CN111087208A - 自密实微膨胀混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自密实微膨胀混凝土及其制备方法和应用，属于混凝土制备领域。自密实微膨胀混凝土，由以下重量份的组份组成：水泥445‑490份、粗骨料820‑920份、细骨料750‑860份、粉煤灰65‑78份、硅灰45‑60份、减水剂13.6‑19.2份、氧化钙50‑68份和水135‑165份；其中，水胶比控制为0.25‑0.26；砂率控制为0.45‑0.50；水灰比为0.32‑0.34；硅灰占所有胶凝材料总量的8％‑9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％‑14％。本发明混凝土具有优异的工作性、泵送性能和抗压强度，同时具有自密实补偿收缩特征。

Description

自密实微膨胀混凝土及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及自密实微膨胀混凝土及其制备方法和应用，属于混凝土制备领域。

背景技术

近年来，随着公共基础设施建设和建筑规模的扩大，对高强度、高性能混凝土的需求不断增长。一方面，超高层建筑工程对混凝土强度和工作性能提出了更高要求，在施工过程中，密集的钢筋不利于混凝土的振捣密实，尤其是对C70及以上高强度高性能混凝土，其高粘度特点使得施工振捣较困难；另一方面，在工程建设过程中，钢筋混凝土结构构件发生质量缺陷也时有发生，尤其是当高强度混凝土结构出现蜂窝和结构不密实，需要采用高性能的混凝土灌浆料进行修复，修复过程往往需要在有限的空间内进行，要求混凝土具有自密实性，且成型后无裂缝，与原结构整体性好，保证钢筋混凝土结构的安全、适用和耐久性。

根据了解，现有专利普遍存在2个问题，一是在实验室阶段可以制备出超高强度混凝土，但并未在施工阶段进行应用，其强度很高但是施工性能无法经过实际检验验证；另一个问题是配制高强度混凝土的原材料10种以上，比如申请号为201811633516.4的专利《一种C70高强度自密实混凝土配方及其制备方法》，该混凝土为了制得更高强度的混凝土，原材料就多达14种，组分为复配减水剂(聚羧酸减水剂、保坍剂、缓凝剂、引气剂、消泡剂、纳米粘土、纳米碳粉、香蕉纤维和水)、水泥、微硅粉、砂、青石、矿粉和水。尽管能够将众多原材料的特性综合到混凝土之中，但在实际生产中缺少经济性和可行性，无法实现实际转化。

另外，现有技术还公开了具有高强度，且具有自密实性的混凝土。申请号为201410699851.X的专利《一种C90级自密实高强混凝土及其配制方法》公开了一种高强度混凝土，其组分为水泥440-480、石子580-700、砂子1100-1300、粉煤灰55-110、硅灰25-55、高效减水剂16-22、水115-135。申请号为201810125456.9的专利《一种C80高抛免振捣自密实混凝土及其施工工艺》公开了一种高强度混凝土，其组分为水泥425-435份、砂750-760份、碎石880-890份、粉煤灰73-77份、外加剂6.5-7份、HEA膨胀剂45-50份、水155-165份和矿粉90-95份。虽然上述两种混凝土的原材料种类较少，且强度高，但是该混凝土的自密实性与补偿收缩性无法满足狭小空间的完全填充，使其无法在混凝土结构修复时使用。

因此，为了修复钢筋混凝土结构构件发生质量缺陷，急需发明一种高性能的混凝土灌浆料对其进行修复。

发明内容

本发明提供一种强度高、且可以用于修复大截面钢筋混凝土结构缺陷的混凝土。

自密实微膨胀混凝土，由以下重量份的组份组成：水泥445-490份、粗骨料820-920份、细骨料750-860份、粉煤灰65-78份、硅灰45-60份、减水剂13.6-19.2份、氧化钙50-68份和水135-165份；其中，水胶比控制为0.25-0.26；砂率控制为0.45-0.50；水灰比为0.32-0.34；硅灰占所有胶凝材料总量的8％-9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％-14％。

其中，本发明的胶凝材料包括水泥、粉煤灰和硅灰；所述砂率＝砂的用量/(砂的用量+石子的用量)；所述水胶比＝水的重量/胶凝材料的重量；所述水灰比＝水的重量/水泥的重量。

优选的，所述水泥采用强度等级为52.5R的硅酸盐水泥，初凝时间为280-300min，终凝时间为400-420min。

优选的，粗骨料采用石子，粒度为5-10mm；细骨料采用中砂；粉煤灰为I级粉煤灰；减水剂为聚羧酸减水剂。

优选的，所述的自密实微膨胀混凝土，由以下重量份的组份组成：水泥452份、粗骨料830-920份、细骨料752-842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水145-150份。

更优选的，混凝土的水胶比控制为0.26；砂率控制为0.49-0.50；水灰比为0.33；硅灰占所有胶凝材料总量的9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％。

最优选的，水泥452份、粗骨料830份、细骨料842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水150份。

本发明解决的第二个技术问题是提供自密实微膨胀混凝土的制备方法。

所述的自密实微膨胀混凝土的制备按以下步骤进行：

(1)按所述的自密实微膨胀混凝土组份配比，称取粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅灰和水泥混匀得到预混料；

(2)再将水、氧化钙和减水剂加入预混料中，混匀，即得到自密实微膨胀混凝土。

本发明还提供自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用。

自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用方法，包括以下步骤：

1)剔除待修复钢筋混凝土的内部或表面质量缺陷；

2)将松散缺陷混凝土剔除后，对缺陷区域周边进行修正，在缺陷区域表面凿出凹痕；

3)将松散混凝土完全凿除，再对缺陷区域表面进行润湿、冲洗，24小时后，在新旧混凝土结合面涂刷EC-I型界面处理剂；

4)然后采用定型木模板支设，模板支设完成后进行检查加固，并用发泡剂封堵模板与结构之间的缝隙；

5)在缺陷位置最高处留设浇筑灌浆料的漏斗口，漏斗口高出缺陷区域15cm，漏斗口斜度45-60°；

6)然后用自密实微膨胀混凝土浇筑，浇筑过程中使用振捣棒进行振捣，待浆体振捣溢出后即停止振捣；

7)混凝土浇筑后10h内进行浇水养护，2天后即可拆除模板，并覆盖薄膜，持续养护不低于14天。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种自密实微膨胀混凝土，与现有技术相比，原材料选择容易，原料来源广泛，原材料种类少，克服现在环保日益严格的情况下，混凝土原材料供应紧张的问题。

2、本发明通过优选常规原材料，以水胶比、水灰比、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量为主要控制指标进行配合比优化，能够保证高强度混凝土具有优异的自密实性、补偿收缩性和高抗压强度，很好地满足了施工过程中对高强度混凝土的技术要求，有效减少密集钢筋处的混凝土振捣，降低能源消耗，减少混凝土结构裂缝。

3、传统方法主要是采用普通水泥砂浆和细石混凝土进行修补，只适用于普通混凝土缺陷的处理。本发明的优势在于用自密实微膨胀混凝土进行修补，能够用于高强度混凝土缺陷修复，且采用界面剂进行处理，能够比传统修补方式耐久性更好，与原混凝土结构结合后能够完全满足整体性、强度和耐久性要求。

附图说明

图1为修复钢筋混凝土结构缺陷的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种强度高、且可以用于修复钢筋混凝土缺陷的混凝土。

自密实微膨胀混凝土，由以下重量份的组份组成：水泥445-490份、粗骨料820-920份、细骨料750-860份、粉煤灰65-78份、硅灰45-60份、减水剂13.6-19.2份、氧化钙50-68份和水135-165份；其中，水胶比控制为0.25-0.26；砂率控制为0.45-0.50；水灰比为0.32-0.34；硅灰占所有胶凝材料总量的8％-9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％-14％。

其中，本发明的胶凝材料包括水泥、粉煤灰和硅灰；所述砂率＝砂的用量/(砂的用量+石子的用量)；所述水胶比＝水的重量/胶凝材料的重量；所述水灰比＝水的重量/水泥的重量。

本发明需要控制水胶比、水灰比、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量，如果上述参数不在本发明的范围内，得到的混凝土性能较差。

其中，本发明所使用的膨胀剂为CaO类，相比于其他常用的膨胀剂HEA等，得到的混凝土膨胀率更高。

优选的，所述水泥采用强度等级为52.5R的硅酸盐水泥，初凝时间为280-300min，终凝时间为400-420min。

优选的，粗骨料采用石子，粒度为5-10mm；细骨料采用中砂；粉煤灰为I级粉煤灰；减水剂为聚羧酸减水剂。

优选的，所述的自密实微膨胀混凝土，由以下重量份的组份组成：水泥452份、粗骨料830-920份、细骨料752-842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水145-150份。

更优选的，混凝土的水胶比控制为0.26；砂率控制为0.49-0.50；水灰比为0.33；硅灰占所有胶凝材料总量的9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％。

最优选的，水泥452份、粗骨料830份、细骨料842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水150份。

本发明解决的第二个技术问题是提供自密实微膨胀混凝土的制备方法。

所述的自密实微膨胀混凝土的制备按以下步骤进行：

(1)按所述的自密实微膨胀混凝土组份配比称取粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅灰和水泥混匀得到预混料；

(2)再将水、氧化钙和减水剂加入预混料中，混匀，即得到自密实微膨胀混凝土。

本发明还提供自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用。

自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用，包括以下步骤：

1)剔除待修复钢筋混凝土的内部或表面质量缺陷；

2)将大面松散缺陷混凝土剔除后，对缺陷区域周边进行修正，在缺陷区域表面凿出凹痕；

3)将松散混凝土完全凿除，再对缺陷区域表面进行润湿、冲洗，24小时后，在新旧混凝土结合面涂刷EC-I型界面处理剂；

4)然后采用定型木模板支设，模板支设完成后进行检查加固，并用发泡剂封堵模板与结构之间的缝隙；

5)在缺陷位置最高处留设浇筑灌浆料的漏斗口，漏斗口高出缺陷区域15cm，漏斗口斜度45-60°；

6)然后用自密实微膨胀混凝土浇筑，浇筑过程中使用振捣棒进行振捣，待浆体振捣溢出后即停止振捣；

7)混凝土浇筑后10h内进行浇水养护，2天后即可拆除模板，并覆盖薄膜，持续养护不低于14天。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

混凝土的制备按以下步骤进行：

(1)按照表1所示的各组配比，称取粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅灰和水泥，依次加入搅拌机搅拌3-5分钟，得到预混料；其中，所述水泥采用强度等级为52.5R的普通硅酸盐水泥，初凝时间为280-300min，终凝时间为400-420min；粗骨料采用石子，粒度为5-10mm；细骨料采用中砂；粉煤灰为I级粉煤灰；表中各组分的数值单位为重量份。

(2)称取水、膨胀剂和减水剂加入步骤(1)得到的预混料中，用搅拌机搅拌3-5分钟，最后即得到混凝土。其中，S1-S5、D1、D3、D4中所使用的膨胀剂为CaO；D2为HEA膨胀剂；S1-S5，D1-D4减水剂为聚羧酸减水剂。

表1

编号	水	水泥	细骨料	粗骨料	减水剂	粉煤灰	硅灰	膨胀剂
									S1	150	452	842	830	19.08	76	50	58
S2	148	452	819	853	19.08	76	50	58
									S3	148	452	803	869	19.08	76	50	58
S4	145	452	786	886	19.08	76	50	58
									S5	145	452	752	920	19.08	76	50	58
D1	140	460	878	794	19.08	76	50	58
									D2	148	452	803	869	19.08	76	50	58(HEA)
D3	140	462	853	819	19.50	76	55	58
									D4	158	452	853	819	19.50	76	55	58

试验例1

对得到的混凝土进行测试，性能如下表2所示。

试验中，抗压强度测试参照标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能测试标准》；工作性测试参照标准GB/T 50080-2016《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》)；采用坍落度筒检测混凝土坍落度、扩展度和倒空时间，所使用的坍落度筒的底部内径200mm、顶部内径100mm、高度300mm、壁筒厚度1.6mm。

泵送性能测试方法为：在搅拌站场地连接泵管进行试泵送，累计设置10个直角接头，水平方向设置8个，垂直方向设置2个，泵管总长度超过100m。

本发明泵送性能评级方法为：从阻力小、不离析、不易泌水、不堵塞管道四个方面进行评价。满足四项为优良；满足三项为较好；满足两项为较差；满足一项或全部不满足为差。

表2

自密实性通过V形漏斗测定流出时间(tTr)，混凝土微膨胀率采用收缩膨胀率测定仪进行测试。结果如表3所示。

表3

	S1	S2	S3	S4	S5	D1	D2	D3	D4
										流出时间/s	4	5	5	5	4	6	5	5	6
膨胀率/％	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.03	0.04

S1-S5的混凝土用V形漏斗测定流出时间为4-5s，具有良好的微膨胀特性，膨胀率0.03％，并且混凝土成型效果好。

实施例2

钢筋混凝土缺陷修复的步骤如下：

1)使用风镐剔除内部或表面质量缺陷；

2)将大面松散缺陷混凝土剔除后，用电镐对缺陷区域周边进行修正，修成直角，所述的直角，是指修正过程中，在缺陷区域表面凿出的凹痕为直角，里面为凹凸状，以便后续灌注混凝土与原结构混凝土紧密结合；

3)浇筑混凝土前24h对截面进行润湿、冲洗，浇筑高强度自密实补偿收缩混凝土前，在新旧混凝土结合面涂刷EC-I型界面处理剂；

4)将松散混凝土完全凿除，在新旧混凝土结合部位用界面处理剂处理后采用定型木模板支设，模板支设完成后进行检查加固，并用发泡剂封堵模板与结构之间的缝隙；

5)在缺陷位置最高处留设浇筑灌浆料的漏斗口，漏斗口高出缺陷区域15cm，漏斗口斜度45-60°，并且根据需要可增设漏斗口；

6)浇筑过程中可选择使用振捣棒进行振捣，待浆体振捣溢出后即停止振捣；

7)对于结构混凝土剔除较薄的位置，浇筑高强度自密实补偿收缩混凝土时，采用木锤敲击振动。

8)混凝土浇筑后10h内进行浇水养护，2天后即可拆除模板，并覆盖薄膜，持续养护不低于14天。

采用实施例1-5，对比例1-4的混凝土进行修复，修复情况如表4所示。

表4

Claims (9)

1.自密实微膨胀混凝土，其特征在于，由以下重量份的组份组成：水泥445-490份、粗骨料820-920份、细骨料750-860份、粉煤灰65-78份、硅灰45-60份、减水剂13.6-19.2份、氧化钙50-68份和水135-165份；其中，水胶比控制为0.25-0.26；砂率控制为0.45-0.50；水灰比为0.32-0.34；硅灰占所有胶凝材料总量的8％-9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％-14％。

2.根据权利要求1所述的自密实微膨胀混凝土，其特征在于：所述水泥采用强度等级为52.5R的硅酸盐水泥，初凝时间为280-300min，终凝时间为400-420min。

3.根据权利要求1所述的自密实微膨胀混凝土，其特征在于：粗骨料采用石子，粒度为5-10mm；细骨料采用中砂；粉煤灰为I级粉煤灰；减水剂为聚羧酸减水剂。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自密实微膨胀混凝土，其特征在于，由以下重量份的组份组成：水泥452份、粗骨料830-920份、细骨料752-842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水145-150份。

5.根据权利要求4所述的自密实微膨胀混凝土，其特征在于：水胶比控制为0.26；砂率控制为0.49-0.50；水灰比为0.33；硅灰占所有胶凝材料总量的9％；粉煤灰占所有胶凝材料总量的13％。

6.根据权利要求1所述的自密实微膨胀混凝土，其特征在于：水泥452份、粗骨料830份、细骨料842份、粉煤灰76份、硅灰50份、减水剂19.08份、氧化钙58份和水150份。

7.权利要求1-6任一项所述的自密实微膨胀混凝土的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)称取粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅灰和水泥，混匀得到预混料；

(2)再将水、氧化钙和减水剂加入预混料中，混匀，即得到自密实微膨胀混凝土。

8.权利要求1-6任一项所述的自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用。

9.根据权利要求8所述的自密实微膨胀混凝土在修复钢筋混凝土缺陷上的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1)剔除待修复钢筋混凝土的内部或表面质量缺陷；

2)将松散缺陷混凝土剔除后，在缺陷区域表面凿出凹痕；

3)将松散混凝土完全凿除，再对缺陷区域表面进行润湿、冲洗，24小时后，在新旧混凝土结合面涂刷EC-I型界面处理剂；

4)采用定型木模板支设，模板支设完成后进行检查加固，并用发泡剂封堵模板与结构之间的缝隙；

5)在缺陷位置最高处留设浇筑灌浆料的漏斗口，漏斗口高出缺陷区域15cm，漏斗口斜度45-60°；

6)然后用自密实微膨胀混凝土浇筑，浇筑过程中使用振捣棒进行振捣，待浆体振捣溢出后即停止振捣；

7)混凝土浇筑后10h内进行浇水养护，2天后即可拆除模板，并覆盖薄膜，持续养护不低于14天。

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