CN110885204A

CN110885204A - 长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110885204A
Application number: CN201911104478.8A
Authority: CN
Inventors: 李长成; 刘立; 贾福杰; 赵顺增
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: CN110885204B

Abstract

本发明涉及一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用，以重量百分比计，其包括：钢渣：50.0％‑60.0％；粉煤灰：20.0％‑35.0％；电石渣：5.0％‑10.0％；石膏：5.0％‑10.0％；稳定改性材料：1.0％‑2.0％。本发明利用超细化钢渣微粉中f‑CaO、f‑MgO的梯段水化特性，在蒸养条件下，使其膨胀性产物Ca(OH)₂和Mg(OH)₂生成速率与制品用混凝土的强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立有效微膨胀，补偿混凝土制品的收缩、增加混凝土制品的体积稳定性。

Description

长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种抗裂增强材料，特别是涉及一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国将大力发展城市地下基础设施建设、城镇化建设、海绵城市建设、城市综合管廊建设和地下储水空间建设。这些重大建设在为我国预制装配管廊、预制混凝土管、预制箱涵、箱梁、地下蓄水池、地下铁路通道、地下管网用管、电力隧道、排污管道及预制装配化混凝土检查井等混凝土制品提供具大发展空间和市场需求同时，更对其高耐久、长寿命服役提出了更加严格的要求。

蒸汽养护、蒸压养护是混凝土制品制备的关键工序，它可以加速胶凝材料水化、促进托勃莫来石生成，改善混凝土力学性能和体积稳定性，提高生产效率。但缺点同样突出，如水化产物分布不均匀、孔结构粗大不合理、温度应力大、脆性增加、容易产生裂缝，严重影响混凝土制品耐久性和使用寿命。现有技术过分单独强调早强，忽视了抗裂的重要性，缺乏有效抗裂措施，导致制品的强度、抗裂性与耐久性无法协调发展。因此，针对混凝土制品早强、脆性大和易开裂特点，混凝土制品急需一种在促进混凝土制品早强的同时，还能提高混凝土制品的抗收缩开裂能力的材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用，它具有膨胀能大、限制膨胀率与制品早强相匹配、抗裂、早强和增强等优点，在促进混凝土制品早强的同时，改善混凝土制品的抗收缩开裂能力，从而提高混凝土制品服役寿命。

为了达成上述的目的，本发明采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，以重量百分比计，其包括：

钢渣：50.0％-60.0％；

粉煤灰：20.0％-35.0％；

电石渣：5.0％-10.0％；

石膏：5.0％-10.0％；

稳定改性材料：1.0％-2.0％。

为解决现有技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述钢渣为钢渣微粉，其颗粒呈球形，d₉₀≤5.0μm，具有良好颗粒级配。所述的钢渣微粉碱度≥2.4，f-CaO重量比为≥6.0％，f-MgO重量比5.0-8.0％，勃氏比表面积为(800±20)m²/kg。所述钢渣微粉通过以下步骤制得：将液态钢渣经压缩空气喷吹冷却成平均粒径2mm左右的钢渣粒，通过压缩空气冷却至常温，所得钢渣粒再通过立磨-球磨联合粉磨系统粉磨选粉制得；钢渣微粉使抗裂增强材料具有膨胀、快硬早强的特性。一方面，钢渣微粉中的f-CaO、 f-MgO分梯段发生水化产应，先后生成膨胀性产物Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，与混凝土制品强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立有效膨胀，补偿收缩，从而提高混凝土制品的抗裂能力、增加体积稳定性的作用。另一方面，钢渣微粉中的C₂S、C₃S硅酸盐矿物，自身就可以水化产生胶凝性，加快混凝土制品的强度增长。此外，膨胀性产物Ca(OH)₂又可以激发钢渣微粉中的活性SiO₂、Al₂O₃，生成C-S-H凝胶，进一步促进混凝土制品的强度增长。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述粉煤灰为高钙粉煤灰，其f-CaO重量比为≥4.0％，氧化钙重量比为≥35.0％，空心玻璃体重量比为≥75.0％，细度d₉₀≤8μm，需水量比≤90％。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述电石渣为电石渣微粉，其氢氧化钙含量大于85％，勃氏比表面积为(400±20) m²/kg。电石渣微粉的主要作用在于碱激发钢渣、粉煤灰及混凝土其他矿物掺合料中的活性SiO₂、A_l2O₃，使混凝土制品早强快硬。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述石膏为磨细废石膏模具粉或脱硫石膏粉，其三氧化硫重量比大于46.0％，勃氏比表面积为(400±20)m²/kg。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述流态稳定改性材料，以重量百分比计，其包括：

膨润土：80.0％；

粉状减水剂：15.00％；

铝渣：5％。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述膨润土为磨细膨润土矿石粉，其蒙脱石含量大于60％，细度为200目；该膨润土的作用在于调节制品用混凝土的流变性能，减少对水波动的敏感性。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述粉状减水剂为木质素磺酸钙或木质素磺酸钙减水剂。

优选的，前述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其中所述铝渣为铝渣微粉，其勃氏比表面积为(200±20)m²/kg；所述铝渣的作用在于引入微小气泡，改善制品用混凝土的流动性与稳定性。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。依据本发明提出的一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的制备方法，包括以下步骤：

将配方量的钢渣、粉煤灰、电石渣、石膏及稳定改性材料混合均匀，即得到所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。依据本发明提出的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，内掺，所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料用量为胶凝材料用量的15wt％-25wt％。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

1)本发明利用超细化钢渣微粉中f-CaO、f-MgO的梯段水化特性，在蒸养条件下，使其膨胀性产物Ca(OH)₂和Mg(OH)₂生成速率与制品用混凝土的强度增长、体积变化相匹配，在约束作用下建立有效微膨胀，补偿混凝土制品的收缩、增加混凝土制品的体积稳定性。此外，所生成的Ca(OH)₂还可以激发自身的活性SiO₂、Al₂O₃，生成C-S-H凝胶，进一步增加制品用混凝土的强度，促进早强快硬；

2)本发明一方面利用高钙粉煤灰中玻璃微珠的颗粒效应，改善制品用混凝土的流动性能、降低单方用水量，有助于增加混凝土的强度；另一方面，在蒸养条件下，高钙粉煤灰中的游离氧化钙水化生成膨胀性产物氢氧化钙，进一步补偿混凝土制品的收缩；而生成的氢氧化钙同样可以激发活性SiO₂、Al₂O₃，生成C-S-H凝胶，进一步增加强度。

3)本发明利用膨润土、粉状减水剂、铝渣制备的流态稳定改性材料可以显著改善制品用混凝土的流变性与触变性，所引入的微小气泡减少摩擦力，提高流动性与密实性。同时，降低对用水量波动的敏感性，保证混凝土性能的稳定性。

4)本发明的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料具有原材料来源广泛、价格低廉，具有显著的社会效益及环境效益。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效, 以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

本发明的实施例1-5提出的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其组分 (以重量百分比％计)如表1所示。

表1

上述实施例1-5的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的制备方法包括以下步骤：

实施例1的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法为：将上述材料混合均匀即得到长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其用量为胶凝材料用量的15wt％，内掺。基准混凝土试验的配合比为粉料(水泥+抗裂增强材料)：细集料：粗集料：水：减水剂＝380：745：1118：152：3.5(按重量份计)。依据上述的配合比加水搅拌后，分别制备成100mm×100mm×100mm的立方体试件与100mm×100mm×300mm的带纵向限制器的棱柱体试件。将立方体试件与棱柱体试件均置于40℃养护箱中蒸养6h，取出冷却至室温(20±2)℃。依据GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行性能测试， 6h限制膨胀率达到0.020％，6h抗压强度比达到135％。

实施例2的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法为：将上述材料混合均匀即得到长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其用量为胶凝材料用量的20wt％，内掺。基准混凝土试验的配合比为粉料(水泥+抗裂增强材料)：细集料：粗集料：水：减水剂＝380：745：1118：152：3.5(按重量份计)。依据上述的配合比加水搅拌后，分别制备成100mm×100mm×100mm的立方体试件与100mm×100mm×300mm的带纵向限制器的棱柱体试件。将立方体试件与棱柱体试件均置于40℃养护箱中蒸养6h，取出冷却至室温(20±2)℃。依据GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行性能测试， 6h限制膨胀率达到0.024％，6h抗压强度比达到138％。

实施例3的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法为：将上述材料混合均匀即得到长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其用量为胶凝材料用量的25wt％，内掺。基准混凝土试验的配合比为粉料(水泥+抗裂增强材料)：细集料：粗集料：水：减水剂＝380：745：1118：152：3.5(按重量份计)。依据上述的配合比加水搅拌后，分别制备成100mm×100mm×100mm的立方体试件与100mm×100mm×300mm的带纵向限制器的棱柱体试件。将立方体试件与棱柱体试件均置于40℃养护箱中蒸养6h，取出冷却至室温(20±2)℃。依据GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行性能测试， 6h限制膨胀率达到0.028％，6h抗压强度比达到137％。

实施例4的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法为：将上述材料混合均匀即得到长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其用量为胶凝材料用量的18wt％，内掺。基准混凝土试验的配合比为粉料(水泥+抗裂增强材料)：细集料：粗集料：水：减水剂＝380：745：1118：152：3.5(按重量份计)。依据上述配合比加水搅拌后，分别制备成100mm×100mm×100mm 的立方体试件与100mm×100mm×300mm的带纵向限制器的棱柱体试件。将立方体试件与棱柱体试件均置于40℃养护箱中蒸养6h，取出冷却至室温(20±2)℃。依据GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行性能测试，6h 限制膨胀率达到0.025％，6h抗压强度比达到130％。

实施例5的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法为：将上述材料混合均匀即得到长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其用量为胶凝材料用量的23wt％，内掺。基准混凝土试验的配合比为粉料(水泥+抗裂增强材料)：细集料：粗集料：水：减水剂＝380：745：1118：152：3.5(按重量份计)。依据上述的配合比加水搅拌后，分别制备成100mm×100mm×100mm的立方体试件与100mm×100mm×300mm的带纵向限制器的棱柱体试件。将立方体试件与棱柱体试件均置于40℃养护箱中蒸养6h，取出冷却至室温20±2℃。依据GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》进行性能测试，6h 限制膨胀率达到0.023％，6h抗压强度比达到136％。

实施例1-5结果表明，本发明所提供的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料具有膨胀能大、限制膨胀率与制品早强特性相匹配，在促进混凝土制品早强(6h抗压强度比达到130％以上)的同时，改善混凝土制品的抗收缩开裂能力(蒸养条件下6h限制膨胀率达到0.02％以上)。

本发明所提供的快硬无收缩混凝土利用超细钢渣微粉中f-CaO、f-MgO 的梯段水化特性，所形成的膨胀性水化产物在解决混凝土制品开裂的基础上，填充密实混凝土孔隙，提高混凝土强度。高钙粉煤灰中大量的玻璃微珠具有显著的球形滚珠效应，有助于降低粘度、改善混凝土流动性，降低单方用水量，增加早期强度。此外，高钙粉煤灰中的f-CaO也可进一步补偿制品用混凝土的收缩，增强混凝土体积稳定性。电石渣、石膏复合叠加激发作用，可以加速混凝土水化进程，使活性SiO、Al₂O₃短时间内生成大量水化产物，从而促进制品用混凝土早强快硬。流态稳定改性材料改善制品用混凝土的流变特性，引入适量微小气泡，同时降低单方用水量，有利于混凝土早期强度快速增长。正是上述各种组份的协同叠加效应，使抗裂增强材料赋予制品用混凝土快硬早强无收缩的特性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，以重量百分比计，其包括：

钢渣：50.0％-60.0％；

粉煤灰：20.0％-35.0％；

电石渣：5.0％-10.0％；

石膏：5.0％-10.0％；

稳定改性材料：1.0％-2.0％。

2.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述钢渣为钢渣微粉，其颗粒呈球形，d₉₀≤5.0μm；所述的钢渣微粉碱度≥2.4，f-CaO重量比为≥6.0％，f-MgO重量比5.0-8.0％，勃氏比表面积为(800±20)m²/kg。

3.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述粉煤灰为高钙粉煤灰，其f-CaO重量比为≥4.0％，氧化钙重量比为≥35.0％，空心玻璃体重量比为≥75.0％，细度d₉₀≤8μm，需水量比≤90％。

4.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述电石渣为电石渣微粉，其氢氧化钙含量大于85％，勃氏比表面积为(400±20)m²/kg。

5.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述石膏为磨细废石膏模具粉或脱硫石膏粉，其三氧化硫重量比大于46.0％，勃氏比表面积为(400±20)m²/kg。

6.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述流态稳定改性材料，以重量百分比计，其包括：

膨润土：80.0％；

粉状减水剂：15.00％；

铝渣：5％。

7.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述膨润土为磨细膨润土矿石粉，其蒙脱石含量大于60％，细度为200目。

8.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述粉状减水剂为木质素磺酸钙或木质素磺酸钙减水剂。

9.如权利要求1所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，其特征在于，所述铝渣为铝渣微粉，其勃氏比表面积为(200±20)m²/kg。

10.一种权利要求1-9任一项所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将配方量的钢渣、粉煤灰、电石渣、石膏及稳定改性材料混合均匀，得到所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料。

11.一种权利要求1-9任一项所述的长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料，内掺，所述长寿命混凝土制品用抗裂增强材料的用量为胶凝材料用量的15.0wt％-25wt％。