实性和防渗水性。
进一步地，所述松香粉的粒径为50-150nm。
通过采用上述技术方案，松香粉的粒径选为50-150nm，能够有效克服因混凝土中外加剂长期储存而导致松香析出的缺陷，同时能够提高反应的效率，以及外加剂与混凝土的适应性。同时对应混凝土外加剂的其他原料组分也具有较好的复合性，提高混凝土的和易性、抗压强度。
进一步地，所述氢氧化钠的质量浓度为35-45％。
通过采用上述技术方案，氢氧化钠的质量浓度为35-45％时，能够在混凝土的钢筋中形成稳定而又致密的钝化层，有助于提高混凝土的抗压强度。
进一步地，所述矿粉的粒度为100-140目。
通过采用上述技术方案，矿粉粒度为100-140目时，能够通过填充到混凝土的孔隙中，从而改善混凝土的微观结构，提高混凝土的密实性，增强混凝土的抗压强度以及防渗水性能。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案，
混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1，按照重量份数配比称取水泥、机制砂、天然砂、石子均匀混合，形成第一混合物；
步骤2，按照重量份数配比称取II级煤灰、矿粉、氯化铁、氯化铝，加入到由步骤1获得的第一混合物中，混合均匀，形成第二混合物；
步骤3，按照重量份数配比称取松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠，混合均匀，形成外加剂；
步骤4，按照重量份数配比称取水，将由步骤3获得的外加剂、水依次加入到由步骤2获得的第二混合物中，混合均匀，获得混凝土。
通过采用上述技术方案，在步骤1中，先将混凝土的骨料水泥、机制砂、天然砂、石子混合，制备得到空隙、密度均匀的混合物。在步骤2中，将II级煤灰、矿粉、氯化铁、氯化铝加入到混合物中，填充其中的空隙，从而提高混凝土的密实度和抗渗性。在步骤3中，再将外加剂加入到混合物中，混匀后有助于在混凝土中形成气泡稳定、大小合适，有助于减少混凝土的分层离析泌水。
进一步地，所述II级煤灰的粒度为100-140目。
通过采用上述技术方案，II级煤灰颗粒一般呈多孔型蜂窝状组织，比表面积大，具有较高的吸附活性。II级煤灰粒度为100-140目时，孔隙率超过50％，具有较强的吸附性，从而提高混凝土的和易性、流行性，减轻混凝土的分层离析泌水现象。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的原料组分中的II级煤灰、矿粉、天然砂、外加剂和水泥、机制砂、石子混合均匀后，能够填充混凝土的孔隙，有效提高混凝土的抗压强度、密实性、和易性以及流动性，较少混凝土分层离析泌水的现象，同时还能够减少混凝土中水泥的使用量，降低成本；
第二、本发明的原料组分中的氯化盐在与水泥发生水化过程中生成氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铝等不溶于水的胶体，这些胶体填充在混凝土和水泥砂浆的孔隙内，能够提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗渗性；
第三、本发明提供的混凝土制备工艺，制备工艺简单，能够有效利用混凝土原料组分，从而有助于提高混凝土的抗压强度、密实度和抗渗性，减少混凝土的分层离析泌水。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：混凝土，所包括的组分及其相应的重量份数如表1所示，且通过如下步骤制备获得：
步骤1，按照重量份数配比称取水泥、机制砂、天然砂、石子均匀混合，形成第一混合物；
步骤2，按照重量份数配比称取II级煤灰、矿粉、氯化铁、氯化铝，加入到由步骤1获得的第一混合物中，混合均匀，形成第二混合物；
步骤3，按照重量份数配比称取松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠，混合均匀，形成外加剂；
步骤4，按照重量份数配比称取水，将由步骤3获得的外加剂、水依次加入到由步骤2获得的第二混合物中，混合均匀，获得混凝土。
其中II级煤灰的粒度为100目，矿粉的粒度为100目，松香粉的粒径为50目，氢氧化钠的质量浓度为35％。
表1.实施例1-10的原料组分及其重量份数
实施例2-10：混凝土，与实施例1的区别在于，所包括的原料组分及其重量份数如表1所示。
实施例11：混凝土，与实施例1的区别在于，II级煤灰的粒度为100-140目。
实施例12：混凝土，与实施例1的区别在于，矿粉的粒度为140目。
实施例13：混凝土，与实施例1的区别在于，松香粉的粒径为150nm。
实施例14：混凝土，与实施例1的区别在于，氢氧化钠的质量浓度为45％。
对比例1-3：混凝土，与实施例3的区别在于，所包括的原料组分及其重量份数如表2所示。
表2.对比例1-3的原料组分及其重量份数
对比例4：混凝土，与实施例3的区别在于，II级煤灰的粒度为500目。
对比例5：混凝土，与实施例1的区别在于，矿粉的粒度为500目。
对比例6：混凝土，与实施例1的区别在于，松香粉的粒径为300nm。
对比例7：混凝土，与实施例1的区别在于，氢氧化钠的质量浓度为75％。
对比例8：混凝土，与实施例3的区别在于，其制备工艺包括以下步骤：
按照重量份数称取水泥、II级煤灰、矿粉、机制砂、天然砂、石子、松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、水，混合搅拌10min，获得混凝土。
试验：混凝土坍落度及抗压强度性能测试
试验样品：将实施例1-14、对比例1-8制成尺寸为1m×1m×1m的大体积立方式构件，分别标记为试验样1-14、对比样1-8。
试验内容：根据《JGJ55-2011》、《GB/T50080-2002》、《GB/T50081-2002》的要求，对试验样品进行坍落度、抗压强度的常规测试，其中抗压强度测试记录试验样品在制成1d、3d、7d和28d的抗压强度，测试结果如表3所示。
表3.混凝土坍落度及抗压强度性能测试
从表3可知，试验样1-14的整体抗压强度明显高于对比样1-8；坍落度均小于对比样1-8，其中试验样1-5与对比样1的区别最明显。对比试验样1-14、对比样1、3的原料组分组成可以看出，外加剂对混凝土的坍落度、抗压强度有较大的影响。外加剂中的有效组分如松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺等能够有效改善混凝土的和易性、流动性，而且在混凝土中起到引气效果，能够有效提高混凝土的密实度，减少混凝土的分层离析泌水，从而提高混凝土的抗压强度。
对比试验样1-14和对比样2的测试结果，根据混凝土的原料组分组成可知，II级煤灰、矿粉、天然砂能够充分填充混凝土的空隙，提高混凝土的密实度，减少混凝土分层离析泌水的现象，从而有效加强混凝土的抗压强度，提高混凝土的坍落度。
对比试验样1-4和试验样8的测试结果，根据混凝土的原料组分的组成可知，氯化铁、氯化铝能够影响混凝土的坍落度和抗压强度。氯化铁、氯化铝在水化过程中生成氢氧化铁、氢氧化铝等不溶于水的胶体，提高混凝土的密实度、和易性，从而影响混凝土的性能。
对比试验样1-14和对比样4-7的测试结果可以看出，II级煤灰、矿粉、天然砂的粒径以及氢氧化钠的质量浓度，会影响混凝土的坍落度和抗压强度。其中II级煤灰、矿粉、天然砂能够填充水泥、机制砂及石子间的孔隙，从而提高混凝土的密实度，由此提高混凝土的性能。
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 (9)
1.一种混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
水泥320-420份；
Ⅱ级煤灰50-75份；
矿粉45-65份；
机制砂470-545份；
天然砂200-240份；
石子870-910份；
外加剂128.5-210份；
水185-200份；
所述外加剂包括松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠中的至少四种。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述外加剂由以下重量份数的组分组成：
松香粉60-70份；
木质素磺酸钠8-25份；
十二烷基磺酸钠5-25份；
氢氧化钠0.5-10份；
聚丙烯酰胺10-40份；
羧甲基纤维素钠5-20份。
3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土还包括重量份数为20-35份的氯化盐；所述氯化盐包括氯化铁、氯化铝中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的混凝土，其特征在于，所述氯化盐包括重量份数为10-15份的氯化铁、10-20份的氯化铝。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述松香粉的粒径为50-150nm。
6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述氢氧化钠的质量浓度为35-45%。
7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述矿粉的粒度为100-140目。
8.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述Ⅱ级煤灰的粒度为100-140目。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照重量份数配比称取水泥、机制砂、天然砂、石子均匀混合，形成第一混合物；
步骤2，按照重量份数配比称取Ⅱ级煤灰、矿粉、氯化铁、氯化铝，加入到由步骤1获得的第一混合物中，混合均匀，形成第二混合物；
步骤3，按照重量份数配比称取松香粉、木质素磺酸钠、十二烷基磺酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠，混合均匀，形成外加剂；
步骤4，按照重量份数配比称取水，将由步骤3获得的外加剂、水加入到由步骤2获得的第二混合物中，混合均匀，获得混凝土。
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