CN112390588A - 一种pc构件用早强高保坍免蒸养混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土及其制备方法，按质量份数计，包括以下组分：水泥9‑15份，机制砂20‑30份，碎石32‑45份，粉煤灰5‑10份，硅灰3‑5份，氨基磺酸盐减水剂0.06‑0.12份，萘系减水剂0.06‑0.18份，消泡剂0.002‑0.01份，水7‑12份。原料经过预混、骨料活化、胶材混合、快速搅拌后即可制得快硬早强免蒸养PC构件用混凝土。可满足PC构件自然养护12h内达到15MPa，混凝土拌合物1h坍落度经时损失值≤20mm，3h坍落度经时损失值≤50mm，PC工厂快速、高效、稳定生产，具有显著的经济和环境效益。

Description

一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土及其制备方法。

背景技术

传统建筑业存在环境污染大、劳动力密集、技术含量低、品质不稳定等诸多问题，迫切需要新型建造方式来实现建筑业的转型升级，装配式建筑是实现我国建筑工业转型升级的最有效途径，其中装配式混凝土体系占据装配式建筑的主体地位。预制混凝土构件(简称PC构件)是装配式建筑的关键部分。与传统现浇混凝土相比，PC构件采用工厂预制的方式生产，运送至现场组装，可降低施工过程中的环境污染，提升建造速度等，具有良好的社会效益和经济效益。

PC(预制混凝土)构件脱模强度决定其生产效率。PC构件的生产过程中，混凝土主要使用OPC(普硅水泥)作为胶凝材料，但OPC体系混凝土的凝结时间较长(初凝3h，终凝5h左右)，早期强度偏低(自然养护1d强度仅达到最终强度的20％)，正常起吊拆模时间需1d以上。为提高混凝土早期强度，缩短预制构件的拆模起吊时间，加快模具周转使用，提高PC构件产量，通常采用蒸汽养护和提高胶凝材料用量等措施，但这两种措施会造成构件耐久性降低、体积形变大，后期协同受力不足和成本显著上升。

目前关于早强免蒸养PC混凝土已取得一定的成果。例如中国专利一种免蒸养混凝土预制构件及其成型方法(CN108249846B)利用无机-有机复合早强剂和无机早强组分共同促进早期强度的增长，但无机早强盐组分主要是钙盐，容易引起混凝土坍落度下降明显，保塌性能降低，另外也会引起表面起砂和碳化加重，破坏混凝土耐久性，此外组分中有机类早强组分占据15％-45％，过高的有机组分容易异化水化产物，同时也会降低主体结构的后期使用强度。湖北工业大学申请的中国专利一种用于免蒸养预制混凝土构件的纳米晶核早强剂(CN110963735A)利用湿磨工艺和特定助磨剂将废弃电浆、水泥、粉煤灰和矿粉等物质进行粉磨至微米、纳米级别，以此替代常规水泥与粉煤灰，起到加大反应活性的目的，以此达到早强的目的，但存在原材料制备工艺复杂，摊销成本大等问题，且极细的原材料难以满足工业化生产需求。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土及其制备方法，可满足PC构件自然养护12h内达到15MPa；混凝土拌合物1h坍落度经时损失值≤20mm，3h坍落度经时损失值≤50mm，PC工厂快速、高效、稳定生产，具有显著的经济和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，按质量份数计，包括以下组分：水泥9-15份，机制砂20-30份，碎石32-45份，粉煤灰5-10份，硅灰3-5份，氨基磺酸盐减水剂0.06-0.12份，萘系减水剂0.06-0.18份，消泡剂0.002-0.01份，水7-12份。

按上述方案，所述氨基磺酸盐减水剂和所述萘系减水剂质量比为1:1～1.5。

按上述方案，所述粉煤灰和硅灰通过球磨、烘干和分散进行预处理。

按上述方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或矿渣水泥中的一种，所述水泥28d胶砂抗压强度不低于48.3MPa，胶砂流动度不小于220mm。优选为标号42.5、42.5R、52.5或52.5R中的一种。

按上述方案，所述机制砂为中模数粗砂，颗粒模数范围为2.3-3.0，其中片状组分含量低于15％，石粉含量低于7％，级配呈连续分布。

按上述方案，所述碎石为5～25mm连续级配碎石或碎卵石，含泥量小于0.5％，泥块含量小于1％，压碎值不小于混凝土设计强度值的2.5倍。

按上述方案，所述粉煤灰为F(Ⅰ)级或F(Ⅱ)级，烧失量低于8％，比表面积范围为0.8～1.2m²/g，吸水量＜100％。

按上述方案，所述硅灰有效SiO₂含量＞95％，细度小于1μm的比例大于80％，比表面积不小于20m²/g，吸水量＜120％。

按上述方案，所述氨基磺酸盐减水剂，固含量为18-24％，减水率大于30％，pH值范围控制在8.5～10之间。

按上述方案，所述氨基磺酸盐减水剂为氨基苯磺酸与甲醛的缩聚物和氨基磺酸盐组成，其中氨基磺酸盐为氨基磺酸钠或氨基磺酸锌。

按上述方案，所述萘系减水剂固含量为18-24％，减水率不小于18％。

按上述方案，所述萘系减水剂主要成分是β基萘磺酸盐甲醛缩合物。

按上述方案，所述消泡剂为液体消泡剂，为液体聚醚类、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅型消泡剂中的一种。

提供一种上述PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土的制备方法，具体步骤为：

1)将硅灰和粉煤灰混合后球磨、烘干、分散预处理，得到混合矿物掺和料；将氨基磺酸盐减水剂、萘系减水剂和消泡剂溶于水中，得混合溶液；

2)首先将砂石骨料加入搅拌釜中，然后在60～90r/min低转速搅拌状态下，将占总液质量20～30％的所述混合溶液以喷洒的方式加入搅拌釜中，继续该转速搅拌1～2min，停止后加入所述混合矿物掺和料、水泥和剩余混合溶液，先以60～90r/min低转速搅拌1～2min，然后以180～240r/min高转速搅拌2～3min后即得PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土。

按上述方案，所述步骤1)中，硅灰和粉煤灰混合后球磨、烘干、分散预处理条件为：球磨机选用刚玉球磨机，转速设置范围为120～160r/min，经球磨30～60min后，置于60℃烘箱中恒温6h以上，最后剔除刚玉珠后倒入风选机中，收集分散料备用。

本发明引入硅灰与氨基磺酸盐减水剂对水泥进行早强促凝，通过氨基磺酸盐碱激发活化骨料表面，可显著提升混凝土早期强度和物理力学性能，同时也可利用复配外加剂氨基磺酸盐减水剂和萘系减水剂的高保坍效应，提高混凝土的保塌性能，实现PC工厂快速、高效、稳定生产，具有显著的经济和环境效益。各组分的作用如下：

粉煤灰与硅灰采用球磨机磨细、烘干、分散等工艺进行预处理，得到表面破损和有微裂纹的颗粒，通过上述预处理，可降低水泥与矿物掺合料的反应壁垒，提前打开了后期需要渗透压作用的粉煤灰与硅灰外壳，以此明显加快矿物掺合料内部活性成分与水泥熟料水化后的碱性物质反应，生产钙硅水合物，提供强度，同时圆滑的矿物掺合料颗粒经粉磨后表面产生的微裂纹可加大离子接触面积，提高水化深度，改善界面过渡区，有效地提高微观界面的嵌合度，最终表面为宏观力学性能显著提高。

氨基磺酸盐减水剂与萘系减水剂形成复配外加剂，在混凝土中共同作用；氨基磺酸盐减水剂的亲水官能团以氢键形式与水分子缔合，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，阻止水泥颗粒之间的直接接触，起到润滑作用，另外萘系减水剂可有效的穿插在氨基磺酸类减水剂二元缩合形成的表面环状中，形成耦合结构，引起水泥表面电位下降，水泥颗粒间静电斥力由平行对斥或垂直吸附转变为立体交错形式，水泥颗粒间的凝聚作用阻碍增大，同时也可减缓水泥碱度上升和渗透压增大带来的氨基磺酸盐减水剂效果下降的趋势，最终呈现水泥的高分散效应和高保坍能力。

另外，氨基磺酸盐减水剂电离出的磺酸根离子可有效的对骨料表面的硅氧基团起到断键活化作用，形成活性支链，通过碱激发作用，提高骨料与水泥浆体之间的反应程度，降低动电电位，减薄交接双电层，加快凝聚反应发生，使得骨料表面更快形成C-S-H和C-Al-H等产物包裹骨料，最终通过络合作用相互连接形成稳定的空间网状结构，增强骨料-水化产物的界面过渡区。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明首次在预制混凝土制备中利用氨基磺酸盐减水剂与萘系减水剂进行复配，并与粉煤灰、硅灰等矿物掺合料协同作用，可显著提高矿物掺合料的反应活性以及改善骨料与水泥浆体的界面过渡区，同时复合外加剂摆脱了常规使用的聚羧酸减水剂所带来的早期强度低的困扰，进一步促进预制混凝土早期强度增长，另外复配外加剂之间的耦合作用可制备出超长时间高保坍性能的预制混凝土。

2)本发明在现有技术的基础上，独创性的利用粉煤灰与硅灰共同混合球磨，进行预处理，起到了加快了矿物掺合料的反应进程，保证了前期水泥高分散状态下，体系混凝土的强度的稳步增长等作用；另外较市面上的其他早强措施或方法，简单的预处理工艺一方面既满足工业化生产需要，另一方面其成本提升幅度也较小。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中所用原材料性质及来源限定如下表1所示：

表1原材料性质及来源

以下实施例1-3和对比例1中制备PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土的具体步骤如下：

1)配置混合外加剂和制备混合矿物掺合料，首先将氨基磺酸钠高效减水剂和萘系减水剂按质量比加入水中，匀速搅拌混合，然后将消泡剂溶解于水中，得混合溶液；将硅灰和粉煤灰倒入球磨罐中进行球磨，以150r/min转速球磨60min后，再经过60℃烘箱干燥8h、风选机分散、收集后得到混合矿物掺和料。

2)用斗式提升机提取砂石骨料倒入搅拌釜中，以60r/min搅拌1min，过程中将占总液质量的20％的混合溶液以喷洒的方式加入其中，然后将混合矿物掺和料、水泥和剩余混合溶液一同倒入搅拌釜中，60r/min转速搅拌1min，然后调高转速，以180r/min转速搅拌2min；搅拌停止后即可制得PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土。

实施例1-3和对比例1制备C30P8型号混凝土，组分和配合比如表2所示，其中对比例1、实施例1和实施例3消泡剂为聚二甲基硅氧烷类，实施例2消泡剂为聚醚型。

所得混凝土根据国家标准测试凝结时间、混凝土拌合物实时坍落度和1h、3h经时坍落度，以及自然养护12h和24h抗压强度，具体性能如表3所示。

表2实施例1-3和对比例1的组分和配合比(份数)

对比例2

提供一种常规PC构件用混凝土，包括以下组分：水泥：12.2份，粉煤灰：2.6份，机制砂：29.5份，碎石：48.5份，聚羧酸减水剂：0.2份，水7份。

上述常规PC构件用混凝土的制备步骤如下：

首先用输送皮带和斗式提升机提取砂石骨料和水泥及矿物掺合料(粉煤灰)倒入搅拌釜中，以60r/min搅拌1min，然后将外加剂和水一同倒入搅拌釜中，60r/min转速搅拌1min，然后调高转速，以180r/min转速搅拌2min；搅拌停止后即可制得常规PC构件用混凝土，具体性能如表3所示。

表3混凝土性质测试结果

表3中标养为在标准养护室进行养护，温度为20±1℃，湿度RH值＞95％。

凝结时间按照GB/T1346-2019《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》，混凝土拌合物坍落度性质测试按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，抗压强度性质测试按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》

根据表3的检测结果可知，本发明内容可明显提高PC构件用混凝土的早期性能，得到一种具备早强、高保坍和免蒸养性能混凝土。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：水泥9-15份，机制砂20-30份，碎石32-45份，粉煤灰5-10份，硅灰3-5份，氨基磺酸盐减水剂0.06-0.12份，萘系减水剂0.06-0.18份，消泡剂0.002-0.01份，水7-12份。

2.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述氨基磺酸盐减水剂和所述萘系减水剂质量比为1:1～1.5。

3.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述粉煤灰和硅灰通过球磨、烘干和分散进行预处理。

4.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或矿渣水泥中的一种，所述水泥28d胶砂抗压强度不低于48.3MPa，胶砂流动度不小于220mm；所述机制砂为中模数粗砂，颗粒模数范围为2.3-3.0，其中片状组分含量低于15％，石粉含量低于7％，级配呈连续分布；所述碎石为5～25mm连续级配碎石或碎卵石，含泥量小于0.5％，泥块含量小于1％，压碎值不小于混凝土设计强度值的2.5倍。

5.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述粉煤灰的等级为F(Ⅰ)级或F(Ⅱ)级，烧失量低于8％，比表面积范围为0.8～1.2m²/g，吸水量＜100％；所述硅灰有效SiO₂含量＞95％，细度小于1μm的比例大于80％，比表面积不小于20m²/g，吸水量＜120％。

6.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述氨基磺酸盐减水剂，固含量为18-24％，减水率大于30％，pH值范围控制在8.5～10之间；所述萘系减水剂固含量为18-24％，减水率不小于18％。

7.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述氨基磺酸盐减水剂为氨基苯磺酸与甲醛的缩聚物和氨基磺酸盐组成，其中氨基磺酸盐为氨基磺酸钠或氨基磺酸锌；所述萘系减水剂主要成分是β基萘磺酸盐甲醛缩合物。

8.根据权利要求1所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土，其特征在于，所述消泡剂为液体消泡剂，为液体聚醚类、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅型消泡剂中的一种。

9.一种权利要求1-8任一项所述的PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将硅灰和粉煤灰混合后球磨、烘干、分散预处理，得到混合矿物掺和料；将氨基磺酸盐减水剂、萘系减水剂和消泡剂溶于水中，得混合溶液；

2)首先将砂石骨料加入搅拌釜中，然后在60～90r/min低转速搅拌状态下，将占总液质量20～30％的所述混合溶液以喷洒的方式加入搅拌釜中，继续该转速搅拌1～2min，停止后加入所述混合矿物掺和料、水泥和剩余混合溶液，先以60～90r/min低转速搅拌1～2min，然后以180～240r/min高转速搅拌2～3min后即得PC构件用早强高保坍免蒸养混凝土。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，硅灰和粉煤灰混合后球磨、烘干、分散预处理条件为：球磨机选用刚玉球磨机，转速设置范围为120～160r/min，经球磨30～60min后，置于60℃烘箱中恒温6h以上，最后剔除刚玉珠后倒入风选机中，收集分散料备用。