CN112225502A

CN112225502A - 一种超早强减水混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN112225502A
Application number: CN202011019370.1A
Authority: CN
Inventors: 铃木计夫; 张峻然
Original assignee: Qingdao Qingtai Construction Technology Co ltd
Current assignee: Qingdao Qingtai Construction Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-01-15

Abstract

本发明属于混凝土技术领域，特别涉及一种超早强减水混凝土及其制备方法。公开了包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为300～450kg/m³，单位细骨料量为699～853kg/m³，单位粗骨料量为947～979kg/m³，AE减水剂量为2.5～4.32kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为40‑60％，砂率为42.8～48.5％。本发明提供的混凝土龄期、成本、塌落度、空气量的变化、强度表现等性质表现较佳，早强水泥所造成的裂缝问题得到了一定的改善。

Description

一种超早强减水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，特别涉及一种超早强减水混凝土及其制备方法。

背景技术

影响混凝土龄期的因素问题，是近二三十年来建筑材料研究工作者一直关注的课题。在现浇钢筋混凝土结构施工中，混凝土浇筑后，在其强度达到拆模强度、设计标准强度等之前，其他作业的时间及工序需要等待。几十年如一日，这是公认的事情。另一方面，如果建筑结构主体采用钢结构施工的话，就完全没有必要考虑这个因素。在建设工程中，要想让混凝土龄期和钢材对等，是一个很大的课题。如果能够使混凝土略为超快达到强度，即消除“龄期约束”，混凝土施工的自由度就会很大，不但缩短了工期，还会促进相关施工技术的研发。实现这个大命题的基本方针，前提就是首先是混凝土的早强性，至少要超早强，即接近1天的龄期；再者就是改进后的混凝土的价格必须和普通混凝土差不多。

我们已经注意到巧妙解决这一问题的方法，虽然作为“早强流动化混凝土”暂且得到了应用(目前施工现场常用的混凝土)，混凝土最短龄期可达7天左右。但是现实问题是，对于塌落度、空气量的变化、强度表现等性质，以及使用早强水泥对裂缝性状的影响也是发明人需要考虑的问题，之后发明人开发出性能更好的高性能AE减水剂为契机，并协同混凝土的合适配方及用量重新进行了一系列基础实验，对混凝土裂纹的等影响也通过了实验检验，因为明确了更快龄期及更加安全为目标，本发明提供了一种“超早强减水混凝土”，正式地利用其同等价格下工期短的特性，更好地普及应用，使超早强减水混凝土的龄期、以及塌落度、空气量的变化、强度表现等性质，以及使用早强水泥对裂缝性状的影响达到了一个最佳的要求。

发明内容

为了解决现有技术中的混凝土龄期、成本、塌落度、空气量的变化、强度表现等性质表现不佳，以及早强水泥所造成的裂缝问题，本发明提供了一种超早强减水混凝土。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种超早强减水混凝土，包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为300～450kg/m³，单位细骨料量为699～853kg/m³，单位粗骨料量为947～979kg/m³，AE减水剂量为2.5～4.3kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为40-60％，砂率为42.8～48.5％。

本发明提供的早强硅酸盐水泥包括以下重量成分比重，氧化镁(MgO)≤5.0％，三氧化硫(SO₃)≤3.5％，强热减量≤5.0％，碱含量≤0.75％，氯化物≤0.02％；所述早强硅酸盐水泥控制比表面积为3300cm²/g；所述早强硅酸盐水泥的凝结时间为，始发45min以上，终结10h以下；所述早强硅酸盐水泥的压缩强度为1天10.0N/mm²以上，3天20N/mm²以上，7天32.5N/mm²以上，28天47.5N/mm²以上。

本发明提供的AE减水剂为木质素磺酸盐减水剂或环烷酸盐减水剂。优选的，所述AE减水剂的密度为1.02-1.15g/cm³，氯离子的含量(％)为0.03％，总碱量(％)为0.6-0.7％；所述AE减水剂的减水率≤18％，水分上升量比≤60％；所述AE减水剂的凝结时间差为始发-60～+90min，终结-60～+90min，所述压缩轻度比为7天龄期125％以下，28天龄期115％以下，长度变化比为110％；所述60min后的塌落度≤6.0cm，空气量为±1.5％以内。

本发明所述细骨料选自粒径小于5mm的除砂盐或细沙；所述粗骨料选自碎石，所述碎石的粒径大于等于5mm，其最大粒径尺寸为20mm、25mm或40mm。作为优选，所述细骨料的表面干燥比重为2.57-2.65，其粗粒率为2.70-2.81％，所述粗骨料的表面干燥比重为2.61-2.69，其粗粒率为6.62-6.8％。

本发明提供的超早强减水混凝土还包括空气量调整剂，所述空气量调整剂为非离子界面活性剂；所述非离子界面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯烷基胺。

本发明的另一个发明目的，是提供一种超早强减水混凝土的制备方法，用于制备如权利要求1-7任意一项所述的超早强减水混凝土，其特征在于，包括以下步骤：

1)骨料预处理按配比称取各原材料，将粗骨料、细骨料以及早强硅酸盐水泥进行混合并拌合均匀，混合搅拌，得预处理骨料；

2)混凝土制备先将AE减水剂、空气量调整剂用水稀释，并与水一起加入拌和料中进行搅拌，根据水灰比的用水量，逐步加水，所述预处理骨料继续搅拌，加入水搅拌至额定用水量，最后得到混凝土混合料，10℃～20℃自然环境下养护，得到超早强减水混凝土成品。

通过本发明制备方法制备的超早强减水混凝土，所述混凝土的塌落度为17.7-18.6cm，空气量为3.9-4.7％。

本发明提供了一种超早强减水混凝土及其制备方法，所述超早强混凝土采用“早强水泥(减少用量)+高性能AE减水剂+减低水灰比+调整骨料配比”的方法调配不同强度的混凝土。所得到的超早强混凝土3天便可达到所需强度，混凝土浇筑次日便可拆模，大幅度缩短工期；超早强混凝土的价格同普通混凝土的价格相同；另外，本发明提供的超早强减水混凝土抗裂缝能力较强，蠕动系数较小，在最大限度的裂纹性状态下，已明确至少与普通混凝土或早强混凝土同等，甚至比其优越；最终试验表明，各个指标均表明，本发明提供的混凝土无论从混凝土和钢筋应力，还是从裂缝宽度和挠度来看，本发明提供的混凝土都是安全的。

附图说明

图1为本发明所提供的硬化混凝土的累计温度与压缩强度之间的关系图；

图2为本发明所提供的硬化混凝土的累计温度与压缩强度关系图；

图3为周边框架的剪力墙壁厚10mm的壁试验体的形状图；

图4为混凝土墙试验体；

图5为设计基准强度的出现的材领与压缩强度之间的关系图。

具体实施方式

本发明公开了一种超早强减水混凝土及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1制备本发明所述的超早强减水混凝土

超早强减水混凝土包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为300kg/m³，单位细骨料量为699kg/m³，单位粗骨料量为947kg/m³，AE减水剂木质素磺酸盐减水剂量为2.5kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为40％，砂率为48.5％。

所述超早强减水混凝土的制备方法如下：

1)骨料预处理按配比称取各原材料，将所述粗骨料、细骨料以及早强硅酸盐水泥进行混合并拌合均匀，混合搅拌，得预处理骨料；

2)混凝土制备先将所述AE减水剂、空气量调整剂用水稀释，并与水一起加入拌和料中进行搅拌，根据水灰比的用水量，逐步加水，所述预处理骨料继续搅拌，加入水搅拌至额定用水量，最后得到混凝土混合料，15℃自然环境下养护，得到超早强减水混凝土成品。

实施例2制备本发明所述的超早强减水混凝土

超早强减水混凝土包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为450kg/m³，单位细骨料量为853kg/m³，单位粗骨料量为979kg/m³，AE减水剂环烷酸盐减水剂的量为4.32kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为60％，砂率为48.5％；

所述超早强减水混凝土的制备方法如下：

2)混凝土制备先将所述AE减水剂、空气量调整剂用水稀释，并与水一起加入拌和料中进行搅拌，根据水灰比的用水量，逐步加水，所述预处理骨料继续搅拌，加入水搅拌至额定用水量，最后得到混凝土混合料，20℃自然环境下养护，得到超早强减水混凝土成品。

实施例3制备本发明所述的超早强减水混凝土

超早强减水混凝土包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料、聚烷基二醇类化合物和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为380kg/m³，单位细骨料量为776kg/m³，单位粗骨料量为963kg/m³，AE减水剂木质素磺酸盐减水剂量为3.41kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为50％，砂率为45.6％。

所述超早强减水混凝土的制备方法如下：

2)混凝土制备先将所述AE减水剂、空气量调整剂用水稀释，并与水一起加入拌和料中进行搅拌，根据水灰比的用水量，逐步加水，所述预处理骨料继续搅拌，加入水搅拌至额定用水量，最后得到混凝土混合料，20℃自然环境下养护，得到超早强减水混凝土成品。实施例1-3制备方法制备得到的混凝土的塌落度为17.7-18.6cm，空气量为3.9-4.7％。

在具体的实施例中，超早强减水混凝土的配方需满足如下要求：

早强硅酸盐水泥

(1)表面积比3300cm²/g，

(2)凝结时间：始发45min以上，

终结10h以下

(3)安定性：填充法，良好

通配器法，10mm以下

(4)压缩强度(N/mm²)：1天(10.0以上)，3天(20.0以上)，

7天(32.5以上)，28天(47.5以上)

(5)化学成分(％)：氧化镁(MgO)，5.0以下

三氧化硫(SO3)，3.5以下

强热减量，5.0以下

全碱，0.75以下

氯化物离子，0.02以下

高性能AE减水剂

(1)主要为：木质素磺酸盐减水剂或环烷酸盐减水剂

(2)密度范围(g/cm³，20℃)：1.02～1.15

(3)氯化离子含量(％):0.03[0.00kg/m3]

(4)总碱量(％):0.6～0.7[0.02kg/m3]

AE减水剂的性能指标

(1)减水率(％)：18以下

(2)水分上升量比(％)：60以下

(3)凝结时间差(分)：始发，-60～+90

终结，-60～+90

(4)压缩轻度比(％)：7天龄期，125以下

28天龄期，115以下

(5)长度变化比(％)：110以下

(6)对冻结熔化的抵抗性(相对动态弹性模量％)：60以下

(7)时变动量(60分钟后)：塌落度(cm)，6.0以下

空气量(％)，±1.5以内

所述细骨料选自粒径小于5mm的除盐砂或细沙；所述粗骨料选自碎石，所述碎石的粒径大于等于5mm，其最大粒径尺寸为20mm、25mm或40mm。具体的针对不同的构件，粗骨料最大尺寸的选定如下：

在没有障碍的范围内尽量选择大的。

(1)对于钢筋混凝土构件：构件最小尺寸的1/5、钢筋最小空隙的3/4及不能超过混凝土保护层厚度的3/4。此外，一般情况下为20mm或25mm，断面大的不能超过40mm。

(2)对于无筋混凝土构件：不得超过40mm或构件最小尺寸的1/4

(3)预制工厂的混凝土：在40mm以下，不应超过工厂产品最小厚度的2/5以下，且不应超过钢材最小空度的4/5。

(4)结构条件：

最小截面尺寸在1000mm以上，且钢材的最小空隙及混凝土保护层厚度的3/4＞40mm时，选定标准值为40mm

上记以外的情况，选定标准值为20mm或25mm

柱、梁、板、墙构件：选定20mm、25mm

基础：选定20mm、25mm、40mm

所述细骨料的表面干燥比重为2.57-2.65，其粗粒率为2.70-2.81％，所述粗骨料的表面干燥比重为2.61-2.69，其粗粒率为6.62-6.8％。

本发明提供的超早强减水混凝土的性能测试的实施例如下：

1)混凝土的基础状态影响因素分析

(1)新鲜混凝土的性质

关于塌落、起泡、凝结性状等经期变化的实验结果，首先是衰落经期几乎没有变化，其次是起泡现象是普通混凝土的一半左右，而凝固比普通水泥的情况要早1小时(20℃)～2小时(10℃)。另外，空气量和塌落一样，几乎没有时间变化。

(2)硬化混凝土的性质

图1所示是累计温度与压缩强度之间的关系，如果W/C为40-50％，20℃的温度下，可以在2～3天内轻松获得设计基准强度的210kgf/cm²。

图2是为了调查结构体产生裂缝的基本倾向。表1即所示各种性状的比较。图2和表1显示，超早强减水混凝土的主要原因是干燥收缩量小、强度快等，但可以推测出裂缝性状比普通混凝土更加有利。

表1混凝土形状比较

	普通混凝土	超早强混凝土
			自由干燥收缩比	1.0	0.9
裂缝发生时材龄(干燥材龄)	21日(14日)	29日(22日)
			裂缝发生时的裂缝况度	0.2mm	0.12

2)混凝土抗裂缝性

一般来说，跟普通混凝土相比，早强混凝土的水泥颗粒细，干燥收缩量大，所以在实际结构体上容易产生裂缝，也就是说，与裂缝有关的问题也很多。

(1)使用材料及调配

表2表示了3种混凝土的调配。水灰比均为50％，但超早强减水混凝土(H-SP)的水泥量C和单位水量W都较小。作为使用材料，细骨料是除盐砂、细砂、粗骨料最大粒径为20mm的碎石。注：使用混合剂在同表的注中表示。

(2)试验体

图3中所示为周边框架的剪力墙壁厚10mm的壁试验体的形状。尺寸及周边框架的配置状况(墙壁为无筋)，还有变位测量位置等。试验体数为表2所示的各配比各1个，合计3个。

表2混凝土配比

注：H.AE和N.AE为脂肪酸系AE减水剂；H.SP为木质素磺酸盐减水剂。

(3)墙壁出现裂纹的状况

图4所示为试验体N-AE和H-SP的实验结果。该图显示了各试验体壁面内的裂纹发生状况以及壁面内各点的裂纹宽度的状况。其结果是：

(1)裂纹发生日期

早强混凝土C(35天)＜普通·超早强混凝土C(47天)

(2)裂纹宽度

在裂纹宽度上，我们希望早强普通混凝土C＜超早强混凝土C(1∶0.89)，这与单轴拘留测试结果也定性一致。

因此，超早强减水混凝土的蠕变系数较小，但由于干燥收缩量较小、拉伸强度足够高等原因，在最大限度的裂纹性状态下，已明确至少与普通混凝土或早强混凝土同等，或者比其优越。

3)结构设计的影响

超早强减水混凝土就如原理所述，设计基准强度要在材龄2-3日获得的调配强度基础上做更高强度的调配。通常RC构件的设计标准强度在200-300kgf/cm²，而超早强混凝土的强度是400500kgf/cm²左右，所以估计近两倍强度。

(1)对于长期设计

(1.1)混凝土和钢筋的应力

对中心受压RC柱截面进行了调查，杨氏系数比n如表3所示，应力见表4。这些结果是与高强度普通混凝土的比较。在超早强减水混凝土中，蠕变变形较小，一般情况下是普通水泥的60％-70％左右。即使在弯曲构件的情况下也与上述没有太大的差别，即使混凝土的实际强度比设计基准强度大得多，从钢筋和混凝土的应力的观点来看，也可以知道是相同程度或者以下，即是安全的。

表3压缩强度与蠕变及n值

注)^＊

表4混凝土和钢筋对应力的强度与弹性系统比的影响(中心轴压柱)

(1.2)裂纹宽度

按照日本建筑学会PRC准则规定，通过裂纹幅度计算公式研究的结果表明，裂纹幅度计算值相当小。

另外，加载后也会因蠕变、干燥收缩而使裂纹宽度W增大，以下是3个增大原因，即，

①压缩侧混凝土的蠕变

②拉伸钢筋和混凝土的粘着丧失

③裂缝间的混凝土干燥收缩，由于混凝土强度大而变小，所以卸载后的裂纹宽度也比低强度的情况增加量小。

(1.3)挠度

加载时的挠度及长期挠度均因混凝土强度的增加，杨氏系数的增大、蠕变、干燥收缩量的减少、裂纹宽度的减少等而减少。

(2)对于终局设计

终局弯曲力矩随着强度的增强，应力中心距离变大，相应地增加。截面韧性方面，如果Fc变大，则钢筋系数q变小，因此增加后成为安全的。

4)结构设计的影响

(1)利用超早强减水混凝土的优点

表5是从使用传统混凝土和使用超早强减水混凝土的情况和各种各样的观点进行比较后得出来的，将拥有很多实施例的长谷工业股份有限公司制作的表进行了部分补充修改而成。如该表所示，从各点可以推测出与原有混凝土的工程相比，有利性被认可，成本栏中记述的1000日元/m³前后的成本提高也基本上不会成为问题。但是，其成本也如“原理”中所述，作为材料费，既可以减少最高的早强水泥量来抑制成本的提高，而且如果该混凝土更加一般化、被大量使用，调配也可以规格化的话，就可以变成跟普通混凝土一样的价格。

表5各种项目的对比

(2)从有效利用这种混凝土的观点来看，主要考虑以下3种利用方法：

(2.1)用于建筑物全层

在这种情况下，需要将模板工程、配筋工程等全部工序统一到混凝土的超早强度上，进行系统化管理。

(2.2)用于建筑结构最上部的2、3层

在这种情况下，在更下层保留2、3层脚手架，继续采用现有的施工方法，节约上部2层左右的“混凝土的强度等待”时间，给最后的赶工期提供了余地。

(2.3)用于基础部分

特别是在住宅基础上，浇筑后几乎没有等待的天数。

(3)超早强减水混凝土的利用例子

表6显示了选择的4栋房子的规模、所在地、目的、效果等。其中A和D是上述(1)的使用方法，B是(2)的使用方法。另外，C是用于1、2层垂直部件，尝试早期脱模冬季大型框架的部件。

表7中表示了使用骨材的各种性质，表8中表示了配比和试验结果的一部分，这些单位水量为170-180kg/m³，单位水泥量为315-346km/m³，与普通混凝土相比较少，另外作为水灰比52-55％，可以获得约20cm的塌落度，强度也可以确保预定的脱模强度·设计标准强度，4周强度可以达到400-500kg/m³。

表6已建成的建筑物概要

表7适用骨料的特性

表8混凝土原料配比及实验结果

图5所示的是设计基准强度的出现状况的一个例子。

关于超早强减水混凝土的目的是缩短工期的问题，对于RC结构的7层建筑、与传统的现场浇筑施工方法的D建筑相比，各层的施工速度缩短到16-9天，全工期298天的工程缩短到219天完成，相差约合80天。

另外，作为用于建筑结构最上部的2、3层的情况的例子，比较了按照日本建筑学会的超早强水泥混凝土标准，以在最上2层的使用的情况作比较，只用2层的话，80天的工期缩短为64天。

本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种超早强减水混凝土，其特征在于：包括以下组分，早强硅酸盐水泥、AE减水剂、粗骨料、细骨料和水；所述混凝土的单位水量180kg/m³，单位水泥量为300～450kg/m³，单位细骨料量为699～853kg/m³，单位粗骨料量为947～979kg/m³，AE减水剂量为2.5～4.3kg/m³，所述混凝土的水灰比(w/c)为40-60％，砂率为42.8～48.5％。

2.如权利要求1所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述早强硅酸盐水泥包括以下重量成分比重，氧化镁(MgO)≤5.0％，三氧化硫(SO₃)≤3.5％，强热减量≤5.0％，碱含量≤0.75％，氯化物≤0.02％；所述早强硅酸盐水泥控制比表面积为3300cm²/g；所述早强硅酸盐水泥的凝结时间为，始发45min以上，终结10h以下；所述早强硅酸盐水泥的压缩强度为1天10.0N/mm²以上，3天20N/mm²以上，7天32.5N/mm²以上，28天47.5N/mm²以上。

3.如权利要求1所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述AE减水剂为木质素磺酸盐减水剂或环烷酸盐减水剂。

4.如权利要求3所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述AE减水剂的密度为1.02-1.15g/cm³，氯离子的含量(％)为0.03％，总碱量(％)为0.6-0.7％；所述AE减水剂的减水率≤18％，水分上升量比≤60％；所述AE减水剂的凝结时间差为始发-60～+90min，终结-60～+90min，所述压缩轻度比为7天龄期125％以下，28天龄期115％以下，长度变化比为110％；所述60min后的塌落度≤6.0cm，空气量为±1.5％以内。

5.如权利要求1所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述细骨料选自粒径小于5mm的除盐砂或细沙；所述粗骨料选自碎石，所述碎石的粒径大于等于5mm，其最大粒径尺寸为20mm、25mm或40mm。

6.如权利要求5所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述细骨料的表面干燥比重为2.57-2.65，其粗粒率为2.70-2.81％，所述粗骨料的表面干燥比重为2.61-2.69，其粗粒率为6.62-6.81％。

7.如权利要求4所述的超早强减水混凝土，其特征在于：所述混凝土包括空气量调整剂，所述空气量调整剂为非离子界面活性剂；所述非离子界面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯烷基胺。

8.一种超早强减水混凝土的制备方法，用于制备如权利要求1-7任意一项所述的超早强减水混凝土，其特征在于，包括以下步骤，

9.如权利要求8所述的制备方法制备的超早强减水混凝土，所述混凝土的塌落度为17.7-18.6cm，空气量为3.9-4.7％。