CN110041035B - 一种低胶材用量的c30高抗渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低胶材用量的C30高抗渗混凝土及其制备方法。一种低胶材用量的C30高抗渗混凝土，各组分和含量如下：每m3混凝土中水泥100～190份、粉煤灰30～80份、矿粉50～100份、硅灰0～50份、石粉0～65份、改性偏高岭土10～40份，机制砂300～590份、江砂220～550份、碎石650～1100份，聚羧酸减水剂3～8份、水160～180份；所述改性偏高岭土是用环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯、石膏对高岭土进行激发改性制得。本发明提供的一种低胶材用量的C30抗渗混凝土具有水泥用量少、强度高、抗渗性能好的优点。

Description

一种低胶材用量的C30高抗渗混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土的抗渗透性包括抵抗液体物质、气体物质、盐离子的扩散等方面。混凝土抗渗性与耐久性之间具有一定的联系，抗渗性不仅与混凝土的防水挡水效果有关，而且对混凝土抗冻性，耐化学侵蚀性和抗碳化性也有影响。
在商品混凝土搅拌站里，生产使用最多的混凝土为中低强度等级的混凝土，如C30混凝土。最近几年来，混凝土搅拌站原材料来源多变，更多关注的是混凝土的工作性和强度参数，对抗渗性能缺乏有效监控，致使抗渗性不足的问题时有发生。
混凝土搅拌站提高混凝土抗渗性能的方法一般为：在总胶凝材料用量不变的前提下，增加水泥和矿粉用量，同时减少粉煤灰用量，甚至不用粉煤灰；在减水剂中添加引气剂、膨胀剂，从而减少水的用量。混凝土搅拌站C30混凝土的抗渗等级一般只能达到P6、P8。
发明内容
本发明的目的在于针对目前技术的不足，通过掺加改性偏高岭土来提供一种低胶凝材料用量的C30 高抗渗混凝土及其制备方法。在保证混凝土具有较好的工作性和较高强度的同时，抗渗性能好。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，各组分和含量如下：每m3混凝土中水泥100～190份、粉煤灰30～80份、矿粉50～100份、硅灰0～50份、石粉0～65份、改性偏高岭土10～40份，机制砂 300～590份、江砂220～550份、碎石650～1100份，聚羧酸减水剂3～8份、水160～180份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量0.5～1.5％的环氧基硅烷偶联剂、1～3％的聚苯乙烯和3～7％的石膏对偏高岭土进行激发改性制得。
优选地，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中水泥120～160 份、粉煤灰40～60份、矿粉70～90份、硅灰15～25份、石粉20～30份、改性偏高岭土10～25份，机制砂 390～550份、江砂330～450份、碎石850～1060份，聚羧酸减水剂5～6份、水165～175份；所述改性偏高岭土是用石膏、环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯进行激发改性制得。
更优选地，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥 130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰18份、石粉25份、改性偏高岭土20份、机制砂520份、江砂 350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4份、水170份；所述改性偏高岭土是用石膏、环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯进行激发改性制得。
按上述方案，所述改性偏高岭土的制备方法为：在占偏高岭土质量0.5～1.5％的环氧基硅烷偶联剂中加入占偏高岭土质量1～3％的聚苯乙烯，并在40～60℃下继续水浴搅拌1小时，适当的搅拌温度有利于环氧基硅烷偶联剂更好的分散均布，温度过高会导致偶联剂分子出现挥发现象，降低其效果；再将溶液冷却至室温并加入偏高岭土中，然后再搅拌一段时间；再加入占偏高岭土质量分数3～7％的石膏，再在球磨机中共磨后制得。
按上述方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种。
按上述方案，所述机制砂细度3.0～3.7；所述江砂细度模数0.9～1.5；所述碎石粒径5～25mm。
一种低胶材用量的C30抗渗混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将所述机制砂、江砂、碎石和部分水加入混凝土搅拌机中搅拌30～60s；
(2)将所述水泥、矿粉、粉煤灰、石粉、硅灰、改性偏高岭土加入混凝土搅拌机中继续搅拌 30～60s；
(3)将所述剩余水和减水剂加入混凝土搅拌机中，充分搅拌的时间为60～90s。即可得到具有低胶材用量的C30抗渗混凝土。
本发明采用表面改性方法，通过使用环氧基硅烷偶联剂和聚苯乙烯在偏高岭土表面引入亲水基团，并加入石膏对偏高岭土的碱性激发作用，可提高偏高岭土的水化活性和分散效果。改性偏高岭土水化过程中，硅烷偶联剂的亲水性提高了偏高岭土的活性反应率，二次水化产物的生成增加，这是因为偏高岭土颗粒较细，具有较大的表面能，微细的颗粒由于正负电荷的静电引力、热运动及范德华力等作用，颗粒会自发凝聚成絮团结构，这种“絮凝结构”会包裹一定的偏高岭土颗粒，使水与絮凝结构内部的颗粒反应变慢，短期内水化产物减少，加入改性剂后，偏高凝土颗粒水化活性和分散性提高，这种“絮凝结构”减若，偏高凝土颗粒与水反应更充分，由此获得的改性偏高岭土水化产物与水泥水化体系中Ca(OH)2发生反应增强，不仅能生成更多的水化硅酸钙凝胶还有一系列铝相水化物，如C4AH13、C2ASH8和C3AH6，这些产物改善了混凝土界面过渡区，使混凝土孔结构也得到了明显改善，毛细孔比例提高、孔隙率下降。这些对优化混凝土内部结构，提高强度，改善抗渗性能有显著作用。
但偏高岭土掺量也不宜过多，当偏高岭土掺量过高时，由于生成的钙矾石过多，导致水泥浆体被大量包裹，从而在一定程度上延缓水泥的水化，使水化产物减少，强度增长缓慢，混凝土内部易出现较大的缺陷，形成较多的孔隙，导致抗渗性能下降。进一步，本发明通过高抗渗混凝土中水泥、粉煤灰、矿粉，砂，碎石，减水剂等各组分和含量的配合，可使混凝土抗渗性能可达到P11、P12的C30混凝土。
具体地，改性过程中，环氧基硅烷偶联剂可以通过与水泥水合物的Ca(OH)2形成配位键，提高偏高岭土与水泥水合物的界面结合作用。同时，环氧基硅烷偶联剂增强了硬化混凝土颗粒之间的键合能力，能有效的改善界面处化学键键合行为；聚苯乙烯能有效的溶解、分散环氧基硅烷偶联剂，从而有利于发挥其改性作用。而石膏中的碱性成分，可使偏高岭土中的活性SiO2、Al2O3不断的从玻璃体中溶解出来并参与水化反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，填充与混凝土界面过渡区和内部孔隙，使界面过渡区缺陷得到改善、内部孔隙减少，混凝土结构更加密实，从而抗渗性能得到极大提高。
所述改性偏高岭土中改性剂的用量需适量，其中：环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯用量过多，会吸附聚羧酸减水剂中活性基团，降低减水剂的作用效果，使混凝土的流动性或需水量增大，而且与水泥水化生成的Ca(OH)2结合过多，降低水化硅酸钙凝胶的形成，对混凝土强度增长不利，对孔隙的改善效果降低，不利于提高抗渗性能。而石膏用量过多后，会使水泥出现缓凝现象，同时会使混凝土抗硫酸盐侵蚀能力下降，混凝土内部结构易受到外界有害物质的侵蚀，也不利于混凝土抗渗性能。
与现有技术相比，本发明优点是：
1.本发明中通过采用环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯和石膏对偏高岭土进行激发改性偏高岭土，有利于提高偏高岭土活性，对于改善混凝土孔隙结构，降低孔隙率，对提高混凝土抗渗性能有显著作用，可使C30混凝土抗渗性能可达到P11、P12；工作性能好，体积稳定，不易开裂。同时改性偏高岭土作为混凝土的一种掺合料，还可取代水泥，减少水泥用量，有利于降低成本、减少能耗。
2.本发明在制备混凝土时采用了“造壳工艺”法，与传统一次搅拌工艺相比：造壳工艺”法制备混凝土过程中，第一次搅拌机制砂、江砂、碎石与水充分接触，在表面形成一层很薄的水膜；第二次搅拌后，水泥浆层均匀的附在石子表面，减小了混凝土界面过渡区Ca(OH)2富集的程度，同时界面过渡区显微硬度明显降低，使结晶颗粒尺寸和晶体取向程度减小，从而改善了界面过渡区结构，使混凝土孔隙率和孔径大大减小，混凝土的抗渗性能大大提高。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰18份、石粉25份、改性偏高岭土35 份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4份、水170份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量0.5％环氧基硅烷偶联剂、1％聚苯乙烯、3％石膏进行激发改性制得。各胶凝材料用量均可以取下限，在保证强度达到的同时，还具有优异的抗渗性能。
对比例1
本实施例与实施例1不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4份、水170份。
对比例2
本实施例与实施例1不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥165份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4份、水170份。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、改性偏高岭土20份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4 份、水170份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量1.5％环氧基硅烷偶联剂、3％聚苯乙烯、7％石膏进行激发改性制得。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、改性偏高岭土20份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4 份、水170份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量1％环氧基硅烷偶联剂、2％聚苯乙烯、5％石膏进行激发改性制得。
实施例4
本实施例与实施例2不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、改性偏高岭土30份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4 份、水170份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量0.5％环氧基硅烷偶联剂、1％聚苯乙烯、3％石膏进行激发改性制得。
实施例5
本实施例与实施例2不同之处在于：一种低胶材用量的C30抗渗混凝土，所述低胶凝材料用量的 C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥130份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰 18份、石粉25份、改性偏高岭土10份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4 份、水170份；所述改性偏高岭土是用占偏高岭土质量0.5％环氧基硅烷偶联剂、1％聚苯乙烯、3％石膏进行激发改性制得。
对上述实施例和对比例制备的混凝土。进行如下测试：
(1)抗压强度
参照国家标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，成型150mm×150mm× 150mm的标准混凝土试件，标准养护28d，进行抗压强度试验。
(2)渗水高度
参照国家标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，成型175mm× 185mm×150mm的标准圆台混凝土试件，标准养护28d，并在达到相应龄期的前一天，将试件从养护室中取出，待试件表面晾干后进行密封，再进行渗水高度试验。
(3)抗渗水压
参照国家标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，成型 175mm×185mm×150mm的标准圆台混凝土试件，6个试件为一组，标准养护28d，并在达到相应龄期的前一天，将试件从养护室中取出，待试件表面晾干后进行密封，再采用逐级加压法进行抗水渗透试验。
具体各实施例混凝土的性能测试见下表：
抗压强度/MPa 渗水高度/mm 抗渗压力/MPa 抗渗等级
实施例1 40.2 69 1.18 P11
实施例2 40.5 68 1.19 P11
实施例3 45.7 62 1.33 P12
实施例4 41.2 74 1.22 P11
实施例5 43.7 67 1.23 P11
对比例1 34.1 86 0.90 P8
对比例2 39.5 77 0.93 P8
综上，从实施例1～5中可见，最优方案为实施例3。
实施例1～5与对比例1对比可见，掺入改性偏高岭土能大大提高混凝土的抗渗性能。
实施例1与对比例2对比可见，掺入改性偏高岭土后，混凝土中水泥用量可以减少，在保证强度的同时并能提高混凝土的抗渗性能。因为改性偏高岭土与水泥水化体系中Ca(OH)2反应也能生成大量的水化硅酸钙凝胶，弥补了因水泥减少而带来水化产物减少的现象，同时改性偏高岭土还能生成一系列铝相水化产物，这些对于提高混凝土的抗渗性能均有益。

Claims (7)

1.一种低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中水泥100~190份、粉煤灰30~80份、矿粉50~100份、硅灰0~50份、石粉0~65份、改性偏高岭土10~40份，机制砂300~590份、江砂220~550份、碎石650~1100份，聚羧酸减水剂3~8份、水160~180份；所述改性偏高岭土是采用表面改性方法，通过使用环氧基硅烷偶联剂和聚苯乙烯在偏高岭土表面引入亲水基团，并加入石膏，基于石膏对偏高岭土的碱性激发作用，将偏高岭土用环氧基硅烷偶联剂、聚苯乙烯、石膏对偏高岭土进行激发改性制得的，环氧基硅烷偶联剂占偏高岭土质量0.5~1.5%，聚苯乙烯占偏高岭土质量1~3%，石膏占偏高岭土质量分数3~7%。
2.根据权利要求1所述的低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中水泥140~170份、粉煤灰40~60份、矿粉70~90份、硅灰15~25份、石粉20~30份、改性偏高岭土10~25份，机制砂390~550份、江砂330~450份、碎石850~1060份，聚羧酸减水剂5~6份、水165~175份。
3.根据权利要求1所述的低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土各组分和含量如下：每m3混凝土中含有水泥160份、粉煤灰55份、矿粉90份、硅灰18份、石粉25份、改性偏高岭土22份、机制砂520份、江砂350份、碎石1020份，聚羧酸减水剂5.4份、水170份。
4.根据权利要求1所述的低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述改性偏高岭土的制备方法为：在占偏高岭土质量0.5~1.5%的环氧基硅烷偶联剂中加入占偏高岭土质量1~3%的聚苯乙烯，并在40~60℃下继续水浴搅拌1小时；再将溶液冷却至室温并加入偏高岭土中，然后再搅拌一段时间；再加入占偏高岭土质量分数3~7%的石膏，再在球磨机中共磨后制得。
5.根据权利要求1所述的低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土，其特征在于，所述机制砂细度3.0~3.7；所述江砂细度模数0.9~1.5；所述碎石粒径5~25mm。
7.权利要求1所述的一种低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所述机制砂、江砂、碎石和部分水加入混凝土搅拌机中搅拌30~60s；
（2）将所述水泥、矿粉、粉煤灰、石粉、硅灰、改性偏高岭土加入混凝土搅拌机中继续搅拌30~60s；
（3）将剩余水和减水剂加入混凝土搅拌机中，充分搅拌的时间为60~90s，即可得到具有低胶凝材料用量的C30高抗渗混凝土。
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