CN112174562A - 一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备方法 - Google Patents

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夏强
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Abstract

本发明提供了一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物，它由以下重量百分比的原料组成：无机纳米矿物材料1.5～3.0％、微硅粉15～30％、粉煤灰微珠20～40％、矿粉20～40％、膨胀剂15～30％、超分散剂0.015～0.045％、新戊二醇3～6％、磷酸三丁酯0.002～0.004％。本发明还提供了上述多功能掺合料组合物的制备方法。本发明旨在通过不同功能组分的合理配伍，集粒子尺寸效应、表面效应、晶核效应、级配效应、滚珠轴承效应等作用于一体，以提高混凝土的早、后期强度，降低混凝土的塑性黏度，减少硬化混凝土表面的气泡面积，改善混凝土的体积稳定性，为解决高强混凝土的诸多缺陷提供了新的方法途径。

Description

一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及到一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备方法与应用。
背景技术
随着时代的进步、社会的快速发展以及技术的全面革新，混凝土建筑物呈现出新的结构形式和体系，并朝着大型化、高层化方向发展。这些建筑物对混凝土的施工性能、力学性能、耐久性能等有了更高的技术要求，然而，传统的混凝土技术已无法满足目前现代社会工程建设的需要，基于目前混凝土技术的不断发展以及社会经济对混凝土工程技术发展的强烈需求，高与超高强混凝土的出现及应用满足了在高层结构、大跨体系、侵蚀环境中等场合的要求。因此，高强混凝土的研究意义重大，且已成为水泥基复合材料发展的重要方向之一。
目前，为了使混凝土达到高与超高强等级，一般采用增加胶凝材料总量、提高细掺合料用量及降低水胶比等措施，这必将导致混凝土拌合物出现黏度过大和流速过慢等问题，使得混凝土浇筑困难；高黏性高强硬化混凝土表面易于出现大气泡与气孔结构，严重影响混凝土外观质量的同时影响其力学性能，上述问题的存在严重制约了高与超高强混凝土的推广与应用。同时，由于高胶凝材料用量及低水胶比的特点易于导致高强混凝土早期开裂，其主要原因一是水化放热过于集中形成温度梯度而产生变形；二是高强混凝土水胶比小，水化引起的自干燥现象而产生收缩变形，使混凝土受到早期开裂的危险。
现有技术对于上述问题的解决办法主要以单一功能形式的外加剂来加以调控。为了降低混凝土黏度，提高其流动性，专利201510852628.9采用含羧基的单体、含支化型侧链的单体及含刚性环基团的单体以一定的摩尔比进行自由共聚反应而制备出降黏型聚羧酸超塑化剂，通过实施例可以看出，该降黏型超塑化剂引入的含气量相对较高，过高的含气量对高与超高强混凝土的强度发展不利，且含气量的提高本身就可降低高与超高强混凝土黏度。大量研究表明，不同矿物掺合料在混凝土中的作用机理不尽相同。因此，可以对上述高强混凝土所面临的缺陷问题开展深入的相关机理分析研究，利用不同矿物掺合料的协同叠加效应，研发一种多功能掺合料用于高强混凝土的配制以解决其性能缺陷问题具有广阔的应用市场前景。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题以及现有技术的不足提供了一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备与应用方法，解决的技术问题是：针对高胶凝材料用量、低水胶比下高强混凝土的高黏性、高收缩、早期强度发展慢、表面气泡多等诸多问题，本发明旨在通过不同功能组分的合理配伍，集粒子尺寸效应、表面效应、晶核效应、级配效应、滚珠轴承效应、膨胀时变效应及减缩效应等作用于一体，以提高混凝土的早、后期强度，降低混凝土的塑性黏度，减少硬化混凝土表面的气泡面积，改善混凝土的体积稳定性。基于上述功能的协同作用有效地解决高强混凝土的诸多缺陷，显著提高了其综合性能。
本发明是采用以下技术方案来实现的，一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：以重量百分数计，包括以下组分及配比：
Figure BDA0002735120990000021
所述无机纳米矿物材料为纳米碳酸钙与纳米水化硅酸钙的复合物，其复合重量百分比为1:0.6～1.5；
所述微硅粉的平均粒径为0.5～1.0μm，二氧化硅含量不低于92％；
所述粉煤灰微珠的平均粒径为2～5μm；
所述矿粉的28d活性指数不低于100％，平均粒径为10～15μm；
所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂和氧化镁类膨胀剂的混合物，两者按质量比例1:1混合；
所述超分散剂为马来酸酐酯化物或聚丙烯酸酯化物中任意一种或一种以上任意比例的混合物。
所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备方法，包括以下步骤：
(1)首先按重量比例称取无机纳米矿物材料与超分散剂，并将其置于干粉搅拌机内，将搅拌机速度调为每分钟100～200转并搅拌10～20分钟；
(2)然后按重量比例称取剩余原料，并将其置于步骤(1)所述干粉搅拌机内，将搅拌机速度调整为50～100转并搅拌10～30分钟，即可得到高强混凝土专用多功能掺合料组合物；
所述的高强混凝土专用多功能掺合料作为混凝土胶凝材料应用方法，其用量为混凝土胶凝材料总量的20～30％。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过不同功能组分的合理配伍，集粒子尺寸效应、表面效应、晶核效应、级配效应、滚珠轴承效应、膨胀时变效应及减缩效应等作用于一体，以提高混凝土的早、后期强度，降低混凝土的塑性黏度，减少硬化混凝土表面的气泡面积，改善混凝土的体积稳定性。基于上述功能的协同作用有效地解决高强混凝土的诸多缺陷，显著提高了高强混凝土的综合性能。
本发明利用无机纳米矿物材料的粒子尺寸效应、表面效应、晶核效应及粉体之间的级配效应的协同作用优化了混凝土浆体的孔结构，提高了胶凝材料的反应活性，促进了反应程度，提升了浆体密实度，最终提高了混凝土早、后期强度。
本发明利用多种超细粉体之间的级配效应，以置换出更多的游离水来提高水泥颗粒表面的水膜层厚度，同时辅之以滚珠轴承效应的协同作用，显著降低了高强混凝土的黏度。
本发明利用上述降粘技术方案及磷酸三丁酯的消泡协同效应，有效地减少了硬化高强混凝土表面气泡面积。
本发明利用膨胀剂的时变效应及新戊二醇的减缩效应的协同作用有效地降低了高强混凝土开裂的风险。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的内容，通过以下具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。本发明通过高强混凝土倒坍落度排空时间、硬化混凝土表面气泡面积百分比(混凝土表面气泡总面积与混凝土表面面积之比)、28d收缩率来对所制备的产品进行评价。
实施例1
一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备与应用方法，
各组成成分的质量百分比为：纳米碳酸钙1.5％、纳米水化硅酸钙1.5％、微硅粉15％、粉煤灰微珠30％、矿粉33.953％、氧化钙类膨胀剂7.5％、氧化镁类膨胀剂7.5％、马来酸酐酯化物0.045％、新戊二醇3％、磷酸三丁酯0.002％。用量为混凝土胶凝材料总量的30％。
实施例2
一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备与应用方法，
各组成成分的质量百分比为：纳米碳酸钙0.75％、纳米水化硅酸钙0.75％、微硅粉30％、粉煤灰微珠20％、矿粉22.481％、氧化钙类膨胀剂10％、氧化镁类膨胀剂10％、马来酸酐酯化物0.015％、新戊二醇6％、磷酸三丁酯0.004％。用量为混凝土胶凝材料总量的30％。
实施例3
一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物及其制备与应用方法，
各组成成分的质量百分比为：纳米碳酸钙1％、纳米水化硅酸钙1％、微硅粉20％、粉煤灰微珠25％、矿粉18.467％、氧化钙类膨胀剂15％、氧化镁类膨胀剂15％、马来酸酐酯化物0.03％、新戊二醇4.5％、磷酸三丁酯0.003％。用量为混凝土胶凝材料总量的30％。
实施效果
本发明制备的专用多功能掺合料组合物是针对高强混凝土的高黏性、高收缩及硬化混凝土表面气泡多的问题，对掺合料组合物进行了功能性设计，旨在能有效地降低高强混凝土的塑性粘度、收缩率及表面气泡面积百分比，改善高强混凝土和易性、体积稳定性及外观质量。
高强混凝土性能测试试验：试验采用信宁P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥，总胶材用量为560kg/m3，细度模数为2.8的天然砂用量为785kg/m3，粒径为5～20mm的连续级配碎石用量为1000kg/m3，拌合用水量为132kg/m3(含减水剂中的水)，且通过调整聚羧酸系高性能减水剂掺量控制混凝土扩展度为600±20mm。对比例1的胶凝材料组成为100％水泥、对比例2的胶凝材料组成为70％水泥+15％粉煤灰+15％矿粉、对比例3的胶凝材料组成为70％水泥+5％微硅粉+12.5％粉煤灰+12.5％矿粉。混凝土倒坍落度排空时间(t)试验将坍落度筒倒置，装满混凝土并抹平，迅速提起坍落度筒，用秒表记录混凝土排空时间，并以排空时间的长短来评价混凝土的黏性。混凝土28d收缩率(ε)试验依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中收缩试验的规定执行。硬化混凝土表面气泡面积百分比试验首先对硬化混凝土表面进行照片采集，然后采用Image-Pro-Plus图形分析软件对照片进行分析并计算出其气泡面积百分比(β)。试验结果见表1。
表1混凝土性能试验结果
Figure BDA0002735120990000051
虽然本发明列举了部分实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，例如对某份原料组分或工艺时间作增加或减少，但对产品的效果可能不会产生实质性影响，那么这种改动同样属于本申请的权利要求保护范围所界定的范围之内。

Claims (9)

1.一种高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：以重量百分数计，包括以下组分及配比：
Figure FDA0002735120980000011
2.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述无机纳米矿物材料为纳米碳酸钙与纳米水化硅酸钙的复合物，其复合重量百分比为1:0.6～1.5。
3.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述微硅粉的平均粒径为0.5～1.0μm，二氧化硅含量不低于92％。
4.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述粉煤灰微珠的平均粒径为2～5μm。
5.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述矿粉的28d活性指数不低于100％，平均粒径为10～15μm。
6.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂和氧化镁类膨胀剂的混合物，两者按质量比例1:1混合。
7.根据权利要求1所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物，其特征在于：所述超分散剂为马来酸酐酯化物或聚丙烯酸酯化物中任意一种或一种以上任意比例的混合物。
8.如权利要求1～7任一项所述高强混凝土专用多功能掺合料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先按重量比例称取无机纳米矿物材料与超分散剂，并将其置于干粉搅拌机内，将搅拌机速度调为每分钟100～200转并搅拌10～20分钟；
(2)然后按重量比例称取剩余原料，并将其置于步骤(1)所述干粉搅拌机内，将搅拌机速度调整为50～100转并搅拌10～30分钟，即可得到高强混凝土专用多功能掺合料组合物。
9.如权利要求1～8任一项所述的高强混凝土专用多功能掺合料组合物的应用方法，其特征在于：所述高强混凝土专用多功能掺合料作为混凝土胶凝材料应用，其用量为混凝土胶凝材料总量的20～30％。
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