CN110903056B - 一种高强度自密实清水混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度自密实清水混凝土，由如下质量份数的原料制成：水泥400‑450份，黄砂800‑1000份，级配石子650‑850，矿粉200‑250份，水140‑150份，增稠剂4‑10份，膨胀剂2‑5份，聚羧酸减水剂3‑8份，引气剂0.5‑2份，消泡剂0.2‑1份，改性剂0.1‑0.5份，缓凝剂0.5‑2份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸或全氟聚醚醇中的一种。本发明的改良剂、增稠剂、引气剂协同配合降低用水量同时提高清水混凝土流动性并提高抗离析性能、降低泌水率，使混凝土构件均质、表面光泽，防止产生缺陷；消泡剂和改良剂配合抑制成型混凝土内部的气泡、消除表面气泡并改善脱模性；防止麻点和气泡产生；各原料紧密均匀自密实堆积，防水抗裂，提高耐久性。

Description

一种高强度自密实清水混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度自密实清水混凝土及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们的欣赏水平也在逐渐提高。从初始追求豪华靓丽的建筑又回归到返璞归真的时代。清水混凝土建筑因其自然古朴越来越受到一些建筑工程师的青睐。清水混凝土是一种一次浇筑成型、不做任何表面修饰的新型混凝土；其要求混凝土表面光滑，颜色均匀，取消了抹灰层和面层，消除了抹灰工程空鼓、脱落等质量通病，且减少了装饰，节约了大批人力和设备费用，降低了成本。现在部分工程结构复杂，如配筋稠密且复杂；有的则是特种薄壁结构、异形高细结构等，不易振捣，施工非常困难，这些工程需要使用自密实混凝土即无需振捣而靠自重流动填充空隙就可以达到密实的混凝土，需要具有良好的流动性、填充性且不离析、不泌水。

高强度自密实清水混凝土要求兼具高强度、自密实和清水的优点，但是实际应用中却充满矛盾和问题，因为自密实要求混凝土的流动性大，而高强度清水混凝土的胶凝材料用量大，这样就要求较高的含气量以及含水量来降低剪切力，增加流动速度；但是用水量较高一方面提高了水胶比、降低强度，另一方面容易出现泌水和离析现象；而为了防止混凝土离析泌水或者浮浆，又要求浆体粘度大，砂率高，但这又会使气泡富集在混凝土表面难以排出，这与清水混凝土要求表面无孔洞相矛盾。另外由于混凝土中原材料由于自身密度不一致会导致不均匀的沉降、胶凝材料水化过程中放热以及混凝土固化过程中收缩等原因均容易引起清水混凝土的表面产生裂缝。

中国专利CN105645870A公开了一种自密实清水混凝土及其配制方法，包括水泥、矿粉、球形颗粒组分、粗骨料、细骨料、减水剂和水按照一定的比例在常温条件下制备得到。该自密实清水混凝土的坍落扩展度为700-720mm，满足混凝土的高流动性要求，但是由于其用水量较高，容易出现泌水、离析以及原料沉降现象，导致混凝土老化性能差，后期容易出现裂缝；也可能会因为脱模性不佳导致表面形成麻面条纹等现象，并且该专利中并未具体公开气泡调节剂的类型也未测试混凝土的强度和耐老化性能。

中国专利CN108424088A公开了用于桥梁预制墩柱的自密实清水混凝土及其施工方法，该混凝土包括水泥、掺合料、砂、石、外加剂和水；采取不同扩展度的混凝土，从下往上依次减小，这样能在减小墩柱上部的浮浆厚度，从而保证墩柱每个部位的质量；但是配料和施工过程都较复杂，混凝土在浇筑时仍然需要振捣，且混凝土表面仍然存在气泡。

现有的清水混凝土还容易受混凝土易性、脱模性和内部的气泡等影响，表面容易出现缝隙、夹层、麻面、蜂窝、气孔等不良现象。这些缺陷对清水混凝土的表面光洁度及使用效果影响较大，还会造成其耐久性差，包括抗冻性和抗渗性等，严重影响清水混凝土的使用寿命。

发明内容

针对以上技术的不足，本发明旨在至少解决现有技术问题之一，提供一种高强度自密实清水混凝土，可以减少用水量的同时，提高清水混凝土的流动性，降低泌水率；且提高混凝土的脱模性，抑制表面气泡的产生。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高强度自密实清水混凝土，由如下质量份数的原料制成：水泥400-450份，中粗黄砂800-1000份，级配石子650-850，矿粉200-250份，水140-150份，膨胀剂2-5份，聚羧酸减水剂3-8份，引气剂0.5-2份，消泡剂0.2-1份，改性剂0.1-0.5份，缓凝剂0.5-2份，增稠剂4-10份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸或全氟聚醚醇中的一种。

本发明通过在水泥、矿粉和级配石子中加入特定比例和种类的引气剂和改性剂，级配石子矿粉和水泥的配合可以保证高强度；引气剂和改性剂降低混凝土中各原料的摩擦力，起到润滑作用，提高其流动性，配合减水剂达到降低需水量的目的；加水量的减少可以降低泌水率，同时降低水化过程中释放的热量；另外加入适量的增稠剂可以降低填料的沉降率并进一步降低泌水率；改良剂配合消泡剂也可以消除大量有害气泡并促使表面气泡的破裂，保证混凝土的高强度和后期良好的耐老化性能；并且加入适量改良剂还有助于改善混凝土的脱模性，使混凝土表面更光洁。缓凝剂的加入可以降低混凝土的坍落度损失量，改善施工性能。加入适量膨胀剂可以补偿混凝土固化过程中的收缩，防止形成裂缝。

优选地，所述黄砂的细度模数2.8，含泥量小于0.5％。

优选地，所述矿粉的比表面积为400～450m²/kg。

优选地，所述级配石子中粒径为5-10mm、10-20mm的石子的质量份数分别为200～400 份、600～800份。

本发明优选的级配石子和黄砂及矿粉搭配不仅可以提高混凝土的强度，还可以使清水混凝土流动性好，填充性好，且防止沉降、降低泌水率，混凝土表面色泽均匀。

优选地，所述引气剂为三萜皂甙、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)以1:2:2:2的质量比混合复配而成。所述复合引气剂不仅可以产生并稳定微小气泡，提高混凝土的流动性，和减水剂配合更大程度降低用水量，而且可以消除有害的大气泡，防止裂纹和气泡产生，提高混凝土的耐老化性能。

所述增稠剂为膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺树脂以3:1:6:10的质量比混合粉磨而成。优选的增稠剂对混凝土的流动性影响较小，且具有良好的防沉降性和保水性，保证混凝土的均一性，防止泌水，防止混凝土开裂，保证后期性能。

所述膨胀剂为氧化钙-硫铝酸钙复合类膨胀剂。所述膨胀剂性能稳定且用在本发明的混凝土中抗裂效果好。

所述缓凝剂为糖钙、柠檬酸盐、糖蜜中的一种或几种。所述缓凝剂具有良好缓凝效果，使混凝土的施工性能和可操作性好。

所述水泥为P. O 42.5低碱水泥；所述的水泥用于本发明中可以保证清水混凝土的强度且有利于防止硬化后经过干湿循环表面返碱影响混凝土外观。

本发明还提供上述高强度自密实清水混凝土的制备方法，包括以下步骤：先将全部中粗黄砂和级配石子及40％-50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再加入水泥、矿粉、膨胀剂、聚羧酸减水剂、引气剂、改良剂进行拌合，搅拌2min；接着加入消泡剂和缓凝剂，最后加入剩余的水真空搅拌均匀后出料。本制备方法采用分批加料，先湿润骨料后再加入粉料和减水剂、引气剂、改良剂等原料搅拌，然后加入消泡剂和缓凝剂；该步骤不仅可以降低用水量保证各原料搅拌均匀还可以减少成型后混凝土表面的气泡。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)引气剂、改良剂和减水剂以及增稠剂的协同作用降低用水量同时提高流动性并防止沉降、降低泌水率，防止混凝土产生缺陷；

(2)通过改良剂和消泡剂配合抑制成型混凝土内部的气泡并消除表面气泡并改善脱模性；防止麻点和气泡产生；

(3)特定级配石子、黄砂、矿粉搭配保证混凝土强度，与各种外加剂配合保证流动性，填充性好，施工性和可操作性好，使混凝土表面光泽，防裂抗老化性更好。

具体实施方式

本发明的高强度自密实清水混凝土，由如下质量份数的原料制成：水泥400-450份，中粗黄砂800-1000份，级配石子650-850，矿粉200-250份，水140-150份，膨胀剂2-5 份，聚羧酸减水剂3-8份，引气剂0.5-2份，消泡剂0.2-1份，改性剂0.1-0.5份，缓凝剂 0.5-2份，增稠剂4-10份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸或全氟聚醚醇中的一种。

为更好的对比说明实验效果，以下实施例中水泥采用海螺PO.42.5低碱水泥；黄砂采用细度模数2.6，含泥量为0.5％的中砂；矿粉的比表面积为450m² /kg、武汉三源特种建材有限责任公司生产的聚羧酸高效减水剂和氧化钙-硫铝酸钙复合类膨胀剂。

实施例中混凝土的制备方法如下：先将全部中粗黄砂和级配石子及50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再加入水泥、矿粉、膨胀剂、聚羧酸减水剂、引气剂、改良剂进行拌合，搅拌2min；接着加入消泡剂和缓凝剂，最后加入剩余的水真空搅拌均匀后出料。

以下结合实施例对本发明各技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本领域技术人员依据以下实施方式所作的方法、工艺路线、功能的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1

一种高强度自密实清水混凝土由如下原料制成：水泥420份，黄砂900份，级配石子750，矿粉220份，水150份，增稠剂7份，膨胀剂3份，聚羧酸减水剂5份，引气剂1 份，消泡剂0.5份，改性剂0.3份，糖钙1.5份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸；所述级配石子中粒径为1-5mm、10-15mm、20-25mm的石子的质量份数分别为150份、500份、100 份；所述引气剂为三萜皂甙、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)以1:2:2:2的质量比混合复配而成；所述增稠剂为膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺树脂以3:1:6:10的质量比混合粉磨而成。

实施例2

一种高强度自密实清水混凝土由如下原料制成：水泥450份，黄砂800份，级配石子850，矿粉200份，水150份，增稠剂4份，膨胀剂2份，聚羧酸减水剂8份，引气剂2 份，消泡剂1份，改性剂0.5份，柠檬酸盐2份；所述改性剂为全氟聚醚醇；所述级配石子中粒径为1-5mm、10-15mm、20-25mm的石子的质量份数分别为150份、500份、100 份；所述引气剂为三萜皂甙、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)以1:2:2:2的质量比混合复配而成；所述增稠剂为膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺树脂以3:1:6:10的质量比混合粉磨而成。

实施例3

一种高强度自密实清水混凝土由如下原料制成：水泥400份，黄砂1000份，级配石子650，矿粉250份，水140份，增稠剂4份，膨胀剂5份，聚羧酸减水剂3份，引气剂 0.5份，消泡剂0.2份，改性剂0.1份，糖蜜0.5份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸；所述级配石子中粒径为1-5mm、10-15mm、20-25mm的石子的质量份数分别为150份、500份、 100份；所述引气剂为三萜皂甙、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)以1:2:2:2的质量比混合复配而成；所述增稠剂为膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺树脂以3:1:6:10的质量比混合粉磨而成。

实施例4

本实施例的清水混凝土仅采用10-15mm单级配石子，其它与实施例1相同。

实施例5

本实施例的清水混凝土仅采用三萜皂甙作为引气剂，其它与实施例1相同。

实施例6

本实施例的清水混凝土仅采用羟丙基甲基纤维素醚作为增稠剂，其它与实施例1相同。

对比例1

本对比例的清水混凝土中不添加改性剂，其它与实施例1相同。

对比例2

本对比例的清水混凝土中不添加增粘剂和引气剂，其它与实施例1相同。

对比例3

本对比例的清水混凝土，由如下质量份数的原料制成：水泥400份，黄砂660份，级配石子1000，粉煤灰150份，水160份，聚羧酸减水剂8份，引气剂α-烯基磺酸钠1份，消泡剂0.5份，糖钙1份。制备方法与实施例1类似，包括以下步骤：先将全部黄砂和级配碎石及50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再加入水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂、引气剂进行拌合，搅拌2min；接着加入缓凝剂糖钙，最后加入剩余的水，真空搅拌均匀后出料。

对比例4

本对比例的清水混凝土，由如下质量份数的原料制成：水泥360份，河砂700份，碎石1000份，粉煤灰85份，矿粉110份，微硅粉15份，水160份，聚羧酸减水剂9份，引气剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.4份。制备方法包括以下步骤：将水泥、矿粉、粉煤灰和微硅粉加入搅拌机搅拌30s，加入碎石和河砂，搅拌30s，加入减水剂引气剂和水，搅拌 30s得到清水混凝土；其它与实施例1相同。

无振捣浇筑固化脱模后观察本发明本发明实施例和对比例的混凝土的外观是否有色差、麻面、气泡、裂纹、黑斑等缺陷；由U型仪检测自混凝土的抗离析性；并按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》测试强度；GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试抗渗抗冻等级；按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002测试坍落度扩展度。测试结果如下表一。

由表一可看出，本发明实施例的清水混凝土其坍落度扩展度较高且U型箱高度差及泌水率均为0，这说明本发明实施例的清水混凝土具有良好的流动性和填充性和抗泌水性。并且本发明实施例的清水混凝土外观良好没有缺陷，具有较高的抗压强度，还具有较好的抗冻性和抗渗性。

表一清水混凝土检测结果

本发明实施例尤其是实施例1-3具有较好的抗渗性和抗冻性，实施例4-6中采用非优选的石子、引气剂和增稠剂时，会降低抗压强度、扩展度或者泌水性能、同时还对混凝土的抗渗和抗冻性能有所影响，对比例1-4中不添加本发明的改性剂，或者不添加引气剂和增粘剂，或者改变本发明的配比以原料时都会影响清水混凝土的流动性、填充性和泌水率，导致外观较差，强度降低，且抗水抗渗性显著变差。这是因为本发明实施例清水混凝土中各原料包括改性剂、引气剂和增粘剂等具有协同作用，可以改善清水混凝土的流动性、脱模性和浆砂的稳定性，使其具有自密实填充的效果，防止其出现沉降，有害气泡，开裂等现象，加上合适的骨料选择使其具有良好的堆积结构，达到良好的密实填充效果，所以具有较高强度，另外配合适量的膨胀剂使其抗裂效果好，防老化效果好。而对比例中由于改变了本发明的原料配方以及加料顺序，导致其原料之间润滑性不足，需要大量的水改善流动性，并且导致其容易泌水或者填料容易沉降，有害气泡无法排出，使得表面产生缺陷，并且内部不能均匀密实填充，进而影响其抗裂抗渗和抗冻等老化性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高强度自密实清水混凝土，其特征在于，由如下质量份数的原料制成：水泥400-450份，中粗黄砂800-1000份，级配石子650-850，矿粉200-250份，水140-150份，增稠剂4-10份，膨胀剂2-5份，聚羧酸减水剂3-8份，引气剂0.5-2份，消泡剂0.2-1份，改性剂0.1-0.5份，缓凝剂0.5-2份；所述改性剂为全氟聚醚羧酸或全氟聚醚醇中的一种；所述引气剂为三萜皂甙、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)以1:2:2:2的质量比混合复配而成；所述增稠剂为膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺树脂以3:1:6:10的质量比混合粉磨而成。

2.根据权利要求1所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述中粗黄砂的细度模数为2.8，含泥量小于0.5％。

3.根据权利要求1所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述矿粉的比表面积为400～450m²/kg。

4.根据权利要求1所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述级配石子中粒径为5-10mm、10-20mm的石子的质量份数分别为200～400份、600～800份。

5.根据权利要求1到4任一项所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为氧化钙-硫铝酸钙复合类膨胀剂。

6.根据权利要求1到4任一项所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为糖钙、柠檬酸盐、糖蜜中的一种或几种。

7.根据权利要求1到4任一项所述的高强度自密实清水混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O 42.5低碱水泥。

8.权利要求1到4任一项所述的高强度自密实清水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将全部中粗黄砂和级配石子及40％-50％的用水加入搅拌机中润湿预拌30s；再加入水泥、矿粉、膨胀剂、聚羧酸减水剂、引气剂、改性剂进行拌合，搅拌2min；接着加入消泡剂和缓凝剂，最后加入剩余的水真空搅拌均匀后出料。