CN109928686A - 加速凝结硬化的高性能混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加速凝结硬化的高性能混凝土，该混凝土由以下重量份原料加工而成，骨料20‑30重量份、粉煤灰10‑15重量份、水泥20‑25重量份、硅灰5‑10重量份、凹凸棒土3‑8重量份、早强剂1.5‑2重量份、聚丙烯纤维2‑4重量份、水15‑30重量份；在早强剂中一方面通过改性的凹凸棒土与CSH凝胶的混合物，加速混凝土在初凝阶段纤维状CSH凝胶网状结构的形成，另一方面通过加入亚硫酸氢钙、亚硝酸钠与醋酸钠，对反应产生的钙矾石起到良好的稳定作用；本发明在进行混凝土的搅拌过程中，通过对混合浆料B进行增粘，再向其中加入骨料进行搅拌，一方面混合浆料B与骨料的粘附能力提升，另一方面提升了引气的困难度，减少在搅拌过程中混凝土内大气泡的形成，提升混凝土的硬化速度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体的，涉及一种加速凝结硬化的高性能混凝土。
背景技术
混凝土是指以水泥为胶凝材料，以石、砂为集料，与水按一定比例混合后搅拌形成的建筑材料，混凝土制备方便快速，在将浆料状态的混凝土浇筑一段时间之后，浆料状态的混凝土会固化成型，形成刚性的建筑架构，但是由浆料状态转换为具有一定强度的固体结构需要一定时间来进行，但是这一过程通常会消耗较长的时间。
由于混凝土中添加有大量的磨细矿渣，能够对混凝土中的氯离子腐蚀以及硫酸盐腐蚀等问题带来有益效果，但是随着磨细矿渣的大量使用，也导致混凝土的凝结速度大大降低，混凝土在浇筑前期的强度较低，而且在混凝土的施工前期，混凝土处于流动的浆料状态，在浇筑混凝土之后，需要流动的混凝土能够快速的定型，不然一方面会直接延长混凝土硬化成型的时间，另一方面会延长拆模时间，从而影响施工时间，为了保证混凝土在浇筑前期具有良好的强度，并能够加速凝结硬化，在较短的时间内达到合格的强度，需要一种能够加速凝结硬化，提升施工效果的混凝土，为了解决这一问题，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加速凝结硬化的高性能混凝土。
本发明需要解决的技术问题为：
1、在现有技术中，混凝土中大量添加有磨细矿渣，大大降低了混凝土的凝结速度与前期强度，导致混凝土凝结速度较慢，延长了混凝土的硬化定型时间，不利于混凝土结构的施工；
2、混凝土中水泥作为胶凝材料，通过水化作用使混凝土硬化，而水泥在发生水化反应的过程是放热反应，因此在混凝土硬化过程中就会出现若要提升混凝土硬化速度，就会直接提升混凝土在硬化过程中的放热速度，从而导致混凝土局部失水过快而出现裂纹，在现有技术中是通过在初步凝结定型的混凝土表面浇冷水降温来补充水分，十分麻烦。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种加速凝结硬化的高性能混凝土，由以下重量份原料加工而成：
骨料20-30重量份、粉煤灰10-15重量份、水泥20-25重量份、硅灰5-10重量份、凹凸棒土3-8重量份、早强剂1.5-2重量份、聚丙烯纤维2-4重量份、水15-30重量份；
所述骨料为粗骨料与细骨料的混合产物，其中细骨料为细度为1-4mm的河沙，粗骨料为细度为10-15mm的砂石，且细骨料与粗骨料的质量比为2:2-3，通过降低粗骨料的细度，减少搅拌后混凝土中大气泡的形成，从而使混凝土中自由水能够在局部空间内顺利流通，加速水泥水化硬化；
该加速凝结硬化的高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量份称取粉煤灰、硅灰后加入搅拌机中搅拌混合均匀后加入1/2水，继续搅拌混合均匀后向其中加入聚丙烯纤维，混合搅拌均匀后得到混合浆料A；
步骤二、向混合浆料A中加入水泥与凹凸棒土，再向其中加入1/4的水，搅拌混合均匀后得到混合浆料B，通过步骤一与步骤二能够大大提升聚丙烯纤维在混合浆料B中的分散效果；
步骤三、向混合浆料B中加入骨料，搅拌混合均匀后得到混合浆料C，作为本发明的进一步方案，在混合浆料B的搅拌过程中，若发现搅拌比较困难，可以加入适量的水进行调节，向混合浆料C中加入剩余的水与早强剂继续搅拌至混合均匀，得到加速凝结硬化的高性能混凝土。
在该方法中，通过在加入骨料之前，向其中加入凹凸棒土，同时未向混凝土中加入所有的水，对混合浆料B进行增粘，再向其中加入骨料进行搅拌，一方面混合浆料B与骨料的粘附能力提升，另一方面提升了引气的困难度，减少在搅拌过程中混凝土内大气泡的形成，从而提升混凝土的硬化速度；
作为本发明的进一步方案，本发明还提供一种该加速凝结硬化的混凝土的施工方法，具体的，该施工方法为：
在混凝土浇筑完成后，通过振捣器进行振捣，振捣结束后，对混凝土表面进行刮平，在混凝土表面喷涂速凝剂，速凝剂的喷涂量为0.2-0.25kg/m2，喷涂后静置，待混凝土表面明显出现硬化后，向混凝土表面喷洒冷水进行降温，防止出现混凝土局部干燥脱水而产生裂纹，当手指按压而不出现塌陷时，使用流动水对混凝土表面进行冲洗，将多余的速凝剂清除，在负温环境下，可以采用质量浓度10％的尿素水溶液进行冲洗，防止出现混泥土表面出现快速冻结的情况。
所述速凝剂为3-5重量份铝酸钠、0.5-1重量份葡萄糖酸、10-20重量份二乙醇胺与50-60重量份去离子水混合溶解搅拌均匀得到。
所述早强剂由以下重量份的原料加工而成：
硅灰10-15重量份、碳酸钙5-10重量份、凹凸棒土20-30重量份、滑石粉4-7重量份、硅酸钠2-3重量份、硝酸钙4-6重量份、亚硝酸钠5-10重量份、醋酸钠3-5重量份与亚硫酸氢钙1-1.5重量份；
其中亚硫酸氢钙易溶于水，在将早强剂加入混凝土中进行搅拌时，亚硫酸氢钙电离产生亚硫酸根以提升混凝土中亚硫酸根的浓度，从而提升混凝土中钙矾石的稳定性；
该早强剂的制备工艺包括如下步骤：
S1、按照重量份称取硝酸钙配制饱和硝酸钙水溶液，将凹凸棒土加入饱和硝酸钙水溶液中，凹凸棒土完全浸没在饱和硝酸钙水溶液中，超声处理10-20min后过滤得到湿润的凹凸棒土与饱和硝酸钙水溶液，湿润的凹凸棒土与加入的干燥凹凸棒土的质量比为3-4:1；
S2、将滑石粉加入上一步骤中得到的湿润的凹凸棒土中，搅拌混合后加入球磨机中，球磨机球料比为3-5:1，球磨机转速为300-600r/min，球磨时间为3-5min，使凹凸棒土与滑石粉充分分散，避免结块，搅拌结束后进入下一步骤；
S3、向球磨机中加入1/6-1/5的硅酸钠，球磨机以转速300-600r/min球磨1-2h后得到以凹凸棒土为载体的CSH凝胶聚合体与滑石粉的混合物A；
S4、按照重量份称量剩余的硅酸钠，配制硅酸钠水溶液，将上一步骤得到的混合物A加入硅酸钠水溶液中，反应得到混合物B，其中硅酸钠与硝酸钙反应生成CSH凝胶，反应过程中不断对反应体系进行搅拌，防止凹凸棒土沉降；
S5、将上一步骤中反应得到的混合物B在压滤机中以0.3-0.4兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼加入去离子水中，滤饼与去离子水的重量比为1:3-6，以600-840r/min的转速搅拌5-15min后以0.3-0.4兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼，将滤饼粉碎后在25-40℃的温度下风干得到填充凹土，该步骤用于除去未反应的硝酸钙与硅酸钠；
S6、按照重量份称取硅灰、碳酸钙、硝酸钙、醋酸钠与亚硫酸氢钙，将称取的各物料与上一步骤得到的填充凹土混合搅拌均匀，将混合物料加入球磨机中，球料比为2-2.5:1，转速为200-400r/min，球磨时间为1-2h，得到早强剂。
该早强剂以凹凸棒土作为载体，形成被CSH凝胶填充并在表面形成凹凸不平的CSH凝胶结构的凹凸棒土，在将改性的凹凸棒土与其它CSH凝胶均匀分散在混凝土中时，以CSH凝胶与改性的凹凸棒土作为媒介，加快纤维状CSH凝胶网状结构的形成，加速水泥浆即混凝土的凝结，其中以凹凸棒土作为载体能够提升CSH凝胶的分散效果，同时通过加入亚硫酸氢钙、亚硝酸钠与醋酸钠，能够对反应产生的钙矾石起到良好的稳定作用，促进混凝土的硬化。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在混凝土中加有早强剂，加速了混凝土的凝结硬化，早强剂中一方面通过改性的凹凸棒土与CSH凝胶的混合物，加速混凝土在初凝阶段纤维状CSH凝胶网状结构的形成，从而达到加速混凝土硬化的目的，在另一方面，早强剂中通过加入亚硫酸氢钙、亚硝酸钠与醋酸钠，对反应产生的钙矾石起到良好的稳定作用，从而促进混凝土的硬化；
2、本发明在进行混凝土的搅拌过程中，通过在加入骨料之前，向其中加入凹凸棒土，同时未向混凝土中加入所有的水，对混合浆料B进行增粘，再向其中加入骨料进行搅拌，一方面混合浆料B与骨料的粘附能力提升，另一方面提升了引气的困难度，减少在搅拌过程中混凝土内大气泡的形成，同时降低粗骨料的尺寸来减少混凝土在搅拌过程中气泡的形成，从而提升混凝土的硬化速度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种加速凝结硬化的高性能混凝土，由以下重量份原料加工而成：
骨料25重量份、粉煤灰15重量份、水泥20重量份、硅灰5重量份、凹凸棒土6重量份、早强剂1.5重量份、聚丙烯纤维3重量份、水20重量份；
所述骨料为粗骨料与细骨料的混合产物，其中细骨料为细度为2mm的河沙，粗骨料为细度为15mm的砂石，且细骨料与粗骨料的质量比为2:2；
该加速凝结硬化的高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量份称取粉煤灰、硅灰后加入搅拌机中搅拌混合均匀后加入1/2水，继续搅拌混合均匀后向其中加入聚丙烯纤维，混合搅拌均匀后得到混合浆料A；
步骤二、向混合浆料A中加入水泥与凹凸棒土，再向其中加入1/4的水，搅拌混合均匀后得到混合浆料B；
步骤三、向混合浆料B中加入骨料，搅拌混合均匀后得到混合浆料C，向混合浆料C中加入剩余的水与早强剂继续搅拌至混合均匀，得到加速凝结硬化的高性能混凝土。
作为本发明的进一步方案，本发明还提供一种该加速凝结硬化的混凝土的施工方法，具体的，该施工方法为：
在混凝土浇筑完成后，通过振捣器进行振捣，振捣结束后，对混凝土表面进行刮平，在混凝土表面喷涂速凝剂，速凝剂的喷涂量为0.25kg/m2，喷涂后静置，待混凝土表面硬化后，向混凝土表面喷洒冷水进行降温，当手指按压而不出现塌陷时，使用流动水对混凝土表面进行冲洗，将多余的速凝剂清除，在负温环境下，采用质量浓度10％的尿素水溶液进行冲洗。
所述速凝剂为5重量份铝酸钠、0.5重量份葡萄糖酸、15重量份二乙醇胺与50重量份去离子水混合溶解搅拌均匀得到。
所述早强剂由以下重量份的原料加工而成：
硅灰10重量份、碳酸钙10重量份、凹凸棒土20重量份、滑石粉5重量份、硅酸钠2重量份、硝酸钙4重量份、亚硝酸钠6重量份、醋酸钠4重量份与亚硫酸氢钙1.5重量份；
该早强剂的制备工艺包括如下步骤：
S1、按照重量份称取硝酸钙配制饱和硝酸钙水溶液，将凹凸棒土加入饱和硝酸钙水溶液中，凹凸棒土完全浸没在饱和硝酸钙水溶液中，超声处理15min后过滤得到湿润的凹凸棒土与饱和硝酸钙水溶液，湿润的凹凸棒土与加入的干燥凹凸棒土的质量比为3:1；
S2、将滑石粉加入上一步骤中得到的湿润的凹凸棒土中，搅拌混合后加入球磨机中，球磨机球料比为4:1，球磨机转速为400r/min，球磨时间为4min，使凹凸棒土与滑石粉充分分散，避免结块，搅拌结束后进入下一步骤；
S3、向球磨机中加入1/5的硅酸钠，球磨机以转速400r/min球磨2h后得到以凹凸棒土为载体的CSH凝胶聚合体与滑石粉的混合物A；
S4、按照重量份称量剩余的硅酸钠，配制硅酸钠水溶液，将上一步骤得到的混合物A加入硅酸钠水溶液中，反应得到混合物B，其中硅酸钠与硝酸钙反应生成CSH凝胶，反应过程中不断对反应体系进行搅拌，防止凹凸棒土沉降；
S5、将上一步骤中反应得到的混合物B在压滤机中以0.3兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼加入去离子水中，滤饼与去离子水的重量比为1:5，以720r/min的转速搅拌7min后以0.3兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼，将滤饼粉碎后在30℃的温度下风干得到填充凹土；
S6、按照重量份称取硅灰、碳酸钙、硝酸钙、醋酸钠与亚硫酸氢钙，将称取的各物料与上一步骤得到的填充凹土混合搅拌均匀，将混合物料加入球磨机中，球料比为2.5:1，转速为300r/min，球磨时间为2h，得到早强剂。
实施例2
一种加速凝结硬化的高性能混凝土，由以下重量份原料加工而成：
骨料25重量份、粉煤灰10重量份、水泥-25重量份、硅灰10重量份、凹凸棒土4重量份、早强剂2重量份、聚丙烯纤维3重量份、水25重量份；
所述骨料为粗骨料与细骨料的混合产物，其中细骨料为细度为2mm的河沙，粗骨料为细度为10mm的砂石，且细骨料与粗骨料的质量比为2:3；
该加速凝结硬化的高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量份称取粉煤灰、硅灰后加入搅拌机中搅拌混合均匀后加入1/2水，继续搅拌混合均匀后向其中加入聚丙烯纤维，混合搅拌均匀后得到混合浆料A；
步骤二、向混合浆料A中加入水泥与凹凸棒土，再向其中加入1/4的水，搅拌混合均匀后得到混合浆料B；
步骤三、向混合浆料B中加入骨料，搅拌混合均匀后得到混合浆料C，向混合浆料C中加入剩余的水与早强剂继续搅拌至混合均匀，得到加速凝结硬化的高性能混凝土。
作为本发明的进一步方案，本发明还提供一种该加速凝结硬化的混凝土的施工方法，施工中速凝剂的喷涂量为0.25kg/m2；
所述速凝剂为5重量份铝酸钠、0.5重量份葡萄糖酸、15重量份二乙醇胺与50重量份去离子水混合溶解搅拌均匀得到。
所述早强剂由以下重量份的原料加工而成：
硅灰10重量份、碳酸钙10重量份、凹凸棒土25重量份、滑石粉6重量份、硅酸钠3重量份、硝酸钙6重量份、亚硝酸钠5重量份、醋酸钠3重量份与亚硫酸氢钙1.5重量份；
该早强剂的制备工艺包括如下步骤：
S1、按照重量份称取硝酸钙配制饱和硝酸钙水溶液，将凹凸棒土加入饱和硝酸钙水溶液中，凹凸棒土完全浸没在饱和硝酸钙水溶液中，超声处理15min后过滤得到湿润的凹凸棒土与饱和硝酸钙水溶液，湿润的凹凸棒土与加入的干燥凹凸棒土的质量比为4:1；
S2、将滑石粉加入上一步骤中得到的湿润的凹凸棒土中，搅拌混合后加入球磨机中，球磨机球料比为3:1，球磨机转速为500r/min，球磨时间为5min，使凹凸棒土与滑石粉充分分散，避免结块，搅拌结束后进入下一步骤；
S3、向球磨机中加入1/5的硅酸钠，球磨机以转速500r/min球磨1.5h后得到以凹凸棒土为载体的CSH凝胶聚合体与滑石粉的混合物A；
S4、按照重量份称量剩余的硅酸钠，配制硅酸钠水溶液，将上一步骤得到的混合物A加入硅酸钠水溶液中，反应得到混合物B，其中硅酸钠与硝酸钙反应生成CSH凝胶，反应过程中不断对反应体系进行搅拌，防止凹凸棒土沉降；
S5、将上一步骤中反应得到的混合物B在压滤机中以0.3兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼加入去离子水中，滤饼与去离子水的重量比为1:3，以600r/min的转速搅拌15min后以0.3兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼，将滤饼粉碎后在30℃的温度下风干得到填充凹土，该步骤用于除去未反应的硝酸钙与硅酸钠；
S6、按照重量份称取硅灰、碳酸钙、硝酸钙、醋酸钠与亚硫酸氢钙，将称取的各物料与上一步骤得到的填充凹土混合搅拌均匀，将混合物料加入球磨机中，球料比为2:1，转速为300r/min，球磨时间为1.5h，得到早强剂。
对比例1
对比实施例1，对比例1没有按照加速凝结硬化的高性能混凝土的制备顺序添加原料进行搅拌制备，而是直接将所有原料混合后进行搅拌。
对比例2
对比实施例1，对比例2使用同等重量的FDN-4型早强剂。
对比例3
对比实施例1，对比例3没有使用早强剂。
试验结果
分别对按照上述实施例1至对比例3的方法制备的混凝土的塌落度、初凝时间、终凝时间以及抗压强度(混凝土24h后的抗压强度)进行测定，待测试的混凝土在10℃的温度环境下进行养护，测试结果如表1所示：
表1
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 塌落度(mm) | 152 | 148 | 157 | 164 | 182 |
| 初凝时间(min) | 103 | 101 | 117 | 123 | 362 |
| 终凝时间(min) | 161 | 157 | 181 | 189 | 580 |
| 抗压强度(MPa) | 75.1 | 75.2 | 73.8 | 73.5 | 72.2 |
由表1数据可知，通过在混凝土中添加本发明中的早强剂能够显著提升混凝土的硬化速度，同时通过调节混凝土搅拌的进料速度能够提升混凝土的强度。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，由以下重量份原料加工而成：
骨料20-30重量份、粉煤灰10-15重量份、水泥20-25重量份、硅灰5-10重量份、凹凸棒土3-8重量份、早强剂1.5-2重量份、聚丙烯纤维2-4重量份、水15-30重量份；
所述骨料为粗骨料与细骨料的均匀混合物，其中细骨料为细度为1-4mm的河沙，粗骨料为细度为10-15mm的砂石，且细骨料与粗骨料的质量比为2:2-3；
该加速凝结硬化的高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量份称取粉煤灰与硅灰加入搅拌机中搅拌混合均匀后加入1/2水，继续搅拌混合均匀后向其中加入聚丙烯纤维，混合搅拌均匀后得到混合浆料A；
步骤二、向混合浆料A中加入水泥与凹凸棒土，再向其中加入1/4的水，搅拌混合均匀后得到混合浆料B；
步骤三、向混合浆料B中加入骨料，搅拌混合均匀后得到混合浆料C，向混合浆料C中加入剩余的水与早强剂继续搅拌至混合均匀，得到加速凝结硬化的高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，所述步骤三在混合浆料B的搅拌过程中，向混合浆料B中加入水进行调节。
3.根据权利要求1所述的加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，所述早强剂由以下重量份的原料加工而成：
硅灰10-15重量份、碳酸钙5-10重量份、凹凸棒土20-30重量份、滑石粉4-7重量份、硅酸钠2-3重量份、硝酸钙4-6重量份、亚硝酸钠5-10重量份、醋酸钠3-5重量份与亚硫酸氢钙1-1.5重量份。
4.根据权利要求3所述的加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，所述早强剂的制备工艺包括如下步骤：
S1、按照重量份称取硝酸钙配制饱和硝酸钙水溶液，将凹凸棒土加入饱和硝酸钙水溶液中，凹凸棒土完全浸没在饱和硝酸钙水溶液中，超声处理10-20min后过滤得到湿润的凹凸棒土与饱和硝酸钙水溶液，湿润的凹凸棒土与加入的干燥凹凸棒土的质量比为3-4:1；
S2、将滑石粉加入上一步骤中得到的湿润的凹凸棒土中，搅拌混合后加入球磨机中，球磨机球料比为3-5:1，球磨机转速为300-600r/min，球磨时间为3-5min，使凹凸棒土与滑石粉充分分散，搅拌结束后进入下一步骤；
S3、向球磨机中加入1/6-1/5的硅酸钠，球磨机以转速300-600r/min球磨1-2h后得到以凹凸棒土为载体的CSH凝胶聚合体与滑石粉的混合物A；
S4、按照重量份称量剩余的硅酸钠，配制硅酸钠水溶液，将上一步骤得到的混合物A加入硅酸钠水溶液中，反应得到混合物B，其中硅酸钠与硝酸钙反应生成CSH凝胶，反应过程中不断对反应体系进行搅拌；
S5、将上一步骤中反应得到的混合物B在压滤机中以0.3-0.4兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼加入去离子水中，滤饼与去离子水的重量比为1:3-6，以600-840r/min的转速搅拌5-15min后以0.3-0.4兆帕的压力压滤至不再有溶液滤出后取出滤饼，将滤饼粉碎后在25-40℃的温度下风干得到填充凹土；
S6、按照重量份称取硅灰、碳酸钙、硝酸钙、醋酸钠与亚硫酸氢钙，将称取的各物料与上一步骤得到的填充凹土混合搅拌均匀，将混合物料加入球磨机中，球料比为2-2.5:1，转速为200-400r/min，球磨时间为1-2h，得到早强剂。
5.根据权利要求1所述的加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，该加速凝结硬化的混凝土的施工方法包括如下步骤：
在混凝土浇筑完成后，通过振捣器进行振捣，振捣结束后，对混凝土表面进行刮平，在混凝土表面喷涂速凝剂，速凝剂的喷涂量为0.2-0.25kg/m2，喷涂后静置，待混凝土表面硬化后，向混凝土表面喷洒冷水进行降温，当手指按压而不出现塌陷时，使用流动水对混凝土表面进行冲洗，在负温环境下，采用质量浓度10％的尿素水溶液进行冲洗。
6.根据权利要求5所述的加速凝结硬化的高性能混凝土，其特征在于，所述速凝剂为3-5重量份铝酸钠、0.5-1重量份葡萄糖酸、10-20重量份二乙醇胺与50-60重量份去离子水混合溶解搅拌均匀得到。
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