CN109574583A - 一种高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强混凝土，属于混凝土技术领域，其技术方案要点是，由按重量份计的如下组分组成：硅酸盐水泥200‑240份、粗骨料350‑500份、细骨料250‑320份、外加剂2‑6份、管桩余浆10‑50份、金属粉末10‑30份、水60‑80份；优选方案中，金属粉末经过高分子表面处理剂溶液浸渍处理后，采用喷雾干燥法制成高分子表面处理剂‑金属粉末微胶囊，以微胶囊的形式掺加，能有效提升金属粉末的分散均匀性，提高混凝土强度和降低收缩值。本发明相应公开了一种高强混凝土的制备方法，采用该方法制得的高强混凝土具有强度高、不易收缩开裂的优势。

Description

一种高强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，它涉及一种高强混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土，简称为“砼”，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。

在实际生产生活中，新型的结构形式及在特殊环境下的结构物的建造需要轻质、高强、耐久性良好的混凝土的出现，于是土建工程的客观需求促使混凝土技术不断向前发展，新型的性能优良的高强高性能混凝土应运而生。

现有申请公开号为CN103803870A的中国专利公开了一种防放电高强混凝土，其原料各组分按重量份计，水泥100份、水70份、硅粉30-35份、硅酸钠20-25份、碳酸钙15-18份、石膏粉11-15份、硫化钠5-8份、氧化镍2-6份。其通过掺加硅灰部分代替水泥，补充了混凝土中水化反应活性矿物，利于提高混凝土的强度。

但是，配方中还掺加了石膏，其本身导热效率低，且固化后形成多孔结构对混凝土的导热形成进一步阻碍，不利于混凝土浇筑后固化过程中水泥水化及石膏固化产生的大量热量及时导出。一方面，使得浇筑的混凝土表层及里层形成较大的温度差，容易在混凝土内形成微裂缝，进而造成混凝土强度和抗渗水性能的下降；另一发明，水泥水化热及石膏固化产生的热量使得混凝土体系内部的细微孔洞膨胀，待混凝土完全固化后，混凝土体系温度下降，细微孔洞随着温度的下降而体积回缩，增加了混凝土的收缩率。因而，有必要对混凝土的配方作进进一步调整，以期获得一种高强度、低收缩且不易开裂的混凝土。

针对上述问题，本发明旨在提供一种高强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高强混凝土，其具有强度高、不易收缩开裂的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高强混凝土，由按重量份计的如下组分组成，

硅酸盐水泥 200-240份

粗骨料 350-500份

细骨料 250-320份

外加剂 2-6份

管桩余浆 10-50份

金属粉末 10-30份

水 60-80份。

通过采用上述技术方案，至少具有如下优点：1、上述具体配比的高强混凝土强度等级能到C60级，具有强度高、适用性广的优势；2、管桩余浆为管桩高速离心成型过程中，管桩内壁产生的大量多余悬浊液，以管桩余浆作为混凝土原料掺加可补充水泥的水化反应活性物质，实现了对工业废物的再利用、低了生产成本，而且提高了混凝土的水化程度、提升了混凝土固化后的强度；3、金属粉末的导热性能远优于水泥、骨料等无机组分，金属粉末均匀分散于混凝土体系内，可有效提升混凝土体系的导热性能，使得混凝土固化过程中，混凝土内部的水化热能够迅速被传导至混凝土表面，减小了混凝土里层和表层温度差，减少了因散热不均匀导致的开裂和收缩。

进一步地，所述外加剂为聚羧酸高效减水剂。

通过采用上述技术方案，聚羧酸高效减水剂集减水、保坍、增强、防收缩及环保等特点于一身，上述掺量可有效提高混凝土的施工性。

进一步地，所述金属粉末为粒径≤0.4mm的铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉或铝合金粉中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，常见的导热效率高的金属粉末均可，为了保证金属粉末的分散均匀性和与其他组分之间的粘结牢度，金属粉末以粒径≤0.4mm为宜。

进一步地，所述金属粉末经由如下工艺处理，

浸渍：将未处理的金属粉末加入到浓度为1-10wt%的高分子表面处理剂溶液中，所述金属粉末和高分子表面处理剂溶液的质量比为1:50；超声15-20min，使金属粉末分散均匀，形成金属粉末-表面处理剂溶液；

喷雾：加压使金属粉末-高分子表面处理剂溶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，形成表面包覆有高分子表面处理剂的金属粉末；

过筛：冷却后，过筛备用。

通过采用上述技术方案，高分子表面处理剂和金属粉末形成以金属粉末为芯材、高分子表面处理剂为壁材的微胶囊，高分子表面处理剂在金属粉末颗粒表面形成致密的保护层。混凝土拌制过程中，金属粉末遇水后，表面包覆的高分子表面处理剂吸水溶胀且在机械搅拌作用下，逐渐溶解，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。金属粉末以微胶囊的形式掺加相较于金属粉末直接掺加，可以减少金属粉末的微聚集效应，利于使金属粉末均匀分布于混凝土体系内，提升混凝土固化时的导热效率和导热均匀性；同时，拌制后高分子表面处理剂的分子长链交联形成的立体空间网状结构，缠绕于骨料、金属粉末颗粒表面，具有增强混凝土中各组分之间的粘结牢度的作用。

进一步地，所述高分子表面处理剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇均是水溶性高分子物质，其分子长链能够在混凝土内形成立体的空间网状结构，起到增强混凝土各组分之间粘结牢度的作用。

进一步地，所述细骨料的含泥量≤1.5%。

通过采用上述技术方案，泥块对混凝土的抗压、抗渗、抗冻及抗收缩等性能均有不同程度的影响，尤其是包裹型的泥块更为严重，泥块遇水后会形成浆状，胶结在一颗或数颗砂子的表面，影响水泥石的黏结力，需要做出限制，因而需要控制细骨料的泥含量≤1.5%。

本发明的另一目的在于提供一种高强混凝土的制备方法，采用该种方法制备的高强混凝土具有强度高、不易收缩开裂的优势。

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的高强混凝土的制备方法，包括如下步骤，

称料：按照配比称取硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、外加剂、管桩余浆、金属粉末和水；

干料预混：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和金属粉末加入至搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料预混：将管桩余浆、水和外加剂加入搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：于搅拌状态下，将混合干料加入至混合湿料中，充分搅拌混合均匀，即得高强混凝土。

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；以管桩余浆为原料，能补充水泥的水化活性物质，提高了混凝土固化后的强度；金属粉末的掺入，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，采用本发明方法制备的高强混凝土，强度等级能达到C60级。

进一步地，所述金属粉末为粒径≤0.4mm的铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉或铝合金粉中的一种或多种。

进一步地，所述金属粉末经由如下工艺处理，

浸渍：将未处理的金属粉末加入到浓度为1-10wt%的高分子表面处理剂溶液中，所述金属粉末和高分子表面处理剂溶液的质量比为1:50；超声15-20min，使金属粉末分散均匀，形成金属粉末-表面处理剂溶液；

喷雾：加压使金属粉末-高分子表面处理剂溶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，形成表面包覆有高分子表面处理剂的金属粉末；

过筛：冷却后，过筛备用。

进一步地，所述高分子表面处理剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明具体配比的高强混凝土强度等级能到C60级，具有强度高、适用性广的优势；

2、管桩余浆为管桩高速离心成型过程中管桩内壁产生的大量多余悬浊液，以管桩余浆作为混凝土原料掺加可补充水泥的水化反应活性物质，实现了对工业废物的再利用、低了生产成本，而且提高了混凝土的水化程度、提升了混凝土固化后的强度；

3、金属粉末的导热性能远优于水泥、骨料等无机组分，金属粉末均匀分散于混凝土体系内，可有效提升混凝土体系的导热性能，使得混凝土固化过程中，混凝土内部的水化热能够迅速被传导至混凝土表面，减小了混凝土里层和表层温度差，减少了因散热不均匀导致的开裂和收缩；

4、高分子表面处理剂和金属粉末形成以金属粉末为芯材、高分子表面处理剂为壁材的微胶囊，高分子表面处理剂在金属粉末颗粒表面形成致密的保护层;混凝土拌制过程中，金属粉末遇水后，表面包覆的高分子表面处理剂吸水溶胀且在机械搅拌作用下，逐渐溶解，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;金属粉末以微胶囊的形式掺加相较于金属粉末直接掺加，可以减少金属粉末的微聚集效应，利于使金属粉末均匀分布于混凝土体系内，提升混凝土固化时的导热效率和导热均匀性；同时，拌制后高分子表面处理剂的分子长链交联形成的立体空间网状结构，缠绕于骨料、金属粉末颗粒表面，具有增强混凝土中各组分之间粘结牢度的作用。

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1-7：

实施例1-7均涉及一种高强混凝土，其原料组成如下表所示：

表1.

金属粉末，可以选用粒径≤0.4mm的铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉或铝合金粉。实施例1-7中具体选用的技术粉末如下表所示：

表2.

实施例1-7的金属粉末均用高分子表面处理溶液浸渍处理后，采用喷雾干燥的方式制成金属粉末-高分子表面处理剂微胶囊后再掺加。处理金属粉末的高分子表面处理剂溶液可以是浓度为1-10wt%的羟甲基纤维素水溶液、羟乙基纤维素水溶液或者聚乙烯醇水溶液。实施例1-7中选用的均是浓度为5wt%的羟乙基纤维素水溶液。

金属粉末的具体处理工艺为：按照质量比计算，以金属粉末：羟乙基纤维素水溶液=1:50的比例，将称取的金属粉末加入到浓度为5wt%的羟乙基纤维素水溶液中，超声20min，使金属粉末均匀分散，形成金属粉末-高分子表面处理剂溶液；然后，加压使金属粉末-高分子表面处理剂溶液从喷嘴喷出形成雾化的直径≤500μm的液滴；同时，利用100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使金属粉末表面的羟乙基纤维素溶液中的水分迅速蒸发，形成包覆于金属粉末的表面的高分子表面处理剂层；待干燥后的金属粉末冷却至室温后，过筛得到粒径≤0.5mm的处理金属粉末备用即可。

混凝土制备方法具体包括如下步骤，

称料：按照配比称取硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、聚羧酸高效减水剂、管桩余浆、水和经上述工艺处理的金属粉末；

干料预混：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和金属粉末加入至搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料预混：将管桩余浆、水和聚羧酸高效减水剂加入搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：于搅拌状态下，将混合干料加入至混合湿料中，充分搅拌混合均匀，即得高强混凝土。

实施例8-15

实施例8-15均涉及一种高强混凝土，其以实施例2为基础，具体原料组成如下表所示：

表3.

实施例8-15中所用金属粉末均选用粒径≤0.4mm的铝粉。

实施例8-15所用铝粉均经由如下工艺处理而得：

按照质量比计算，以未处理铝粉：羟乙基纤维素水溶液=1:50的比例，将称取的未处理的铝粉加入到高分子表面处理剂溶液中，超声20min，使铝粉均匀分散，形成铝粉-高分子表面处理剂溶液；然后，加压使铝粉-高分子表面处理剂溶液从喷嘴喷出形成雾化的直径≤500μm的液滴；同时，利用100-110℃的热空气对喷嘴喷出的液滴进行烘干，使铝粉表面的高分子表面处理剂溶液中的水分迅速蒸发，形成包覆于铝粉表面的高分子表面处理剂层；待干燥后的铝粉冷却至室温后，过筛得到粒径≤0.5mm的处理铝粉备用即可。

处理实施例8-15所用铝粉具体选用的高分子表面处理剂的种类和浓度不同，具体如下表所示：

表4.

实施例8-15的高强混凝土的制备方法具体包括如下步骤，

称料：按照配比称取硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、聚羧酸高效减水剂、管桩余浆、水和经过上述工艺处理的铝粉；

干料预混：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和经过处理的铝粉加入至搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料预混：将管桩余浆、水和聚羧酸高效减水剂加入搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：于搅拌状态下，将混合干料加入至混合湿料中，充分搅拌混合均匀，即得高强混凝土。

对照例1

对照例1与实施例2的区别仅在于：配方中不含有金属粉末。

对照例2

对照例2与实施例2的区别仅在于：配方中不含有管桩余浆。

对照例3

对照例3与实施例2的区别仅在于：所用铝粉直接掺加，不经任何处理。

性能试验

参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》分别测试实施例1-15混凝土及对照例1、2、3的抗压强度、破裂抗拉强度和收缩值。试验结果如下表所示，

表5.

由上表数据可知：本发明的高强混凝土在抗压强度、破裂抗拉强度和收缩值三项性能指标上均优于对照例1和对照例2，即通过在混凝土配方中掺加管桩余浆和金属粉末能够有效提高高强混凝土的抗压强度和破裂抗拉强度、降低收缩值。同时，试验数据表明，掺加不同类型的金属粉末均能达到提高混凝土强度、减少收缩的作用，且经过高分子表面处理剂处理、以高分子表面处理剂-金属粉末微胶囊的形式掺加的金属粉末对混凝土强度和收缩性能的改善效果更佳。

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)

1.一种高强混凝土，其特征在于：由按重量份计的如下组分组成，

硅酸盐水泥 200-240份

粗骨料 350-500份

细骨料 250-320份

外加剂 2-6份

管桩余浆 10-50份

金属粉末 10-30份

水 60-80份。

2.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于：所述外加剂为聚羧酸高效减水剂。

3.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于：所述金属粉末为粒径≤0.4mm的铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉或铝合金粉中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的高强混凝土，其特征在于：所述金属粉末经由如下工艺处理，

浸渍：将未处理的金属粉末加入到浓度为1-10wt%的高分子表面处理剂溶液中，所述金属粉末和高分子表面处理剂溶液的质量比为1:50；超声15-20min，使金属粉末分散均匀，形成金属粉末-表面处理剂溶液；

喷雾：加压使金属粉末-高分子表面处理剂溶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，形成表面包覆有高分子表面处理剂的金属粉末；

过筛：冷却后，过筛备用。

5.根据权利要求4所述的高强混凝土，其特征在于：所述高分子表面处理剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高强混凝土，其特征在于：所述细骨料的含泥量≤1.5%。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，

称料：按照配比称取硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、外加剂、管桩余浆、金属粉末和水；

干料预混：将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料和金属粉末加入至搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合干料；

湿料预混：将管桩余浆、水和外加剂加入搅拌设备中搅拌混合均匀，得混合湿料；

混凝土拌制：于搅拌状态下，将混合干料加入至混合湿料中，充分搅拌混合均匀，即得高强混凝土。

8.根据权利要求7所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述金属粉末为粒径≤0.4mm的铁粉、不锈钢粉、铜粉、铝粉、锌粉或铝合金粉中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述金属粉末经由如下工艺处理，

浸渍：将未处理的金属粉末加入到浓度为1-10wt%的高分子表面处理剂溶液中，所述金属粉末和高分子表面处理剂溶液的质量比为1:50；超声15-20min，使金属粉末分散均匀，形成金属粉末-表面处理剂溶液；

喷雾：加压使金属粉末-高分子表面处理剂溶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，形成表面包覆有高分子表面处理剂的金属粉末；

过筛：冷却后，过筛备用。

10.根据权利要求9所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述高分子表面处理剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种。