CN111675513A - 一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土及其制备方法，其由如下重量份数的原料组成：水泥105～205份、煤灰75～105份、骨料895～1230份、水155～205份和外加剂8.5～15.5份；其中，骨料包含粒径为1～5 mm的细骨料200～300份，粒径为5～20 mm的粗骨料600～1100份；外加剂包含聚羧酸减水剂5～10份和减胶剂2～10份。本发明通过添加高效减胶剂和减水剂，虽然减少了水泥、清水和沙子的用量，却极大改善拌合物的和易性、优异的坍落度保持能力和泵送性能。

Description

一种基于高效减胶剂配置的高泵送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，具体为一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土及其制备方法。
背景技术
我国的高层建筑建设正处于蓬勃发展阶段，混凝土需求量巨大，混凝土的高性能设计、高泵送性施工显得前所未有的重要。但现有的高层建筑混凝土达到存在和易性、优异的坍落度保持能力和泵送性能差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种于高效减胶剂配置的高泵送混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，由如下重量份数的原料组成：水泥105～205份、煤灰75～105份、骨料895～1230份、水155～205份和外加剂8.5～15.5份；其中，骨料包含粒径为1～5mm的细骨料200～300份，粒径为5～20mm的粗骨料600～1100份；外加剂包含聚羧酸减水剂5～10份和减胶剂2～10份。
进一步优选的，基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土由如下重量份数的原料组成：水泥105份、煤灰80份、细骨料210份、粗骨料690份、水160份、聚羧酸减水剂5份和减胶剂3份。
进一步优选的，基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土由如下重量份数的原料组成：水泥205份、煤灰105份、细骨料200份、粗骨料1090份、水205份、聚羧酸减水剂9份和减胶剂7份。
进一步优选的，基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土由如下重量份数的原料组成：水泥194份、煤灰75份、细骨料285份、粗骨料960份、水200份、聚羧酸减水剂7份和减胶剂7份。
进一步优选的，所述聚羧酸减水剂是将53g丙烯酸、172g数均分子量400的MPEG、9.5g对甲苯磺酸以及2.3g对苯二酚加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至100℃，恒温反应4小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至48℃，得反应产物酯化单体Ⅰ；将23g丙烯酸、172g数均分子量800的MPEG、8g对甲苯磺酸以及2g吩噻嗪加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至108℃，恒温反应5小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至45℃，得反应产物酯化单体Ⅱ。在1L三口烧瓶中加入250g数均分子量3000的乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、38g酯化单体Ⅱ，7g环己烷二甲醇二丙烯酸酯以及300g去离子水，搅拌溶解；充分溶解完成后加入3g过硫酸铵和2g偶氮二异丙基咪唑啉；静置五到十分钟后开始滴加A液和B液；其中，A液是由22g丙烯酸、18g酯化单体Ⅰ、7g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及60g去离子水组成；B液是由2g巯基乙醇、4g焦亚硫酸钠以及100g去离子水组成；滴加时，A液缓慢滴加1.5小时，B液缓慢滴加2小时，且B液需比A液迟半个小时滴加完；滴加结束后，保温1小时，补去离子水调至含固量45％，得到本发明所用的聚羧酸减水剂。
进一步优选的，所述减胶剂是将8g将二甘醇、0.8g苯乙烯乳液、5g甲基纤维素、8g聚乙烯醇、8g亚硝酸钠和200ml的水在40℃搅拌1.5小时，然后加入8g双羟基乙基乙二胺、8g环氧乙烷—环氧丙烷嵌段共聚物和5gFe3O4/SiO2复合磁性材料粉末在45℃搅拌1小时，补去离子水调至含固量45％，得到本发明所用的减胶剂。
本发明另一个目的在于提供一所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土制备方法，包括如下步骤，
S001：将1/2煤灰与水泥粉搅拌混合均匀，之后加入粗骨料、细骨料搅拌形成骨料混合物；
S002：将清水、剩余1/2煤灰混合搅拌均匀制得浆料混合物后，与骨料混合物中搅拌均匀制得拌和料；
S003：将聚羧酸减水剂溶于硝酸铜溶液中搅拌均匀，缓慢滴加到拌和料，并搅拌30s,而后滴加减胶剂，进行均匀搅拌10～15分钟即制本发明的高泵送混凝土。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
1、通过添加高效减胶剂和减水剂，虽然减少了水泥、清水和沙子的用量，却极大改善拌合物的和易性、优异的坍落度保持能力和泵送性能。
2、通过高效减胶剂与聚羧酸系高性能缓凝减水剂的双掺外加剂技术，与生产流程滞水法相互接合，更好的发挥拌合物及产品各方面性能。
3、通过高效减胶剂特定的性能，充分有效的起到分散水泥的作用，增大成浆量及软化浆体，极大提高混凝土的泵送能力。另外掺加高效减胶剂有助于激发富余水泥的充分水化、生成更多的水化产物，从而降低混凝土的孔隙率，提高混凝土强度及耐久性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，由如下重量份数的原料组成：水泥105～205份、煤灰75～105份、骨料895～1230份、水155～205份和外加剂8.5～15.5份。其中骨料可以是自然砂石，也可以是人工机制砂，而且在本发明中的骨料包含粒径为1～5mm的细骨料200～300份，粒径为5～20mm的粗骨料600～1100份。外加剂包含聚羧酸减水剂5～10份和减胶剂2～10份。
其中，聚羧酸减水剂由分别制备酯化单体后再进行共聚交联反应制成。具体是将53g丙烯酸、172g数均分子量400的MPEG、9.5g对甲苯磺酸以及2.3g对苯二酚加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至100℃，恒温反应4小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至48℃，得反应产物酯化单体Ⅰ。将23g丙烯酸、172g数均分子量800的MPEG、8g对甲苯磺酸以及2g吩噻嗪加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至108℃，恒温反应5小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至45℃，得反应产物酯化单体Ⅱ。在1L三口烧瓶中加入250g数均分子量3000的乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、38g酯化单体Ⅱ，7g环己烷二甲醇二丙烯酸酯以及300g去离子水，搅拌溶解；充分溶解完成后加入3g过硫酸铵和2g偶氮二异丙基咪唑啉；静置五到十分钟后开始滴加A液和B液；其中，A液是由22g丙烯酸、18g酯化单体Ⅰ、7g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及60g去离子水组成；B液是由2g巯基乙醇、4g焦亚硫酸钠以及100g去离子水组成)。滴加时，A液缓慢滴加1.5小时，B液缓慢滴加2小时，且B液需比A液迟半个小时滴加完。滴加结束后，保温1小时，补去离子水调至含固量45％，得到本发明所用的聚羧酸减水剂。
进一步的，本发明所用的减胶剂具体是将8g将二甘醇、0.8g苯乙烯乳液、5g甲基纤维素、8g聚乙烯醇、8g亚硝酸钠和200ml的水在40℃搅拌1.5小时，然后加入8g双羟基乙基乙二胺、8g环氧乙烷—环氧丙烷嵌段共聚物和5gFe3O4/SiO2复合磁性材料粉末在45℃搅拌1小时，补去离子水调至含固量45％，得到本发明所用的减胶剂。
基于上述配方，调整不同组分的用量得到实施例1-5，具体如下表1：
Figure BDA0002554085410000051
Figure BDA0002554085410000061
其中，对照例采用的聚羧酸减水剂其选用申请号为201710186383.X的中国专利《一种高性能聚羧酸系减水剂及其制备方法》制成的聚羧酸系减水剂。减胶剂采用市面上可直接购买到的减胶剂，例如湖南怀化减胶剂厂家HX-ZXJ的产品。
准备好上述原材料后按如下方法制备混凝土：
S001：将1/2煤灰与水泥粉搅拌混合均匀，之后加入粗骨料、细骨料搅拌形成骨料混合物；
S002：将清水、剩余1/2煤灰混合搅拌均匀制得浆料混合物后，与骨料混合物中搅拌均匀制得拌和料；
S003：将聚羧酸减水剂溶于硝酸铜溶液中搅拌均匀，缓慢滴加到拌和料，并搅拌30s,而后滴加减胶剂，进行均匀搅拌10～15分钟即制本发明的高泵送混凝土。
对以上6个实施例试产出的混凝土，混凝土拌合物性能按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检验；混凝土强度按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检验,按照JGJ 281—2012《高强混凝土应用技术规程》进行高强混凝土拌合物性能测试，按照GB50108-2008《地下工程防水技术规范》进行抗渗等级测试；水分蒸发抑制率按照国家标准JG/T447-2015《混凝土塑性阶段水分蒸发抑制剂》要求测定；早期抗裂性能测定试验参考T/CECS 10001-2017《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料》中进行；采用倒坍落度桶测试混凝土拌合物的排空时间来表征高强混凝土混凝土黏度。
测得初始塌落度、初始扩展度和16h塌落度，最低泵送力、泌水率等性能进行测试，结果如下表2：
Figure BDA0002554085410000071
从上表中看出，本发明的混凝土除具备符合C30-C40混凝土的性能外，本发明的混凝土的初始坍塌度和1小时后的坍塌度均优于对比例，说明本发明的和易性更好，而且本发明在初始1小时内的平均坍塌度小于5mm远远低于对比例的15mm，说明本发明的混凝土坍塌度变化小，在运输过程中能够保持良好的流动性能，不易凝结；同时也说明本发明加入的减水剂和减胶剂能推迟水泥水化反应，从而延长混凝土的凝结时间，使新拌混凝土较长时间保持可塑性，避免停放时间过长引起混凝土凝结进而造成泵送堵塞。
从上表中还可以看出，本发明在各强度等级的最小泵送压力均小于对比例，说明使用本发明配方制作的混凝土在泵送时要求泵送设备的最小压力低，不仅减小了泵送设备的运转功率，降低耗电量，而且对设备和管道的磨损大大减轻，延长设备和管道的使用寿命。
从上表中看出，本发明在各强度的泌水率比对比例的泌水率低很多，能够有效避免粗骨料下沉、在混凝土凝固前产生水分渗出到混凝土表面，从而保证混凝土的和易性，保证了泵送性能，能够有效防止泵送过程中因混凝土泌水引起的管道堵塞等问题。
此外，试验本发明的实施1-5的7d的平均抗压强度为42.5Mpa；28d的平均抗压强度58.2Mpa，表明本发明的混凝土强度高。
本发明的原理说明：
1、选用的原料组份简单容易材料，配比科学合理。
2、本发明采用的聚羧酸减水剂通过引入不同数均分子量的两种酯化单体，使聚羧酸分子结构中的聚酯中短侧链和聚醚长侧链分布更加合理，在聚合反应时通过交联反应使聚羧酸分子结构由线性的梳状结构具有了空间三维立体结构，这样的三维立体结构使聚羧酸分子有了更大的空间位阻，通过更大的空间位阻来增厚高分子在水泥表面的吸附层厚度，由于其不容易被水化产物覆盖，从来实现超长时间的高保坍，增强了对水泥颗粒的分散能力和保坍能力，具备了的脂类聚羧酸的高和易性和醚类聚羧酸的高保坍双重优势，同时拥有的三维交错式的高分子树脂网状结构也使聚羧酸分子有了更好的保水性和粘聚性，进而增强了混凝体的和易性，并且使混凝土的敏感性降低。
3、本发明采用的添加减胶剂中含有甲基纤维素、双羟基乙基乙二胺聚乙烯醇一方面可以作为乳胶剂起到与粉料与骨料纸件保持较好的润滑作用，除了能使得混凝土保持良好的流动性以利于泵送，也激发富余水泥的充分水化、生成更多的水化产物，从而降低混凝土的孔隙率，提高混凝土强度及耐久性能。另一方，环氧乙烷—环氧丙烷嵌段共聚物与Fe3O4/SiO2复合磁性材料粉末的复配，与双羟基乙基乙二胺、甲基纤维素等物质混合反应后，可以包覆Fe3O4/SiO2复合磁性材料粉末，在类似表面活性剂，借裹住分散相小滴防止Fe3O4/SiO2磁性其聚结，使之成为在泵送的过程中存在形成稳定的胶态分散体，极大减少了泵送力，一方面避免了堵管和塞管，另一方面，泵送到制定地点，不再流动时，由于Fe3O4/SiO2磁性的存在，再与减水剂混合后Fe3O4/SiO2磁性在酯化物质和醚化物质的促进下会自主靠近附近的Fe3O4/SiO2磁性粉末形成棒状物，从而使得凝结后的混凝土密度更实，硬度和韧度更强。
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 (7)

1.一种基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：水泥105～205份、煤灰75～105份、骨料895～1230份、水155～205份和外加剂8.5～15.5份；
其中，骨料包含粒径为1～5 mm的细骨料200～300份，粒径为5～20 mm的粗骨料600～1100份；
外加剂包含聚羧酸减水剂5～10份和减胶剂2～10份。
2.根据权利要求1所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：水泥105份、煤灰80份、细骨料210份、粗骨料690份、水160份、聚羧酸减水剂5份和减胶剂3份。
3.根据权利要求1所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：水泥205份、煤灰105份、细骨料200份、粗骨料1090份、水205份、聚羧酸减水剂9份和减胶剂7份。
4.根据权利要求1所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：水泥194份、煤灰75份、细骨料285份、粗骨料960份、水200份、聚羧酸减水剂7份和减胶剂7份。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：所述聚羧酸减水剂是将53g丙烯酸、172g数均分子量400的MPEG、9.5g对甲苯磺酸以及2.3g对苯二酚加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至100℃，恒温反应4小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至48℃，得反应产物酯化单体Ⅰ；将23g丙烯酸、172g数均分子量800的MPEG、8g对甲苯磺酸以及2g吩噻嗪加入带有真空装置的三口烧瓶，在氮气的保护下，升温至108℃，恒温反应5小时，反应期间用通氮气的方法除去反应生成的水，恒温结束后降至45℃，得反应产物酯化单体Ⅱ,
在1L三口烧瓶中加入250g数均分子量3000的乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、38g酯化单体Ⅱ， 7g环己烷二甲醇二丙烯酸酯以及300g去离子水，搅拌溶解；充分溶解完成后加入3g过硫酸铵和2g偶氮二异丙基咪唑啉；静置五到十分钟后开始滴加A液和B液；其中，A液是由22g丙烯酸、18g酯化单体Ⅰ、7g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及60g去离子水组成；B液是由2g巯基乙醇、4g焦亚硫酸钠以及100g去离子水组成；滴加时，A液缓慢滴加1.5小时，B液缓慢滴加2小时，且B液需比A液迟半个小时滴加完；滴加结束后，保温 1小时，补去离子水调至含固量45%，得到本发明所用的聚羧酸减水剂。
6.根据权利要求1-4任一所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土，其特征在于：所述减胶剂是将8g将二甘醇、0.8g苯乙烯乳液、5g甲基纤维素、8g聚乙烯醇、8g亚硝酸钠和200ml的水在40℃搅拌1.5小时，然后加入8g双羟基乙基乙二胺、8g环氧乙烷—环氧丙烷嵌段共聚物和5gFe3O4/SiO2 复合磁性材料粉末在45℃搅拌1小时，补去离子水调至含固量45%，得到本发明所用的减胶剂。
7.根据权利要求1-4任一所述的基于高效减胶剂配置的高泵送混凝土制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
S001：将1/2煤灰与水泥粉搅拌混合均匀，之后加入粗骨料、细骨料搅拌形成骨料混合物；
S002：将清水、剩余1/2煤灰混合搅拌均匀制得浆料混合物后，与骨料混合物中搅拌均匀制得拌和料；
S003：将聚羧酸减水剂溶于硝酸铜溶液中搅拌均匀，缓慢滴加到拌和料，并搅拌30s,而后滴加减胶剂，进行均匀搅拌10～15分钟即制本发明的高泵送混凝土。
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