CN110002818B - 一种高致密混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高致密混凝土及其制备方法。按重量份计，所述混凝土包括：固态组分和液态组分，且所述固态组分和液态组分分开存放；其中，所述固态组分包括：400‑460份硅酸盐水泥、50‑80份硫硅酸钙、5‑10份乙酸钙、5‑15份甲基二溴戊二腈、1000‑1250份间断级配骨料、15‑25份铝胶；所述液态组分为250‑380份水。本发明通过设计骨料的间断级配以及利用硫硅酸钙与铝胶之间的特殊反应，显著改善了硅酸盐水泥混凝土的结构致密度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高致密混凝土及其制备方法。
背景技术
本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
我国年产24亿吨的硅酸盐水泥是目前用量最大的胶凝材料，其是以硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙为主的硅酸盐水泥熟料，辅以适量石膏和粉煤灰、粒化高炉矿渣等混合材，磨细制成的水硬性胶凝材料。例如，专利文献201711463890.X公开了一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法与应用。所述的硅酸盐水泥熟料，由如下按质量份计的原料组分制备得到：石灰石60～70份；粉煤灰10～15份；磷渣1～3份；铜渣3～5份；锆渣5～10份。
专利文献201711435149.2公开了一种硅酸盐水泥熟料，包括如下重量份的成分：石灰石：50-60份；黏土：20-30份；石膏：10-15份；添加物：2-5份；所述添加物为氢氧化钠。该发明通过加入氢氧化钠带入适量的含碱量，使熟料的早期水化速度加快，提高水泥的早期强度，缩短脱模时间，水泥后期强度及水泥的耐久性也有保障。
然而，由于拌合水的存在和水泥水化体积收缩等原因，由硅酸盐水泥所制备的混凝土是气-液-固三相共存体，由于其结构致密度差，混凝土的抗侵蚀性、耐久性和力学性能等在服役期间会逐渐变差，并最终崩溃，从而严重影响建筑构筑体的使用年限和安全。因此，需要开拓新方法来改善混凝土的结构致密度。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种高致密混凝土及其制备方法。本发明通过设计骨料的间断级配以及利用硫硅酸钙与铝胶之间的特殊反应，显著改善了硅酸盐水泥混凝土的结构致密度。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
本发明的第一目的：提供一种高致密混凝土，按重量份计，其包括固态组分和液态组分，且所述固态组分和液态组分分开存放；其中，所述固态组分包括：400-460份硅酸盐水泥、50-80份硫硅酸钙、5-10份乙酸钙、5-15份甲基二溴戊二腈、1000-1250份间断级配骨料、15-25份铝胶；所述液态组分为250-380份水。
进一步地，所述固态组分的存在形式包括：每一种固态成分单独存在，或者，将其中的任意两种或两种以上的固态组分混合。
进一步地，按重量份计，所述间断级配骨料为：10-20份0.075-0.15mm骨料、50-70份1.18-2.36mm骨料和180-200份9.5-16mm骨料混合而成。
优选地，所述高致密水泥基材料由以下重量份的组分构成：质量份数组成为420份硅酸盐水泥、60份硫硅酸钙、8份乙酸钙、10份甲基二溴戊二腈、1180份间断级配骨料、20份铝胶和320份水。当各组分含量处在上述特定值时，对水泥基材料的抗压强度、致密度以及渗透系数的改善更为明显。
进一步地，所述铝胶的制备方法为：将10-18份铝酸三钙和30-42份水在40-55℃搅拌2-5分钟时缓慢加入0.2-1份双氧水后，在15-25℃震荡10-20分钟，得到铝胶。
本发明的第二目的，是提供所述高致密混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将硫硅酸钙、乙酸钙、甲基二溴戊二腈混合后搅拌均匀，再加入铝胶搅拌均匀，得物料A；
(2)将硅酸盐水泥与水搅拌，再加入所述物料A搅拌均匀，得物料B；
(3)将间断级配骨料和水混合，再加入物料B，搅拌均匀，即得高致密混凝土。
进一步地，步骤(1)中，所述水的添加比例为50-80份，剩余的水全部用于步骤(3)中。
进一步地，步骤(1)、(2)中，所述搅拌的时间均为30-90秒。
本发明的第三目的，是提供所述高致密混凝土及其制备方法在建筑领域中的应用。本发明提供的高致密度混凝土能够很好地缓解由于硅酸盐混凝土结构致密度差，混凝土的抗侵蚀性、耐久性和力学性能等在服役期间会逐渐变差等问题，有助于延长建筑构筑体的使用年限。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明通过利用硫硅酸钙与铝胶发生反应生成含有32个结晶水的钙矾石，反应后物相体积微膨胀的特性，来改善和弥补硅酸盐水泥水化体积微收缩的不足导致的硅酸盐水泥制备的混凝土结构致密度差的问题。
(2)本发明通过设计具有特定粒度骨料的间断级配，实现小粒径骨料填充大粒径骨料的堆积孔隙，不但提高混凝土的致密度，而且减少水泥用量，降低混凝土成本。
(3)本发明通过改变铝胶的制备方法调控铝胶的活性，从而控制其与硫硅酸钙的反应速率，既防止由于反应过快导致其水化产物包裹硅酸三钙，降低硅酸三钙的反应量和反应速率，最终降低混凝土的早期强度的同时又能够防止反应过慢导致所生成的钙矾石对混凝土结构产生膨胀应力，在混凝土内部形成微裂纹，从而降低对混凝土强度的影响。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，由于拌合水的存在和水泥水化体积收缩等原因，由硅酸盐水泥所制备的混凝土是气-液-固三相共存体,由于其结构致密度差，混凝土的抗侵蚀性、耐久性和力学性能等在服役期间会逐渐变差，并最终崩溃，从而严重影响建筑构筑体的使用年限和安全。因此，本发明提出一种高致密混凝土及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。
需要说明的是，下列实施例中，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5，购自济南世纪创新水泥有限公司。
实施例1
1、一种高致密混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将50份硫硅酸钙、5份乙酸钙、5份甲基二溴戊二腈搅拌均匀，再加入15份铝胶搅拌均匀，得物料A；
(2)将400份硅酸盐水泥与50份水搅拌30秒，再加入所述物料A搅拌均匀，得物料B；
(3)将1250份间断级配骨料和200份水搅拌均匀，再加入所述得物料B，搅拌均匀，得到高致密混凝土。
在本实施例中，所述铝胶的制备方法为：将10份铝酸三钙和30份水在40℃搅拌2分钟时缓慢加入1份双氧水后，在15℃震荡20分钟，得到铝胶。
在本实施例中，按重量份计，所述间断级配骨料由10份0.075-0.15mm骨料、70份1.18-2.36mm骨料和200份9.5-16mm骨料混合均匀而成。
实施例2
1、一种高致密混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将80份硫硅酸钙、10份乙酸钙、15份甲基二溴戊二腈搅拌均匀，再加入25份铝胶搅拌均匀，得物料A；
(2)将460份硅酸盐水泥与80份水搅拌90秒，再加入所述物料A搅拌均匀，得物料B；
(3)将1000份间断级配骨料和300份水搅拌均匀，再加入所述得物料B，搅拌均匀，得到高致密混凝土。
在本实施例中，所述铝胶的制备方法为：将18份铝酸三钙和42份水在55℃搅拌5分钟时缓慢加入0.2份双氧水后，在25℃震荡10分钟，得到铝胶。
在本实施例中，按重量份计，所述间断级配骨料由20份0.075-0.15mm骨料、50份1.18-2.36mm骨料和180份9.5-16mm骨料混合均匀而成。
实施例3
1、一种高致密混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将60份硫硅酸钙、8份乙酸钙、10份甲基二溴戊二腈搅拌均匀，再加入20份铝胶搅拌均匀，得物料A；
(2)将420份硅酸盐水泥与60份水搅拌40秒，再加入所述物料A搅拌均匀，得物料B；
(3)将1180份间断级配骨料和260份水搅拌均匀，再加入所述得物料B，搅拌均匀，得到高致密混凝土。
在本实施例中，所述铝胶的制备方法为：将14份铝酸三钙和39份水在47℃搅拌3分钟时缓慢加入0.7份双氧水后，在19℃震荡17分钟，得到铝胶。
在本实施例中，按重量份计，所述间断级配骨料由17份0.075-0.15mm骨料、58份1.18-2.36mm骨料和190份9.5-16mm骨料混合均匀而成。
实验例1
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)中不加入实施例1制备的铝胶，以验证硫硅酸钙与铝胶之间的水化反应对硅酸盐水泥制备的混凝土结构致密度的影响。
实验例2
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)中不加入硫硅酸钙，以验证硫硅酸钙与铝胶之间的水化反应对硅酸盐水泥制备的混凝土结构致密度的影响。
实验例3
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(3)中加入的骨料不是间断级配，是1250份粒径0.075-0.15mm的骨料，以验证骨料的级配对混凝土结构致密度的影响。
实验例4
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(3)中加入的骨料不是间断级配，是1250份粒径1.18-2.36mm的骨料，以验证骨料的级配对混凝土结构致密度的影响。
实验例5
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(3)中加入的骨料不是间断级配，是1250份粒径9.5-16mm的骨料，以验证骨料的级配对混凝土结构致密度的影响。
实验例6
一种高致密混凝土的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)中加入的铝胶为市售的普通铝胶，以验证对混凝土强度的影响。
性能测试：
对本发明实施例1-3以及实验例1-6得到的高致密混凝土制作的试块进行抗压强度(28天)、孔隙率、90天水渗透系数以及90天膨胀率测试，其中，按《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)进行测试，结果如表1所示。
表1
从表1中测试结果可以看出，相对于实施例1，实验例1和2中孔隙率远高于实施例1，这意味着实验例1和2中混凝土的结构致密度大幅度降低；这是因为：硫硅酸钙与铝胶发生反应后能够生成含有32个结晶水的钙矾石，反应后物相具有体积微膨胀的特性，从而起到了弥补硅酸盐水泥水化体积微收缩的不足的问题，改善了硅酸盐水泥制备的混凝土结构致密度差的问题。
而实验例3-5中得到孔隙率远高于实施例1，这是因为通过设计具有特定粒度骨料的间断级配，能够实现小粒径骨料填充大粒径骨料的堆积孔隙，可以显著提高混凝土的致密度，而实验例3-6中的骨料明显不具有上述特性，因此，导致得到的混凝土结构致密度远低于实施例1。
实验例6中得到抗压强度较实施例1有大幅度降低，这是因为通过本发明制备的铝胶能够控制其与硫硅酸钙的反应速率，从而既能够防止由于反应过快导致其水化产物包裹硅酸三钙，降低硅酸三钙的反应量和反应速率，最终降低混凝土的早期强度的问题，又能够防止反应过慢导致所生成的钙矾石对混凝土结构产生膨胀应力，在混凝土内部形成微裂纹的嗯提，从而防止对混凝土强度的影响。
另外，从表1中测试结果可以看出，实施例1-3混凝土的90天水渗透系数和90天膨胀率也远优于实验例1-6。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高致密混凝土，其特征在于，按重量份计，所述混凝土包括：固态组分和液态组分，且所述固态组分和液态组分分开存放；其中，
所述固态组分包括：400-460份硅酸盐水泥、50-80份硫硅酸钙、5-10份乙酸钙、5-15份甲基二溴戊二腈、1000-1250份间断级配骨料、15-25份铝胶；
所述液态组分为250-380份水；
其中，所述铝胶的制备方法为:将10-18份铝酸三钙和30-42份水在40-55℃搅拌2-5分钟时缓慢加入0.2-1份双氧水后，在15-25℃震荡10-20分钟，得到铝胶。
2.如权利要求1所述的高致密混凝土，其特征在于，所述固态组分的存在形式包括：每一种固态成分单独存在。
3.如权利要求1所述的高致密混凝土，其特征在于，将其中的任意两种或两种以上的固态组分混合。
4.如权利要求1所述的高致密混凝土，其特征在于，按重量份计，所述间断级配骨料为：10-20份0.075-0.15mm骨料、50-70份1.18-2.36mm骨料和180-200份9.5-16mm骨料混合而成。
5.如权利要求1-4任一项所述的高致密混凝土，其特征在于，所述铝胶的制备方法为：将10-18份铝酸三钙和30-42份水在40-55℃搅拌2-5分钟时缓慢加入0.2-1份双氧水后，在15-25℃震荡10-20分钟，得到铝胶。
6.如权利要求5所述的高致密混凝土，其特征在于，所述高致密混凝土由以下重量份的组分构成：质量份数组成为420份硅酸盐水泥、60份硫硅酸钙、8份乙酸钙、10份甲基二溴戊二腈、1180份间断级配骨料、20份铝胶和320份水。
7.如权利要求1-6任一项所述的高致密混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硫硅酸钙、乙酸钙、甲基二溴戊二腈混合后搅拌均匀，再加入铝胶搅拌均匀，得物料A；
(2)将硅酸盐水泥与水搅拌，再加入所述物料A搅拌均匀，得物料B；
(3)将间断级配骨料和水混合，再加入物料B，搅拌均匀，即得高致密混凝土。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水的添加比例为50-80份，剩余的水全部用于步骤(3)中。
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)、(2)中，所述搅拌的时间均为30-90秒。
10.如权利要求1-6任一项所述的高致密混凝土或如权利要求7-9任一项所述的制备方法在建筑领域中的应用。
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