CN109503066B - 一种清水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清水混凝土，属于混凝土技术领域，其技术方案要点是，包括按重量份计的：硅酸盐水泥300‑360份、粗骨料900‑1100份、细骨料700‑760份、水150‑210份、外加剂4‑8份和改性粉末20‑80份；所述改性粉末由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末按质量比2：（0.5‑1）混合而成；优选方案中，改性粉末经由聚乙烯醇溶液浸泡后采用喷雾干燥法被制成微胶囊，再以微胶囊的形式掺加到混凝土中，极大提高了混凝土的强度、抗渗性和抗裂性。本发明相应公开了一种清水混凝土的制备方法，其将干料、湿料分开预混合后，再混合搅拌，提高了混凝土的拌制均匀性，制得的清水混凝土具有强度高、抗渗性好和抗裂性佳的优势。

Description

一种清水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种清水混凝土及其制备方法。

背景技术

清水混凝土（fair-faced concrete）是直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土，可分为普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土。一次浇筑，不加任何外挂装修是清水混凝土最关键的两点。

近年来，清水混凝土越来越多应用于工业与民用建筑工程中，其主要特点有以下几个：①、提升工程质量，清水混凝土不做任何修饰，质量集“精、细、美”于一身，其施工过程要求每道工序有严格分工和专人负责，在施工时要加大现场监控力度和贯彻执行力，做到设计和施工不分离，只有这样才能保证预期效果，从而全面提升工程质量；同时，推广清水混凝土有利于提升我国的混凝土技术总水平；②、节约工程总造价，清水混凝土的观感质量不做任何装饰，取消了抹灰层和面层，因此节约了装修资金，降低了工程成本；③、减少工程维护费用，清水混凝土，取消了抹灰，避免了一般混凝土结构工程发生空鼓、裂缝、脱落这类质量缺陷，更重要的是减少了维修工作量、难度和费用；④、环境效益显著，现在社会越来越强调环保的重要性，清水混凝土一次成型，不需要修补抹灰，这样就大大减少了建筑垃圾，是真正绿色环保建筑，对环境保护十分有利。

清水混凝土与普通混凝土的最大区别在于清水混凝土没有普通混凝土表面的装饰材料保护层而长期裸露于外界环境中，直接受到外界环境的腐蚀作用，会产生开裂现象，这对清水混凝土的耐久性就提出了更加严格的要求。如授权公告号为CN107445557A的中国专利公开了一种清水混凝土，其配方中包括90～100份河沙、30～40份硅酸盐水泥、10～20份粉煤灰、10～20份硅灰、10～20份矿渣、20～30份水、20～30份硅烷偶联剂、10～20份聚烯丙胺水溶液、10～20份桃胶液和10～20份纳米椰炭纤维。其通过在配方中掺加纳米椰炭纤维，以期提高清水混凝土的防碳化性能、抗渗性能和抗裂性能。

但是，椰炭纤维是指：将椰子外壳的纤维质加热到1200℃，生成活性炭，再与聚酯混合并添加其他化学物质制成椰炭母粒，并以聚酯为载体稀释，抽成椰炭长纤及短纤。其实质为聚酯纤维，其密度远低于混凝土中水泥、河砂、矿渣等组分，使得拌制混凝土时，容易出现椰炭纤维聚集缠绕或者与其他材料离析分层的现象，导致椰炭纤维无法混合均匀。同时，其配方中还含有具有增稠作用的桃胶液，容易使椰炭纤维粘结成团，进一步增加了椰炭纤维的拌制难度。因而，该种清水混凝土在实际生产应用中，难以保证获得预期的效果，有待进一步改进。

针对上述问题，本发明旨在提供一种新的强度高、抗渗性能好、抗裂性能佳的清水混凝土及其制备方法。

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清水混凝土，其具有强度高、抗渗性好、抗裂性佳的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种清水混凝土，包括按重量份计的如下组分，

硅酸盐水泥 300-360份

粗骨料 900-1100份

细骨料 700-760份

水 150-210份

外加剂 4-8份

改性粉末 20-80份；

所述改性粉末由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末按质量比2：（0.5-1）混合而成。

通过采用上述技术方案，至少具有如下优点：1、上述掺量改性粉末能够均匀分散于混凝土体系内，填充于粗细骨料的间隙之间，起到增强粘结性的作用，增加了混凝土的致密性；2、改性粉末中的纳米二氧化硅对无机材料有良好的附着性，利于减少混凝土内部的砂眼、孔洞，提升混凝土的粘结牢度；3、改性粉末中的金属粉末可以作为高效导热组分均布于混凝土体系内，使得混凝土固化过程中水化热能够均匀、迅速地向混凝土表层传导，较少了因混凝土里层和表层温度差过大造成的微裂缝，提升了混凝土的抗裂性能。

进一步地，所述改性粉末经由如下工艺处理而得，

浸渍：将未处理的改性粉末加入到浓度为1-10wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:（50-100）；超声15-20min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；

喷雾：加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出形成直径≤500μm的液滴；

干燥：利用气态热媒对喷嘴喷出的液滴进行烘干，形成表面包覆有聚乙烯醇的改性粉末；

过筛：冷却后，过筛，得到处理后的改性粉末备用。

通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅粉末和金属粉末的表面均包覆有一层致密的聚乙烯醇保护层，形成微胶囊结构，降低了改性粉末的微聚集效应，利于拌制混凝土过程中改性粉末均匀分散。混凝土拌制过程中，改性粉末颗粒表面包覆的聚乙烯醇层吸水溶胀，且在机械搅拌作用下，逐渐溶于水；聚乙烯醇的高分子长链缓慢舒展，在混凝土内形成立体的空间网状结构，使纳米二氧化硅和金属粉末均匀分布于混凝土体系内；纳米二氧化硅对无机材料的高吸附性，及聚乙烯醇分子长链形成的立体空间网状结构，使得混凝土中无机颗粒被牢固粘结在一起，提升了混凝土的致密性，增加了强度，而金属粉末则作为高导热介质，能够均匀迅速地将混凝土内层水化产生的热量传导至混凝土表层，减小了混凝土里层和表层的温度差，从而减少了微裂缝的生成和进一步开裂，提升了混凝土的抗渗性能。

进一步地，还包括按重量份计的苯骈三氮唑1-5份。

通过采用上述技术方案，上述掺量的苯骈三氮唑具有良好的防锈蚀作用，起到了减缓金属粉末锈蚀的作用，提升了混凝土的使用耐久性。

进一步地，所述金属粉末为铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉、铝合金粉中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉、铝合金粉均为导热良好、易得的金属粉末，掺加一种或多种，均能起到提高导热效率和均匀性、减少混凝土开裂的作用。

进一步地，所述外加剂由聚羧酸减水剂和有机硅消泡剂按质量比1:1混合而成。

通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂的掺入使得混凝土具有良好的可施工性，有机硅消泡剂的掺入能起到良好的消泡、抑泡作用，减少了拌制混凝土过程中产生的气泡，减少了混凝土固化后内部形成孔洞，提升了混凝土的强度和抗渗性能。

本发明的另一目的在于提供一种清水混凝土的制备方法，采用该种方法制得的清水混凝土具有强度高、抗渗性好、抗裂性佳的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种如上述任一项所述清水混凝土的制备方法，包括如下步骤，

称料：按照配比称取包含硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、水、外加剂、由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末按质量比2：（0.5-1）混合而成的改性粉末；

干料混合：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和改性粉末加入搅拌设备，搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料混合：将水和外加剂加入搅拌设备，搅拌均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：将混合湿料加入混合干料中，搅拌均匀，即得清水混凝土。

通过采用上述技术方案，干料、湿料分开混合，可以减少细粉料或粒料遇水聚集成块，提高了物料的混合均匀程度；掺入由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末混合而成的改性粉末，增加了混凝土无机组分之间的粘结牢度，提升了混凝土的强度，同时使得混凝土固化过程中热量能够被迅速传导至表层逸散，减少了因混凝土里层和表层之间的温度差造成微裂缝等问题。采用该种方法制备的清水混凝土具有强度高、抗渗性好、抗裂性佳的优势。

进一步地，所述改性粉末经由如下工艺处理而得，

浸渍：将未处理的改性粉末加入到浓度为1-10wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:（50-100）；超声15-20min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；

喷雾：加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出形成直径≤500μm的液滴；

干燥：利用气态热媒对喷嘴喷出的液滴进行烘干，形成表面包覆有聚乙烯醇的改性粉末；

过筛：冷却后，过筛，得到处理后的改性粉末备用。

进一步地，所述金属粉末为铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉、铝合金粉中的一种或多种。

进一步地，所述外加剂由聚羧酸减水剂和有机硅消泡剂按质量比1:1混合而成。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、改性粉末中的纳米二氧化硅对无机材料有良好的附着性，利于减少混凝土内部的砂眼、孔洞，提升混凝土的粘结牢度；

2、改性粉末中的金属粉末可以作为高效导热组分均布于混凝土体系内，使得混凝土固化过程中水化热能够均匀、迅速地向混凝土表层传导，较少了因混凝土里层和表层温度差过大造成的微裂缝，提升了混凝土的抗裂性能；

3、利用聚乙烯醇溶液浸渍改性粉末，然后采用喷雾干燥法制成以聚乙烯醇为壁材、以改性粉末颗粒为芯材的微胶囊后，再用于拌制混凝土，相较于直接掺加改性粉末，能有有效减少改性粉末遇水后的微聚集现象，提升改性粉末在混凝土体系内的分散均匀性，对与混凝土强度、抗渗性能和抗开裂性能具有显著的提升的作用；

4、本发明相应公开了一种清水混凝土的制备方法，采用本发明方法制得的清水混凝土具有强度高、抗渗性好、抗裂性佳的优势。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例中所用硅酸盐水泥，均为标号为42.5的普通硅酸盐水泥；

粗骨料为符合JGJ52-2006标准的级配碎石，压碎指标为7%、粒径为5-20mm；

细骨料为符合JGJ52-2006标准的天然河沙，含泥量≤1.5%；

水采用日常饮用水，其质量符合JGJ63-2006的规定

实施例1-3：

实施例1-3均涉及一种清水混凝土，其具体原料组成如下表所示，

表1.

所用改性粉末由纳米二氧化硅和铝粉混合而成。

实施例1所用改性粉末经由如下工艺处理：

将未处理的改性粉末加入到浓度为6wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:50；超声15min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；然后，加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出，雾化形成直径≤500μm的液滴；同时，利用温度为100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使得附着在铝粉颗粒表面的改性粉末-聚乙烯醇悬浊液中的水分迅速蒸发，在铝粉颗粒表面形成致密的聚乙烯醇保护层；自然冷却至室温后，过筛，得到粒径≤400μm的处理后的改性粉末备用。

实施例2所用改性粉末经由如下工艺处理：

将未处理的改性粉末加入到浓度为6wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:50；超声18min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；然后，加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出，雾化形成直径≤500μm的液滴；同时，利用温度为100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使得附着在铝粉颗粒表面的改性粉末-聚乙烯醇悬浊液中的水分迅速蒸发，在铝粉颗粒表面形成致密的聚乙烯醇保护层；自然冷却至室温后，过筛，得到粒径≤400μm的处理后的改性粉末备用.

实施例3所用改性粉末经由如下工艺处理：

将未处理的改性粉末加入到浓度为6wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:50；超声20min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；然后，加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出，雾化形成直径≤500μm的液滴；同时，利用温度为100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使得附着在铝粉颗粒表面的改性粉末-聚乙烯醇悬浊液中的水分迅速蒸发，在铝粉颗粒表面形成致密的聚乙烯醇保护层；自然冷却至室温后，过筛，得到粒径≤400μm的处理后的改性粉末备用。

实施例1-3的清水混凝土的制备方法包括如下步骤：

称料：按照表1的配比称取硅酸盐水泥、碎石、天然河沙、水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、苯骈三氮唑和经过处理上述工艺方法处理的改性粉末；

干料混合：将硅酸盐水泥、碎石、天然河沙和经过处理的改性粉末加入搅拌设备，搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料混合：将水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂和苯骈三氮唑加入搅拌设备，搅拌均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：将混合湿料加入混合干料中，搅拌均匀，即得清水混凝土。

实施例4-9

实施例4-9均涉及一种清水混凝土，其具体原料组成如下表所示，

表2.

实施例4-9所用的改性粉末均由纳米二氧化硅和金属粉末混合而成，且经过如下工艺处理：

将未处理的改性粉末加入到浓度为6wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:50；超声20min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；然后，加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出，雾化形成直径≤500μm的液滴；同时，利用温度为100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使得附着在铝粉颗粒表面的改性粉末-聚乙烯醇悬浊液中的水分迅速蒸发，在铝粉颗粒表面形成致密的聚乙烯醇保护层；自然冷却至室温后，过筛，得到粒径≤400μm的处理后的改性粉末备用。

实施例4-9的清水混凝土的制备方法包括如下步骤：

称料：按照表2的配比称取硅酸盐水泥、碎石、天然河沙、水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂、苯骈三氮唑和经过处理上述工艺方法处理的改性粉末；

干料混合：将硅酸盐水泥、碎石、天然河沙和经过处理的改性粉末加入搅拌设备，搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料混合：将水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂和苯骈三氮唑加入搅拌设备，搅拌均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：将混合湿料加入混合干料中，搅拌均匀，即得清水混凝土。

实施例10-15

实施例10-15均涉及一种清水混凝土，其以实施例6为基础，与实施例6的区别仅在于：处理改性粉末所用的聚乙烯醇溶液浓度不同，且改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比不同。具体如下表所示，

表3.

实施例10-15的清水混凝土的制备方法包括如下步骤：

称料：按照配比称取硅酸盐水泥360kg、碎石1100kg、天然河沙760kg、水210kg、聚羧酸减水剂4kg、有机硅消泡剂4kg、苯骈三氮唑5kg和经过处理上述工艺方法处理的改性粉末80kg；

干料混合：将硅酸盐水泥、碎石、天然河沙和经过处理的改性粉末加入搅拌设备，搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料混合：将水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂和苯骈三氮唑加入搅拌设备，搅拌均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：将混合湿料加入混合干料中，搅拌均匀，即得清水混凝土。

对照例1

对照例1与实施例3的区别仅在于：配方中未掺加改性粉末。

对照例2

对照例2与实施例3的区别仅在于：所用改性粉末中不含有金属粉末。

对照例3

对照例3与实施例3的区别仅在于：所用改性粉末中不含有纳米二氧化硅。

对照例4

申请公开号为CN107445557A、名称为“一种清水混凝土”的实施例1。

性能测试

参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》分别对实施例1-15、对照例1-3的清水混凝土进行取样测试抗压强度（28d）、抗渗性和早期抗开裂性能进行测试，测试结果如下表所示：

表4.

通过对比实施例1-3和对照例1-4的试验数据可知：本发明的清水混凝土或采用本发明方法制备的清水混凝土，在抗压强度、抗渗性能和抗裂性能三方面均优于对照例4，且纳米二氧化硅和金属粉末同时掺加具有协同作用，对清水混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗裂性能的提升效果显著。

对比实施例3-6的试验数据可知，随着改性粉末中金属粉末占比的增加，清水混凝土的抗裂性能进一步提升，即表明金属粉末的掺加能够减小混凝土固化时表层和里层之间的温度差，减少了微裂缝的产生，混凝土的强度也少有增加。

对比实施例6-9的试验数据可知，金属粉末种类的选择对混凝土性能的影响较小，常见的铁粉、铜粉、铝粉和锌粉均能起到良好的提高混凝土固化时导热效率和导热均匀性，利于减少混凝土内部微裂缝的产生和抑制微裂缝的进一步扩张。

对比实施例6和实施例10-15的试验数据可知，用于处理改性粉末的聚乙烯醇溶液的浓度增加，混凝土的强度、抗渗性能和抗裂性能均有提升；且，随着改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比的减小，混凝土的强度、抗渗性能和抗裂性能略有下降。

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 (5)

1.一种清水混凝土，其特征在于：包括按重量份计的如下组分，

硅酸盐水泥 300-360份

粗骨料 900-1100份

细骨料 700-760份

水 150-210份

外加剂 4-8份

改性粉末 20-80份；

所述改性粉末由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末按质量比2：（0.5-1）混合而成；

所述改性粉末经由如下工艺处理而得，

浸渍：将未处理的改性粉末加入到浓度为1-10wt%的聚乙烯醇溶液中，改性粉末和聚乙烯醇溶液的质量比为1:（50-100）；超声15-20min，使改性粉末均匀分散，形成改性粉末-聚乙烯醇悬浊液；

喷雾：加压使改性粉末-聚乙烯醇悬浊液从喷嘴喷出形成直径≤500μm的液滴；

干燥：利用气态热媒对喷嘴喷出的液滴进行烘干，形成表面包覆有聚乙烯醇的改性粉末；

过筛：冷却后，过筛，得到处理后的改性粉末备用。

2.根据权利要求1所述的一种清水混凝土，其特征在于：还包括按重量份计的苯骈三氮唑1-5份。

3.根据权利要求2所述的一种清水混凝土，其特征在于：所述金属粉末为铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉、铝合金粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种清水混凝土，其特征在于：所述外加剂由聚羧酸减水剂和有机硅消泡剂按质量比1:1混合而成。

5.一种如权利要求1所述清水混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

称料：按照配比称取包含硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、水、外加剂、由纳米二氧化硅和微米级的金属粉末按质量比2：（0.5-1）混合而成改性粉末；

干料混合：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和改性粉末加入搅拌设备，搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料混合：将水和外加剂加入搅拌设备，搅拌均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：将混合湿料加入混合干料中，搅拌均匀，即得清水混凝土。