CN110668750A - 一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，属于混凝土的技术领域，按照重量份数计，原料包括水泥8‑20份、石子10‑25份、尾矿石15‑25份、砂子25‑40份、粉煤灰1‑5份、微珠1‑4份、纳米矿粉1‑4份、玄武岩纤维0.05‑0.2份、聚丙烯网状纤维0.08‑0.16份、减水剂组份0.1‑1份、膨胀剂0.5‑3份、水泥基渗透结晶材料0.1‑1份、拌合水一3‑10份；本发明还涉及一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：S1:制备混合料；S2：混合料预湿；S3：制备混合水剂；S4：制备混凝土；本发明可提升混凝土后期的抗渗透及抗裂性能，减少混凝土的收缩。

Description

一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土及其制备方法。
背景技术
综合管廊是21世纪新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一，它避免了由于埋设或维修管线而导致道路重复开挖的弊端。但综合管廊通常修建在地表以下岩土层中，会受到地下水不同程度的侵蚀，因此，需要混凝土在满足抗压要求的同时，还应满足抗渗、抗裂等耐久性要求。
现有的可参考公告号为CN100506737C的中国专利，公开了一种一种低收缩防火高抗渗盾构隧道管片材料及其制备方法，原料包括水泥360-400kg/m3、粉煤灰80-120、细集料690-720kg/m3、粗集料1100-1180kg/m3、湿度补偿介质50-150kg/m3、纤维0.8-2kg/m3、膨胀剂20-30kg/m3、水的掺量按水胶比0.29-0.32，外掺高效萘系减水剂1.3-1.6％。
在混凝土拌合过程中，膨胀剂和湿度补偿介质会在一定程度上减少混凝土裂缝发生的概率，但是对混凝土在硬化过程中已经产生的微裂缝几乎没有效用，从而影响混凝土后期的抗渗透及抗裂性能。
发明内容
本发明的目的一是提供一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，提升混凝土后期的抗渗透及抗裂性能，减少混凝土的收缩。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，按照重量份数计，原料包括水泥8-20份、石子10-25份、尾矿石15-25份、砂子25-40份、粉煤灰1-5份、微珠1-4份、纳米矿粉1-4 份、玄武岩纤维0.05-0.2份、聚丙烯网状纤维0.08-0.16份、减水剂组份0.1-1份、膨胀剂0.5-3 份、水泥基渗透结晶材料0.1-1份、拌合水一3-10份。
通过采用上述技术方案，尾矿石、微珠、粉煤灰、纳米矿粉协同作用，有效降低水泥水化热，抑制水泥因物理、化学反应体积变化时裂缝的产生，提高混凝土密实度、抗渗及抗侵蚀能力。
水泥基渗透结晶材料使用的是德国澎内传803，是一种水泥基渗透结晶型掺合剂，它是由波特兰水泥、精选石英砂和多种活性成分配制而成的粉状材料，在混凝土搅拌过程中加入，材料中的活性化学物质可与新拌混凝土中的水、水泥水化产物发生催化反应生成不溶于水的结晶体，填充、封堵毛细孔和收缩裂缝，使水或其他液体从任何方向都无法进入从而达到防水的目的。无水时，膨内传活性成分处于休眠状态；当在与水接触时就会重新激活，产生新的晶体，自动修复微裂缝，使混凝土得到永久的防水保护。
微珠作为一种超细粉体，既可以作为掺和料取代部分水泥，降低水化热，能够发挥自身超细粉体的填充优势，提高水泥石的密实性；其次，微珠还具有一定的微膨胀性，能在一定程度上补偿混凝土的收缩。
水泥基渗透结晶材料与膨胀剂、微珠协同作用可降低混凝土的收缩开裂。若混凝土在硬化过程中就产生裂缝，将导致水分的进入，此时，水泥基渗透结晶材料将发生络合反应，在形成硅酸盐类产物修复裂缝的同时，其活性组分将协同纳米矿粉、粉煤灰一并与水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应生成不溶性的硅酸钙凝胶而堵塞孔隙和裂缝，从而实现微裂缝的修复与再次修复过程，提高混凝土的抗渗性能及长期耐久性能。
另外，原料中还添加有玄武岩纤维及聚丙烯网状纤维。聚丙烯网状纤维为一束束互相交织成网状的纤维，与粉煤灰及骨料之间具有极强的结合力，与粉煤灰及骨料搅拌时，受到冲击力会自动张开，成为一根根的单丝或互相牵扯多向分布纤维，在混凝土内部形成一种乱向支撑体系，有效提高混凝土的抗渗性及抗冲击性能。
玄武岩纤维的抗拉强度达到3000-4800MPa，高于钢纤维等金属纤维，弹性模量介于钢纤维和聚丙烯纤维之间，玄武岩纤维的加入可有效减少混凝土的早期裂缝量，并降低裂缝宽度，从而改善混凝土的早期开裂性。于原料中加入两种纤维，不仅可以提高抗渗性及抗冲击性，还可改善混凝土的早期开裂性能。
综上所述，本发明通过加入微珠、尾矿石、纳米矿粉和粉煤灰，降低混凝土的孔隙率，提高密实度；通过加入微珠、膨胀剂及水泥基渗透结晶材料降低混凝土的收缩，水泥基渗透结晶材料同时又可有效对水泥硬化时产生的微裂缝进行修复，从而也降低了开裂的可能性，又加入玄武岩纤维及聚丙烯网状纤维，从而进一步提高混凝土的抗渗性及抗裂性。
本发明进一步设置为：所述水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为1：5-12：1-4。
本发明进一步设置为：所述尾矿石、石子、砂子的重量份数比为1：0.7-1.3：1.3-2.0。
通过采用上述技术方案，尾矿石与石子配合使用可降低混凝土的孔隙率，砂子与石子配合共同起到骨架作用，严格控制尾矿石、石子和砂子的重量份数比，可进一步提高混凝土的密实度和强度。
本发明进一步设置为：按照重量份数计，减水剂组份包括聚羧酸减水母液6-15份、保坍母液4-10份、缓凝剂2-5份、粘度改性剂0.5-1份、拌合水二70-85份。
通过采用上述技术方案，对减水剂组份进行优化，并添加有缓凝剂和粘度改性剂，缓凝剂可延长水泥的水化硬化时间，使新拌混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间；粘度改性剂可改善水泥与尾矿石、石子、砂子之间的界面粘度，从而提高混凝土的工作性能。
本发明进一步设置为：所述保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比为1：1.4-1.6。
本发明进一步设置为：所述减水剂组份还包括引气剂0.01-0.02份，引气剂选用为聚醚引气剂或烷基磺酸钠。
本发明进一步设置为：所述减水剂组份还包括消泡剂0.01-0.03，消泡剂选用为聚二甲基硅氧烷。
本发明进一步设置为：所述缓凝剂选用为柠檬酸或葡萄糖酸钠，粘度改性剂选用为丙烯酸和聚丙烯酰胺的共聚物。
本发明进一步设置为：所述纳米矿粉为纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土重量份数比为1：0.8-1.2：0.6-1.3的混合物。
通过采用上述技术方案，SiO2可减少界面过渡区的孔隙率和裂缝数量，达到优化的效果；纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土与水泥水化物中的Ca(OH)2反应，不仅可以增强水泥基材料的密实性，还可使水花产物的晶体尺寸变小，随时间的推移，界面过渡区结构逐步得到有效改善。
本发明进一步设置为：所述膨胀剂选用为镁质膨胀剂，其中氧化镁含量为86％。
本发明的目的二在于提供一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1:制备混合料：将石子与尾矿石混合后搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、微珠和纳米矿粉，加入玄武岩纤维和聚丙烯网状纤维，加入膨胀剂、水泥基渗透结晶材料和砂子，混合均匀后搅拌30-40s，获得混合料；
S2：混合料预湿：向混合料中加入40％-60％的拌合水一并搅拌50-60s，充分预湿混合料；
S3：制备混合水剂：将聚羧酸减水剂组份中的各个原料混合后倒入剩余拌合水一中，搅拌均匀后制得混合水剂；
S4：制备混凝土：将混合水剂加入充分预湿的混合料中，并搅拌120-180s，获得混凝土。
通过采用上述技术方案，先将石子与尾矿石搅拌均匀后再加入水泥、粉煤灰、微珠、纳米矿粉等粒径较小的原料，使得混合料更加均匀；先用拌合水一将混合料预湿后再加入减水剂组份，有助于减水剂组份更好的发挥作用，从而制备出性能更好的混凝土。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.通过加入微珠、粉煤灰、纳米矿粉、尾矿石、石子与砂子，降低混凝土的孔隙率，提高密实度；通过加入膨胀剂及水泥基渗透结晶材料降低混凝土开裂的可能性，同时又可有效对水泥硬化时产生的微裂缝进行修复，从而提高混凝土的抗渗性及抗裂性，减少混凝土的收缩；
2.对减水剂组份进行优化，可进一步提高混凝土的和易性，配合膨胀剂与水泥基渗透结晶材料发挥作用。
具体实施方式
以下实施例中，
所选用微珠的比表面积为24000cm2/g，活性指数为111％；
所选用纳米矿粉为S95级矿渣粉，比表面积为430m2/kg；
所选用砂子的堆积密度为1600kg/m3，细度模数为2.5-3.0；
所选用的石子为5-31.5mm连续级配，压碎值为7.0％，表观密度为2600-2800kg/m3；
所选用尾矿石为5-31.5mm连续级配，压碎值为6.0％，表观密度为2800-3100kg/m3；
所选用膨胀剂为镁质膨胀剂，氧化镁含量为86％；引气剂为烷基磺酸钠；消泡剂为聚二甲基硅氧烷；
所选用的水泥及渗透结晶材料为德国膨内传803，抗压强度比为103％。
实施例1
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备混合料：按照重量份数计，将石子10份、尾矿石15份混合后搅拌均匀，再加入水泥8份、粉煤灰1份、微珠1份、纳米矿粉1份；加入玄武岩纤维0.05份、聚丙烯网状纤维 0.08份，加入膨胀剂0.5份、水泥基渗透结晶材料0.1份和砂子25份，混合均匀后搅拌30s，获得混合料；其中，水泥采用42.5级硅酸盐水泥；其中，纳米矿粉为纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土重量份数比为1：0.8：0.6的混合物；
S2：混合料预湿：向混合料中加入1.2份拌合水一，并搅拌50s，充分预湿混合料；
S3：制备混合水剂：将聚羧酸减水母液6份、保坍母液4份、缓凝剂2份、粘度改性剂0.5份、拌合水二70份、引气剂0.01份、消泡剂0.01份搅拌均匀，获得减水剂组份，再将减水剂组份0.1份倒入剩余1.8份拌合水一中，搅拌均匀后制得混合水剂；
S4：制备混凝土：将混合水剂加入充分预湿的混合料中，并搅拌120s，获得混凝土。
实施例2
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备混合料：按照重量份数计，将石子18份、尾矿石20份混合后搅拌均匀，再加入水泥14份、粉煤灰3份、微珠2份、纳米矿粉3份，加入玄武岩纤维0.12份、聚丙烯网状纤维0.13份，加入膨胀剂2.3份、水泥基渗透结晶材料0.6份和砂子32份，混合均匀后搅拌35s，获得混合料；其中，水泥采用52.5级硅酸盐水泥；其中，纳米矿粉为纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土重量份数比为1：0.9：0.8的混合物；
S2：混合料预湿：向混合料中加入3份拌合水一，并搅拌55s，充分预湿混合料；
S3：制备混合水剂：将聚羧酸减水母液12份、保坍母液8份、缓凝剂3份、粘度改性剂0.8份、拌合水二75份、引气剂0.15份、消泡剂0.02份搅拌均匀，获得减水剂组份，再将减水剂组份0.4份倒入剩余3份拌合水一中，搅拌均匀后制得混合水剂；
S4：制备混凝土：将混合水剂加入充分预湿的混合料中，并搅拌150s，获得混凝土。
实施例3
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备混合料：按照重量份数计，将石子25份、尾矿石25份混合后搅拌均匀，再加入水泥20份、粉煤灰5份、微珠4份、纳米矿粉4份，加入玄武岩纤维0.2份、聚丙烯网状纤维 0.16份，加入膨胀剂3份、水泥基渗透结晶材料1份和砂子40份，混合均匀后搅拌40s，获得混合料；其中，水泥采用42.5级硅酸盐水泥；其中，纳米矿粉为纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土重量份数比为1：1.2：1.3的混合物；
S2：混合料预湿：向混合料中加入6份拌合水一，并搅拌60s，充分预湿混合料；
S3：制备混合水剂：将聚羧酸减水母液15份、保坍母液10份、缓凝剂5份、粘度改性剂1份、拌合水二85份、引气剂0.02份、消泡剂0.03份搅拌均匀，获得减水剂组份，再将减水剂组份1份倒入剩余4份拌合水一中，搅拌均匀后制得混合水剂；
S4：制备混凝土：将混合水剂加入充分预湿的混合料中，并搅拌180s，获得混凝土。
实施例4
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为1：5：1。
实施例5
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为1：12：4。
实施例6
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，步骤S3中，保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比为1：1.4。
实施例7
一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，步骤S3中，保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比为1：1.6。
对比例1
一种混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，原料中不包括水泥基渗透结晶材料。
对比例2
一种混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，原料中不包括水泥基渗透结晶材料和膨胀剂。
对比例3
一种混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，原料中不包括水泥基渗透结晶材料、膨胀剂和微珠。
对比例4
一种混凝土的制备方法，与实施例2的不同之处在于，原料中不包括水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、微珠和尾矿石。
性能检测：
参照国家标准GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，对实施例1-7及对比例1-4进行抗压强度检测，检测结果见表1；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》采用渗水高度法进行抗水渗透性实验，检测结果见表1。
表1实施例1-7及对比例1-4的性能检测结果
Figure BDA0002215562950000061
Figure BDA0002215562950000071
由表1的数据可看出，实施例1-7及对比例1-3中，实施例2的性能最为优异，这是因为在实施例2中，水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份之间的比例为较佳比例，尾矿石、石子、砂子、纤维之间的比例以及减水剂组份中各成分之间的比例均为较佳比例。
为进一步判断对混凝土性能的影响，改变水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份之间的比例，如实施例4-5，结果表明实施例4-5的抗渗等级依然很高，抗压强度及收缩值的性能均优于实施例1及实施例3，说明当水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为1：5-12：1-4时可进一步改善混凝土的性能。
实施例6-7改变了减水剂组份中，保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比，将保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比控制在1：1.4-1.6，结果表明实施例6-7的检测结果优于实施例1及实施例3，说明进一步控制保坍母液及聚羧酸减水母液之间的比例可提高减水剂组份的效用，从而提高混凝土的性能。
另外，对比例1-4的检测结果明显低于实施例1-7，并且对比例1到对比例4中混凝土的性能呈下降趋势，说明水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、微珠和尾矿石的加入可明显改善混凝土的性能，并且，配合使用时效果最佳。
综上所述，发明提供的原料配比及制备方法可提升混凝土后期的抗渗透及抗裂性能，减少混凝土的收缩。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：按照重量份数计，原料包括水泥8-20份、石子10-25份、尾矿石15-25份、砂子25-40份、粉煤灰1-5份、微珠1-4份、纳米矿粉1-4份、玄武岩纤维0.05-0.2份、聚丙烯网状纤维0.08-0.16份、减水剂组份0.1-1份、膨胀剂0.5-3份、水泥基渗透结晶材料0.1-1份、拌合水一3-10份。
2.根据权利要求1所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：所述水泥基渗透结晶材料、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为1：5-12：1-4。
3.根据权利要求1所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：按照重量份数计，减水剂组份包括聚羧酸减水母液6-15份、保坍母液4-10份、缓凝剂2-5份、粘度改性剂0.5-1份、拌合水二70-85份。
4.根据权利要求3所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：所述保坍母液与聚羧酸减水母液的重量份数比为1：1.4-1.6。
5.根据权利要求3所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：所述减水剂组份还包括引气剂0.01-0.02份，引气剂选用为聚醚引气剂或烷基磺酸钠。
6.根据权利要求5所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土其特征在于：所述减水剂组份还包括消泡剂0.01-0.03，消泡剂选用为聚二甲基硅氧烷。
7.根据权利要求3所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土其特征在于：所述缓凝剂选用为柠檬酸或葡萄糖酸钠，粘度改性剂选用为丙烯酸和聚丙烯酰胺的共聚物。
8.根据权利要求1所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：所述纳米矿粉为纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米黏土重量份数比为1：0.8-1.2：0.6-1.3的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土，其特征在于：所述膨胀剂选用为镁质膨胀剂，其中氧化镁含量为86%。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种城市地下综合管廊专用高抗渗补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1:制备混合料：将石子与尾矿石混合后搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、微珠和纳米矿粉，加入玄武岩纤维和聚丙烯网状纤维，加入膨胀剂、水泥基渗透结晶材料和砂子，混合均匀后搅拌30-40s，获得混合料；
S2：混合料预湿：向混合料中加入40%-60%的拌合水一并搅拌50-60s，充分预湿混合料；
S3：制备混合水剂：将聚羧酸减水剂组份中的各个原料混合后倒入剩余拌合水一中，搅拌均匀后制得混合水剂；
S4：制备混凝土：将混合水剂加入充分预湿的混合料中，并搅拌120-180s，获得混凝土。
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