CN111943605A - 一种使用增效剂的机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用增效剂的机制砂混凝土及其制备方法，该混凝土的成分和配方如下：水泥395‑435份；粉煤灰0‑30份；矿粉0‑30份；机制砂900.15‑920.55份；碎石864.85‑884.45份；外加剂9.1‑9.9份；增效剂2.73‑2.97份；水153‑170份，所述增效剂组分包括增强剂、分散剂、纳米碳酸钙、起泡剂、稳泡剂以及水，本发明将机制砂的固有优势充分发挥，有效缓解天然砂资源短缺问题。能够降低同等级机制砂混凝土水泥用量，同时保证机制砂混凝土强度不变甚至更高，提高机制砂混凝土耐久性，不仅降低机制砂混凝土成本，还可降低混凝土开裂的风险。

Description

一种使用增效剂的机制砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及机制砂混凝土技术领域，具体而言，涉及一种使用增效剂的机制砂混凝土及其制备方法。

背景技术

水泥产业是一个高能耗、高污染和高资源消耗性的产业。为保证建筑业的可持续发展，有必要通过各种方法，在保证混凝土结构力学性能、耐久性的前提下，有效降低单方混凝土中水泥的用量。现有技术中减少水泥用量普遍使用的方法是使用工业废弃物，混凝土行业消纳的工业废弃物主要是矿渣和粉煤灰，包括磷渣、钢渣、钒钛渣等各种冶金渣。混凝土掺合料不同于水泥熟料，仅是掺合颗粒表面层发生水化反应，通过强化界面层粘结强度达到节省水泥的目的，其本质相当于增大水泥熟料胶凝材料的体积，难以节约成本。同时高胶凝材料使得混凝土更容易开裂，尤其是在水胶比较低的情况下更为严重，从而导致一系列的耐久性问题。

随着天然砂资源的日益枯竭与限制开采，机制砂的替代作用越来越重要，机制砂与天然砂相比具有很明显的经济优势，各个地方的机制砂虽略有差异，一般都比天然砂便宜。机制砂相较于天然砂有较高的底粉含量(底粉一般包括泥粉和石粉，一般以石粉为主)，在制备混凝土时机制砂中含有的石粉能改善机制砂混凝土性能。但机制砂细度模数、粒形、级配、棱角性与天然砂相比有一定的不足之处，机制砂相比天然砂细度模数大、级配较差、粒形表面粗糙、棱角性强，新拌机制砂混凝土存在和易性差、拌合物易离析泌水、坍落度损失过快不易于施工泵送和机制砂混凝土后期强度增长慢等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种使用增效剂的机制砂混凝土及其制备方法，旨在保持原有掺合料用量不变的情况下降低机制砂混凝土胶凝材料中水泥用量、改善新拌机制砂混凝土各项工作性能、使新拌机制砂混凝土易于施工泵送、同时能保证后期耐久性和强度的机制砂混凝土。

本发明的技术方案是：一种使用增效剂的机制砂混凝土，该混凝土的成分和配方如下：水泥395-435份；粉煤灰0-30份；矿粉0-30份；机制砂900.15-920.55份；碎石864.85-884.45份；外加剂9.1-9.9份；增效剂2.73-2.97份；水153-170份。

进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5，28天抗压强度≥46MPa。

进一步的，所述粉煤灰属Ⅱ级灰，0.045mm负压筛余≤25％，烧失量≤8.0％，需水量比≤105％，三氧化硫≤3.0％，游离氧化钙≤1.0％。

进一步的，所述矿粉为S95矿粉，表观密度≥2.8g/cm3，比表面积为≥400m2/kg，流动度比≥95％，三氧化硫≤4.0％烧失量≤1.0％，氯离子≤0.06％，不溶物≤3.0％，玻璃体含量≥85％。

进一步的，所述机制砂MB≤1.4，细度模数为2.8、机制砂底粉≤30.6％、含水量≤2.2％。

进一步的，所述碎石粒径为5-31.5mm，表观密度≤2800kg/m³，堆积密度≤1700kg/m³，紧密堆积密度≤1800kg/m³，含泥量≤0.8％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤7.9％，压碎值指标≤7.3％。

进一步的，所述增效剂组分包括增强剂18-25％、分散剂15-20％、纳米CaCO₃0.3-0.5％、起泡剂0.2-0.6％、稳泡剂0.06-0.3％以及水54-67％，掺量为水泥用量的0.4-0.8％。增强剂为三亚乙基四胺、三聚丙三醇、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种。分散剂为已烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、油酸酰中的一种或几种。所述起泡剂包括椰子油脂肪酸丙氨酸钠、椰子油脂肪酸甘氨酸钾、十二烷基磺酸钠、椰子油脂肪酸二乙醇胺、椰油酰胺丁基甜菜碱中一种或几种。所述稳泡剂为十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或几种。

进一步的，所述纳米CaCO₃是平均粒径为60nm纳米的白色粉末，由电石渣制备得到。纳米CaCO₃为平均粒径为60nm的白色颗粒，是整个机制砂混凝土体系中最细小的粉体颗粒材料。将其掺入到机制砂混凝土中，能填充于水泥-粉煤灰的空隙之间，降低基体的孔隙率，提高体系的紧密堆积程度，同时纳米CaCO₃其晶核效应可以起到改善水泥石界面的作用，使混凝土内部形成了额外的硅酸钙水化产物，促进水化反应，使混凝土微观结构更加致密，从而提高机制砂混凝土的力学性能及耐久性等性能。

一种使用增效剂的机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将纳米CaCO₃加入到分散剂中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

步骤二：将增强剂、起泡剂、稳泡剂以及水混合，在40-60℃搅拌1.5-3h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5-2.5h，得到机制砂混凝土增效剂；

步骤三：采用二次投料法配置混凝土：即先将按各组分重量比称量好的机制砂、碎石、60％水倒入搅拌机中搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和剩余40％的水、增效剂、减水剂进行搅拌1-2min，得到机制砂混凝土。

本发明的有益效果是：

1、本发明机制砂中石粉能填充混凝土间的空隙。且石粉中含有的碳酸盐，能与水泥的许多水化产物发生反应，并形成铝酸盐，减小混凝土的空隙率，并阻止了水化硫铝酸钙的生成，改善了机制砂混凝土的水化过程，使强度得以大大提高。在机制砂中含有的石粉，可以增强砂浆的保水性并减少泌水，进而改善浆和集料的界面。混凝土后期水化时，石粉会缓慢释放之前吸收的水分，控制混凝土的收缩。本发明将机制砂的固有优势充分发挥，提高了资源利用转化效率，并有效缓解天然砂资源短缺问题。

2、本发明中增效剂与减水剂使用时能提升减水剂的分散作用，同时对混凝土强度的增强作用明显，具有良好的适应性。掺入混凝土时在同粉料不变的情况下对混凝土各项性能均有明显的改善作用，有效解决机制砂混凝土保水性、黏聚性和流动性较差的问题，有效改善机制砂混凝土易离析泌水等现象，提高机制砂混凝土泵送性、密实度和强度。

3、本发明能够降低同等级机制砂混凝土水泥用量，且机制砂混凝土拌合物各项性能与未降水泥时相比基本不变，在水泥用量降低的情况下保证机制砂混凝土强度不变甚至更高，提高机制砂混凝土耐久性，不仅降低机制砂混凝土成本，还可降低混凝土开裂的风险，具有良好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

实施例1

(1)将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将0.3％纳米CaCO₃加入到已烯基双硬脂酰胺16％中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液。

(2)将三亚乙基四胺19％、椰子油脂肪酸甘氨酸钾0.2％、烷基醇酰胺0.09％、64.41％水混合，在40℃搅拌1.5h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌0.5h，得到机制砂混凝土增效剂。

(3)采用二次投料法按表2成分配制混凝土，将称量好的机制砂、碎石、60％水倒入搅拌机中搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和剩余40％的水、增效剂、减水剂进行搅拌1-2min，得到机制砂混凝土，对比例为不添加增强剂的机制砂混凝土。

实施例2

(1)将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将0.4％纳米CaCO₃加入到硬脂酸单甘油酯18％中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

(2)将三聚丙三醇20％、椰子油脂肪酸丙氨酸钠0.3％、十二烷基二甲基氧化胺0.1％、61.2％水混合，在50℃搅拌2h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌1h，得到机制砂混凝土增效剂；

(3)采用二次投料法按表2成分配制混凝土，将称量好的机制砂、碎石、60％水倒入搅拌机中搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和剩余40％的水、增效剂、减水剂进行搅拌1-2min，得到机制砂混凝土。

实施例3

(1)将机制砂混凝土增效剂按各原料所占质量百分比称取原料，将0.5％纳米CaCO₃加入到三硬脂酸甘油酯20％中并超声分散，制得纳米CaCO₃分散液；

(2)将三亚乙基四胺25％、椰子油脂肪酸丙氨酸钠0.6％、十二烷基二甲基氧化胺0.3％、53.65％水混合，在60℃搅拌2.5h，然后加入上述纳米CaCO₃分散液，继续搅拌1.5h，得到机制砂混凝土增效剂；

(3)采用二次投料法按表2成分配制混凝土，将称量好的机制砂、碎石、60％水倒入搅拌机中搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和剩余40％的水、增效剂、减水剂进行搅拌1-2min，得到机制砂混凝土。

对比例

混凝土成分与实施列1相同，以不掺入增效剂的机制砂混凝土为对比例。

需要注意的是，所有实施例和对比例中，水泥所减少的用量，相应添加至砂和碎石的用量中，以避免由于机制砂混凝土整体质量不一致而导致性能测试结果不同；另外，所有实施例和对比例中均同时加入市售聚羧酸盐系高性能减水剂，其中，减水剂的固含量为13％，添加量为水泥、粉煤灰和矿粉总质量的2.0％。

表1各实施例中机制砂混凝土的配合比(单位：kg/cm³)

	水泥	粉煤灰	矿粉	砂	碎石	水	增效剂	减水剂
									对比例	435	30	30	900.15	864.85	170	0	9.9
实施列1	435	30	30	900.15	864.85	170	2.97	9.9
									实施列2	395	30	30	920.55	884.45	153	2.73	9.1
实施列3	395	30	30	920.55	884.45	153	2.73	9.1

按照GB/T 50080-2016普通机制砂混凝土拌合物性能试验方法，分别测试各实施例及对比例中机制砂混凝土的坍落度/扩展度、和易性以及抗压强度，结果如下：

表2各实施例中机制砂混凝土拌合物性能

由表1和表2可知，在同粉料的情况下增效剂对混凝土各项性能均有明显的改善作用，有效解决机制砂混凝土保水性、黏聚性和流动性较差的问题，有效改善机制砂混凝土易离析泌水等现象，提高机制砂混凝土泵送性、密实度和强度。可以减少同等级机制砂混凝土中水泥用量，在水泥用量降低的情况下保证机制砂混凝土强度不变甚至更高，提高机制砂混凝土耐久性，不仅降低机制砂混凝土成本，还可降低混凝土开裂的风险，具有良好的经济效益和社会效益。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，该混凝土的成分和配方如下：水泥395-435份；粉煤灰0-30份；矿粉0-30份；机制砂900.15-920.55份；碎石864.85-884.45份；外加剂9.1-9.9份；增效剂2.73-2.97份；水153-170份。

2.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5，28天抗压强度≥46MPa。

3.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述粉煤灰属Ⅱ级灰，0.045mm负压筛余≤25％，烧失量≤8.0％，需水量比≤105％，三氧化硫≤3.0％，游离氧化钙≤1.0％。

4.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述矿粉为S95矿粉，表观密度≥2.8g/cm³，比表面积为≥400m²/kg，流动度比≥95％，三氧化硫≤4.0％烧失量≤1.0％，氯离子≤0.06％，不溶物≤3.0％，玻璃体含量≥85％。

5.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述机制砂MB≤1.4，细度模数为2.8、机制砂底粉≤30.6％、含水量≤2.2％。

6.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述碎石粒径为5-31.5mm，表观密度≤2800kg/m³，堆积密度≤1700kg/m³，紧密堆积密度≤1800kg/m³，含泥量≤0.8％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤7.9％，压碎值指标≤7.3％。

7.根据权利要求1所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述增效剂组分包括增强剂18-25％、分散剂15-20％、纳米CaCO₃0.3-0.5％、起泡剂0.2-0.6％、稳泡剂0.06-0.3％以及水54-67％，掺量为水泥用量的0.4-0.8％。

8.根据权利要求7所述的使用增效剂的机制砂混凝土，其特征在于，所述纳米CaCO₃是平均粒径为60nm纳米的白色粉末，由电石渣制备得到。

9.一种使用增效剂的机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用二次投料法配置混凝土：即先将按各组分重量比称量好的机制砂、碎石、60％水倒入搅拌机中搅拌60s，再加入水泥、粉煤灰、矿粉和剩余40％的水、增效剂、减水剂进行搅拌1-2min，得到机制砂混凝土。