CN111960740A - 水下自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下自密实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分：粗骨料720‑750份，细骨料450‑500份，水泥500‑540，水200‑240份，多孔微珠140‑155份，成膜剂13‑15份，增稠剂35‑55份，其中，增稠剂包括萜烯‑酚醛树脂乳液、环氧树脂和β‑萜烯树脂。本发明提供的水下自密实混凝土及其制备方法既具有较高的流动性，具有自密实的作用，提高密实度和强度，又能在水下浇筑、不易分散。

Description

水下自密实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，它涉及一种水下自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。

授权公告号为CN106145834A的发明专利申请公开了一种自密实混凝土，包括以下重量份的组分：水泥100份，复合掺和料38-50份，陶砂80-120份，碎石150-250份，复合外加剂1.3-2.05份，水25-30份；其中，复合参合料包括石灰石25-35份，粉煤灰13-15份；复合外加剂的原料包括萘系高效减水剂、葡萄糖酸钠、麦芽糖环糊精、增塑剂。该发明通过复合外加剂、复合掺和料与水泥、水陶砂、碎石按照合适比例相互配合，有效降低水泥颗粒之间的摩擦力，在降低混凝土用水量的同时，大幅提高了流动性。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有在应用到浇筑水下工程时，如果与水直接接触，水的冲刷会使水泥浆与骨料分离，造成部分水泥浆流失，剩余水泥浆中的水泥长时间在水中处于悬浮状态，当这些水泥下沉时已经凝固，失去了与骨料胶结的能力，不符合水下工程技术要求。

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水下自密实混凝土，既具有较高的流动性，具有自密实的作用，提高密实度和强度，又能在水下浇筑、不易分散。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种水下自密实混凝土，其特征在于，包含以下重量份的组分：粗骨料720-750份，细骨料450-500份，水泥500-540，水200-240份，多孔微珠140-155份，成膜剂13-15份，增稠剂35-55份，其中，增稠剂包括萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂。

通过采用上述技术方案，粗骨料和细骨料作为基本骨料，通过水泥与水反应成的凝胶物质粘接在一起作为强度支撑。增稠剂采用萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂复配，可以通过长碳链上的一些活性官能团可以吸附在分散体系的水泥颗粒上，在水泥颗粒之间起到了纵横交叉的吸附网，拉动颗粒收拢，既使得混凝土不易受到外界水的冲洗而分散，能够在水中浇筑；还能拉动颗粒互相靠近运动，从而提高混凝土的自密实性，从而提高混凝土密实性。

增稠剂与多孔微珠进行复配，利用多孔微珠的滚珠效应，减小混凝土流动时的摩擦力，弥补增稠剂带来的粘黏阻力，在减小混凝土在水中分散的可能性的同时维持混凝土拌合物的流动性。

成膜剂在表面粘接形成一层防水膜，进一步减小水进入混凝土内部使得混凝土内部被冲散的可能性。

进一步地，所述多孔微珠的孔隙中灌封有硬化剂，多孔微珠的表面包覆有一层薄膜，组合物中还包括能够溶解薄膜的有机溶剂8-12份。

通过采用上述技术方案，混凝土组合物在拌和时，硬化剂封存在多孔微珠中，有机溶剂与多孔微珠表面的薄膜尚未反应，因此硬化剂不能与增稠剂接触，使得混凝土流动性大，便于施工，同时，混凝土浇筑到水中的初期由于良好的流动性，内部还能够运动，进行自密实。混凝土浇筑到水中后，有机溶剂与多孔微珠表面的薄膜反应完全，使得薄膜穿孔，进而将多孔微珠内的孔隙露出，使得多孔微珠内的硬化剂能够溢流出，硬化剂溢流出后与混凝土内的增稠剂反应，两液相混硬化，促进混凝土凝固，提高混凝土承受水压的能力，减小混凝土浇筑后受到较强的水压而坍塌、分散的可能性。

进一步地，所述多孔微珠为玻璃微珠。

通过采用上述技术方案，玻璃微珠具有质轻、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，其表面经过特殊处理具有亲油憎水性能，不易包覆水泥，减小水泥包覆阻挡硬化剂流出的可能性，非常容易分散于混凝土体系中，有利于将搅拌均匀，制得的混凝土强度较高、性能稳定。

进一步地，所述薄膜为虫胶薄膜，有机溶剂包括添加比为1：(5％-10％)的丙酮和水。

通过采用上述技术方案，虫胶粘着力强，耐油、耐酸，对人无毒、无刺激，在多孔微珠表面形成稳定的薄膜，不溶于水，不易磨损破裂。但能很好的溶解在1：(5％-10％)的丙酮和水混合液中，从而释放硬化剂，与增稠剂复配，促进混凝土凝固。

进一步地，所述成膜剂为丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂。

通过采用上述技术方案，丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂与增稠剂互溶性良好，能够在拌和物中均匀分散。

进一步地，所述增稠剂中萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂的添加比为(3-8)：(15-20)：(1-4)。

通过采用上述技术方案，上述添加比的增稠剂具有良好的黏滑性的，有利于混凝土的流动性；同时，对水泥颗粒的吸附性好，有利于混凝土的自密实性。

进一步地，所述粗骨料为5-25mm连续级配的碎石，细骨料为二区机制中砂。

通过采用上述技术方案，细骨料对粗骨料的填充度高，细骨料与粗骨料互相抱合，提高混凝土的密实性和强度。

本发明的第二个目的在于提供上述水下自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：

s1、将萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂混匀，得到增稠剂备用；

s2、将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；

s3、将水泥和多孔微珠混匀，加入水搅匀，得到凝胶混合物；

s4、在搅拌下依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中，搅拌均匀，得到水下自密实混凝土。

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，减小由于凝胶物质的粘黏而分布不均。骨料在混凝土中分散均匀，有利于在混凝土流动进行自密实时，各部分运动均衡，减小由于局部骨料分散不均而造成重量不均，从而使得混凝土自密实过程局部坍塌的可能性。

先将凝胶混合物加入混匀，避开增稠剂的粘黏，使得水泥颗粒分布均匀，然后加入增稠剂拉动水泥颗粒收拢，便于施工。在其他组分混匀并粘黏后，最后加入成膜剂在表面粘接形成一层防水膜，减小水进入混凝土内部使得混凝土内部被冲散的可能性，而又不会进入混凝土内部妨碍内部组分之间的粘黏和互相作用。

进一步地，所述s3步骤中，首先将多孔微珠浸泡到硬化剂中4h后，捞出迅速进行急冻8h，然后取出并浸入膜包覆剂中混匀，捞出烘干，得到表面包覆有薄膜层的多孔微珠，将表面包覆有薄膜层的多孔微珠与水泥混合均匀，得到凝胶混合物；s4步骤中，依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中搅拌均匀后，在浇筑前将有机溶剂加入混匀。

通过采用上述技术方案，先将多孔微珠浸泡到硬化剂中，使得硬化剂灌满多孔微珠的孔隙，为了减小多孔微珠孔隙中的硬化剂在包覆薄膜过程溢流出，因此首先将其捞出后迅速急冻，在多孔微珠表面迅速形成冰壳，阻挡多孔微珠孔隙中的硬化剂流出，同时孔隙中的硬化剂结冰失去流动性。然后浸入膜包覆剂中混匀，在多孔微珠表面冰壳融化前，再次在多孔微珠表面形成了薄膜，在冰壳和硬化剂融化后，薄膜继续起到阻挡硬化剂流出的作用。

最后加入有机溶剂，使得在将多孔微珠加入骨料混合物中混匀、拌合过程中，硬化剂不会流出，拌合过程混凝土的流动性好，施工性能强。再将有机溶剂加入后，开始将混凝土浇筑到水中，由于有机溶剂与多孔微珠表面的薄膜反应需要时间，因此，浇筑初期，没有大量流出硬化剂，混凝土流动性好，能够进行自密实；经过一段时间后，有机溶剂将多孔微珠表面的薄膜溶解，多孔微珠孔隙内的硬化剂大量流出与增稠剂接触反应，促进混凝土硬化，提高混凝土抵挡水压的能力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.增稠剂采用萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂复配，可以通过长碳链上的一些活性官能团可以吸附在分散体系的水泥颗粒上，在水泥颗粒之间起到了纵横交叉的吸附网，拉动颗粒收拢，既使得混凝土不易受到外界水的冲洗而分散，能够在水中浇筑；还能拉动颗粒互相靠近运动，从而提高混凝土的自密实性；

2.成膜剂在表面粘接形成一层防水膜，进一步减小混凝土内部在是水中分散的可能性；将硬化剂灌封在多孔微珠中后和增稠剂分开加入混凝土中，控制硬化剂和增稠剂的接触时机，既能减小影响混凝土的混匀和自密实的可能性，又能在浇筑后快速促进混凝土凝固，减小由于水压而倒塌的可能性。

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

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2735kg/m³，堆积密度1642kg/m³，空隙率41％，含泥量0.6％，满足建筑用粗骨料的标准。

本申请的细骨料按照GB/T14684-2011《建筑用砂》检测，表观密度为2438kg/m³，松散堆积密度1373kg/m³，空隙率34％，含泥量0.6％。

实施例：

各实施例中的组分和配比如表2所示。

实施例1-实施例4的制备方法如下：

s1：按表2的配比，将萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂混合，利用搅拌器混匀，得到增稠剂备用；

s2：按表2的配比，通过搅拌器将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；

s3：按表2的配比，通过搅拌器将水泥和多孔微珠混匀，加入水搅匀，得到凝胶混合物；

s4：按表2的配比，通过搅拌器在搅拌下依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中，搅拌均匀，得到水下自密实混凝土。

实施例5-7的制备方法与实施例1的区别之处在于：

s3步骤中，首先按表2的配比将玻璃微珠完全浸泡到硬化剂中4h后，用滤网捞出迅速放入冰柜中在(-16)℃下进行急冻8h，然后取出并完全浸入虫胶溶液中混匀，用滤网捞出在45℃下烘干，得到表面包覆有虫胶薄膜层的玻璃微珠，通过搅拌器将表面包覆有虫胶薄膜层的玻璃微珠与水泥混合均匀，得到凝胶混合物；

s4步骤中，按表2的配比，依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中，通过搅拌器搅拌均匀后，在浇筑前将有机溶剂加入，通过搅拌器混匀，得到水下自密实混凝土。

对比例

各对比例所制得水下自密实混凝土的组分和配比如表3所示。

表3各对比例中水下自密实混凝土的组分和配比

对比例1与实施例2制备方法的区别之处在于：s4步骤中未添加成膜剂。

对比例2与实施例2制备方法的区别之处在于：s4步骤中未添加增稠剂。

对比例3与实施例2制备方法的区别之处在于：s4步骤中，直接将通过搅拌器在搅拌下依次将凝胶混合物、增稠剂、成膜剂以及硬化剂加入骨料混合物中，搅拌均匀，得到水下自密实混凝土。

对比例4与实施例5制备方法的区别之处在于：

s4步骤中，在浇筑前不加入有机溶剂。

性能测试

以上实施例和对比例制备的水下自密实混凝土的性能测试方法如下：

1、按照DL/T5117―2000《水下不分散混凝土试验规程》测试制得的水泥流失率、28天强度和出机坍落度。

2、抗氯离子渗透性能：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中库伦法或电量法，在60V的外加电场下，每隔30min测量一次通过试件的电流值，试验持续6h，然后测定通过混凝土试件的导电量，以测试标准试块的抗氯离子渗透性能。

以上各实施例制得的水下自密实混凝土的性能测试结果如表4所示。

表4各实施例制得的水下自密实混凝土的性能测试结果

以上各对比例制得的水下自密实混凝土的性能测试结果如表5所示。

表5各对比例制得的水下自密实混凝土的性能测试结果

由以上数据可知：

由实施例1-2的数据可以看出，成膜剂的添加量对导电量(密实性)影响较大，成膜剂在混凝土表面和内部形成防水的粘弹性薄膜，将混凝土内部的通道阻断，从而实现提高混凝土的密实性。

由实施例2-3的数据可以看出，增稠剂的含量增加有利于减小水泥流失率，但由于粘黏性增加，对流动性不利，使得坍落度减小，不便于搅拌均匀。

由实施例2和实施例4相比可以看出，增稠剂的组分含量变化对水泥流失率和流动性有影响。

由实施例5与实施例2相比可以看出，硬化剂在混凝土浇筑后溢出玻璃微珠与混凝土内的增稠剂接触反应，对混凝土出机的流动性影响小，便于施工；混凝土浇筑后，硬化剂流出并与增稠剂接触反应，促进混凝土固化，使得混凝土强度增加、抗渗性提高。

由实施例6和实施例5对比可以看出，有机溶剂的添加量在一定范围内增加，有利于提高玻璃微珠表面虫胶薄膜溶解，从而加入释放玻璃微珠内的硬化剂，提高硬化速率，从而降低水泥流失率。

由实施例7和实施例5相比可知，有机溶剂中丙酮的含量变化会影响有机溶剂与虫胶薄膜的反应速率，丙酮在一定范围内增加时，对混凝土强度、密实性和水泥流失率有一定的影响。

由对比例1和实施例2相比可知，没有成膜剂时，混凝土坍落度有所降低，混凝土的强度降低，骨料分布均匀度下降，表明黏滑性的成膜剂能够减小混凝土之间的摩擦力。同时，混凝土的导电率和水泥流失率增加，表明成膜剂在混凝土内部和表面粘接形成防水膜，减小水进入混凝土内部使得混凝土内部被冲散的可能性。

由对比例2与实施例2相比可知，没有增稠剂的粘黏作用时，混凝土的坍落度和水泥流失率增大；强度降低但导电率增大，可见，缺乏增稠剂在水泥颗粒之间拉动颗粒收拢并拉动颗粒互相靠近运动，混凝土的自密实性降低。

由对比例3和实施例5相比，不将硬化剂灌封到玻璃微珠中而直接拌和到混凝土中，硬化剂直接与增稠剂接触反应，促进混凝土硬化，使得混凝土的出机坍落度大幅减小。由于混凝土硬化太快，骨料等来不及分布均匀，造混凝土强度降低，并且来不及自密实，使得混凝土的密实性降低。增稠剂和硬化剂提前反应，降低了混凝土的拉拢作用，使得混凝土的在水中易分散，因此，水泥流失率增大。

对比例4与实施例5相比可知，未添加有机溶剂时，玻璃微珠内的硬化剂被虫胶薄膜包覆，难以流出与增稠剂反应，因此，硬化几乎不能发挥作用，使得制得的混凝土性能与实施例2相近。

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 (10)

1.一种水下自密实混凝土，其特征在于，包含以下重量份的组分：粗骨料720-750份，细骨料450-500份，水泥500-540，水200-240份，多孔微珠140-155份，成膜剂13-15份，增稠剂35-55份，其中，增稠剂包括萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂。

2.根据权利要求1所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述多孔微珠的孔隙中灌封有硬化剂，多孔微珠的表面包覆有一层薄膜，组合物中还包括能够溶解薄膜的有机溶剂8-12份。

3.根据权利要求1所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述多孔微珠为玻璃微珠。

4.根据权利要求2所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述薄膜为虫胶薄膜，有机溶剂包括添加比为1：（5%-10%）的丙酮和水。

5.根据权利要求1所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述成膜剂为丙烯酸树脂聚氨酯共聚树脂。

6.根据权利要求1所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述增稠剂中萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂的添加比为（3-8）：（15-20）：（1-4）。

7.根据权利要求1所述的水下自密实混凝土，其特征在于，所述粗骨料为5-25mm连续级配的碎石，细骨料为二区机制中砂。

8.如权利要求1所述的水下自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、将萜烯-酚醛树脂乳液、环氧树脂和β-萜烯树脂混匀，得到增稠剂备用；

s2、将粗骨料和细骨料混合均匀，得到骨料混合物；

s3、将水泥和多孔微珠混匀，加入水搅匀，得到凝胶混合物；

s4、在搅拌下依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中，搅拌均匀，得到水下自密实混凝土。

9.根据权利要求8所述的水下自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述s3步骤中，首先将多孔微珠浸泡到硬化剂中4h后，捞出迅速进行急冻8h，然后取出并浸入膜包覆剂中混匀，捞出烘干，得到表面包覆有薄膜层的多孔微珠，将表面包覆有薄膜层的多孔微珠与水泥混合均匀，得到凝胶混合物；s4步骤中，依次将凝胶混合物、增稠剂和成膜剂加入骨料混合物中搅拌均匀后，在浇筑前将有机溶剂加入混匀。

10.根据权利要求9所述的水下自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述s3步骤中，多孔微珠为玻璃微珠，膜包覆剂为虫胶溶液；s4步骤中，有机溶剂为1：（5%-10%）的丙酮和水混合液。