CN112456856A - 一种多孔骨料改性增强剂及用于混凝土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔骨料改性增强剂及用于混凝土的制备方法，包括一种多孔骨料改性增强剂和一种多孔骨料混凝土及其制备方法；多孔骨料改性增强剂包括按重量份计的如下配料：20～30份微珠粉、10～20份纳米二氧化硅、50～60份超细石灰石粉、1～2份可再分散乳胶粉、0.05～0.01份羟丙基甲基纤维素；多孔骨料混凝土包括多孔骨料改性增强剂30～60kg，硅酸盐水泥300～400kg，II级粉煤灰80～120kg，珊瑚石700～800kg，珊瑚砂550～650kg，拌合水190～240kg，聚羧酸高效减水剂3.0～5.5kg，其制备过程为：筛选4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm两个级配的珊瑚石，按3：7的比例混产、筛选小于4.75mm的珊瑚砂、称取各组分材料，混合搅拌。本发明可以有效改善珊瑚礁混凝土的和易性、降低混凝土的泌水率，提高混凝土的强度和耐久性。

Description

一种多孔骨料改性增强剂及用于混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种多孔骨料改性增强剂及用于混凝土的制备方法。

背景技术

大多数岛国和岛礁地区的远海工程远离大陆，缺乏工程用的碎石、普通河沙等骨料，若使用传统的建筑材料进行远海工程建设，不仅面临着运输成本高、工期长的问题，而且传统的建筑材料在海洋气候环境下耐久性差，容易出现工程问题。因而在保障当地生态的前提下，可以就地采用珊瑚礁骨料来进行工程建设，可以显著降低工程建设的成本，经济效益及国防战略意义重大。

目前，采用大块珊瑚礁作为粗骨料、珊瑚砂作为细骨料配制珊瑚礁混凝土，普遍存在均质性差、强度低(28d的抗压强度低于25MPa)的技术问题，且新拌珊瑚礁混凝土泌水严重，易出现蜂窝、麻面等工程病害，给现场施工控制造成一定的困扰，极大地限制了珊瑚礁骨料在岛礁海港工程中的推广应用。

究其原因，主要有：(1)珊瑚礁骨料颗粒级配不合理，大块、长条、支状珊瑚石未加有效处理直接用于混凝土配制，造成骨料在混凝土中分布不均质，在针状骨料部位易形成薄弱层，造成强度低、离散型大；(2)珊瑚礁骨料吸水率高，为满足浇注施工要求，拌和用水量较高，但珊瑚礁骨料内部孔隙高、保水性差，在浇注养护过程中，多余的水易于渗出，造成混凝土表面泌水严重。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多孔骨料改性增强剂，该改性增强剂可以改善混凝土的工作性，降低混凝土泌水率，提高混凝土的力学性能和耐久性。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种多孔骨料改性增强剂，其组成按重量份计为：20～30份微珠粉、10～20份纳米二氧化硅、50～60份超细石灰石粉、1～2份可再分散乳胶粉、0.01～0.05份羟丙基甲基纤维素。

相比于现有技术，本发明的多孔骨料改性增强剂通过各组分与混凝土胶凝材料作用，密实填充混凝土胶凝材料中的孔隙，改善水泥砂浆与骨料界面过渡区的性能，降低混凝土泌水的可能性，提高混凝土的力学能和耐久性。同时，本发明的多孔骨料改性增强剂的各组分均为常用建筑材料，制作工艺简单，成本低，且一般为工业生产过程中的废弃副产品，更好地回收利用，既环保又节能，具有较好的社会经济效益。

进一步地，所述微珠粉为球形，平均粒径小于2.0um，7天活性指数大于85％，28天活性指数大于110％，需水量比小于85％。微珠粉粒径小，比表面积大，吸附力强，在混凝土干拌过程中可以吸附到珊瑚礁骨料孔隙中，填充在珊瑚礁骨料表面孔隙，而且微珠粉的滚珠效应可以改善混凝土的工作性，降低混凝土拌和用水量，降低混凝土泌水的风险，以及其具有火山灰活性，可以改善水泥砂浆与骨料界面过渡区的性能，提升混凝土的力学性能和耐久性。

进一步地，所述纳米二氧化硅中SiO₂的含量大于99.5％，比表面积大于150m²/g。纳米二氧化硅的比表面积大，吸附力强，可以在混凝土拌和过程中填充到珊瑚礁骨料的孔隙中，其同样具有火山灰活性，可以和微珠粉一起改善水泥砂浆与骨料界面过渡区的性能，提升混凝土的力学性能和耐久性。

进一步地，所述超细石灰石粉过800目筛，其中CaCO₃的含量超过90％，比表面积1000m²/kg。超细石灰石粉可以改善新拌混凝土的流动性能，降低泌水率。

进一步地，所述可再分散乳胶粉的平均粒径小于100um，不挥发物含量大于98％。可再分散乳胶粉具有增稠、保水作用，可改善混凝土的保水性，从而减低新拌混凝土的泌水风险，提高硬化混凝土的拉伸强度和抗弯折强度。

进一步地，所述羟丙基甲基纤维素的分子量大于15万。羟丙基甲基纤维素具有增稠、保水作用，可提高混凝土的工作性，从而降低新拌混凝土的泌水风险。

进一步地，所述多孔骨料改性增强剂的各组分通过振动搅拌机搅拌分散，混合均匀。

进一步地，所述所孔骨料改性增强剂的搅拌分散时间不小于3min。各组分通过振动搅拌机搅拌，保证一定的搅拌时间，可以更好地混合均匀。

本发明的另一目的在于提供一种多孔骨料混凝土，其主要原料包括上述多孔骨料增强剂30～60kg，硅酸盐水泥300～400kg，II级粉煤灰80～120kg，珊瑚石700～800kg，珊瑚砂550～650kg，拌合水190～240kg，聚羧酸高效减水剂3.0～5.5kg。

相比于现有技术，本发明的多孔骨料混凝土，通过掺入多孔骨料改性增强剂，填充在珊瑚骨料的孔隙中，降低混凝土的孔隙率，有效改善新拌珊瑚礁混凝土的和易性和工作性，降低珊瑚礁混凝土的泌水率，提高珊瑚礁混凝土的力学性能和耐久性，有效克服了珊瑚礁混凝土强度低、泌水严重的技术难题。

本发明还提供一种上述多孔骨料混凝土的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：对岛礁现场的珊瑚礁骨料进行破碎过筛，分别过26.5mm、9.50mm、4.75mm三级筛，筛出4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm两个级配珊瑚石，对于粒径大于26.5mm的珊瑚礁骨料，采用颚式破碎机对其进行破碎，然后将级配为4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm的珊瑚石按照质量比3:7的比例混产，制备4.75mm～26.5mm孔隙率低的连续级配珊瑚石骨料；

步骤二：对岛礁现场的珊瑚礁骨料进行过筛，过4.75mm的方孔筛，剔除大颗粒的珊瑚礁块体，测试珊瑚砂的细度模数，选取细度模数大于2.2的珊瑚砂；

步骤三：按材料配比组分称取水泥、粉煤灰、改性增强剂、珊瑚石、珊瑚砂、水及减水剂；

步骤四：将各组分的水泥、粉煤灰、改性增强剂、珊瑚石和珊瑚砂倒入混凝土拌和试验机中搅拌30s，再将用水量的70％加入，拌和90s，最后将剩余30％用水量和减水剂加入拌合试验机，搅拌90s，即得多孔骨料混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的多孔骨料混凝土及其制备方法，通过对现场原状珊瑚礁材料破型、筛分，基于骨料最紧密堆积密度确定了珊瑚粗骨料的比例，有效改善传统珊瑚礁混凝土颗粒级配不合理，提高新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的力学性能和耐久性。

另外本发明中所用珊瑚礁骨料，全部是采用岛礁现场珊瑚礁材料，极大地节省了岛礁工程成本和运输成本，经济效益显著。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明不仅限于下面的实施例。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可方便获得。

本发明提供一种多孔骨料改性增强剂及其制备方法和应用，下面结合实施例进行阐述；

以下实施例中所采用的多孔骨料改性增强剂各组分如下：

微珠粉：选用平均粒径小于2.0um，7天活性指数大于85％，28天活性指数大于110％，需水量比小于85％的球形颗粒。

纳米二氧化硅：选用SiO₂的含量大于99.5％，比表面积大于150m²/g的材料。

超细石灰石粉：选用经过800目的目筛，且其中CaCO₃的含量超过90％，比表面积大于1000m²/kg的材料。

可再分散乳胶粉：选用平均粒径小于100um，不挥发物含量大于98％的材料。

羟丙基甲基纤维素：选用分子量大于15万的材料。

所有实施例和对比例中，制备混凝土所采用的原料：硅酸盐水泥为P II 42.5R硅酸盐水泥；粉煤灰为II级以上原状粉煤灰；减水剂是HSP-V型聚羧酸高效减水剂，其减水率大于25％。

其中，一种多孔骨料混凝土的制备过程为：

步骤一：对岛礁珊瑚礁材料，分别过26.5mm、9.50mm、4.75mm三级筛，分别筛出4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm两个级配珊瑚石；对大于26.5mm的珊瑚礁材料，采用颚式破碎机破碎，制备4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm两个级配珊瑚石；将级配为4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm的珊瑚石按照质量比为3：7的比例混产，制备4.75mm～26.5mm空隙率低的连续级配珊瑚石骨料；珊瑚石筒压强度为2.4MPa，堆积密度为，松散堆积密度为1080kg/m³，1h吸水率为8.8％；

步骤二：对某岛礁珊瑚礁材料，过4.75mm方孔筛，剔除大颗粒的珊瑚礁块体，珊瑚砂的细度模数为2.7，制备拌和用珊瑚砂；

步骤三：按材料配比组分称取水泥、粉煤灰、多孔骨料改性增强剂、珊瑚石、珊瑚砂、水及减水剂；

步骤四：将珊瑚石、珊瑚砂、水泥、粉煤灰、改性增强剂倒入混凝土拌和试验机，搅拌30s；将用水量的70％倒入拌和试验机，搅拌时间90s；将剩余用水量和减水剂倒入拌和试验机，搅拌90s，得到多孔骨料混凝土。

实施例1：

一种多孔骨料改性增强剂，由以下物质按重量份组成：

25份微珠粉、20份纳米二氧化硅、53.47份超细石灰石粉、1.5份可再分散乳胶粉、0.03份羟丙基甲基纤维素，各组分通过振动搅拌机搅拌分散3min，以充分分散均匀，制得多孔骨料性能改性增强剂。

一种多孔骨料混凝土，每立方米混凝土由以下材料组成：

硅酸盐水泥375kg，粉煤灰100kg，多孔骨料改性增强剂35kg，珊瑚石759kg，珊瑚砂621kg，淡化水225kg，减水剂4kg。

采用上述材料按照上述混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

实施例2：

一种多孔骨料改性增强剂，由以下物质按重量份组成：

25份微珠粉、15份纳米二氧化硅、58.98份超细石灰石粉、1.0份可再分散乳胶粉、0.02份羟丙基甲基纤维素，各组分通过振动搅拌机搅拌分散3min，以充分分散均匀，制得多孔骨料性能改性增强剂。

一种多孔骨料混凝土，每立方米混凝土由以下材料组成：

硅酸盐水泥375kg，粉煤灰100kg，改性增强剂剂35kg，珊瑚石759kg，珊瑚砂621kg，淡化水225kg，减水剂4kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

实施例3：

一种多孔骨料改性增强剂，由以下物质按重量份组成：

30份微珠粉、18.98份纳米二氧化硅、50份超细石灰石粉、1.0份可再分散乳胶粉、0.02份羟丙基甲基纤维素，各组分通过振动搅拌机搅拌分散3min，以充分分散均匀，制得多孔骨料性能改性增强剂。

一种多孔骨料混凝土，每立方米混凝土由以下材料组成：

硅酸盐水泥375kg，粉煤灰100kg，改性增强剂剂35kg，珊瑚石759kg，珊瑚砂621kg，淡化水225kg，减水剂4kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

实施例4：

一种多孔骨料改性增强剂，由以下物质按重量份组成：

20份微珠粉、17.95份纳米二氧化硅、60份超细石灰石粉、2.0份可再分散乳胶粉、0.05份羟丙基甲基纤维素，各组分通过振动搅拌机搅拌分散3min，以充分分散均匀，制得多孔骨料性能改性增强剂。

一种多孔骨料混凝土，每立方米混凝土由以下材料组成：

硅酸盐水泥375kg，粉煤灰100kg，改性增强剂剂35kg，珊瑚石759kg，珊瑚砂621kg，淡化水225kg，减水剂4kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

实施例5：

一种多孔骨料改性增强剂，由以下物质按重量份组成：

28.49份微珠粉、10份纳米二氧化硅、60份超细石灰石粉、1.5份可再分散乳胶粉、0.01份羟丙基甲基纤维素，各组分通过振动搅拌机搅拌分散3min，以充分分散均匀，制得多孔骨料性能改性增强剂。

一种多孔骨料混凝土，每立方米混凝土由以下材料组成：

硅酸盐水泥375kg，粉煤灰100kg，改性增强剂剂35kg，珊瑚石759kg，珊瑚砂621kg，淡化水225kg，减水剂4kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

对比例1：纳米二氧化硅和超细石灰石粉作为改性剂掺入混凝土

每立方米混凝土中由以下组分组成：硅酸盐水泥397kg，粉煤灰100kg，纳米二氧化硅2.5kg，超细石灰石粉20.5kg，珊瑚石765kg，珊瑚砂625kg，淡化水225kg，减水剂4.5kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

对比例2：可再分散乳胶粉作为改性剂掺入混凝土

每立方米混凝土中由以下组分组成：硅酸盐水泥420kg，粉煤灰100kg，珊瑚石765kg，珊瑚砂625kg，淡化水225kg，可再分散乳胶粉0.6kg，减水剂为4.8kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得多孔骨料混凝土。

对比例3：未添加改性剂的混凝土

每立方米混凝土中由以下组分组成：硅酸盐水泥420kg，粉煤灰100kg，珊瑚石765kg，珊瑚砂625kg，淡化水225kg，减水剂为4.5kg。

上述材料按照混凝土制备方法制得混凝土。

实施例和对比例所得混凝土测试其坍落度、2h泌水率、7d和28d抗压强度、混凝土28d电通量。检测结果如下表：

通过上述实验结果可知，相对于对比例3，实施例1中采用多孔骨料改性增强剂掺入到混凝土中，其新拌混凝土的工作性能有大幅度提高，成型的混凝土试件后无泌水现象，2h混凝土的泌水率为0，硬化混凝土7d和28d的抗压强度显著提高，混凝土28d电通量也有明显降低。

相比实施例1，采用纳米二氧化硅和超细石灰石粉作为改性增强剂的对比例1，新拌混凝土工作性较好，但成型的混凝土试件在0.5h后有少量的泌水现象，2h混凝土的泌水率为0.05％，尚未有效解决新拌混凝土泌水现象，另外，在硬化混凝土性能方面，混凝土的强度和耐久性也有少量的降低，其主要原因为虽然纳米二氧化硅可改善骨料与珊瑚骨料的界面，提高混凝土的粘聚性和力学性能，但是还尚不足以有效克服珊瑚骨料的混凝土泌水，而且伴随泌水的发生，造成混凝土内部微孔结构的增多，进而不利于混凝土力学性能的发展。

相比实施例1，采用可再分散乳胶粉作为改性增强剂的对比例2，新拌混凝土工作性较好，但成型的混凝土试件在0.5h后有轻微的泌水现象，2h混凝土的泌水率为0.01％，可基本解决新拌混凝土泌水现象，但在硬化混凝土性能方面，混凝土的强度和耐久性有较大幅度的降低。

另外，相比实施例1，实施例2、实施例4通过对改性增强剂的配方适当调整后，新拌混凝土工作性均较好，可满足混凝土施工需要，但在力学性能、耐久性方面有稍微降低。相比实施例1，实施例3通过对改性增强剂的配方适当调整后，混凝土力学性能、耐久性等有所提高，但新拌混凝土工作性也满足施工需要，但新拌混凝土黏聚性稍大。相比实施例1，实施例5通过对改性增强剂的配方适当调整后，新拌混凝土工作性也满足施工需要，但混凝土力学性能、耐久性等有所降低。总体对比可知，实施例1为性能最佳的改性剂配方。

本发明并不局限于说明书和实施方式所列运用，其完全可以被适用于各种适合本发明的领域，在不背离本发明精神及其实质的情况下，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改和变形，但这些相应的修改和变形都应属于本发明所要求的保护范围。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限定本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，按重量份计包括以下组分：20～30份微珠粉、10～20份纳米二氧化硅、50～60份超细石灰石粉、1～2份可再分散乳胶粉、0.01～0.05份羟丙基甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述微珠粉为球形，平均粒径小于2.0um，7天活性指数大于85％，28天活性指数大于110％，需水量比小于85％。

3.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅中SiO₂的含量大于99.5％，比表面积大于150m²/g。

4.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述超细石灰石粉是过800目筛的石灰石粉，其中CaCO₃的含量超过90％，比表面积大于1000m²/kg。

5.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述可再分散乳胶粉的平均粒径小于100um，不挥发物含量大于98％。

6.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的分子量大于15万。

7.根据权利要求1所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，其通过以下方法制备而成：各组分通过振动搅拌机搅拌分散混合而成。

8.根据权利要求7所述的一种多孔骨料改性增强剂，其特征在于，所述多孔骨料改性增强剂的搅拌分散时间不小于3min。

9.一种多孔骨料混凝土，包括任一项权利要求1-8所述多孔骨料改性增强剂30～60kg，还包括硅酸盐水泥300～400kg，II级粉煤灰80～120kg，珊瑚石700～800kg，珊瑚砂550～650kg，拌合水190～240kg，聚羧酸高效减水剂3.0～5.5kg。

10.根据权利要求9所述的一种多孔骨料混凝土，其特征在于，所述多孔骨料混凝土的制备方法包括如下步骤：

步骤一：对岛礁现场的珊瑚礁材料进行破碎过筛，分别筛出4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm两个级配的珊瑚石，将级配为4.75mm～9.50mm、9.50mm～26.5mm的珊瑚石按照质量比为3：7的比例混产，制备4.75mm～26.5mm孔隙率低的连续级配珊瑚石骨料；

步骤二：对岛礁现场的珊瑚礁骨料进行过筛，筛出小于4.75mm的珊瑚砂，测试珊瑚砂的细度模数，选取细度模数大于2.2的珊瑚砂。

步骤三：按材料配比组分称取水泥、粉煤灰、改性增强剂、珊瑚石、珊瑚砂、拌和水及减水剂；

步骤四：将各组分的水泥、粉煤灰、改性增强剂、珊瑚石和珊瑚砂倒入混凝土拌和试验机中搅拌30s，再将用水量的70％加入，拌和90s，最后将剩余30％用水量和减水剂加入拌合试验机，搅拌90s，即得多孔骨料混凝土。