CN111170694A - 一种高强抗渗混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强抗渗混凝土及其制备方法，其技术方案要点是一种高强抗渗混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥360‑380份、粉煤灰20‑30份、矿渣粉90‑110份、膨胀剂40‑50份、细骨料650‑700份、粗骨料1030‑1070份、外加剂10‑12份以及水150‑160份；所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；骨料为六级配,其中粗骨料为四级配，细骨料为两级配。本发明通过采用六级配的骨料可以堆积形成密实填充的搭接骨架，提高混凝土的强度，通过氧化钙类膨胀剂的配合，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，使得膨胀剂可以持续膨胀，以提高混凝土致密性，从而提高混凝土的抗渗性能。

Description

一种高强抗渗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，更具体的说，它涉及一种高强抗渗混凝土及其制备方法。
背景技术
普通的混凝土是指用水泥作胶凝材料，以砂、石作骨料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土；混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。根据混凝土的使用环境的不同，对混凝土性能的要求也有所不同，对于经常性或周期性地受水作用的建筑物，则要求其所用的混凝土材料具有较好的抗渗性；为了提高混凝土的抗渗性能，通常会向混凝土原料中用添加膨胀剂。
现有技术，申请公布号为CN108249855A的专利申请文件，公开了一种抗渗混凝土拌合物及其施工方法，其技术方案要点是一种抗渗混凝土拌合物，各原料及各原料的质量份数如下：硅酸盐水泥250-420份，粉煤灰65-80份，砂650-850份，碎石1000-1080份，减水剂5-10份，硫铝酸钙类膨胀剂13-29份，其他助剂1-3份，水160-90份。硫铝酸钙类膨胀剂为比较常见的钙矾石类膨胀剂，其通过钙矾石晶体引起的膨胀以堵塞混凝土收缩产生的裂缝，起到补偿收缩的作用，降低混凝土开裂的现象，以实现抗渗的目的。
但是矾石类膨胀剂的促凝早强作用明显，但是钙矾石的形成会消耗水泥石中的氢氧化钙，碱含量降低会导致混凝土抗碳化能力的降低，影响混凝土的性能；因此，如何能够提高混凝土的性能，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强抗渗混凝土，其通过采用六级配的骨料可以堆积形成密实填充的搭接骨架，提高混凝土的强度，通过氧化钙类膨胀剂的配合，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，使得膨胀剂可以持续膨胀，以提高混凝土致密性，从而提高混凝土的抗渗性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强抗渗混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥360-380份、粉煤灰20-30份、矿渣粉90-110份、膨胀剂40-50份、细骨料650-700份、粗骨料1030-1070份、外加剂10-12份以及水150-160份；所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；骨料为六级配，其中粗骨料为四级配，细骨料为两级配。
通过采用上述技术方案，采用六级配的骨料可以堆积形成密实填充的搭接骨架，提高混凝土的强度，通过其与水泥、粉煤灰、矿渣粉的配合填充骨架的间隙，提高混凝土的致密性，减少混凝土的孔隙率；通过氧化钙类膨胀剂的配合，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，从而保证了稳定而持续的膨胀，以提高混凝土的抗渗性能。
进一步地，以重量份数计，包括如下组分：水泥368份、粉煤灰28份、矿渣粉101份、膨胀剂43份、细骨料669份、粗骨料1047份、外加剂10.7份以及水155份；所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；骨料为六级配，其中粗骨料为四级配，细骨料为两级配。
通过采用上述技术方案，在上述配比下，可以使混凝土达到C60的强度以及P12的抗渗性能，并且具有很好的耐久性。
进一步地，骨料的粒径为0-3mm、3-5mm、5-10mm、10-16mm、16-20mm、20-25mm。
通过采用上述技术方案，传统的混凝土使用的粗骨料粒径范围为：二级配骨料的粒径为0-5mm、5-25mm，三级配骨料的粒径为0-5mm、5-16mm、16-25mm，四级配骨料的粒径为0-3mm、0-5mm、5-16mm、16-25mm；本发明采用六级配骨料，相较于四级配骨料，采用六级配骨料的混凝土的强度更高。
进一步地，所述水泥为P·O42.5R级水泥；所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣粉为S95矿渣粉。
通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥具有强度高、水化热大、抗碳化性好的特点；粉煤灰具有火山活性成分，粉煤灰与矿粉的添加可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热，降低混凝土的收缩开裂的情况；并且粉煤灰与矿粉可以填充混凝土中的缝隙，提高混凝土的致密性，提高混凝土的抗渗性能。
进一步地，所述氧化钙类膨胀剂采用如下方法制备：①以重量份数计，取100-120份石灰石、10-20份菱镁矿以及10-20份高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②将混合生料在400-500℃的温度下，加热1-2h，再升温至1200-1300℃，煅烧6-10h，冷却后，得到膨胀熟料；③取重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95％的乙醇溶液混合均匀，得到改性剂；④向膨胀熟料中加入10-15份蒙脱土以及10-15份改性剂，以100-400r/min的速度研磨1-2h后，在60-70℃的温度下，保温2-3h，得到氧化钙类膨胀剂。
通过采用上述技术方案，石灰石焙烧后生成氧化钙，菱镁矿是一种碳酸镁矿物，含有一定的铁元素，叶蜡石是黏土矿物的一种，属结晶结构为2：1型的层状含水铝硅酸盐矿物，而高硫叶蜡石含有明矾石，将石灰石、菱镁矿以及高硫叶蜡石煅烧后，可以形成多种膨胀源的膨胀剂，通过改性剂对膨胀熟料表面的改性，可以延缓膨胀熟料与水的接触，使膨胀剂的具有很好与混凝土收缩速率相适配的膨胀速率，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，使得膨胀剂可以持续膨胀，以提高混凝土致密性，提高混凝土的抗渗性能。
进一步地，所述改性剂由重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95％的乙醇溶液混合而成。
通过采用上述技术方案，通过改性剂对膨胀熟料表面的改性，可以延缓膨胀熟料与水的接触，使膨胀剂的具有很好与混凝土收缩速率相适配的膨胀速率，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀。
进一步地，所述外加剂为缓凝高强抗渗减水剂。
通过采用上述技术方案，缓凝高强抗渗减水剂的减水率高，可以明显改善混凝土流动性和工作度，初凝前缓凝效果明显，终凝后早强效果显著，能大幅度提高混凝土各龄期的强度；延长混凝土的初凝时间，可以减缓水泥水化放热速率，减少混凝土内外的温度差以便减少裂缝，从而有助于改善混凝土的抗渗性能。
本发明的目的之二在于提供一种高强抗渗混凝土的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强抗渗混凝土的制备方法，包括如下步骤：
以重量份数计，取水泥360-380份、粉煤灰20-30份、矿渣粉90-110份、氧化钙类膨胀剂40-50份、细骨料650-700份、粗骨料1030-1070份、外加剂10-12份以及水150-160份，混合均匀后即可。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.采用六级配的骨料可以堆积形成密实填充的搭接骨架，提高混凝土的强度，通过其与细骨料、粉煤灰、矿渣粉的配合填充骨架的间隙，提高混凝土的致密性，减少混凝土的孔隙率；通过氧化钙类膨胀剂的配合，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，从而保证了稳定而持续的膨胀，以提高混凝土的抗渗性能；
2.石灰石焙烧后生成氧化钙，菱镁矿是一种碳酸镁矿物，含有一定的铁元素，叶蜡石是黏土矿物的一种，属结晶结构为2：1型的层状含水铝硅酸盐矿物，而高硫叶蜡石含有明矾石，将石灰石、菱镁矿以及高硫叶蜡石煅烧后，可以形成多种膨胀源的膨胀剂，通过改性剂对膨胀熟料表面的改性，可以延缓膨胀熟料与水的接触，使膨胀剂的具有很好与混凝土收缩速率相适配的膨胀速率，在混凝土硬化后，可以为其提供足够的塑性膨胀以及一定的后期膨胀，使得膨胀剂可以持续膨胀，以提高混凝土致密性，从而提高混凝土的抗渗性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、氧化钙类膨胀剂的制备例
制备例1：①取100kg石灰石、10kg菱镁矿以及10kg高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②将混合生料在400℃的温度下，加热1h，再升温至1200℃，煅烧6h，冷却后，得到膨胀熟料；③取重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95％的乙醇溶液混合均匀，得到改性剂；④向膨胀熟料中加入10kg蒙脱土以及10kg改性剂，以100r/min的速度研磨1h后，在60℃的温度下，保温2h，得到氧化钙类膨胀剂。
制备例2：①取110kg石灰石、15kg菱镁矿以及15kg高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②将混合生料在450℃的温度下，加热1.5h，再升温至1250℃，煅烧8h，冷却后，得到膨胀熟料；③取重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95％的乙醇溶液混合均匀，得到改性剂；④向膨胀熟料中加入12.5kg蒙脱土以及12.5kg改性剂，以200r/min的速度研磨1.5h后，在65℃的温度下，保温2.5h，得到氧化钙类膨胀剂。
制备例3：①取120kg石灰石、20kg菱镁矿以及20kg高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②将混合生料在500℃的温度下，加热2h，再升温至1300℃，煅烧10h，冷却后，得到膨胀熟料；③取重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95％的乙醇溶液混合均匀，得到改性剂；④向膨胀熟料中加入15kg蒙脱土以及15kg改性剂，以400r/min的速度研磨2h后，在70℃的温度下，保温3h，得到氧化钙类膨胀剂。
制备例4：①取100kg石灰石，置于400℃的温度下，加热1h，然后升温至1200℃，煅烧6h，冷却后，得到膨胀熟料；②向膨胀熟料中加入10kg蒙脱土，混合研磨30min后，在80℃的温度下，加热1h，得到氧化钙膨胀剂。
制备例5：①取100kg石灰石、10kg菱镁矿以及10kg高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②置于400℃的温度下，加热1h，然后升温至1200℃，煅烧6h，冷却后，得到膨胀熟料；③向膨胀熟料中加入10kg蒙脱土，以100r/min的速度研磨1h后，在60℃的温度下，保温2h，得到氧化钙类膨胀剂。
制备例6：本制备例与制备例1的不同之处在于，改性剂中不包含异硫氰酸丙烯酯以及硬脂酸。
二、实施例以下实施例中的水泥为冀东水泥重庆合川有限责任公司生产的P·O42.5R级水泥；粉煤灰为重庆华珞粉煤灰开发有限责任公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰；矿渣粉为重庆钰宏再生资源有限公司生产的S95级矿渣粉；外加剂为重庆建研科之杰新材料有限公司生产的Point-500S型缓凝高强抗渗减水剂；骨料为六级配，其中，细骨料为两级配的河砂，其粒径为0-3mm、3-5mm；粗骨料为四级配的碎石，其粒径为5-10mm、10-16mm、16-20mm、20-25mm。
实施例1：一种高强抗渗混凝土采用如下方法制备而得：
取水泥368kg、粉煤灰28kg、矿渣粉101kg、氧化钙类膨胀剂(选自制备例2)43kg、细骨料669kg、粗骨料1047kg、外加剂10.7kg以及水155kg，混合均匀后即可。
实施例2：一种高强抗渗混凝土采用如下方法制备而得：
取水泥360kg、粉煤灰20kg、矿渣粉90kg、氧化钙类膨胀剂(选自制备例1)40kg、细骨料650kg、粗骨料1030kg、外加剂10kg以及水150kg，混合均匀后即可。
实施例3：一种高强抗渗混凝土采用如下方法制备而得：
取水泥380kg、粉煤灰30kg、矿渣粉110kg、氧化钙类膨胀剂(选自制备例3)50kg、细骨料700kg、粗骨料1070kg、外加剂12kg以及水160kg，混合均匀后即可。
三、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，氧化钙类膨胀剂采用制备例4中的氧化钙膨胀剂代替。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，氧化钙类膨胀剂采用制备例5中的氧化钙类膨胀剂代替。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，氧化钙类膨胀剂采用制备例6中的氧化钙类膨胀剂代替。
四、性能测试
按照如下方法，对实施例1-3以及对比例1-3制备的混凝土的性能进行测试，将测试结果示于表1。
抗压强度采用《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2016中方法；限制膨胀率采用《混凝土膨胀剂》GB/T23439-2009中方法；抗渗性能采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009中的逐级加压法测定抗渗等级。
表1
Figure BDA0002368640770000061
由表1数据可知，本发明制备的混凝土的强度等级可以达到C60，抗渗等级可以达到P12，说明本发明制备的混凝土具有优异的抗压强度以及抗渗性能；并且通过实施例1-3相比较可知，实施例1中的抗压强度最佳，说明采用实施例中的配比制备的混凝土的抗压强度更佳。
对比例1的混凝土原料中的氧化钙类膨胀剂采用制备例4的氧化钙膨胀剂代替，相较于实施例1，混凝土的抗压强度以及抗渗性能明显降低，说明本发明中的氧化钙类膨胀剂对混凝土的抗渗效果明显优于单一膨胀源的氧化钙类膨胀剂；并且混凝土抗渗性能的下降，也会降低混凝土的致密性，从而影响其抗压强度。
对比例2的混凝土原料中的氧化钙类膨胀剂采用制备例5的氧化钙类膨胀剂代替，相较于实施例1，混凝土的抗压强度以及限制膨胀率明显降低；对比例3中的混凝土原料中的氧化钙类膨胀剂采用制备例6的氧化钙类膨胀剂代替，相较于实施例1，混凝土的抗压强度以及限制膨胀率明显降低；说明采用本发明的方法制备的氧化钙类膨胀剂对可以明显提高混凝土的抗渗性能以及抗压强度。
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)

1.一种高强抗渗混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：水泥360-380份、粉煤灰20-30份、矿渣粉90-110份、膨胀剂40-50份、细骨料650-700份、粗骨料1030-1070份、外加剂10-12份以及水150-160份；所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；骨料为六级配，其中粗骨料为四级配，细骨料为两级配。
2.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：水泥368份、粉煤灰28份、矿渣粉101份、膨胀剂43份、细骨料669份、粗骨料1047份、外加剂10.7份以及水155份；所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；骨料为六级配，其中粗骨料为四级配，细骨料为两级配。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：骨料的粒径为0-3mm、3-5mm、5-10mm、10-16mm、16-20mm、20-25mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O42.5R级水泥；所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣粉为S95矿渣粉。
5.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：所述氧化钙类膨胀剂采用如下方法制备：①以重量份数计，取100-120份石灰石、10-20份菱镁矿以及10-20份高硫叶蜡石，混合研磨后，得到混合生料；②将混合生料在400-500℃的温度下，加热1-2h，再升温至1200-1300℃，煅烧6-10h，冷却后，得到膨胀熟料；③向膨胀熟料中加入10-15份蒙脱土以及10-15份改性剂，以100-400r/min的速度研磨1-2h后，在60-70℃的温度下，保温2-3h，得到氧化钙类膨胀剂。
6.根据权利要求5所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：所述改性剂由重量比为1:1:10:100的异硫氰酸丙烯酯、硬脂酸、松香树脂以及体积分数为95%的乙醇溶液混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种高强抗渗混凝土，其特征在于：所述外加剂为缓凝高强抗渗减水剂。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的高强抗渗混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：以重量份数计，取水泥360-380份、粉煤灰20-30份、矿渣粉90-110份、氧化钙类膨胀剂40-50份、细骨料650-700份、粗骨料1030-1070份、外加剂10-12份以及水150-160份，混合均匀后即可。
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