CN110668766B - 活性粉末混凝土板材浆料和活性粉末混凝土板材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活性粉末混凝土板材浆料和活性粉末混凝土板材，属于建筑工程板材领域，活性混凝土浆料由包括以重量份数计的普通水泥400‑480份、快硬硫铝酸盐水泥38‑41份、粉煤灰微珠10‑50份、超细矿粉0‑56份、砂430‑440份、聚羧酸减水剂3.7‑4.3份、塑性膨胀剂0.2‑0.4、膨胀剂29‑31份、消泡剂0.27‑0.33份、L(+)‑酒石酸0.1‑0.3份、纤维素醚0.1‑0.3份、水130‑140份的原料均匀后制得；活性粉末混凝土板材由活性混凝土板材浆料注浆成型、养护制得。其具有内部结构致密、耐久性高的优点。

Description

活性粉末混凝土板材浆料和活性粉末混凝土板材
技术领域
本发明涉建筑工程板材领域，特别涉及一种活性粉末混凝土板材浆料和活性粉末混凝土板材。
背景技术
活性粉末混凝土由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分，通过最优化及配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料与纤维曾强技术相结合的高技术符合材料。
活性粉末混凝土板材是由高强度水泥、石英粉及硅质材料和掺合料并加入适量镀铜钢纤维或碳纤维做增强材料，经各粉料仓、液体仓、纤维料仓实行人机界面电子微机分料、配料、搅拌、输送至流水线进入模盒(模板)震动、辊压后经40度恒温欲成型、80度以上蒸压养护及烘干、分拣、入库等工序制成的一种新型高压、高强、高韧性、具有优良耐侯性、抗渗性、隔热性能的材料。
活性粉末混凝土板可广泛应用于建筑工程如发电厂、高速铁路、城际铁路、地铁桥隧、市政工程的沟盖板、电缆槽盖板，再如建筑工程的钢结构、木结构建筑物的内墙围护、楼层隔板及体育、剧场、会议室的吸音板、楼梯脚踏板等，是国际工程材料领域研究的重点。
但是在沿海及严寒霜冻地区材料容易受到腐蚀，如果这类环境下的活性粉末混凝土耐久性不能给予保证，就会发生活性粉末混凝土结构裂缝、破坏、剥落、甚至严重影响结构的正常使用功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活性粉末混凝土板材浆料，由其制成的活性粉末混凝土板材具有内部结构致密、耐久性高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
活性粉末混凝土板材浆料，由包括以重量份数计的普通水泥400-480份、快硬硫铝酸盐水泥38-41份、粉煤灰微珠10-50份、超细矿粉0-56份、砂430-440份、聚羧酸减水剂3.7-4.3份、塑性膨胀剂0.2-0.4、膨胀剂29-31份、消泡剂0.27-0.33份、缓凝剂0.1-0.3份、纤维素醚0.1-0.3份、水130-140份的原料均匀后制得。
掺入42.5快硬硫铝酸盐水泥，其与普通水泥中所含有的硅酸三钙相互促进水化，早期强度较高、初凝可控性好、抗冻性好，可提高活性粉末混凝土板材的耐久性，且适合冬季施工以及抢修。
本发明较优选地，所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺。
偶氮二甲酰胺作为塑性膨胀剂，使活性粉末混凝土塑性阶段产生微膨胀以补偿塑性阶段收缩，内部结构致密，抗氯离子渗透性能较好，耐久性较好。
本发明较优选地，所述膨胀剂包括重量比为25-27：3-5：0.1-0.3的铝酸钙膨胀剂、月桂醇聚氧乙烯醚、茶皂素。
该膨胀剂膨胀率高，碱含量低，强度高，稳定性好，持久性高。其掺入到活性粉末混凝土中，提高活性粉末混凝土早期膨胀率，填充活性粉末混凝土内部间隙，且后期扔保持微弱的膨胀性，能够补偿活性粉末混凝土的冷缩，不断填充活性粉末混凝土内部间隙，结构致密，从而提高了活性粉末混凝土板材的耐久性。
本发明较优选地，所述砂包括重量比为50:37的20-40目的砂和40-70目的砂。
本发明较优选地，所述砂选自水洗烘干河砂或石英砂。
本发明较优选地，所述普通水泥选自P.O42.5普通硅酸盐水泥或P.O52.5普通硅酸盐水泥。
本发明较优选地，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5快硬硫铝酸盐水泥。
本发明较优选地，所述粉煤灰微珠为全球状，其粒径连续分布且粒径≤3μm。
本发明较优选地，所述超细矿粉的比表面积为650-750m2/kg。
本发明较优选地，所述纤维素醚的粘度选为350-450。
本发明的目的还在于提供一种活性粉末混凝土板材，其具有内部结构致密、耐久性高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
活性粉末混凝土板材，由上述的活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护得到的活性粉末混凝土板材。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明提供了一种膨胀剂，该膨胀剂包括铝酸钙膨胀剂份24-27份、月桂醇聚氧乙烯醚3-5份、茶皂素0.1-0.3份，该膨胀剂膨胀率高，碱含量低，强度高，稳定性好，持久性高。其掺入到活性粉末混凝土中，提高活性粉末混凝土早期膨胀率，填充活性粉末混凝土内部间隙，且后期扔保持微弱的膨胀性，能够补偿活性粉末混凝土的冷缩，不断填充活性粉末混凝土内部间隙，结构致密，从而提高了活性粉末混凝土板材的耐久性。
第二、本发明加入偶氮二甲酰胺作为塑性膨胀剂，使活性粉末混凝土塑性阶段产生微膨胀以补偿塑性阶段收缩，内部结构致密，抗氯离子渗透性能较好，耐久性较好。
第二、掺入42.5快硬硫铝酸盐水泥，其与硅酸三钙相互促进水化，早期强度较高、初凝可控性好、抗冻性好，可提高活性粉末混凝土板材的耐久性，且适合冬季施工以及抢修。
附图说明
图1是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块的抗冻融性能示图；
图2是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护1d水化产物XRD谱图；
图3是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护3d水化产物XRD谱图；
图4是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护28d水化产物XRD谱图；
图5是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护1d水化产物微观形貌图；
图6是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护3d水化产物微观形貌图；
图7是实施例3活性粉末混凝土板材浆料试块养护28d水化产物微观形貌图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
以下实施例中，所选用的材料均来自市售，其中，偶氮二甲酰胺为白色或淡黄色粉末；聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂粉剂；消泡剂可为现有技术中的消泡剂，但是本发明选用明凌P803消泡剂。
实施例1
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥400g、粉煤灰微珠34g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥38g、20-40目的石英砂246g，40-70目的石英砂184g、聚羧酸减水剂粉剂3.7g、偶氮二甲酰胺0.2g、铝酸钙膨胀剂25g、月桂醇聚氧乙烯醚2.9g、茶皂素0.1g、明凌803消泡剂0.27g、L(+)-酒石酸0.1g、粘度为450的纤维素醚0.1g、水130g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例2
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O52.5普通硅酸盐水泥406g、粉煤灰微珠28g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥41g、20-40目的水洗烘干河砂256g，40-70目的水洗烘干河砂187g、聚羧酸减水剂粉剂3.9g、偶氮二甲酰胺0.26g、铝酸钙膨胀剂27g、月桂醇聚氧乙烯醚4.7g、茶皂素0.3g、明凌803消泡剂0.28g、L(+)-酒石酸0.16g、粘度为350的纤维素醚0.16g、水134g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例3
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥406g、粉煤灰微珠28g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的石英砂250g，40-70目的石英砂185g、聚羧酸减水剂粉4g、偶氮二甲酰胺0.3g、铝酸钙膨胀剂26g、月桂醇聚氧乙烯醚3.8g、茶皂素0.2g、明凌803消泡剂0.3g、L(+)-酒石酸0.2g、粘度为400的纤维素醚0.2g、水130g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例4
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O52.5普通硅酸盐水泥424g、粉煤灰微珠40g、超细矿粉26g、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的水洗烘干河砂250g，40-70目的水洗烘干河砂185g、聚羧酸减水剂粉剂4.2g、偶氮二甲酰胺0.34g、铝酸钙膨胀剂26g、月桂醇聚氧乙烯醚3.8g、茶皂素0.2g、明凌803消泡剂0.29g、L(+)-酒石酸0.24g、粘度为450的纤维素醚0.2g、水136g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例5
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥440g、粉煤灰微珠10g、超细矿粉0份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的石英砂250g，40-70目的石英砂185g、聚羧酸减水剂粉剂4.1g、偶氮二甲酰胺0.3g、铝酸钙膨胀剂26g、月桂醇聚氧乙烯醚3.8g、茶皂素0.2g、明凌803消泡剂0.3g、L(+)-酒石酸0.24g、粘度为350的纤维素醚0.24g、水138g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例6
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥480g、粉煤灰微50g、超细矿粉0份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的水洗烘干河砂250g，40-70目的水洗烘干河砂185g、聚羧酸减水剂粉剂4.3g、偶氮二甲酰胺0.4g、铝酸钙膨胀剂26g、月桂醇聚氧乙烯醚3.8g、茶皂素0.2g、明凌803消泡剂0.33g、L(+)-酒石酸0.3g、粘度为400的纤维素醚0.3g、水140g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
对比例1
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥406g、粉煤灰微珠28g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的石英砂250g，40-70目的石英砂185g、聚羧酸减水剂粉4g、偶氮二甲酰胺0.3g、铝酸钙膨胀剂26g、茶皂素0.2g、明凌803消泡剂0.3g、L(+)-酒石酸0.2g、粘度为400的纤维素醚0.2g、水130g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
对比例2
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥406g、粉煤灰微珠28g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的石英砂250g，40-70目的石英砂185g、聚羧酸减水剂粉4g、偶氮二甲酰胺0.3g、铝酸钙膨胀剂26g、月桂醇聚氧乙烯醚3.8g、明凌803消泡剂0.3g、L(+)-酒石酸0.2g、粘度为400的纤维素醚0.2g、水130g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
对比例3
活性粉末混凝土板材浆料的制备：其原材料包括P.O42.5普通硅酸盐水泥406g、粉煤灰微珠28g、超细矿粉56份、42.5快硬硫铝酸盐水泥40g、20-40目的石英砂250g，40-70目的石英砂185g、聚羧酸减水剂粉4g、偶氮二甲酰胺0.3g、铝酸钙膨胀剂26g、明凌803消泡剂0.3g、L(+)-酒石酸0.2g、粘度为400的纤维素醚0.2g、水130g。
活性粉末混凝土板材的制备：由活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护而得。
实施例1-6和对比例1-3中活性粉末混凝土板材的制得由以下步骤完成：
a.将活性粉末混凝土板材浆料的各原料按照配比混合均匀；
b.预先制备好的浆料注入模具振动成型，模具的振动频率70Hz，注浆时间不超过30min，最大注浆时间间隔不超过6min。
c.将成型后的活性粉末混凝土板材放置于平坦的静停区静养初凝，静养时间不超过6h。
d.初凝后的活性粉末混凝土板材转至初养室初养，初养室温度控制在42±1℃间，相对湿度为70±5％间。初养由升温、恒温、降温三个阶段养护，升温速度为10℃，降温速度为15℃/h，恒温温度应控制在42±1℃。初养结束后拆模，拆模时构件表面温度与环境温度之差不应超过12℃，静停及初养总时间控制在24h内。
e.初养拆模后的活性粉末混凝土板材移至终养室进行蒸气养护，终养室的温度控制在80±1℃，养护时间为48h，终养过程分为升温、恒温、降温三个阶段，升温速度为10℃/h，降温速度为15℃/h。终养结束后移出终养室时，构件表面温度与环境温度之差不应超过12℃。
f.终养结束后的活性粉末混凝土板经洒水养护7天以上制得活性粉末混凝土板材。
按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)对实施例1-6提供的活性粉末混凝土板材浆料的流动性、力学性能、膨胀性能等各项性能指标进行测试，测试结果见表1。
表1活性粉末混凝土板材浆料性能测试
Figure GDA0003971304020000061
从表1可以看出，本发明所提供的活性粉末混凝土板材浆料的具有较好的流动性、较好的竖向膨胀率以及较高的抗压强度。
通过对比实施例3和对比例1-3可知，本发明提供的膨胀剂中铝酸钙膨胀剂、月桂醇聚氧乙烯醚和茶皂素协同提高了活性粉末混凝土板材浆料的上述性能。
为了进一步研究由活性粉末混凝土板材浆料制成的活性粉末混凝土板材的耐久性，按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》(GB/T50082-2009)对实施例1-6提供的活性粉末混凝土板材浆料进行了抗氯离子渗透性能研究。
分别将实施例1-6活性粉末混凝土板材浆料灌浆成型为Φ100×50mm的试块，分别养护28天、56天后进行氯离子电通量测试，试验结果如表2所示。
表2活性粉末混凝土板材浆料试块分别养护28天、56天的电通量
Figure GDA0003971304020000071
氯离子渗透到板材内部可以腐蚀板材内部结构，影响材料的耐久性，因此板材的抗氯离子渗透性尤为重要。活性粉末混凝土浆料的电通量按照对氯离子的渗透性可划分为高级、中级、低级、非常低级和可忽略级，其中氯离子迁移量大于4000C的为高级，氯离子迁移量为2000C-4000C的为中级，氯离子迁移量为100C-1000C的为低级，氯离子迁移量为100C-1000C的为非常低级，氯离子迁移量小于100C的为可忽略级。从表2中可以看出，由实施例1-6提供的活性粉末混凝土板材料浆制成的试块氯离子迁移量在100-1000C范围内，其灌浆料的氯离子渗透属于非常低级。
结合表1和表2，本发明提供的膨胀剂膨胀率高、碱含量低、强度高、稳定性好、持久性高，其掺入到活性粉末混凝土中，可提高活性粉末混凝土板材浆料早期膨胀率，填充活性粉末混凝土内部间隙，结构致密，从而使板材的膨胀性能好，整体电通量较低，抗氯离子渗透性能较好。同时从表2中可以看出，本发明所提供的膨胀剂掺入到活性粉末混凝土中，活性粉末混凝土板材浆料的在养护龄期后期的电通量较低，本发明提供的膨胀剂在水化后期仍保持微弱的膨胀性，可不断填充活性粉末混凝土内部间隙，结构致密，使得本发明所提共的活性粉末混凝土板材浆料制得的活性粉末混凝土板材的结构致密、耐久性高。
选取实施例3提供的活性粉末混凝土板材的试块进行冻融性研究。试验方法：对实施例3提供的活性粉末混凝土板材的试块养护28天后进行了快冻法试验。采用DR-2型全自动快速冻融机和DT-10W动弹仪，每间隔25次循环测定的活性粉末混凝土板材的试块的相对动弹模，其中动弹量模量采用JS-II型动态模量测试仪通过敲击法进行测定，其实验结果如图1所示。
从图1中可以看出，200次冻融循环后相对动弹模96.1％，活性粉末混凝土板材料的抗冻融性能优异。这是因为灌浆料的水胶比较低，其微结构密实，大量的孔隙以凝胶孔的形式存在，毛细孔含量少，所以毛细孔中可参与冻融破坏的自由水量就少。此外，低水胶比的活性粉末混凝土板材浆料中的自由水由于水泥水化很快消耗完，内部产生自干燥，而且活性粉末混凝土板材浆料非常密实，一旦水泥硬化后，外部的水分也很难进入，内部一直保持比较干燥状态，参与冻融破坏的水量就少，这意味着冻融过程不足以破坏活性粉末混凝土浆料试块的内部结构，从而提高了活性粉末混凝土板材的耐久性。
为了进一步的分析活性粉末混凝土板材浆料的结构性能，通过X射线衍射(XRD)对实施例3提供的活性粉末混凝土板材浆料的试块分别养护1d、3d和28d龄保期水化产物进行分析，其结果如图2至4所示；通过SEM对实施例3提供的活性粉末混凝土板材的试块分别养护1d、3d和28d龄保期水化产物进行微观形貌分析，其结果如图5至7所示。
通过XRD对不同龄保期水化产物分析，1d时活性粉末混凝土浆体形成大量的钙矾石，由于掺入硫铝酸盐水泥，它与硅酸三钙相互促进水化，所以1d强度较高，同时也可以看出较多的C3S和C2S还未参与水化；随着水化的进行，3d时钙矾石和氢氧化钙继续增加，C3S和C2S明显减少，水化产物增多，强度进一步增加，氢氧化钙的数量明显增多；到28d，钙矾石含量明显减少，C3S和C2S的含量进一步减少，可以减少水泥的收缩，提高活性粉末混凝土板材的耐久性。
通过SEM对活性粉末混凝土板材试块不同龄保期水化产物进行微观形貌分析，活性粉末混凝土板材浆料在1d就已经形成较为致密的结构，特别是由于硫铝酸盐水泥的掺入，早期形成较多的钙矾石，随着龄期的增加，水化产物增多连城一片，浆体结构进一步致密。而且由于本发明提供的膨胀剂的掺入，短期内形成大量的钙矾石和氢氧化钙晶体，这些晶体相互搭接形成结构骨架，C3S的早期水化加速，其水化产物C-S-H凝胶填充于晶体骨架之中且本身也形成胶体网络，结构致密，耐久性好，且其在水化后期仍保持微弱的膨胀性，可不断填充活性粉末混凝土内部间隙，结构致密，使得本发明所提共的活性粉末混凝土板材浆料制得的活性粉末混凝土板材的结构致密、耐久性高。
本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 (8)

1.活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：由包括以重量份数计的普通水泥400-480份、快硬硫铝酸盐水泥38-41份、粉煤灰微珠10-50份、超细矿粉0-56份、砂430-440份、聚羧酸减水剂3.7-4.3份、塑性膨胀剂0.2-0.4份、膨胀剂29-31份、消泡剂0.27-0.33份、L(+)-酒石酸0.1-0.3份、纤维素醚0.1-0.3份、水130-140份的原料均匀后制得；
所述塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺；
所述膨胀剂包括重量比为25-27：3-5：0.1-0.3的铝酸钙膨胀剂、月桂醇聚氧乙烯醚、茶皂素。
2.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述砂包括重量比为50:37的20-40目的砂和40-70目的砂，所述砂选自水洗烘干河砂或石英砂。
3.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述普通水泥选自P.O42.5普通硅酸盐水泥或P.O52.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5快硬硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述粉煤灰微珠为全球状，其粒径连续分布且粒径≤3µm。
6.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述超细矿粉的比表面积为650-750m2/kg。
7.根据权利要求1所述的活性粉末混凝土板材浆料，其特征在于：所述纤维素醚的粘度为350-450。
8.活性粉末混凝土板材，其特征在于：由权利要求1至7中任意一项所述的活性粉末混凝土板材浆料注入模具振动成型，然后经养护得到的活性粉末混凝土板材。
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