CN109400020B - 一种高强度保温抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高强度保温抗裂混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高强度保温抗裂混凝土及其制备方法，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下:1m3混凝土中含有300～400Kg的水泥、900～1100Kg的粗骨料、400～600Kg的细骨料、100～200Kg的粉煤灰、5～10Kg的羧甲基纤维素、5～10Kg的改性凹凸棒土、10～30Kg的聚氨酯颗粒、4～12Kg的减水剂、350～500Kg的水；所述改性凹凸棒土为在提纯后的凹凸棒土浆体中加入碳酸钠，混合均匀后干燥研磨得钠化凹凸棒土；在钠化凹凸棒土的浆体中加入十八烷基三甲基氯化铵，混合均匀后滤出沉淀，将沉淀洗涤后干燥研磨即得改性凹凸棒土。本发明原料丰富、价格低廉、简单易得，混凝土的生产工艺简单、生产设备简单、易于大规模推广使用，制得的混凝土强度高、抗裂性能高。

Description

一种高强度保温抗裂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高强度保温抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点，因而其使用量越来越大；与此同时，混凝土还具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等特点，使得混凝土在各种土木工程中得以广泛使用，此外，在造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程中，混凝土也是极其重要的材料。
随着混凝土组成材料的不断发展，人们对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强度，而是在立足强度的基础上，更加注重混凝土的耐久性、变形性能、防火抗爆性能、防渗水性能、韧性、耐腐蚀性、保温性、健康环保性以及降低成本等等综合指标的平衡和协调。如今，裂缝仍然是困扰大体积混凝土结构的顽疾。研究和实践表明，温度应力是导致大体积混凝土施工期乃至运行期开裂的最主要原因。在施工期，混凝土中的胶凝材料的水化反应产生大量的热会引起结构温度上升，温升带来的内外温差变形在自约束作用下产生的温度应力容易造成结构表面裂缝，此外，结构后期整体降温温差在外约束作用下产生的温度应力容易引起结构贯穿性裂缝。因此，控制混凝土早期水化温升是防裂的最重要措施之一。
CN201110074370.6涉及一种超高性能混凝土配制技术，1m3混凝土中含有水泥380-420kg，细骨料680-740kg，粗骨料1120-1190kg，水130-160kg，粉煤灰50-75kg，硅灰25-64kg，高性能减水剂6.1-10.4kg，多壁碳纳米管0.05-0.25kg，纳米二氧化硅15-25kg。制备工艺是机械搅拌，搅拌时间180-240秒。其中碳纳米管以分散液形式加入，分散剂是十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)(分散液配制比例MWNTs∶C16TAB∶水＝0.48g∶4.10g∶40ml)。该发明提高了高性能混凝土的力学及耐久性能，大幅度增加高性能混凝土的使用年限，可用于大型跨海大桥、超高层建筑等对混凝土材料性能要求较高的工程中，实用价值高。但混凝土在使用过程中在环境温度变化、湿度变化、腐蚀介质渗入的情况下，混凝土内部的孔隙会影响混凝土的内部结构，而最终影响混凝土的抗渗性能和力学性能。
因此，研制性能更加优异、功能更加强大、更适应新工艺、新建筑对象的混凝土就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高强度保温抗裂混凝土，原料丰富、价格低廉、简单易得，在保证混凝土具有较高强度的同时，降低混凝土内部与外部环境之间的热量交换，降低内外温差，以减少裂缝；
本发明还提供了一种高强度保温抗裂混凝土的制备方法，生产工艺简单、生产设备易得，易于大规模推广使用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高强度保温抗裂混凝土，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有300～400Kg的水泥、900～1100Kg的粗骨料、400～600Kg的细骨料、100～200Kg的粉煤灰、5～10Kg的羧甲基纤维素、5～10Kg的改性凹凸棒土、10～30Kg的聚氨酯颗粒、4～12Kg的减水剂、350～500Kg的水。
所述改性凹凸棒土独特的结构使其吸水性强、隔热效果好，加之聚氨酯颗粒具有优异的隔热性能，使得混凝土水化过程中产生的热量被束缚在混凝土内部，降低混凝土与外界之间的热量交换速度，减少混凝土内部的温度急速下降引起的裂纹的产生；与此同时，所述改性凹凸棒土吸附的水分逐渐缓释，保持混凝土内部的水分含量，一方面利于混凝土的固化，另一方面减缓了水化反应产热的速度，降低了急剧温度变化带来的温度应力。
更优选地，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有350Kg的水泥、1000Kg的粗骨料、500Kg的细骨料、150Kg的粉煤灰、8Kg的羧甲基纤维素、8Kg的改性凹凸棒土、20Kg的聚氨酯颗粒、8Kg的减水剂、430Kg的水。
优选地，所述改性凹凸棒土为十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土。
更优选地，所述十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的制备方法，包括如下步骤：
S1.将所述凹凸棒土粉碎至平均粒径为10mm，采用自然沉降法进行提纯，得提纯后的凹凸棒土；
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为5％～15％的浆体A；在浆体A中加入质量为2％～6％M1的碳酸钠，50℃加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为1％～10％的浆体B；在浆体B中加入0.3mmol/kg～3.8mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
所述改性凹凸棒土经改性后，一方面增加了所述改性凹凸棒土与混凝土体系之间的融合程度，保证混凝土的整体强度；另一方面所述改性凹凸棒土的晶体结构被改变，凹凸棒土内部通道的吸水性和隔热性提高。
更优选地，所述步骤S2中，称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为10％的浆体A；在浆体A中加入质量为4％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土。
更优选地，所述步骤S3中，称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为5％的浆体B；在浆体B中加入1.3mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
优选地，所述粗骨料为天然粗骨料，连续级配，粒径为6～32mm。
一种高强度保温抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S11.将所述羧甲基纤维素、改性凹凸棒土、聚氨酯颗粒和1/2的水混合搅拌均匀；
S12.将所述水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰、减水剂和余量的水混合搅拌均匀；
S13.将步骤S11所得的混合物加入到步骤S12的混合物中，继续搅拌均匀，即可得到高强度保温抗裂混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中改性凹凸棒土明显提高了混凝土的机械强度，制备的混凝土强度高、耐久性好；此外，改性凹凸棒土还明显改善了混凝土内部的含水量及混凝土内部的整体保温效果，减缓了热量传递与交换，减少混凝土内部因快速的温度交换导致的温度下降而引起裂缝的产生；
2、本发明采用改性凹凸棒土与聚氨酯颗粒配合使用，两者相互促进，以进一步提高混凝土的保温隔热效果。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度保温抗裂混凝土，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有310Kg的水泥、1090Kg的粗骨料、580Kg的细骨料、103Kg的粉煤灰、6Kg的羧甲基纤维素、7Kg的十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土、12Kg的聚氨酯颗粒、6Kg的减水剂、360Kg的水。
粗骨料为天然粗骨料，连续级配，粒径为20mm。
十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的制备方法，包括如下步骤：
S1.将凹凸棒土粉碎至平均粒径为10mm，采用自然沉降法进行提纯，得提纯后的凹凸棒土；
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为10％的浆体A；在浆体A中加入质量为4％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为5％的浆体B；在浆体B中加入1.3mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
一种高强度保温抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S11.将所述羧甲基纤维素、改性凹凸棒土、聚氨酯颗粒和1/2的水混合搅拌均匀；
S12.将所述水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰、减水剂和余量的水混合搅拌均匀；
S13.将步骤S11所得的混合物加入到步骤S12的混合物中，继续搅拌均匀，即可得到高强度保温抗裂混凝土。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有400Kg的水泥、960Kg的粗骨料、430Kg的细骨料、198Kg的粉煤灰、9Kg的羧甲基纤维素、10Kg的十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土、28Kg的聚氨酯颗粒、12Kg的减水剂、481Kg的水。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有350Kg的水泥、1000Kg的粗骨料、500Kg的细骨料、150Kg的粉煤灰、8Kg的羧甲基纤维素、8Kg的十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土、20Kg的聚氨酯颗粒、8Kg的减水剂、430Kg的水。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的制备方法，包括如下步骤：
S1.将凹凸棒土粉碎至平均粒径为10mm，采用自然沉降法进行提纯，得提纯后的凹凸棒土；
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为6％的浆体A；在浆体A中加入质量为6％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为9.5％的浆体B；在浆体B中加入0.6mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的制备方法，包括如下步骤：
S1.将凹凸棒土粉碎至平均粒径为10mm，采用自然沉降法进行提纯，得提纯后的凹凸棒土；
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为15％的浆体A；在浆体A中加入质量为2％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为1.2％的浆体B；在浆体B中加入3.5mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
对比例1
本对比例与实施例3基本相同，不同之处在于：所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有350Kg的水泥、1000Kg的粗骨料、500Kg的细骨料、150Kg的粉煤灰、8Kg的羧甲基纤维素、20Kg的聚氨酯颗粒、8Kg的减水剂、438Kg的水。
对比例2
本对比例与实施例3基本相同，不同之处在于：所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有350Kg的水泥、1000Kg的粗骨料、500Kg的细骨料、150Kg的粉煤灰、8Kg的羧甲基纤维素、10Kg的十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土、8Kg的减水剂、448Kg的水。
对比例3
本对比例与实施例3基本相同，不同之处在于：所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m3混凝土中含有350Kg的水泥、1000Kg的粗骨料、500Kg的细骨料、150Kg的粉煤灰、8Kg的羧甲基纤维素、4Kg的十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土、32Kg的聚氨酯颗粒、8Kg的减水剂、422Kg的水。
对比例4
本对比例与实施例3基本相同，不同之处在于：
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为3％的浆体A；在浆体A中加入质量为1.5％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
对比例5
本对比例与实施例3基本相同，不同之处在于：
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为11％的浆体B；在浆体B中加入4.0mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
试验例1
抗压强度试验：根据《混凝土力学性能试验方法标准》GB/50081-2002规定，每个配合比预留3个尺寸为100*100*100mm的立方体试件和3个100*100*300mm的试件，试验仪器为液压式万能试验机。试件养护好之后，将其表面与上下承压板面擦干净，放到试验机下压板的中心位置，保证劈裂承压面与试件成型时顶面垂直。施加荷载连续均匀，每秒0.5～0.8MPa，直到试件接近破坏，记录破坏荷载。
混凝土轴心抗压强度计算公式如下：Fcc＝F/A，其中Fcc为混凝土轴心抗压强度(MPa)；F为试件破坏荷载(N)；A为试件承压面积(mm2)。将实施例1～5、对比例1～5的混凝土在3天、7天和28天分别测试其立方体抗压强度和轴心抗压强度，计算平均抗压强度，并计算每个试件3天和7天时的平均抗压强度达到28天平均抗压强度的百分比。用非标准试件进行测试，所得的结果应乘以换算系数0.95。得到的结果如表1所示：
表1混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度
Figure BDA0001863618320000061
Figure BDA0001863618320000071
由上述试验结果可知，在28天时，所有实施例的混凝土试件的抗压强度均大于40MPa，说明该混凝土的强度高。对比实施例1～5的试验结果可知，实施例3制备的混凝土力学性能最优。
从实施例3与对比例1～3的测试结果对比可知，十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的添加量影响混凝土的整体力学性能，不添加十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土时混凝土抗压强度下降明显；加入十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土过多或过少都会影响混凝土的抗压强度，加入过多时十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土之间聚集，影响混凝土整体之间的均匀性和分散性，影响混凝土的抗压强度。
从实施例3与对比例4～5的测试结果对比可知，十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的制备工艺影响混凝土的整体力学性能，浆体A浓度过低、碳酸钠含量过少，凹凸棒土的钠化不充分；浆体B浓度过高、十八烷基三甲基氯化铵加入量过多，影响钠化凹凸棒土的改性效果使其不能充分改性，都会影响混凝土的抗压强度。
试验例2
温度应力试验：整个试验过程试件处于半保温绝热状态，该设备的试件尺寸为120mm*120mm*1200mm，混凝土试件的两端由两个夹头夹紧，一端固定，另一端与步进电机相连，试验过程中当试件变形超过±0.5μm时，位移控制系统就会运行起来，始终保持试件的变形在±0.5μm以内，以保证试件试验过程中约束程度为100％。试件在试验过程中，温度先升高再下降，试件先膨胀然后收缩，在收缩的过程中由于约束而产生拉应力，当拉应力大于其自身的抗拉强度时，试件被拉断，试验结束。在试验过程中记录开裂应力(裂缝大于0.2mm时的应力)，以及试验过程中的温升，试验结果如表2所示。
表2混凝土的开裂应力和温升表
开裂应力(MPa) 温升(℃)
实施例1 2.22 17.6
实施例2 2.18 18.2
实施例3 2.30 17.1
实施例4 2.10 18.7
实施例5 2.12 18.5
对比例1 1.96 24.3
对比例2 2.06 19.2
对比例3 2.05 19.3
对比例4 2.26 17.3
对比例5 2.27 17.2
由以上试验结果可知，十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土的添加温升下降明显，表明十八烷基三甲基铵改性凹凸棒土有利于降低水化反应速度；当采用实施例3的配方时，具有最高的开裂应力，表明其耐应力开裂性能最好，除了材料本身具有优异的强度之外，还与其受应力作用条件下温升较小，不容易对试件产生破坏有关。
综合抗压强度试验和温度应力试验的结果可知，实施例3的配方具有最优的综合耐应力开裂性能，得到的混凝土强度高、抗裂性能高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高强度保温抗裂混凝土，其特征在于，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m 3 混凝土中含有300～400kg的水泥、900～1100kg的粗骨料、400～600kg的细骨料、100～200kg的粉煤灰、5～10kg的羧甲基纤维素、5～10kg的改性凹凸棒土、10～30kg的聚氨酯颗粒、4～12kg的减水剂、350～500kg的水；
所述改性凹凸棒土的制备方法，包括如下步骤：
S1.将凹凸棒土粉碎至平均粒径为10mm，采用自然沉降法进行提纯，得提纯后的凹凸棒土；
S2.称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为5％～15％的浆体A；在浆体A中加入质量为2％～6％M1的碳酸钠，50℃加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土；
S3.称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为1％～10％的浆体B；在浆体B中加入0.3mmol/kg～3.8mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
2.根据权利要求1所述的一种高强度保温抗裂混凝土，其特征在于，所述高强度保温抗裂混凝土的组分和含量如下：1m 3 混凝土中含有350kg的水泥、1000kg的粗骨料、500kg的细骨料、150kg的粉煤灰、8kg的羧甲基纤维素、8kg的改性凹凸棒土、20kg的聚氨酯颗粒、8kg的减水剂、430kg的水。
3.根据权利要求1所述的一种高强度保温抗裂混凝土，其特征在于，所述步骤S2中，称取质量为M1的步骤S1制得的提纯后的凹凸棒土，制成浓度为10％的浆体A；在浆体A中加入质量为4％M1的碳酸钠，50℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液A；搅拌完成后，将混合液A在100℃下恒温干燥后研磨至200目的钠化凹凸棒土。
4.根据权利要求1所述的一种高强度保温抗裂混凝土，其特征在于，所述步骤S3中，称取质量为M2的步骤S2制得的钠化凹凸棒土，制成浓度为5％的浆体B；在浆体B中加入1.3mmol/kg的十八烷基三甲基氯化铵，80℃水浴加热条件下搅拌2h，得混合液B；搅拌完成后，将混合液B过滤，弃除上清液并用去离子水洗涤沉淀至无氯离子；洗涤后的沉淀在90℃下恒温干燥后研磨至200目，即得改性凹凸棒土。
5.根据权利要求1所述的一种高强度保温抗裂混凝土，其特征在于，所述粗骨料为天然粗骨料，连续级配，粒径为6～32mm。
6.权利要求1所述的一种高强度保温抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11.将所述羧甲基纤维素、改性凹凸棒土、聚氨酯颗粒和1/2的水混合搅拌均匀；
S12.将所述水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰、减水剂和余量的水混合搅拌均匀；
S13.将步骤S11所得的混合物加入到步骤S12的混合物中，继续搅拌均匀，即可得到高强度保温抗裂混凝土。
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