CN109809775A - 一种自密实自防水混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自密实自防水混凝土，其特征在于，包含如下重量份数的组分：水泥、粗骨料、细骨料、高效减水剂、粉煤灰、早强剂、膨胀剂、有机硅防水剂、水、增强改良组分。所述增强改良组分包括增强纤维组、高吸水性树脂颗粒。通过上述设置，提供了一种自密实自防水混凝土，同时具有高流动性和良好的抗渗性，施工迅速、防渗性强、施工环境好，适合应用于更多的工程中。

Description

一种自密实自防水混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土制备技术领域，特别涉及一种自密实自防水混凝土。

背景技术

混凝土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。通常讲的混凝土是指用水泥作为胶凝材料，砂、石作为集料，与水按一定比例配合，经搅拌而得，也称普通混凝土，广泛应用于土木工程。随着建筑行业的快速发展，建筑设备水平的不断提升，新型施工工艺的不断涌现和推广，混凝土技术需要发展以适应不同的设计、施工和使用要求。目前，更多高耸的、具有薄壁结构等特点的新型建筑物不断出现，这对混凝土提出了更高要求，普通的混凝土已经不能满足其要求，因此自密实混凝土应运而生。

自密实混凝土(self-compacting concrete)属于高性能混凝土的一种，是指混凝土拌合物主要依靠自重、不需要振捣即可充满模具且包裹配筋的混凝土，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，使混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，使工人的劳动强度大幅度降低，提高了施工进度，具有良好的施工性能。随着我国混凝土建设工程的现代化高速发展，自密实混凝土的拌合物因具有高工作性、抗离折性、间隙通过性和填充性而在我国已引起广泛重视，其推广应用量也在迅速增长。制备高强度的自密实混凝土对于自密实混凝土的应用推广具有十分重要作用。

公布号为CN107162499A的中国专利公开了一种高强度自密实混凝土及其制备方法，自密实混凝土由水泥、玻璃微珠、硅灰、页岩陶粒、粘土陶粒、陶砂、漂珠、河砂、减水剂、减缩剂、稳定剂和水组成。该高强度自密实混凝土所需的原材料来源广泛，价格低廉，而且制作出来的混凝土强度高，能够满足人们对高强度自密实混凝土的需求。

公布号为CN105330211A的中国专利公开了一种高强度自密实混凝土，由玄武岩纤维、钢纤维、玻璃纤维、水泥、粉煤灰、10-15mm粒径碎石、15-20mm碎石、砂、水、膨润土、超塑化剂、引气剂、消泡剂、松香热聚物、增粘剂、十二烷基硫酸钠和硬脂酸钙组成。对胶凝材料、不同粗细骨料和高性能外加剂进行配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大能充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。充分利用了玄武岩纤维和玻璃纤维的特性，使得混凝土的抗拉模量和剪切强度具有明显提高。制得的混凝土强度提高，其强度相比于现有技术的混凝土具有50％以上的提升，可专门用于预制钢筋混凝土空心方桩，利用其制备得到的方桩单桩承载力更高。

但是如上述两个方案所示，自密实混凝土由于胶凝材料用量较大，从而会出现一定程度的收缩问题，主要包括混凝土的自收缩和塑性收缩，其不仅会产生有害裂缝，还会降低自密实混凝土的防水抗渗性，进而降低耐久性。而自密实混凝土产生收缩的主要原因则为：

1、自密实混凝土中的孔隙水压力加剧了其塑性收缩，高效减水剂的减水效果，会使得水泥浆体中游离水变多，虽然增加了混凝土流动性，但是也同样增加混凝土浆体孔隙中水的压力，使得自密实混凝土塑性收缩增加。

2、由于高效减水剂和矿物掺合料的掺入，自密实混凝土的凝结时间增加，其早期强度降低，试件在长时间的低强度下没有硬化，且弹性模量很低，试块没有足够的强度来抵抗混凝土的塑性收缩，同时试块表面水分快速蒸发也可以增加混凝土的塑性收缩，从而产生塑性变形。

3、一般为了提高自密实混凝土的自密实性，自密实混凝土的水灰比较小，虽然减水剂增加了水泥水化速率，但水化程度仍很低，在水泥继续凝结硬化的过程中，混凝土中毛细管内的水被吸收，使得毛细管与混凝土产生压力差，混凝土往毛细管内塌陷，产生自收缩效果，而一旦自收缩效果大于混凝土的拉应力，就会产生细裂纹，相对越低的水灰比会导致更为严重的收缩效果。

因此，处于上述多种原因，对于自密实自防水混凝土仍然有较多的改善空间，进一步减少产生的裂缝，提出一种防水性更加优秀的自密实自防水混凝土。

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自密实自防水混凝土，降低裂缝的产生，进一步提高防水性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

水泥330-380份；

粗骨料800-880份；

细骨料779-852份；

高效减水剂3.5-10份；

粉煤灰110-180份；

早强剂5-15份；

膨胀剂30-45份；

有机硅防水剂2-8份；

水150-220份；

增强改良组分1-10；

所述增强改良组分包括增强纤维组、高吸水性树脂颗粒。

通过采用上述技术方案，粉煤灰的滚珠效应不仅能够改善混凝土的流动性和和易性，还能够降低混凝土的收缩，同时补偿收缩以降低混凝土的膨胀率，同时优质的粉煤灰如I级有着一定的减水效果，能够有效的降低水灰比，能够减少混凝土孔隙率，增加防水抗渗性；而且有研究表明，虽然在普通混凝土中粉煤灰掺量增加会使弹性模量降低，但是在自密实混凝土中，随着粉煤灰掺量的增加，弹性模量反而会增大，因此能够将自密实混凝土的前期弹性模量一定程度的提升；

增强纤维组的掺入则能够明显的降低自密实混凝土的早期塑性收缩，降低有害裂纹的产生，也降低了混凝土的脆性；

掺入有机硅防水剂能够有效的改善混凝土的防水性且不产生有害的离子，但是会显著的增加混凝土的凝结时间、降低混凝土强度，因此加有早强剂对早期的混凝土进行补强，另一方面加入必要的膨胀剂让水泥凝结硬化的过程中产生一定的膨胀率，抵消混凝土的收缩，降低混凝土开裂和孔隙率；

但是膨胀剂的加入会在混凝土凝结的前期消耗较多的自由水，进一步的降低了混凝土的流动性和可泵送性，不利于施工和自密实，因此添加有高效减水剂。自密实混凝土的高流动性主要是依靠高效减水剂来实现，可以提高混凝土的和易性、减水率高、保坍性好、增加耐久性，特别是大幅度的减水效果，减少了混凝土干硬后的孔隙率，提高了抗渗水性；高吸水性树脂颗粒是一种吸水率非常大的有机材料，可以吸附自身重量成千上万倍的水分，而且在物理受力作用下不会将包含的水分挤出，因此在掺加了高吸水性树脂颗粒后，能够吸收大量的水分，减小了水灰比，且不会在搅拌过程中使水分逸出，但是在水泥水化凝结的过程中发出的热量又会将高吸水性树脂颗粒中的水分蒸发出来，一方面是降低了混凝土构件内部的温度，另一方面保持了湿度，有利于混凝土尽快硬化，而两个方面都能够降低混凝土构件内部产生的裂缝，减少裂隙，降低孔隙率，提高密实性，提高防水性能。

本发明的进一步设置为，包含如下重量份数的组分：

水泥350份；

粗骨料848份；

细骨料807.82份；

高效减水剂7.5份；

粉煤灰150份；

早强剂10份；

膨胀剂40份；

有机硅防水剂5份；

水180份；

增强纤维组8份。

通过采用上述技术方案，通过实验和现场印证，选取上述组分及其重量份数，可以在各组分之间的调节作用起到良性的促进，平衡各组分的效果，达到即满足自密实混凝土的流动性，也具有自防水混凝土的良好抗渗性。

本发明的进一步设置为：还包括有机硅类消泡剂，且所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

通过采用上述技术方案，消泡剂是混凝土生产中较为重要的一项添加剂，可以及时的消除混凝土中混有的气泡，降低成型后构件的内部孔隙，提高抗渗性和密实性。

本发明的进一步设置为：所述增强纤维组与所述高吸水性树脂的重量比为1.3-2.2:7.8-8.7，且所述增强纤维组包括聚乙烯纤维和/或玻璃纤维。

通过采用上述技术方案，聚乙烯纤维和玻璃纤维均可以对混凝土内部结构起到很好的支撑作用，形成立体的空间受力体系，大幅度的提升整体的受力情况。

本发明的进一步设置为：所述有机硅防水剂为甲基硅酸盐有机硅防水剂、水性含氢硅油和烷基烷氧基硅烷中的至少一种。

通过采用上述技术方案，上述有机硅防水剂都能够在混凝土中与水即二氧化碳共同作用反应生成甲基硅烷，并进一步缩合生成网状有机硅树脂膜，其结构中大量的憎水基团使得砂浆吸水率降低，同时，有机硅树脂膜能够填充自流平砂浆中的孔隙，增大密实度，降低吸水率；而且，有机硅防水剂的加入还可以与水泥中的羟基进行反应，消耗掉水泥中的羟基，降低表面张力，进一步的提高砂浆的防水性能，大幅度提高混凝土构件的抗渗水性。

本发明的进一步设置为：所述水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级，且表观密度为2400kg/m³。

通过采用上述技术方案，水泥是自密实混凝土的主要胶凝材料，因此需要水泥具有较高的强度和较大的流动性，同时考虑到水泥水化热对收缩的影响，所以选用上述42.5普通硅酸盐水泥。

本发明的进一步设置为：所述粗骨料为连续级配的碎石，粒径为5～0mm，堆积密度为1610kg/m³，表观密度为2650kg/m³，含泥量小于等于1％。

通过采用上述技术方案，粗骨料的级配与最大粒径是混凝土的流动性、间隙通过性能和抗离析性能的最主要因素之一，因此设施上述的级配和粒径，更加适应自密实的高流动性和可浇筑性。

本发明的进一步设置为：所述细骨料为级配Ⅱ区的中砂，且含泥量小于等于2％。

通过采用上述技术方案，细骨料在自密实混凝土中占比也很大，当选用粗砂时粒径较大，对混凝土的粘聚性和流动性会造成不良影响，当选用细沙时，由于细沙的比表面积较大，吸水效果显著，会增加用水量，因此选用上述的级配Ⅱ区的中砂。

综上所述，本发明具有以下有益效果：增强纤维组的掺入则能够明显的降低自密实混凝土的早期塑性收缩，降低有害裂纹的产生，也降低了混凝土的脆性；有机硅防水剂能够有效的改善混凝土的防水性且不产生有害的离子，配合早强剂、高效减水剂和高吸水性树脂的协同作用，赋予混凝土高流动性和良好的抗渗性。

具体实施方式

实施例1-5，一种自密实自防水混凝土，其包含的组分及其对应的重量如表1所示，其中，水泥选用华新牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3130kg/m³，比表面积为348㎡/kg；粉煤灰选用武汉是阳逻电厂I级粉煤灰，表观密度为2400kg/m³；粗骨料为连续级配的碎石，粒径为5～0mm，堆积密度为1610kg/m³，表观密度为2650kg/m³，含泥量0.7％；细骨料为级配Ⅱ区的中砂，且含泥量1.3％。

高效减水剂为武汉磊珂建材有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，有机硅类消泡剂为OS85有机硅类消泡剂，有机硅防水剂采用济南拓达公司生产的水溶性有机硅防水剂，主要成分为甲基硅酸钠，膨胀剂采用武汉浩源牌UEA型膨胀剂，早强剂采用硫酸钠。增强纤维组与高吸水性树脂的重量比为2:8，且增强纤维组为聚乙烯纤维和玻璃纤维的等重量复配物。

实施例6，一种自密实自防水混凝土，与实施例1的区别在于，增强纤维组与高吸水性树脂的重量比为1.5:8.5，且增强纤维组为聚乙烯纤维。

表1实施例1-5中各组分及其对应含量(kg)

实施例6，一种自密实自防水混凝土，其与实施例1的区别在于：有机硅防水剂为水性含氢硅油和烷基烷氧基硅烷的等比例复配物。

实施例7，一种自密实自防水混凝土，其与实施例1的区别在于：有机硅防水剂为甲基硅酸盐有机硅防水剂和烷基烷氧基硅烷的等比例复配物。

对比例1-5，一种混凝土，与实施例1的区别在于：其包含的组分及其对应的重量如表2所示，其中，水泥选用华新牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，表观密度为3130kg/m³，比表面积为348㎡/kg；粉煤灰选用武汉是阳逻电厂I级粉煤灰，表观密度为2400kg/m³；粗骨料为连续级配的碎石，粒径为5～0mm，堆积密度为1610kg/m³，表观密度为2650kg/m³，含泥量0.7％；细骨料为级配Ⅱ区的中砂，且含泥量1.3％。

高效减水剂为武汉磊珂建材有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，有机硅类消泡剂为OS85有机硅类消泡剂，有机硅防水剂采用济南拓达公司生产的水溶性有机硅防水剂，主要成分为甲基硅酸钠，膨胀剂采用武汉浩源牌UEA型膨胀剂，早强剂采用硫酸钠。增强纤维组与高吸水性树脂的重量比为2:8，且增强纤维组为聚乙烯纤维和玻璃纤维的等重量复配物。

表2对比例1-5中各组分及其对应的含量(kg)

实验部分

1、坍落度试验

试验对象：实施例1-5和对比例1-5共计10组，分别按各自配比搅拌制成成品混凝土。

试验方法：将坍落度桶和坍落拓展度测试平板用水湿润，板上刻有直径为500mm的圆，然后将试验对象填满坍落度桶，期间不用振捣；刮平桶口多余混凝土后清楚周围残余混凝土，在30秒内将坍落筒竖直提起，并同时用秒表计时，直至混凝土流至500mm圆上时停止，此时计时为T₅₀₀；待混凝土静止后，再测量混凝土的最大直径、垂直方向的高度。

试验结果：将10组实验的结果记载于表3中。

表3坍落度试验结果记录表

组	T<sub>500</sub>	直径	高度	组	T<sub>500</sub>	直径	高度
								实施例1	5.6	645	83	对比例1	5.6	642	82
实施例2	5.2	665	56	对比例2	6.8	566	135
								实施例3	5.5	648	65	对比例3	5.7	660	80
实施例4	5.5	650	68	对比例4	5.6	648	84
								实施例5	5.6	644	71	对比例5	5.4	662	78

2、抗压强度测定

试验对象：实施例1-5和对比例1-5共计10组，分别按各自配比搅拌制成成品混凝土，再制作100mm×100mm×100mm的立方体标准试块。

试验方法：按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB50081-2002)来进行试验，测定3d、7d和28d的抗压强度。

实验结果：将10组实验的结果记载于表4中。

表4抗压强度记录表(MPa)

组	3d	7d	28d	组	3d	7d	28d
								实施例1	18	23	36	对比例1	15	20	33
实施例2	17	23	35	对比例2	17	22	34
								实施例3	19	24	37	对比例3	16	21	35
实施例4	16	21	33	对比例4	19	25	38
								实施例5	22	26	39	对比例5	17	23	35

3、透水法试验

试验对象：实施例1-5和对比例1-5共计10组，分别按各自配比搅拌制成成品混凝土，再每组制作6个标准圆柱试件。

试验方法：按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T+50082-2009)中抗渗标号法进行。试验开始时从底部给试块施加0.2MPa水压，每8小时增加一次，每次增加0.1MPa，以每组6个试件中4个未出现有渗水现象时的最大水压力作为抗渗标号P，且P为第三个顶面出现渗水试件时的水压(MPa)。

实验结果：将10组实验的结果记载于表5中。表5抗渗标号记录表

组	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						P	3.6	3.8	3.9	4.1	3.7
组	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4	对比例5
						P	3.6	3.6	3.6	3.4	3.6

Claims (8)

1.一种自密实自防水混凝土，其特征在于，包含如下重量份数的组分：

水泥330-380份；

粗骨料800-880份；

细骨料779-852份；

高效减水剂3.5-10份；

粉煤灰110-180份；

早强剂5-15份；

膨胀剂30-45份；

有机硅防水剂2-8份；

水150-220份；

增强改良组分1-10；

所述增强改良组分包括增强纤维组、高吸水性树脂颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于，包含如下重量份数的组分：

水泥350份；

粗骨料848份；

细骨料807.82份；

高效减水剂7.5份；

粉煤灰150份；

早强剂10份；

膨胀剂40份；

有机硅防水剂5份；

水180份；

增强改良组分8份。

3.根据权利要求2所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：还包括有机硅类消泡剂，且所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

4.根据权利要求2所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：所述增强纤维组与所述高吸水性树脂的重量比为1.3-2.2:7.8-8.7，且所述增强纤维组包括聚乙烯纤维和/或玻璃纤维。

5.根据权利要求2所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：所述有机硅防水剂为甲基硅酸盐有机硅防水剂、水性含氢硅油和烷基烷氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级，且表观密度为2400kg/m³。

7.根据权利要求6所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：所述粗骨料为连续级配的碎石，粒径为5~0mm，堆积密度为1610kg/m³，表观密度为2650kg/m³，含泥量小于等于1%。

8.根据权利要求7所述的一种自密实自防水混凝土，其特征在于：所述细骨料为级配Ⅱ区的中砂，且含泥量小于等于2%。