CN109694221B - 一种轻质早强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种轻质早强混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质早强混凝土及其制备方法。其组成按重量份数计如下：水泥600‑700份；砂650‑750份；膨胀页岩300‑400份；水220‑260份；减水剂3‑5份；三异丙醇胺0.1‑0.5份。本发明借助醇胺类试剂激发硅铝质轻集料的离子溶出，促进其火山灰反应，达到制品轻质、早强的目的。本发明原材料易于获取，制备工艺简单，效果显著。该产品可应用于桥梁、高层建筑、隧道管片等工程中。

Description

一种轻质早强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种轻质早强混凝土及其制备方法。
背景技术
轻质混凝土(LAC)作为一种传统混凝土材料在道路、大跨度桥梁、隧道管片、高层建筑等工程中应用广泛。相比于其他混凝土材料，轻质混凝土具有自重小，比强度高，高耐久，长寿命等特点。
普通混凝土的密度大约为2350kg/m3，轻质混凝土的密度一般不高于1950kg/m3。轻质混凝土制品设计思路主要有两种：一种是加入引气剂，提高制品内部的孔隙率，达到降低密度目的，但气孔粒径和分布难以控制，且引入的孔多为宏观孔对制品服役性能有害，应用较少；另一种方式是在混凝土中加入轻质集料部分或全部替代原有集料，达到降低自重的目的，在混凝土制品领域有广泛应用。
常用的轻质集料种类有很多，主要分为三大类：以矿物、粘土或固体废弃物为原材料制备的人造陶粒，以聚乙烯酸钠制备的超吸水树脂为代表的有机轻集料，以植物种壳或烧结后的天然矿物制备出的天然轻集料。其中，由于产品质量易于控制，陶粒型轻集料用处最为广泛，但其制备过程相对复杂，成本高，经济性不佳。超吸水树脂和聚苯乙烯等材料由于自身吸水后释水留下巨大的宏观孔隙，负中心质效应明显，大量添加会影响混凝土制品强度，工程应用较少。天然轻集料产量丰富，且制备工艺简单，以膨胀页岩为例，原料取自于页岩，经过简单破碎后烧结急冷处理即可得到，具有良好的经济型和发展前景。
有报道指出掺入预湿硅铝质轻集料的蒸养混凝土制品可以有效提高制品后期性能。原因在于硅铝质轻集料自身的火山灰反应促进水泥水化，并且集料预吸的水分可以在后期释放促进周围水泥水化。在这双重作用下强化了界面过渡区的性能，在硅铝质轻集料周围形成了致密的拱壳结构，削弱了轻集料对于强度带来的短板效应，达到力学性能的提升。
掺入预湿硅铝质轻集料的混凝土制品虽然有很好的后期性能，但由于硅铝质轻集料的自身强度低会导致早期强度不良，延长脱模时间，影响生产效率。在报道中得知在养护7天内，有无预湿硅铝质轻集料的混凝土制品内部湿度无明显区别，均维持在较高水平。这说明在早期阶段能提供给水泥水化的水分是充足的，不是决定制品早期性能的关键性因素，因此提升硅铝质轻集料的火山灰反应速率是解决早期强度问题可能的方法。此外，在蒸养阶段，温度较高，虽然会对硅铝质轻集料的火山灰反应有一定的促进作用，但热激发的效果不足，反应程度受到制约。
发明内容
本发明目的在于提供一种轻质早强混凝土及其制备方法，该混凝土制品具有密度低、早期强度高等特点。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种轻质早强混凝土，其组成按重量份数计如下：
水泥600-700份；砂650-750份；膨胀页岩300-400份；水220-260份；减水剂3-5份；三异丙醇胺0.1-0.5份。
按上述方案，所述膨胀页岩化学组成如下：SiO2含量为65％，Al2O3含量为17％，Fe2O3含量为8％，CaO含量为1％，MgO含量为2％，K2O含量为4％，Na2O含量为1％。
上述轻质早强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)先将水泥和砂投入搅拌锅中搅拌，然后加入预先浸泡的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌，最后得到轻质早强混凝土拌合物；
2)成型：将拌合好的轻质早强混凝土拌合物注入模具中成型；
3)振捣：将成型好的轻质早强混凝土拌合物连同模具运至振捣台振捣，上表面用铲刀去除浮浆并刮平整；
4)静置：将带模具的轻质早强混凝土拌合物上表面包裹塑料膜后运至静养区静置；
5)蒸汽养护：将带模具的轻质早强混凝土拌合物放置于混凝土蒸汽养护箱中进行蒸养；
6)脱模：将进行蒸汽养护后的轻质早强混凝土脱模，得到轻质早强混凝土制品；
7)补充养护：将脱模后的轻质早强混凝土制品运至养护室进行养护。
按上述方案，步骤1中膨胀页岩浸泡时间为12-36h；水泥与砂搅拌时间为1-3min；加入预先浸泡的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌的时间为1-3min。
按上述方案，步骤2中模具为钢制模具；使用前将模具放入稀盐酸浸泡洗涤，取出后烘干，然后在表面喷涂脱模剂。
按上述方案，步骤3振捣时间为1-3min。
按上述方案，步骤4静置时间为1-5h，温度为20-30℃，
按上述方案，步骤5蒸气养护从20-30℃升温至50-90℃，升温时间为2-6h，在50-90℃静停2-8h，而后降温至20-30℃，降温时间为2-6h。
按上述方案，步骤6脱模时制品的表面温度与环境温度之差不大于10℃。
按上述方案，步骤7补充养护的温度为20-30℃，相对湿度不低于90％。
本发明采用的轻集料是一种富含硅铝元素的材料，由于其制备过程中经过了先高温烧结再急速冷却的过程，具有很高的玻璃相和火山灰反应活性，非常适用于混凝土材料中。此外，由于轻集料具有多孔结构，吸水率大，预湿的硅铝质轻集料还可以作为一种内养护材料为水泥水化提供水分。
醇胺类试剂特别是三乙醇胺、三异丙醇胺由于具有良好的分子极性很早就应用在水泥助磨剂领域，同时申请人发现醇胺类试剂可以提升水泥石早期强度，加速水泥的中间相的分解。原因在于这些醇胺试剂都具有良好的络合作用，能够促进水泥和粉煤灰等材料的Al3+、Fe3+离子溶出。
本发明借助醇胺类试剂激发硅铝质轻集料的离子溶出，促进其火山灰反应，达到制品轻质、早强的目的。本发明原材料易于获取，制备工艺简单，效果显著。该产品可应用于桥梁、高层建筑、隧道管片等工程中。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
轻质早强混凝土制品的物料配比(单位：kg，以每立方米轻质早强混凝土配合比计)
水泥 砂 900级膨胀页岩 水 减水剂 三异丙醇胺
对比组 660 700 385 240 3.97 0
产品组 660 700 385 240 3.97 0.1kg
上述轻质早强混凝土的制备方法，包括以下几个步骤：
1)先将水泥和砂投入搅拌锅中搅拌2min，然后加入预先浸泡(24h)的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌2min，最后得到轻质早强混凝土拌合物；
2)成型：将拌合好的轻质早强混凝土拌合物注入模具中成型；
3)振捣：将成型好的轻质早强混凝土拌合物连同模具运至振捣台振捣2min，上表面用铲刀去除浮浆并刮平整；
4)静置：将带模具的轻质早强混凝土拌合物上表面包裹塑料膜后运至静养区静置3h，温度为25℃；
5)蒸汽养护：将带模具的轻质早强混凝土拌合物放置于混凝土蒸汽养护箱中进行蒸养，蒸汽养护从25℃升温至55℃，升温时间为2h，在70℃静停4h，而后降温至25℃，降温时间为2h；
6)脱模：将进行蒸汽养护后的轻质早强混凝土脱模，得到轻质早强混凝土制品；
7)补充养护：将脱模后的轻质早强混凝土制品运至温度为25℃，相对湿度不低于90％的养护室进行养护。
轻质早强混凝土制品的测试结果
密度等级kg/m<sup>3</sup> 1d强度(MPa) 3d强度(MPa) 7d强度(MPa)
对比组 1850 40.7 46.7 50.6
产品组 1850 45.6 55.5 61.4
实施例2
轻质早强混凝土制品的物料配比(单位：kg，以每立方米轻质早强混凝土配合比计)
水泥 砂 900级膨胀页岩 水 减水剂 三异丙醇胺
对比组 660 700 385 240 3.97 0
产品组 660 700 385 240 3.97 0.2kg
上述轻质早强混凝土的制备方法，包括以下几个步骤：
1)先将水泥和砂投入搅拌锅中搅拌2min，然后加入预先浸泡(24h)的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌2min，最后得到轻质早强混凝土拌合物；
2)成型：将拌合好的轻质早强混凝土拌合物注入模具中成型；
3)振捣：将成型好的轻质早强混凝土拌合物连同模具运至振捣台振捣2min，上表面用铲刀去除浮浆并刮平整；
4)静置：将带模具的轻质早强混凝土拌合物上表面包裹塑料膜后运至静养区静置3h，温度为25℃；
5)蒸汽养护：将带模具的轻质早强混凝土拌合物放置于混凝土蒸汽养护箱中进行蒸养，蒸汽养护从25℃升温至55℃，升温时间为2h，在55℃静停4h，而后降温至25℃，降温时间为2h；
6)脱模：将进行蒸汽养护后的轻质早强混凝土脱模，得到轻质早强混凝土制品；
7)补充养护：将脱模后的轻质早强混凝土制品运至温度为25℃，相对湿度不低于90％的养护室进行养护。
轻质早强混凝土制品的测试结果
密度等级kg/m<sup>3</sup> 1d强度(MPa) 3d强度(MPa) 7d强度(MPa)
对比组 1850 40.8 46.6 50.7
产品组 1850 50.4 58.5 64.3
实施例3
轻质早强混凝土制品的物料配比(单位：kg，以每立方米轻质早强混凝土配合比计)
水泥 砂 900级膨胀页岩 水 减水剂 三异丙醇胺
对比组 660 700 385 240 3.97 0
产品组 660 700 385 240 3.97 0.5kg
上述轻质早强混凝土的制备方法，包括以下几个步骤：
1)先将水泥和砂投入搅拌锅中搅拌2min，然后加入预先浸泡(24h)的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌2min，最后得到轻质早强混凝土拌合物；
2)成型：将拌合好的轻质早强混凝土拌合物注入模具中成型；
3)振捣：将成型好的轻质早强混凝土拌合物连同模具运至振捣台振捣2min，上表面用铲刀去除浮浆并刮平整；
4)静置：将带模具的轻质早强混凝土拌合物上表面包裹塑料膜后运至静养区静置3h，温度为25℃；
5)蒸汽养护：将带模具的轻质早强混凝土拌合物放置于混凝土蒸汽养护箱中进行蒸养，蒸汽养护从25℃升温至55℃，升温时间为2h，在55℃静停4h，而后降温至25℃，降温时间为2h；
6)脱模：将进行蒸汽养护后的轻质早强混凝土脱模，得到轻质早强混凝土制品；
7)补充养护：将脱模后的轻质早强混凝土制品运至温度为25℃，相对湿度不低于90％的养护室进行养护。
轻质早强混凝土制品的测试结果
密度等级kg/m<sup>3</sup> 1d强度(MPa) 3d强度(MPa) 7d强度(MPa)
对比组 1850 41.2 46.8 51.4
产品组 1850 47.2 53.6 58.2

Claims (6)

1.一种轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）先将水泥和砂投入搅拌锅中搅拌，然后加入预先浸泡的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌，最后得到轻质早强混凝土拌合物；其组成按重量份数计如下：水泥600-700份；砂650-750份；膨胀页岩300-400份；水220-260份；减水剂3-5份；三异丙醇胺0.1-0.5份；所述膨胀页岩化学组成如下：SiO2含量为65wt%，Al2O3含量为17wt%，Fe2O3含量为8wt%，CaO含量为1wt%，MgO含量为2wt%，K2O含量为4wt%，Na2O含量为1wt%；其中，膨胀页岩浸泡时间为12-36h；水泥与砂搅拌时间为1-3min；加入预先浸泡的膨胀页岩以及水、减水剂、三异丙醇胺的混合溶液再进行搅拌的时间为1-3min；
2）成型：将拌合好的轻质早强混凝土拌合物注入模具中成型；
3）振捣：将成型好的轻质早强混凝土拌合物连同模具运至振捣台振捣，上表面用铲刀去除浮浆并刮平整；
4）静置：将带模具的轻质早强混凝土拌合物上表面包裹塑料膜后运至静养区静置；
5）蒸汽养护：将带模具的轻质早强混凝土拌合物放置于混凝土蒸汽养护箱中进行蒸养；蒸汽养护从20-30℃升温至50-90℃，升温时间为2-6h，在50-90℃静停2-8h，而后降温至20-30℃，降温时间为2-6h；
6）脱模：将进行蒸汽养护后的轻质早强混凝土脱模，得到轻质早强混凝土制品；
7）补充养护：将脱模后的轻质早强混凝土制品运至养护室进行养护。
2.如权利要求1所述轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于步骤2中模具为钢制模具；使用前将模具放入稀盐酸浸泡洗涤，取出后烘干，然后在表面喷涂脱模剂。
3.如权利要求1所述轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于步骤3振捣时间为1-3min。
4.如权利要求1所述轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于步骤4静置时间为1-5h，温度为20-30℃。
5.如权利要求1所述轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于步骤6脱模时制品的表面温度与环境温度之差不大于10℃。
6.如权利要求1所述轻质早强混凝土的制备方法，其特征在于步骤7补充养护的温度为20-30℃，相对湿度不低于90%。
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