CN112592113A - 一种用于高强度pc构件的混凝土及其配制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土建筑材料技术领域，具体涉及一种用于高强度PC构件的混凝土及其配制方法。本发明混凝土的原料包括以下重量份数的组分：水泥250‑360份、粉煤灰50‑100份、石英砂500‑650份、碎石900‑1100份、矿粉60‑90份、水150‑180份、钢纤维9‑15份、缓凝减水剂6‑9份、复合膨胀剂3‑8份、增效剂2‑5份，其中，缓凝减水剂包括如下重量份数的组分：醚类聚羧酸减水剂30‑50份、芳香聚酰胺纤维10‑20份、木质素磺酸盐9‑15份、缓凝剂3‑8份、引发剂0.5‑1.5份、水20‑35份。本发明通过缓凝减水剂的复配，有效延缓混凝土凝结时间，增加强度，有助于提高混凝土的综合耐久性。

Description

一种用于高强度PC构件的混凝土及其配制方法
技术领域
本发明属于混凝土建筑材料技术领域，具体涉及一种用于高强度PC 构件的混凝土及其配制方法。
背景技术
装配式混凝土(PC)构件在建筑、交通、水利等领域广泛应用，在国家基础设施建设中扮演重要角色。而混凝土浇筑是PC构件生产中的重要环节之一，目前的房建工程、市政工程基本全部采用预拌混凝土。预拌混凝土通常为水泥、骨料、外加剂和水在搅拌站按预定比例混合后再运输至施工现场，尽管相对于早期的人工现场搅拌的混凝土搅拌更为均匀，材料掺杂比例相对准确，但随着混凝土工程的多功能化、施工及应用环境的复杂化、资源与环境的优化，人们对混凝土材料也提出了更高的要求。
然而，目前的预拌混凝土存在流动性、和易性差的问题，尤其是在有钢筋结构的情况下，很难保证混凝土的密实度和强度。其中，高效减水剂是混凝土领域的重要技术突破，在不减少单位用水量的条件下，可改善预拌混凝土的流动性，提高强度。
目前在预拌混凝土中使用的减水剂按化学组成可分为木质素磺酸盐类减水剂类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类，氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类。其中，添加聚羧酸减水剂对混凝土强度的增长效果显著且混凝土体积稳定性好，但仍存在与水泥相容性问题，且难以对水泥的水化起到屏障作用，缓凝效果差，对混凝土的综合性能也有影响。中国专利CN109678389B公开了一种水泥混凝土用高效缓凝减水剂配方，包括以下重量份的组分：聚羧酸母液30-50份、聚合氯化铝3-5份、聚天冬氨酸钠0.5-2份、烯丙基聚氧乙烯醚10-30份、椰油酸二乙醇酰胺0.5-0.8份、双氧水5-10份、芒硝0.5-1.2 份、引气剂3-10份、亲水性胶体15-30份、缓凝剂1-3份、纤维5-10份，石棉绒1-5份、引发剂0.1-0.2份、去离子水30-50份。该专利中的减水剂组成复杂，不仅增加了制备难度和生产成本，多种成分还会对减水剂的分散性及分散保持性造成影响，难以保证混凝土的力学性能和耐久性等。可见现有的缓凝减水剂还难以满足延缓混凝土凝结时间、增加强度的要求，仍需进一步探索改进的技术方案。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种用于高强度PC构件的混凝土及其配制方法，有助于提高混凝土的综合耐久性，保障施工质量。
本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：
一种用于高强度PC构件的混凝土，所述混凝土的原料包括以下重量份数的组分：水泥250-360份、粉煤灰50-100份、石英砂500-650份、碎石 900-1100份、矿粉60-90份、水150-180份、钢纤维9-15份、缓凝减水剂 6-9份、复合膨胀剂3-8份、增效剂2-5份。
进一步地，本发明所述混凝土的原料包括以下重量份数的组分：水泥 280-320份、粉煤灰60-80份、石英砂550-600份、碎石950-1000份、矿粉 66-78份、水158-168份、钢纤维10-12份、缓凝减水剂6-8份、复合膨胀剂4-6份、增效剂3-4份。
进一步地，本发明所述缓凝减水剂包括如下重量份数的组分：醚类聚羧酸减水剂30-50份、芳香聚酰胺纤维10-20份、木质素磺酸盐9-15份、缓凝剂3-8份、引发剂0.5-1.5份、水20-35份。
本发明在缓凝减水剂中添加芳香聚酰胺纤维类成分，这种线型高分子材料本身具有极高的机械强度和弹性模量，在与醚类聚羧酸减水剂混合过程中可以形成一层半透膜包覆于聚羧酸和木质素磺酸盐表面，具有较好的透水性和化学稳定性，从而可减缓醚类聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐的释放和扩散，延长减水剂的分散和作用时间，也有助于延缓混凝土的凝结时间，从而有效提高混凝土强度。其中，木质素磺酸盐还可作为一种表面活性剂，有利于芳香聚酰胺纤维更易在聚羧酸表面成膜。
进一步地，本发明所述缓凝减水剂通过如下方法制得：先将醚类聚羧酸减水剂、芳香聚酰胺纤维、木质素磺酸盐按比例混合均匀，再加入水、缓凝剂、引发剂，在40～60℃下超声至形成均一溶液。
进一步地，本发明所述芳香聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯甲酰胺纤维、聚-p-氯对亚苯基对苯二甲酰胺纤维中的至少一种。
进一步优选，本发明所述芳香聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚对苯甲酰胺纤维按质量比1:(1～3)混合的混合物。
进一步地，本发明所述石英砂的细度模数为1.8-2.5。
进一步地，本发明所述碎石为的粒径为3-5mm。
进一步地，本发明所述钢纤维的截面为矩形、锯齿形、弯月形或波形，长径比为80-120。
钢纤维的加入可以提高混凝土的韧性和抗冲击强度，同时选用各种异性截面的钢纤维可以增加其与混凝土的界面粘结性，有利于提高各原料的分散性，改善混凝土均一性和稳定性。
进一步地，本发明所述缓凝剂为氯化锌、硫酸锌、碳酸锌、硝酸锌中的至少一种。
进一步地，本发明所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
进一步地，本发明所述复合膨胀剂为UEA混凝土膨胀剂。
本发明的另一目的在于提供一种如上所述的高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，达到指定龄期后，测试混凝土的抗压强度。
进一步地，本发明所述混凝土在养护完成后的抗压强度为≥13.5MPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的混凝土中添加了缓凝减水剂，可有效延缓混凝土凝结时间，增加强度，有助于提高混凝土的综合耐久性。
2、本发明的缓凝减水剂通过添加芳香聚酰胺纤维形成的半透膜来延缓聚羧酸减水剂的释放和扩散，从而实现延长减水剂作用时间、提高分散保持性的作用。
3、本发明的混凝土配方简单合理，制备方法简单，不但改善的混凝土的综合性能，还有利于提升PC构件的生产效率，降低生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。
实施例1
实施例1提供一种用于高强度PC构件的混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥300份、粉煤灰60份、石英砂580份、碎石1000份、矿粉80 份、水150份、钢纤维10份、缓凝减水剂8份、复合膨胀剂5份、增效剂 3份；其中，石英砂的细度模数为2.2，碎石为的粒径为3-5mm，钢纤维为包含矩形、锯齿形、弯月形、波形截面，长径比为85-100，复合膨胀剂为 UEA混凝土膨胀剂。
其中，缓凝减水剂为通过如下方法制得：先将醚类聚羧酸减水剂40份、芳香聚酰胺纤维15份、木质素磺酸盐13份按比例混合均匀，再加入水25 份、缓凝剂6份、引发剂1份，在40℃下超声20min至形成均一溶液，即得。
实施例2
实施例2提供一种用于高强度PC构件的混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥300份、粉煤灰70份、石英砂560份、碎石950份、矿粉80 份、水180份、钢纤维10份、缓凝减水剂8份、复合膨胀剂5份、增效剂 3份；其中所用缓凝减水剂、石英砂、钢纤维、碎石、复合膨胀剂均与实施例1相同。
实施例3
实施例3提供一种用于高强度PC构件的混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥350份、粉煤灰60份、石英砂550份、碎石920份、矿粉80 份、水180份、钢纤维9份、缓凝减水剂8份、复合膨胀剂3份、增效剂 3份；其中所用缓凝减水剂、石英砂、钢纤维、碎石、复合膨胀剂为UEA 混凝土膨胀剂均与实施例1相同。
实施例4
实施例4提供一种用于高强度PC构件的混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥320份、粉煤灰80份、石英砂550份、碎石950份、矿粉60 份、水180份、钢纤维9份、缓凝减水剂6份、复合膨胀剂5份、增效剂 4份；其中所用缓凝减水剂、石英砂、钢纤维、碎石、复合膨胀剂为UEA 混凝土膨胀剂均与实施例1相同。
实施例5
实施例5提供一种用于高强度PC构件的混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥260份、粉煤灰80份、石英砂550份、碎石920份、矿粉70 份、水150份、钢纤维10份、缓凝减水剂6份、复合膨胀剂3份、增效剂 3份；其中所用缓凝减水剂、石英砂、钢纤维、碎石、复合膨胀剂为UEA 混凝土膨胀剂均与实施例1相同。
实施例6
实施例6提供一种用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取实施例1中的原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，先在85℃的恒温条件下进行常压养护 6h，再采用高温高压进行养护，恒压压力为0.9～1.0MPa，恒温温度为160℃，养护时间为8h，养护结束后冷却至常温，测试混凝土的抗压强度为 14.2MPa。
实施例7
实施例7提供一种用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取实施例2中的原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，先在80℃的恒温条件下进行常压养护 6h，再采用高温高压进行养护，恒压压力为0.9～1.0MPa，恒温温度为180℃，养护时间为8h，养护结束后冷却至常温，测试混凝土的抗压强度为 13.8MPa。
实施例8
实施例8提供一种用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取实施例3中的原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，先在90℃的恒温条件下进行常压养护 7h，再采用高温高压进行养护，恒压压力为0.9～1.0MPa，恒温温度为160℃，养护时间为10h，养护结束后冷却至常温，测试混凝土的抗压强度为 13.6MPa。
实施例9
实施例9提供一种用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取实施例4中的原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，先在90℃的恒温条件下进行常压养护 5h，再采用高温高压进行养护，恒压压力为0.9～1.0MPa，恒温温度为200℃，养护时间为7h，养护结束后冷却至常温，测试混凝土的抗压强度为 14.5MPa。
实施例10
实施例10提供一种用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，包括如下步骤：
按重量份数称取实施例5中的原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，先在85℃的恒温条件下进行常压养护 5h，再采用高温高压进行养护，恒压压力为0.9～1.0MPa，恒温温度为175℃，养护时间为9h，养护结束后冷却至常温，测试混凝土的抗压强度为 14.7MPa。
对比例1
对比例1提供一种混凝土，其原料组成与实施例1的区别仅在于缓凝减水剂中未添加芳香聚酰胺纤维，其余组成均与实施例1相同，并按照实施例6的配制方法制得混凝土，检测其抗压强度为12.1MPa。
对比例2
对比例2提供一种混凝土，其原料组成与实施例1的区别仅在于缓凝减水剂的制备为直接将各组分混合，其余组成和份数均与实施例1相同，并按照实施例6的配制方法制得混凝土，检测其抗压强度为12.7MPa。
以上实施例对本发明要求保护的技术方案参数范围内点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换形成的新的技术方案，同样都在本发明要求的保护范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如无特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一组合。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，并不用于限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述混凝土的原料包括以下重量份数的组分：水泥250-360份、粉煤灰50-100份、石英砂500-650份、碎石900-1100份、矿粉60-90份、水150-180份、钢纤维9-15份、缓凝减水剂6-9份、复合膨胀剂3-8份、增效剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述混凝土的原料包括以下重量份数的组分：水泥280-320份、粉煤灰60-80份、石英砂550-600份、碎石950-1000份、矿粉66-78份、水158-168份、钢纤维10-12份、缓凝减水剂6-8份、复合膨胀剂4-6份、增效剂3-4份。
3.根据权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述缓凝减水剂包括如下重量份数的组分：醚类聚羧酸减水剂30-50份、芳香聚酰胺纤维10-20份、木质素磺酸盐9-15份、缓凝剂3-8份、引发剂0.5-1.5份、水20-35份。
4.根据权利要求3所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述芳香聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯甲酰胺纤维、聚-p-氯对亚苯基对苯二甲酰胺纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述石英砂的细度模数为1.8-2.5。
6.根据权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述碎石为的粒径为3-5mm。
7.根据权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土，其特征在于，所述钢纤维的截面为矩形、锯齿形、弯月形或波形，长径比为80-120。
8.一种如权利要求1所述的用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量份数称取原料；
先将石英砂、碎石、矿粉加入搅拌机混合，再加入水泥、粉煤灰、钢纤维、复合膨胀剂、增效剂共同搅拌，再将缓凝减水剂和水混匀后一起加入搅拌机，继续搅拌均匀，得到混凝土；
将混凝土放入养护室进行养护，达到指定龄期后，测试混凝土的抗压强度。
9.根据权利要求8所述的用于高强度PC构件的混凝土的配制方法，其特征在于，所述混凝土在养护完成后的抗压强度为≥13.5MPa。
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