CN111606630A - 免蒸养高流动性混凝土及其制备方法 - Google Patents

免蒸养高流动性混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免蒸养高流动性混凝土及其制备方法，属于混凝土的技术领域，包含以下重量份的组合物：粗骨料850‑900份，细骨料585‑610份，水泥550‑570，水230‑285份，硅粉50‑65份，多孔微珠120‑135份，所述多孔微珠的粒径为35‑80μm，多孔微珠中灌封有硬化剂水溶液，具体灌封步骤为：将多孔微珠置于硬化剂水溶液中浸泡，浸泡后捞出冷冻处理，在多孔微珠表面形成冰封层，所述硬化剂水溶液包括重量比为100：（30‑40）：4的渗透型液体硬化剂、水和抗冻剂。本发明提供的免蒸养高流动性混凝土及其制备方法既能保证混凝土的高流动性以满足施工需求，又能缩短混凝土凝结时间，从而缩短混凝土构件占据模具的时间。

Description

免蒸养高流动性混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种免蒸养高流动性混凝土及其制备方法。
背景技术
在预制混凝土构件生产过程中，是将搅拌好的混凝土浇筑到特定的模具中，待混凝土干固后，取下模板得到混凝土构件。由于模具形态各异且空间较小，因此，需要浇筑的混凝土具有较高的流动性。
授权公告号为CN109678439B的发明专利公开了一种高流动性水泥混凝土及其制备方法，该水泥混凝土包括硫铝酸盐水泥500-600份，细砂300-400份，中粗砂250-300份，矿粉100-120份，氧化石墨烯15-25份，空心玻璃微珠75-85份，石膏50-80份，复合外加剂33-49份，水260-320份，混凝土纤维0.6-1.2份；通过分次混和搅拌后使混凝土纤维均匀分散成单丝。该发明制备的水泥混凝土能够有效提高流动性，并且保证了抗压性、抗渗性及抗冻性。
该发明为了达到高流动性，因此加入了缓凝剂，使得混凝土的凝结时间减慢，并且使得浇筑的混凝土构件强度达到使用要求的时间长，但在实际生产过程中，由于模具用量大，需要模具周转快，因此要求混凝土的凝结时间和达到使用强度的时间尽可能短。因此，上述技术方案难以满足实际需要，为了缩短混凝土凝结时间，相关技术中通常采用蒸汽养护，加速达到自流平后混凝土的养护过程。
授权公告号为CN102001848B的发明专利公开了一种蒸养高性能混凝土及其制备方法，由P.042.5普通硅酸盐水泥、复合掺合料、10目大小的橡胶基颗粒、拌合水、聚羧酸类高效减水剂、细度模数在2.4～2.8之间的II区级配河砂、粒径5～25mm之间石灰石粗骨料组成；该发明的蒸养高性能混凝土制备方法包括蒸养制度、保湿保温裹覆工艺以及蒸养后的养护技术措施。该发明的蒸养高性能混凝土具有优异的性能，技术经济效应显著，适合于工业化生产，能够有效改善蒸养混凝土预制构件的性能。
该发明为了同时保证混凝土的流动性，缩短凝结和强度达到的时间，对混凝土进行蒸养养护，但混凝土的蒸养分静停、升温、恒温、降温四个阶段，还分别符合下列规定：(1)静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温；(2)升温速度不宜大于10℃/h；(3)恒温期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定；(4)降温速度不宜大于10℃/h。
可见，混凝土蒸养条件苛刻，操作不当极易对混凝土性能造成负面影响，存在不便之处。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种免蒸养高流动性混凝土，既具有较高的流动性，又不需要蒸养即可缩短混凝土凝结的时间和强度增强的时间。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种免蒸养高流动性混凝土，包含以下重量份的组合物：粗骨料850-900份，细骨料585-610份，水泥550-570，水230-285份，硅粉50-65份，多孔微珠120-135份，所述多孔微珠的粒径为35-80μm，多孔微珠中灌封硬化剂水溶液，具体灌封步骤为：将多孔微珠置于硬化剂水溶液中浸泡，浸泡后捞出冷冻处理，在多孔微珠表面形成冰封层，所述硬化剂水溶液包括重量比为100：(30-40)的渗透型液体硬化剂和水。
通过采用上述技术方案，粗骨料和细骨料作为基本骨料，为混凝土提供强度支撑，水泥与水反应成凝胶物质将骨料和硅粉粘接在一起，形成混凝土。
其中，由于硅粉的圆球颗粒像滚珠一样滚动，使得硅粉与其他集料间的摩擦力较小，制得的混凝土的流动性大。硬化剂水溶液灌封在多孔微珠中，在加入混凝土中搅拌的初期以及将混凝土搅拌均匀加入模具中时，由于多孔微珠表面冰封层的阻挡，硬化剂水溶液不能与水泥接触，使得混凝土在搅拌和加入模具的过程中仍然具有优良的流动性，减小施工难度。
当搅拌好的混凝土加入模具中后，多孔微珠表面的冰封层逐渐完全融化，将多孔微珠孔隙敞开，使得多孔微珠孔隙里的硬化剂水溶液能够流出并和周围的水泥接触。
水泥中含有大量的钙离子，由于混凝土凝结硬化主要是由于水泥与水反应生成起强度的主要物质(C-S-H)，而硬化剂水溶液主要成分为硅酸盐，能够提供大量的硅酸根离子与混凝土中游离的钙离子反应，加速生成更多的(C-S-H)，从而达到促进混凝土固化的作用。
优选的，所述硬化剂水溶液还包括抗冻剂，渗透型液体硬化剂、水以及抗冻剂的重量比为100：(30-40)：4。
通过采用上述技术方案，将抗冻剂加入到硬化剂水溶液中，可以降低硬化剂水溶液冰点，减小硬化剂水溶液在冷冻处理时结冰的可能性，抗冻剂流出多孔微珠后能降低混凝土中液体的冰点，减小因冷冻处理过的多孔微珠造成混凝土内部温度降低，从而影响混凝土水化作用的可能性。
进一步地，所述多孔微珠的粒径为65μm。
通过采用上述技术方案，多孔微珠的内部的开放型微孔含量与其粒径呈正比，因此多孔微珠粒径过大会导致灌封的硬化剂水溶液过多，在和水泥接触时，放出大量的水化热，容易造成混凝土开裂。而当多孔微珠粒径过小时，由于孔隙较少，灌封的硬化剂水溶液含量少，对混凝土硬化的促进作用不明显。多孔陶瓷微珠的粒径为65μm时，对混凝土固化的促进作用最佳。
进一步地，所述硬化剂水溶液中渗透型液体硬化剂和水重量比为100：35。
通过采用上述技术方案，硬化剂水溶液中添加的水的含量能够调节硬化剂水溶液中硅酸盐的浓度，当硬化剂水溶液中水分过少时，硅酸盐浓度过大，使得硬化剂水溶液溢出后与水泥的局部反应较大，使得混凝土局部温度过高，容易导致混凝土开裂。
当硬化剂水溶液中水分过多时，硅酸盐浓度较小，对混凝土的固化促进作用不明显。渗透型液体硬化剂和水重量比为100比35时，对混凝土的固化促进作用最佳，且制得的混凝土不易开裂。
进一步地，所述多孔微珠为多孔陶瓷微珠。
通过采用上述技术方案，多孔陶瓷微珠导热性能差，减小环境温度传递到多孔陶瓷微珠内部的速度，使得在冷冻处理时，多孔陶瓷微珠外表形成冰封层，但内部灌封的硬化剂水溶液没有结冰，当多孔陶瓷微珠的冰封层融化后，硬化剂水溶液不需要花较长时间融化，缩短硬化剂水溶液流出多孔陶瓷微珠的时间，促进混凝土固化，进一步缩短混凝土凝结时间。
进一步地，所述粗骨料为5-25mm连续级配的卵石。
通过采用上述技术方案，卵石表面光滑，能够减小与其他材料的摩擦力，增大混凝土的流动性，5-25mm连续级配和细骨料之间抱合度高，制得的混凝土密实性和抗渗性高。
进一步地，所述细骨料为二区机制中砂。
通过采用上述技术方案，水泥浆和二区机制中砂填充到混凝土的粗骨料之间，使混凝土形成一个密实体，二区机制中砂与粗骨料之间的级配更好，形状更规则，与骨料之间摩擦较小，有利于提高混凝土的流动性。
本发明的第二个目的在于提供上述免蒸养高流动性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
s1：将渗透型液体硬化剂和水混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液稀释液；
s2：将多孔陶瓷微珠浸泡到硬化剂水溶液中30-45min,捞出后立即在-35℃下进行速冻，得到灌封有硬化剂水溶液的多孔微珠；
s3：将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；
s4：将水泥和硅粉混匀，加入水，搅拌均匀，得到凝胶混合物；
s5：将凝胶混合物边搅拌边加入骨料混合物中，搅拌均匀后，将灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠取出，立即加入骨料混合物中，在55r/min转速下快速搅拌3min，得到免蒸养高流动性混凝土。
本发明通过采用上述步骤，先将粗骨料和细骨料混合得到骨料混合物，有利于将骨料混合均匀，使得混凝土整体强度均匀，避免先加入水泥后，由于水泥的粘黏性，使得粗骨料和细骨料分布不均，造成混凝土强度分布不均。
硬化剂水溶液灌封在多孔微珠中，在加入混凝土中搅拌的初期以及将混凝土搅拌均匀填充进模腔中时，由于多孔微珠表面冰封层的阻挡，硬化剂水溶液不能立即与水泥接触，使得混凝土在搅拌和加入模具的过程中仍然具有优良的流动性，减小施工难度。
由于凝胶混合物具有粘黏性，与集料混合后的搅拌均匀的时间较长，将凝胶混合物与骨料混合物搅拌均匀后，再加入灌封有硬化剂水溶液的多孔微珠，减小将凝胶混合物与骨料搅拌均匀的过程中多孔微珠的冰封层融化，而提前释放硬化剂水溶液与混凝土反应的可能性。
当搅拌好的混凝土加入模具中并自流平填充磨具的型腔后，多孔微珠表面的冰封层逐渐完全融化，将多孔微珠孔隙敞开，使得多孔微珠孔隙里的硬化剂水溶液能够溢流出并和周围的水泥接触并提供大量的硅酸根离子与混凝土中游离的钙离子反应，加速生成更多的(C-S-H)，从而达到促进混凝土固化的作用。既能保证混凝土的高流动性以满足施工需求，又能缩短混凝土构件占据模具的时间，提高效率。通过对硬化剂水溶液的浓度调节，提高硬化剂水溶液对混凝土硬化的促进作用。
进一步的，上述免蒸养高流动性混凝土的制备方法，所述s1步骤中：将渗透型液体硬化剂、抗冻剂和水混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液。
本发明通过采用上述步骤，将抗冻剂加入到硬化剂水溶液中，可以降低硬化剂水溶液和混凝土中液体的冰点，提高硬化剂水溶液和混凝土的抗冻能力，减小抗冻剂结冰可能性，进一步减小混凝土因冷冻处理过的多孔微珠造成内部温度降低，从而影响混凝土水化作用的可能性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.硬化剂水溶液灌封在多孔微珠中，在加入混凝土中搅拌的初期以及将混凝土搅拌均匀加入模具中时，由于多孔微珠表面冰封层的阻挡，硬化剂水溶液不能与水泥接触，当搅拌好的混凝土加入模具中后，多孔微珠表面的冰封层逐渐完全融化，将多孔微珠孔隙敞开，使得多孔微珠孔隙里的硬化剂水溶液能够溢流出并和周围的水泥接触，既能保证混凝土的高流动性以满足施工需求，又能缩短混凝土构件占据模具的时间；
2.抗冻剂加入到硬化剂水溶液中，可以降低硬化剂水溶液冰点，减小硬化剂水溶液在冷冻处理时结冰的可能性，抗冻剂流出多孔微珠后能降低混凝土中液体的冰点，减小因冷冻处理过的多孔微珠造成混凝土内部温度降低，从而影响混凝土水化作用的可能性；
3.多孔微珠的内部的开放型微孔含量与其粒径呈正比，因此多孔微珠粒径过大会导致灌封的硬化剂水溶液过多，在和水泥接触时，放出大量的水化热，容易造成混凝土开裂，而当多孔微珠粒径过小时，由于孔隙较少，灌封的硬化剂水溶液太少，对混凝土硬化的促进作用不明显，调节多孔陶瓷微珠的粒径，实现对混凝土固化的促进作用最佳。
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。
本发明所涉及的原料和组分的规格和购买信息如表1所示。
表1原料的规格及购买信息
组分 型号 来源
粗骨料(卵石) 5-25mm连续级配 渭南市驰骋商贸有限公司
细骨料(二区机制中砂) 细度模数2.7 渭南市驰骋商贸有限公司
水泥 P.O425R 陕西耀隆建材有限公司
硅粉 粒度800 渭南市驰骋商贸有限公司
水 / 自来水
多孔陶瓷微珠 粒径35-80μm 郑州市满堂红磨料模具有限公司
渗透型液体硬化剂 AR 佛山科凝新材料科技有限公司
抗冻剂 AR 河南汇发化工产品有限公司
本申请的粗骨料按照GB/T14685-2011《建筑用卵石、粗骨料》检测，表观密度为2810kg/m3，堆积密度1721kg/m3，空隙率37％，含泥量0.5％，满足建筑用粗骨料的标准。
本申请的细骨料都为自制的二区机制中砂，按照GB/T14684-2011《建筑用砂》检测，表观密度为2415kg/m3，松散堆积密度1358kg/m3，空隙率38％，含泥量0.8％，二区机制中砂都为球形颗粒，没有片状，在凝胶材料的粘附下与粗骨料摩擦小，有利于提高制得的混凝土的流动性。
实施例：
各实施例中的组分和配比如表2所示。
Figure BDA0002540077280000051
Figure BDA0002540077280000061
实施例1-实施例8的制备方法如下：
s1：按表2的配比，将渗透型液体硬化剂和水混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液；
s2：将多孔陶瓷微珠完全浸泡到硬化剂水溶液中30-45min,用漏勺捞出后立即在-35℃下的冷冻装置中进行速冻，得到灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠；
s3：按表2的配比，用搅拌机将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；
s4：按表2的配比，将水泥和硅粉混匀，加入水，通过搅拌机搅拌均匀，得到凝胶混合物；
s5：按表2的配比，将凝胶混合物边搅拌边加入骨料混合物中，搅拌均匀后，将灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠取出，立即加入骨料混合物中，在55r/min转速下快速搅拌3min，得到免蒸养高流动性混凝土。
实施例9的制备方法与实施例1的区别之处在于：
s1中，按表2的配比，将渗透型液体硬化剂、水和抗冻剂混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液。
以上实施例制备的免蒸养高流动性混凝土的性能测试方法如下：
坍落度：按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》分别测试混凝土拌合物出机时的坍落度。
表观性能：利用扫描电子显微镜对混凝土标准试块进行微观检测，观测其表面裂纹。
凝结时间：按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌合物的初凝时间和终凝时间。
以上各实施例制得的免蒸养高流动性混凝土的性能测试结果如表3所示。
表3以上各实施例制得的免蒸养高流动性混凝土的性能测试结果
Figure BDA0002540077280000071
由表3中的结果可见：
实施例1-9制得的免蒸养高流动性混凝土出机坍落度在166-178mm之间，表明混凝土的和易性较好，可操作性强。
实施例1-9制得的免蒸养高流动性混凝土试块经过扫描电子显微镜微观检测表面都无裂缝，密实性和抗渗性强。
对比例
各对比例所制得免蒸养高流动性混凝土的组分和配比如表4所示。
表4各对比例中免蒸养高流动性混凝土的组分和配比
Figure BDA0002540077280000081
除对比例1、2和7外，其余的对比例的免蒸养高流动性混凝土按照与实施例1相同的方法制得。
对比例1与实施例1的制备方法的区别在于：s5中，将硬化剂与胶凝混合物一同加入骨料混合物中，搅拌均匀。
对比例2与实施例1的制备方法的区别在于：s5中，将未灌封有硬化剂的多孔陶瓷微珠与胶凝混合物一同加入骨料混合物中，搅拌均匀。
对比例7与实施例1的制备方法区别之处在于：s5中，直接将灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠取出，立即加入骨料混合物中，然后将凝胶混合物边搅拌边加入骨料混合物中，搅拌均匀，得到免蒸养高流动性混凝土。
以上各对比例制得的混凝土测试方法与实施例相同，测试结果如表5所示。
表5各对比例制得混凝土的性能测试结果
Figure BDA0002540077280000082
由表5测试数据可以看出：
单独将硬化剂水溶液添加到骨料混合物中时(见对比例1)，硬化剂水溶液与水泥立即反应，导致混凝土很快凝结，但坍落度远小于实施例1，混凝土流动性较差，不便于施工，并且由于局部反应剧烈，造成混凝土表面观测到裂缝。
当只加入多孔陶瓷微珠不加入硬化剂水溶液时(见对比例2)，多孔陶瓷微珠滚珠效应使得混凝土浆体内部摩擦力减小，坍落度增加，有利于施工，但对混凝土的凝结时间没有促进作用。
多孔陶瓷微珠含量过少时(见对比例3)，硬化剂水溶液含量随之减少，制得的免蒸养高流动性混凝土流动性较好，但初凝时间和终凝时间相对于对比例1长很多；多孔陶瓷微珠含量过多时(见对比例4)，硬化剂水溶液含量随之增多，制得的免蒸养高流动性混凝土初凝时间和终凝时间相对于对比例1较短，但坍落度小很多，流动性较差，并且产生了裂缝；当硬化剂水溶液浓度过大时(见对比例5)，硬化剂水溶液与混凝土局部接触导致局部放热过多，造成开裂。当硬化剂水溶液浓度过小时(见对比例6)，虽然不会导致开裂，但对混凝土的固化促进作用相对于实施例1差很多。
对比例7中，s5步骤中，在将灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠取出，立即加入骨料混合物中后，加入凝胶混合物，搅拌均匀，得到免蒸养高流动性混凝土，多孔陶瓷微珠的冰封层在搅拌均匀前融化，与混凝土提前接触，导致将混凝土加入模腔时的流动性变差。
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 (9)

1.一种免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，包含以下重量份的组合物：粗骨料850-900份，细骨料585-610份，水泥550-570，水230-285份，硅粉50-65份，多孔微珠120-135份，所述多孔微珠的粒径为35-80μm，多孔微珠中灌封有硬化剂水溶液，具体灌封步骤为：将多孔微珠置于硬化剂水溶液中浸泡，浸泡后捞出冷冻处理，在多孔微珠表面形成冰封层，所述硬化剂水溶液包括重量比为100：（30-40）的渗透型液体硬化剂和水。
2.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述硬化剂水溶液还包括抗冻剂，渗透型液体硬化剂、水以及抗冻剂的重量比为100：（30-40）： 4。
3.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述多孔陶瓷微珠的粒径为65μm。
4.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述硬化剂水溶液中渗透型液体硬化剂和水重量比为100：35。
5.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述多孔微珠为多孔陶瓷微珠。
6.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-25mm连续级配的卵石。
7.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土，其特征在于，所述细骨料为二区机制中砂。
8.根据权利要求1所述的免蒸养高流动性混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：将渗透型液体硬化剂和水混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液；
s2：将多孔陶瓷微珠浸泡到硬化剂水溶液中30-45min, 捞出后立即在-35℃下进行速冻，得到灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠；
s3：将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；
s4：将水泥和硅粉混匀，加入水，搅拌均匀，得到凝胶混合物；
s5：将凝胶混合物边搅拌边加入骨料混合物中，搅拌均匀后，将灌封有硬化剂水溶液的陶瓷微珠取出，立即加入骨料混合物中，在55r/min转速下快速搅拌3min，得到免蒸养高流动性混凝土。
9.据权利要求8所述的免蒸养高流动性混凝土的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中：将渗透型液体硬化剂、抗冻剂和水混合，搅拌均匀，得到硬化剂水溶液。
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