CN109503055A - 一种自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土的技术领域，具体涉及一种自密实混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥200‑285份、矿粉70‑110份、粉煤灰75‑125份、混合砂800‑875份、石子900‑1100份、钢纤维1‑3份、甲基纤维素或羟甲基纤维素0.5‑2份、空心玻璃微珠50‑80份、外加剂8‑15份和水150‑300份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1:（1‑2.5）；本发明可以克服因混凝土内外温差而产生裂缝的问题，提高了自密实混凝土的强度；本发明还提供了该混凝土的制备方法，从而制备得到具有较高抗压强度的自密实混凝土。

Description

一种自密实混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土的技术领域，具体涉及一种自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

自密实混凝土是指具有较高的流动性、良好的粘聚性、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重作用，无需振捣而达到密实的混凝土。随着我国混凝土建设工程的现代化高速发展，自密实混凝土在我国已引起广泛重视，其推广应用量迅速增长。自密实混凝土能依靠自重填充模板，不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型，改善了混凝土的外观质量。不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构，增加了结构设计的自由度，具有良好的施工性能。自密实混凝土使混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，可以提高施工进度。由于没有振捣噪音、避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”，改善了工作环境和安全性。

授权公告号为CN101805160B的专利公开了一种自密实混凝土，在混凝土中浆料混合物包括水泥、粉煤灰，其中粉煤灰包括粉煤灰漂珠和碱性活化粉煤灰漂珠，粉煤灰漂珠和碱性活化粉煤灰漂珠具有耐温隔热的特点，在施工过程中水泥的水化反应产生大量的热，热量聚集在混凝土内部不易散发，而表面的热量散发较快，导致混凝土内部和表面之间形成较大的温差，当受到较大外力时，混凝土内部或者表面可能产生裂缝，影响自密实混凝土的强度。

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一种自密实混凝土，可以克服因混凝土内外温差而产生裂缝的问题，提高了自密实混凝土的强度。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种自密实混凝土，包括如下重量份的原料组分：水泥200-285份、矿粉70-110份、粉煤灰75-125份、混合砂800-875份、石子900-1100份、钢纤维1-3份、甲基纤维素或羟甲基纤维素0.5-2份、空心玻璃微珠50-80份、外加剂8-15份和水150-300份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1∶(1-2.5)。

通过采用上述技术方案，机制砂是指通过制砂机和其它附属设备加工而成的砂子，成品更加规则，可以根据不同工艺要求加工成不同规则和大小的砂子，更能满足混凝土的生产需求。将机制砂与特细砂混合，满足了混凝土用细骨料要求的同时，可以提高混合砂的自密实性，提高混凝土的和易性。甲基纤维素或羟甲基纤维素是一种化学纤维素，纤维素分子链除两个端基外，每个葡萄糖基都有三个羟基C₂(OH)、C₃(OH)及C₆(OH)，由于纤维素是线型长链分子，具有为数众多的羟基，在分子内和分子间可形成大量氢键；分散作用机理为吸附在粒子表面形成紧密吸附层来防止粒子间的絮凝与聚并，从而达到分散稳定作用。此外，它还可以使表面张力或界面张力减小使液体珠滴变小，从而达到分散作用。空心玻璃微珠是微小的球体，球型率大，具有很小的比表面积，它在混凝土骨料混合物中能够具有良好的分散性，很容易被压紧密实，因此它具有很高的填充性能。将空心玻璃微珠填充在甲基纤维素或羟甲基纤维素形成的线条形的架构中，形成具有填充空隙的空间结构，钢纤维填充在此空隙内，进一步增强混凝土的强度，配合细料、粗料与外加剂等原料，形成具有空心玻璃微珠保温层及高强度填充介质的自密实混凝土，高强度填充介质对空心玻璃微珠之间的空隙起到补强的作用，即使在施工过程中因混凝土内部和表面之间存在温差，也不会产生裂缝，提高了自密实混凝土的强度。

作为优选，包括如下重量份的原料组分：水泥225-275份、矿粉80-100份、粉煤灰90-110份、混合砂820-860份、石子930-1000份、钢纤维1.5-2.5份、甲基纤维素或羟甲基纤维素1-1.8份、空心玻璃微珠60-73份、外加剂9-13份和水180-250份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1∶2.2。

作为优选，包括如下重量份的原料组分：水泥253份、矿粉96份、粉煤灰100份、混合砂848份、石子985份、钢纤维2份、甲基纤维素或羟甲基纤维素1.4份、空心玻璃微珠65份、外加剂11份和水200份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1∶2.2。

通过采用上述技术方案，通过优化各原料组分配比，提高自密实混凝土的综合性能。

作为优选，所述石子为3-25mm连续级配的石子，压碎值为8.2％，含泥量不大于0.7％。

通过采用上述技术方案，石子作为粗骨料，连续级配的选择，配合混合砂和空心玻璃微珠，进一步保证粗细骨料的级配连续及流变性；克服因中间级配缺失导致混凝土收缩增大、开裂风险增加的问题。控制石子的含泥量不大于0.7％，可以在同等重量的石子情况下，相对提高石子的硬度和强度，从而相对提高自密实混凝土的结构强度。

作为优选，所述特细砂的细度模数为1.0-1.5，所述混合砂的细度模数不小于3.0，所述空心玻璃微珠的粒径为200-450μm。

通过采用上述技术方案，利用机制砂与细度模数为1.0-1.5(平均粒径在0.15-0.25mm之间)的特细砂混合得到细度模数不小于3的混合砂(平均粒径在0.4mm以上)；空心玻璃微珠是微小的球体，球型率大，具有很小的比表面积，它在混凝土骨料混合物中能够具有良好的分散性，很容易被压紧密实，因此它具有很高的填充性能；加入粒径为200-450μm的空心玻璃微珠，填充机制砂和特细砂的中间级配，使粗细骨料配合，实现骨料级配的连续性，可以有效保证混凝土的流变性，提高混凝土的和易性。

作为优选，所述矿粉为S105级矿粉。

通过采用上述技术方案，矿粉分为三个级别：S105，S95，S75，主要是以矿粉活性指数区分的，S105矿粉活性指数28天≥105％，S95矿粉活性指数28天≥95％，S75矿粉活性指数28天≥75％。

作为优选，所述粉煤灰为一级风选粉煤灰，需水量比≤90％，细度≤5％，烧失量≤1.5％。

通过采用上述技术方案，粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。一般情况下，混凝土工程C30以下(含)可采用二级粉煤灰，C30以上可采用一级粉煤灰，三级粉煤灰原则上不使用。

作为优选，所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率28％。

通过采用上述技术方案，聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，属当今世界上技术领先的环保型混凝土外加剂。与各种水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，掺量低，减水率高，收缩小，可以大幅度提高混凝土的早期、后期强度。并且其氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。

作为优选，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥，由硅酸盐水泥熟料、5％-20％的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。具有强度高、水化热大，抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性。

本发明的第二个目的是提供一种上述自密实混凝土的制备方法。

本发明的第二个目的通过以下技术方案来实现：

一种自密实混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：

将水泥、矿粉和粉煤灰混合搅拌，得到混合料A；将混合砂、石子、钢纤维、甲基纤维素或羟甲基纤维素、外加剂和水混合搅拌，得到混合料B；将混合料A加入混合料B中，搅拌均匀后加入空心玻璃微珠，以20-35r/min的速度混合搅拌1-2min，得到自密实混凝土。

通过采用上述技术方案，水泥、矿粉和粉煤灰混合后形成浆状的细骨料；将粗骨料、钢纤维、甲基纤维素或羟甲基纤维素、外加剂和水混合搅拌，形成具有网状结构支撑的粗骨料，且粗骨料填充在网状结构的间隙内；控制空心玻璃微珠的加入时机，并将其在混凝土各骨料与外加剂均搅拌混合均匀后再加入，即最后加入，控制在温和的搅拌速度下搅拌，确保空心玻璃微珠保持结构完整性，从而保证其可以发挥隔热保温作用及填补骨料的中间级配缺失的作用，并且空心玻璃微珠加入后，穿插在上述的网状结构内，形成具有空间立体穿插支撑的结构，可以增加自密实混凝土的强度。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

(1)加入空心玻璃微珠，填充机制砂和特细砂的中间级配，使粗细骨料配合，实现骨料级配的连续性，增强了自密实混凝土的强度；

(2)本发明的自密实混凝土的水胶比最高达到0.52，在保证混凝土性能达标的同时，降低了水泥、粉煤灰、矿粉的添加量，降低了胶凝材料的成本；

(3)利用本发明的配方与制备方法制得的自密实混凝土，28d的抗压强度最高达到75.8MPa，90d的抗压强度最高达到85.8MPa，并且工作性评价的各项性能相比于现有的自密实混凝土均有进一步的提升，并且均达到优异水平。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。

本发明制备混凝土的原料中：外加剂选用聚羧酸高性能减水剂，选自南通润丰石油化工有限公司，减水率28％，固含量20±2％，密度1.08±0.02g/ml，pH 6-7，氯离子＜0.05，水泥净浆流动度，W/C＝0.29≥250mm；水泥为PC40.5普通硅酸盐水泥；石子为3-25mm的连续级配的石子，压碎值为8.2％，含泥量不大于0.7％；矿粉为S105级矿粉；粉煤灰为一级风选粉煤灰，需水量比≤90％，细度≤5％，烧失量≤1.5％。空心玻璃微珠选用粒径为200-450μm大小的，并且在同一实施例中其粒度区间内大小的颗粒均有，保证连续级配；各实施例中均控制机制砂的细度模数，使特细砂与机制砂混合得到的混合砂的细度模数不小于3.0。

实施例1

按照表1中各原料的添加量，将水泥、矿粉和粉煤灰，加入机械搅拌机中混合并干拌2.5分钟，得到混合料A；将机制砂、细度模数为1.5的特细砂、石子、钢纤维、甲基纤维素、外加剂和水加入另一个搅拌机中混合搅拌2.5分钟，得到混合料B；将混合料A从搅拌机中导出并导入另一个搅拌机中与混合料B混合，搅拌2分钟至均匀后加入空心玻璃微珠，以20r/min的速度混合搅拌2分钟，得到自密实混凝土。

实施例2

按照实施例1中各原料的添加量，将水泥、矿粉和粉煤灰，加入机械搅拌机中混合并干拌2.5分钟，得到混合料A；将机制砂、细度模数为1.3的特细砂、石子、钢纤维、羟甲基纤维素、外加剂和水加入另一个搅拌机中混合搅拌2.5分钟，得到混合料B；将混合料A从搅拌机中导出并导入另一个搅拌机中与混合料B混合，搅拌2分钟至均匀后加入空心玻璃微珠，以26r/min的速度混合搅拌1.3分钟，得到自密实混凝土。

实施例3

按照实施例1中各原料的添加量，将水泥、矿粉和粉煤灰，加入机械搅拌机中混合并干拌2.5分钟，得到混合料A；将机制砂、细度模数为1.0的特细砂、石子、钢纤维、羟甲基纤维素、外加剂和水加入另一个搅拌机中混合搅拌2.5分钟，得到混合料B；将混合料A从搅拌机中导出并导入另一个搅拌机中与混合料B混合，搅拌2分钟至均匀后加入空心玻璃微珠，以35r/min的速度混合搅拌1分钟，得到自密实混凝土。

实施例4-9

实施例4-9的自密实混凝土的制备方法与实施例2完全相同，区别在于各原料组分的添加量不同，具体添加量见表1。其中，实施例4-9的特细砂的细度模数分别为1.3、1.4、1.2、1.5、1.3和1.1。

表1实施例1-9中制备自密实混凝土的各原料组分的添加量

对比例1

对比例1与实施例2的区别在于：对比例1中的原料中无空心玻璃微珠，其余与实施例2的一致。

对比例2

对比例2与实施例2的区别在于：对比例2中的原料中无钢纤维，其余与实施例2的一致。

对比例3

对比例3与实施例2的区别在于：对比例3中的原料中无羟甲基纤维素，其余与实施例2的一致。

对比例4

授权公布号为CN 101805160 B的发明专利申请中，具体实施方式中，22段至38段所制备的自密实混凝土。

性能检测

按照JGJ/T 283-2012自密实混凝土应用技术规程中的标准及检测方法，对实施例1-9和对比例1-4的自密实混凝土进行性能检测，具体检测结果见表2所示。

表2实施例1-9、对比例1-4的自密实混凝土的性能测试结果

由表2中的检测结果表明，利用本发明的配方与制备方法制得的自密实混凝土，28d的抗压强度最高达到75.8MPa，90d的抗压强度最高达到85.8Mpa，远远优于对比例4的专利申请公开的自密实混凝土的抗压强度。本发明的自密实混凝土出现裂缝的情况明显优于对比例4的专利申请中公开的自密实混凝土的裂缝情况，证明本发明的自密实混凝土达到了很好的抗压强度，且即使在施工过程中混凝土内外存在温差的情况下，也不会产生严重的裂缝。本发明的自密实混凝土的工作性评价的各项性能相比于对比例4的自密实混凝土均有很大的提升，并且均达到优异水平，反映出本发明混凝土流动性、粘聚性、保水性好。本发明的混凝土的扩展度基本均大于700mm，说明其流动性非常优良；用倒置的坍落度筒测定混凝土拌和物的排空时间，均在5s以内，说明混凝土拌和物不泌水、不粘稠、不板结，即混凝土拌和物很“软”，具有极好的可泵性。本发明的自密实混凝土的水胶比最高达到0.52，在保证混凝土强度等各项性能达标的同时，降低了水泥、粉煤灰、矿粉的添加量，降低了胶凝材料的成本。

此外，由对比例1和实施例2对比可知，本发明中空心玻璃微珠的加入，不仅可以增强混凝土的抗压强度，而且对混凝土的和易性具有影响，去掉空心玻璃微珠后，在同等水胶比的情况下，按照本发明配方制备的混凝土的流变性太大，而使混凝土难以固化凝结，需要增大胶凝材料的用量才能满足施工的要求，因此空心玻璃微珠应用到本发明的配方中，不仅可以相对增强混凝土的抗压强度，而且对混凝土的易和性也起到了正向的促进作用。由对比例2、对比例3和实施例2对比可知，本发明中钢纤维与羟甲基纤维素的加入，对自密实混凝土的抗压强度、流动性、粘聚性、抗裂性等均具有正向的促进作用。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种自密实混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：水泥200-285份、矿粉70-110份、粉煤灰75-125份、混合砂800-875份、石子900-1100份、钢纤维1-3份、甲基纤维素或羟甲基纤维素0.5-2份、空心玻璃微珠50-80份、外加剂8-15份和水150-300份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1:（1-2.5）。

2.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：水泥225-275份、矿粉80-100份、粉煤灰90-110份、混合砂820-860份、石子930-1000份、钢纤维1.5-2.5份、甲基纤维素或羟甲基纤维素1-1.8份、空心玻璃微珠60-73份、外加剂9-13份和水180-250份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1:2.2。

3.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：水泥253份、矿粉96份、粉煤灰100份、混合砂848份、石子985份、钢纤维2份、甲基纤维素或羟甲基纤维素1.4份、空心玻璃微珠65份、外加剂11份和水200份，所述混合砂包括机制砂和特细砂，两者的重量份配比为1:2.2。

4.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述石子为3-25mm连续级配的石子，压碎值为8.2%，含泥量不大于0.7%。

5.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述特细砂的细度模数为1.0-1.5，所述混合砂的细度模数不小于3.0，所述空心玻璃微珠的粒径为200-450μm。

6.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述矿粉为S105级矿粉。

7.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为一级风选粉煤灰，需水量比≤90%，细度≤5%，烧失量≤1.5%。

8.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述外加剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率28%。

9.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。

10.一种权利要求1-9任一项所述的自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

将水泥、矿粉和粉煤灰混合搅拌，得到混合料A；将混合砂、石子、钢纤维、甲基纤维素或羟甲基纤维素、外加剂和水混合搅拌，得到混合料B；将混合料A加入混合料B中，搅拌均匀后加入空心玻璃微珠，以20-35r/min的速度混合搅拌1-2min，得到自密实混凝土。