CN112299771A - 一种超抗分散、抗离析混凝土及其制备方法与施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超抗分散、抗离析混凝土及其制备方法与施工工艺，涉及建筑材料技术领域。一种超抗分散、抗离析混凝土，包括以下混凝土原料：水泥80‑160份，水70‑150份，减水剂5‑12份，异戊烯醇聚氧乙烯醚1.5‑3.5份，2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸1.2‑2份；混凝土原料还包括混凝土粉料和改性海泡石纤维，混凝土粉料包括：碎石120‑200份，砂子250‑350份，粉煤灰150‑220份；改性海泡石纤维包括：海泡石纤维，硝酸镨和2‑羟乙基三甲基氯化铵。其具有抗裂性能好的优点。其制备方法包括以下步骤：混料和混凝土制备等。其制备方法具有可改善产品抗裂性能的优点。

Description

一种超抗分散、抗离析混凝土及其制备方法与施工工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种超抗分散、抗离析混凝土及其制备方法与施工工艺。
背景技术
泵送混凝土是需要用混凝土泵或泵车沿输送管运输和浇筑的混凝土拌合物，泵送混凝土施工方便，在大体积和高层建筑中被广泛使用。为了改善泵送混凝土的流动性，以便于用混凝土泵输送，泵送混凝土一般选用粒径较小的骨料，且一般会在泵送混凝土中添加一定量的小粒径粉煤灰。
CN107814524A公开了一种特细砂泵送混凝土的制备，其重量百分比为：特细砂130-200份，石灰石机制砂3-8份，中粗自然砂130-150份，粉煤灰90-110份，水泥42-80份，减水剂6-18份，水36-70份。该技术方案通过使用小粒径的粉煤灰和特细砂，提高了泵送混凝土的流动性，改善了产品和易性和可泵性。
针对上述相关技术，发明人认为，由于泵送混凝土制备过程中加入了大量的小粒径粉煤灰和特细砂，泵送混凝土粘度降低，容易发生离析和泌水的现象，影响混凝土均匀性，给泵送混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。
发明内容
为了改善泵送混凝土的抗裂性能，本申请提供一种超抗分散、抗离析混凝土及其制备方法与施工工艺。
第一方面，本申请提供一种超抗分散、抗离析混凝土，采用如下的技术方案：
一种超抗分散、抗离析混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥80-160份，水70-150份，减水剂5-12份，异戊烯醇聚氧乙烯醚1.5-3.5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.2-2份；所述混凝土原料还包括混凝土粉料和改性海泡石纤维，所述混凝土粉料包括以下重量份原料：碎石120-200份，砂子250-350份，粉煤灰150-220份；所述改性海泡石纤维主要由包括以下重量份的原料制成：海泡石纤维1.5-3.5份，硝酸镨0.3-0.8份，2-羟乙基三甲基氯化铵0.5-1.5份。
通过采用上述技术方案，本申请在混凝土中加入用硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵改性的改性海泡石纤维，海泡石纤维中含有层状孔道，在海泡石纤维改性过程中，镨离子进入海泡石纤维层状孔道中，将海泡石纤维层状孔道中的钠离子等阳离子置换出来，再通过过滤脱除游离态的钠离子等阳离子，镨离子进入层状孔道后撑大了海泡石纤维层状孔道的孔径，增大了比表面积，同时镨离子有助于提高层状孔道的稳定性，有利于有机铵离子进入层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子进入海泡石纤维层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子与海泡石纤维层上的硅羟基发生交联反应，显著提高了混凝土的触变性，在搅拌和泵送时具有优异的流动性，便于输送和施工，施工完成后具有很高的粘性，有助于防止重组份沉降，显著提高混凝土的抗离析性能，提高了混凝土均匀性，改善混凝土抗裂性能。而加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以与改性海泡石纤维上的硅羟基和2-羟乙基三甲基铵离子上的羟基发生交联反应，形成纤维状整体，有利于提高混凝土产品抗裂性能。而加入异戊烯醇聚氧乙烯醚有助于提高混凝土分散性，有利于水泥充分水化，有利于改性海泡石纤维上均匀分散在混凝土中，提高混凝土抗分散性，有助于改善混凝土产品机械性能。
优选的，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥100-140份，水100-120份，减水剂7-10份，异戊烯醇聚氧乙烯醚1.5-3.5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.2-2份，碎石120-200份，砂子280-320份，粉煤灰170-200份，海泡石纤维2-3份，硝酸镨0.3-0.8份，2-羟乙基三甲基氯化铵0.8-1.2份。更优的，水泥120份，水110份，减水剂8.5份，异戊烯醇聚氧乙烯醚2.5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.6份，碎石160份，砂子300份，粉煤灰185份，海泡石纤维2.5份，硝酸镨0.55份，2-羟乙基三甲基氯化铵1份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料配比，有利于改善混凝土各组分之间的相容性，提高混凝土各组分之间的粘附强度，有利于改善混凝土机械性能，延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述混凝土粉料还包括1.5-3重量份的聚乙二醇。
通过采用上述技术方案，在混凝土中加入一定量亲水性较好的的聚乙二醇，有利于提高混凝土各组分之间的相容性，提高混凝土抗分散性能，改善混凝土抗裂性能。
优选的，所述混凝土粉料还包括1-1.8重量份的羧丙基甲基纤维素醚。
通过采用上述技术方案，在混凝土中加入少量的羧丙基甲基纤维素醚，有利于提高混凝土保水功能，有助于水泥充分水化，改善混凝土抗裂性能。
优选的，所述改性海泡石纤维的制备方法为：将硝酸镨配制成质量浓度为3-5％的硝酸镨水溶液，加入海泡石纤维，加热至70-80℃反应180-300min，过滤，制得镨改性海泡石纤维；将2-羟乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为4-8％的2-羟乙基三甲基氯化铵水溶液，加入镨改性海泡石纤维，加热至65-85℃反应150-240min，过滤，将滤饼于80-120℃干燥150-200min，制得改性海泡石纤维。
通过采用上述技术方案，先将硝酸镨溶解在水中形成游离态镨离子，有利于镨离子进入海泡石纤维的层状孔道中，将钠离子等阳离子置换出来，再通过过滤脱除钠离子等阳离子；将2-羟乙基三甲基氯化铵溶解在水中形成游离态的2-羟乙基三甲基铵离子，有利于有机铵离子进入层状孔道中，有助于提高改性效果，更好地改善混凝土产品抗裂性能。
优选的，所述海泡石纤维的比表面积不小于260㎡/g。
通过采用上述技术方案，使用大比表面积的海泡石纤维，有利于吸附有机铵离子和镨离子，有利于提高改性效果，同时增大了改性海泡石纤维与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等组分的接触面积，更好地改善混凝土产品抗裂性能。
优选的，所述碎石的粒径为3.5-9mm，所述砂子的粒径不大于3.5mm，所述粉煤灰的粒径不大于100μm。
通过采用上述技术方案，使用粒径大小合适的混凝土原料，在保持优异和易性的基础上，提高混凝土各组分之间的粘结强度，更好地改善混凝土产品机械性能。
第二方面，本申请提供一种超抗分散、抗离析混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种超抗分散、抗离析混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1混料：按设定的比例称取混凝土粉料，加入改性海泡石纤维，混合均匀，制得粉料；
S2混凝土制备：按设定的比例称取水，以200-400转/分钟的转速搅拌，加入减水剂、异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌2-5min，再加入水泥，继续搅拌3-6min，制得超抗分散、抗离析混凝土。
通过采用上述技术方案，先将改性海泡石纤维与混凝土粉料、异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等物料混合均匀，最后再加入水泥，有利于改性海泡石纤维均匀分散在混凝土产品中，更好地改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
第三方面，本申请提供一种超抗分散、抗离析混凝土的施工工艺，采用如下的技术方案：
一种超抗分散、抗离析混凝土的施工工艺，包括以下步骤：按需要的形状大小安装模板，形成模具；将抗分散、抗离析混凝土用泵浇筑至模具中，用混凝土振动棒振实，养护不短于5天，拆除模板，完成施工。
通过采用上述技术方案，使用本申请公开的超抗分散、抗离析混凝土建造建筑物，在保持优异和易性的同时提高了混凝土机械性能，有助于延长建筑物使用寿命。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请在混凝土中加入用硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵改性的改性海泡石纤维，海泡石纤维中含有层状孔道，在海泡石纤维改性过程中，镨离子进入海泡石纤维层状孔道中，将海泡石纤维层状孔道中的钠离子等阳离子置换出来，再通过过滤脱除游离态的钠离子等阳离子，镨离子进入层状孔道后撑大了海泡石纤维层状孔道的孔径，增大了比表面积，同时镨离子有助于提高层状孔道的稳定性，有利于有机铵离子进入层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子进入海泡石纤维层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子与海泡石纤维层上的硅羟基发生交联反应，显著提高了混凝土的触变性，在搅拌和泵送时具有优异的流动性，便于输送和施工，施工完成后具有很高的粘性，有助于防止重组份沉降，显著提高了混凝土抗离析性能，提高了混凝土均匀性，改善混凝土抗裂性能；而加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以与改性海泡石纤维上的硅羟基和2-羟乙基三甲基铵离子上的羟基发生交联反应，形成纤维状整体，有利于提高混凝土产品抗裂性能；而加入异戊烯醇聚氧乙烯醚有助于提高混凝土抗分散性，有利于水泥充分水化，改善混凝土产品机械性能；
2.本申请通过采用加入聚乙二醇、加入羧丙基甲基纤维素醚、控制物料粒径等方式，有助于改善混凝土产品机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广；
3.本申请先将硝酸镨溶解在水中形成游离态镨离子，有利于镨离子进入海泡石纤维的层状孔道中，将钠离子等阳离子置换出来，再通过过滤脱除钠离子等阳离子；将2-羟乙基三甲基氯化铵溶解在水中形成游离态的2-羟乙基三甲基铵离子，有利于有机铵离子进入层状孔道中，有助于提高改性效果，更好地改善混凝土产品抗裂性能；本申请通过使用大比表面积的海泡石纤维，有利于吸附有机铵离子和镨离子，有利于提高改性效果，同时增大了改性海泡石纤维与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等组分的接触面积，更好地改善混凝土产品的抗裂性能。
具体实施方式
实施例
为了提高流动性和施工性，泵送混凝土一般使用小粒径的粉煤灰和细砂等原料，粘度降低，容易发生离析和泌水的现象，影响混凝土均匀性，给泵送混凝土的抗裂性能带来一定的不利影响。本申请在混凝土中加入用硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵改性的改性海泡石纤维，海泡石纤维是一种富镁硅酸盐纤维矿物，是一种层链状的硅酸盐矿物，结构中两层硅氧四面体中间夹一层镁氧八面体，形成2∶1型的层状结构单元；其四面体层是连续的，层中活性氧的指向周期性的发生倒转；八面体层形成上下层相间排列的通道；通道的取向与纤维轴一致，允许水分子、金属阳离子、有机小分子等进入其中；海泡石具有较好的耐热性，海泡石还有良好离子交换和催化特性，及耐腐蚀、抗辐射、绝缘、隔热等优异特性，尤其是其结构中的Si-OH能与有机物直接反应生成有机矿物衍生物。在海泡石纤维改性过程中，镨离子进入海泡石纤维层状孔道中，将海泡石纤维层状孔道中的钠离子等阳离子置换出来，再通过过滤脱除游离态的钠离子等阳离子，镨离子进入层状孔道后撑大了海泡石纤维层状孔道的孔径，增大了比表面积，镨离子有助于提高层状孔道的稳定性，有利于有机铵离子进入层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子进入海泡石纤维层状孔道中，部分2-羟乙基三甲基铵离子与海泡石纤维层上的硅羟基发生交联反应，显著提高了混凝土的触变性，在搅拌和泵送时具有优异的流动性，便于输送和施工，施工完成后具有很高的粘性，有助于防止重组份沉降，显著提高了混凝土的抗离析性能，提高了混凝土均匀性，改善混凝土抗裂性能。而加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以与改性海泡石纤维上的硅羟基和2-羟乙基三甲基铵离子上的羟基发生交联反应，形成纤维状整体，有利于提高混凝土产品抗裂性能。而加入异戊烯醇聚氧乙烯醚有助于提高混凝土抗分散性，有利于水泥充分水化，改善混凝土产品机械性能。
本发明所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002761614880000061
Figure BDA0002761614880000071
以下实施例中使用的碎石和砂子均产自四川，砂子为河沙。将碎石用孔径分别为3.5mm和9mm的筛网筛分，粒径大于9mm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于9mm为止，选用粒径为3.5-9mm的碎石颗粒。将砂子用孔径为3.5mm的筛网筛分，选用粒径不大于3.5mm的砂子。将粉煤灰用孔径为100μm的筛网筛分，选用粒径不大于100μm的粉煤灰。
实施例1：一种超抗分散、抗离析混凝土的制备方法，包括如下步骤：
取0.55kg硝酸镨，加水配制成质量浓度为4％的硝酸镨水溶液，加入2.5kg海泡石纤维，以100转/分钟的转速搅拌，加热至75℃反应240min，过滤，完成镨改性，制得镨改性海泡石纤维；取1kg的2-羟乙基三甲基氯化铵，加水配制成质量浓度为6％的2-羟乙基三甲基氯化铵水溶液，加入镨改性海泡石纤维，以100转/分钟的转速搅拌，加热至75℃反应200min，过滤，将滤饼于100℃干燥180min，完成有机改性，制得改性海泡石纤维。
S1混料：称取160kg碎石，加入300kg砂子、185kg粉煤灰、2.2kg聚乙二醇和1.4kg羧丙基甲基纤维素醚，加入改性海泡石纤维，混合均匀，制得粉料。
S2混凝土制备：称取110kg水，以300转/分钟的转速搅拌，加入8.5kg减水剂、2.5kg异戊烯醇聚氧乙烯醚和1.6kg的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌3min，再加入120kg水泥，继续搅拌5min，制得超抗分散、抗离析混凝土。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入聚乙二醇，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入羧丙基甲基纤维素醚，其它均与实施例1保持一致。
实施例4-11
实施例4-11与实施例1的区别在于，实施例4-11各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例4-11各原料的添加量见表2。
表2实施例4-11的各原料的添加量
Figure BDA0002761614880000081
Figure BDA0002761614880000091
实施例12-15
实施例12-15与实施例1的区别在于，实施例12-15各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例12-15各步骤工艺参数见表3。
表3实施例12-15各步骤中的参数
Figure BDA0002761614880000092
Figure BDA0002761614880000101
实施例16
一种超抗分散、抗离析混凝土的施工工艺，包括以下步骤：用模板制得内腔尺寸为80cm*60cm*40cm的模具；取500kg实施例1制得的抗分散、抗离析混凝土，充分搅拌均匀后用混凝土泵浇筑至模具中，用混凝土振动棒振实，养护5天，拆除模板，完成施工。
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的混凝土粉料中不加入改性海泡石纤维、异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，不经海泡石纤维改性工序，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不加入改性海泡石纤维，不经海泡石纤维改性工序，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3不加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，其它均与实施例1保持一致。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不经镨改性和有机改性处理工序，对比例4将海泡石纤维、硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵直接加入混凝土粉料中，混合均匀，制得粉料，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将实施例1-15和对比例1-4制得的混凝土产品制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护14天，进行抗压强度和劈裂抗拉强度测试。
1、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。
2、劈裂抗拉强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，实验结果如表4。
表4不同混凝土产品性能测试结果对比表
Figure BDA0002761614880000111
Figure BDA0002761614880000121
对比例1未加入改性海泡石纤维、异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，不经海泡石纤维改性工序，制备出的混凝土产品的抗压强度和劈裂抗拉强度均不佳，抗裂性能不佳，不利于产品市场推广。对比例2未加入改性海泡石纤维，不经海泡石纤维改性工序，制备出的混凝土产品抗压强度和劈裂抗拉强度均不高，抗裂性能不佳。对比例3未加入异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，制备出的混凝土产品抗压强度和劈裂抗拉强度不高。对比例4将海泡石纤维、硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵直接加入混凝土粉料中，对比例4的海泡石纤维不经镨改性和有机改性处理工序，制备出的混凝土产品抗压强度稍有提高，劈裂抗拉强度不高，抗裂性能不佳，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-4的实验结果，可以看出，在制备混凝土的过程中，同时加入异戊烯醇聚氧乙烯醚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和改性海泡石纤维，并按本申请公开的方法用硝酸镨和2-羟乙基三甲基氯化铵对海泡石纤维进行镨改性和有机改性处理，制备出的混凝土产品具有优异的抗压强度和劈裂抗拉强度，抗裂性能优异，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入聚乙二醇，制备出的混凝土产品的机械强度明显降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入羧丙基甲基纤维素醚，制备出的混凝土产品的机械强度有所降低，不利于产品市场推广。
相比于实施例1，实施例4-11中各原料的添加量不同，实施例12-15中各步骤工艺参数有所不同，制备出的混凝土产品均具有优异的抗压强度和劈裂抗拉强度，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥80-160份，水70-150份，减水剂5-12份，异戊烯醇聚氧乙烯醚1.5-3.5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.2-2份；所述混凝土原料还包括混凝土粉料和改性海泡石纤维，所述混凝土粉料包括以下重量份原料：碎石120-200份，砂子250-350份，粉煤灰150-220份；所述改性海泡石纤维主要由包括以下重量份的原料制成：海泡石纤维1.5-3.5份，硝酸镨0.3-0.8份，2-羟乙基三甲基氯化铵0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制成：水泥100-140份，水100-120份，减水剂7-10份，异戊烯醇聚氧乙烯醚1.5-3.5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.2-2份，碎石120-200份，砂子280-320份，粉煤灰170-200份，海泡石纤维2-3份，硝酸镨0.3-0.8份，2-羟乙基三甲基氯化铵0.8-1.2份。
3.根据权利要求1所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于：所述混凝土粉料还包括1.5-3重量份的聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于：所述混凝土粉料还包括1-1.8重量份的羧丙基甲基纤维素醚。
5.根据权利要求1所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于，所述改性海泡石纤维的制备方法为：将硝酸镨配制成质量浓度为3-5%的硝酸镨水溶液，加入海泡石纤维，加热至70-80℃反应180-300min，过滤，制得镨改性海泡石纤维；将2-羟乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为4-8%的2-羟乙基三甲基氯化铵水溶液，加入镨改性海泡石纤维，加热至65-85℃反应150-240min，过滤，将滤饼于80-120℃干燥150-200min，制得改性海泡石纤维。
6.根据权利要求5所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于：所述海泡石纤维的比表面积不小于260㎡/g。
7.根据权利要求1所述的一种超抗分散、抗离析混凝土，其特征在于：所述碎石的粒径为3.5-9mm，所述砂子的粒径不大于3.5mm，所述粉煤灰的粒径不大于100μm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的超抗分散、抗离析混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1混料：按设定的比例称取混凝土粉料，加入改性海泡石纤维，混合均匀，制得粉料；
S2混凝土制备：按设定的比例称取水，以200-400转/分钟的转速搅拌，加入减水剂、异戊烯醇聚氧乙烯醚和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，再加入步骤S1制得的粉料，搅拌2-5min，再加入水泥，继续搅拌3-6min，制得超抗分散、抗离析混凝土。
9.一种如权利要求1-7任一项所述的超抗分散、抗离析混凝土的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：按需要的形状大小安装模板，形成模具；将抗分散、抗离析混凝土用泵浇筑至模具中，用混凝土振动棒振实，养护不短于5天，拆除模板，完成施工。
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