CN112645621A - 无机增强掺合料、混凝土及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无机增强掺合料及混凝土，基于所述无机增强掺合料的质量计，包括如下质量百分含量的原料：硫铝酸盐水泥熟料70％‑80％，石膏10％‑30％和纳米水化硅酸钙晶须0.5％‑0.8％。本发明的无机增强掺合料，能够提高混凝土等制品的早期和后期强度、减少体积收缩，将本发明的无机增强掺合料加入到普通硅酸盐水泥后形成新的胶凝材料，其水化硬化过程类似于已有大量研究的硅酸盐与硫铝酸盐的复合水泥。相对于其他常用掺合料或者不掺杂任何掺合料的水泥相比，掺加本发明的无机增强掺合料的复合水泥体系初期水化放热速率增大，电阻率减小，其早期水化速度加快，水泥硬化体的孔隙率减小，结构较密实。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机增强掺合料、混凝土及其应用。
背景技术
长期以来，建筑材料领域一直广泛采用以硅酸钙为主要矿物成分的水泥，例如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥等，作为基础材料，加入掺合料、外加剂、砂、石，并用钢筋、纤维、网格布等辅助材料制成混凝土或砂浆进行房屋、道路、桥梁、大坝等基础设施建设，以及水泥制品、构件、维修加固等特殊领域的应用。虽然应用范围十分宽广，但是在实际使用过程中都存在凝结时间长、硬化速度慢、收缩值大等实际问题。随着我国经济近年来的高速发展，对于建筑材料整体强度标号要求的提升，确保大型建筑的安全性和耐久性。对硬化速度要求不断加快，大幅度减轻维修施工带来的道路交通压力；水泥制品及构件争取做到免蒸养或缩短蒸养，避免传统燃煤加热或使用天然气给环境带来较大的污染和资源浪费。对材料尺寸变形量的严格控制，确保现场浇筑的混凝土或预制构件及板材在硬化较快的同时，不会产生开裂、翘曲、变形、返碱的问题。以上种种，以硅酸钙为主的水硬性胶凝材料很难满足目前国民经济高速发展对建筑材料的现阶段要求。因此，如何能够用科学的技术手段对水泥基础材料进行改性升级，是我们建筑材料领域亟待解决的问题。
传统对以硅酸钙为主要成分的水泥(以普通硅酸水泥为例)加速凝结，提高早期强度的方法一般有如下几种：1、采用速凝剂偏铝酸钠(钾)、铝酸钠(钾)、硫酸铝、氟化钠、碳酸钠、硅酸钠等速凝剂加速凝结时间；2、采用硫酸钠、硫代硫酸钠、甲酸钙、三乙醇胺等早强剂提高早期强度；3、采用硫铝酸盐水泥或者铝酸盐水泥(可加入适量石膏)与普通硅酸盐水泥复合，加速凝结时间、提高早期强度。但是在使用过程中都存在一定的问题，例如：1、加入速凝剂后的普通硅酸盐水泥凝结时间急剧缩短，一般可以控制在几秒到几min，料浆迅速失去塑性，继而稠化、凝结、硬化。但是8小时的抗压强度进行测试，发现并没有大幅度增长；而且在1天后的早强度相比于空白试件大幅度降低，28天的最终强度也比空白试件降低很多。所以，速凝剂只能提供快速凝结、而并不能真正意义上的“早强”；2、加入早强剂后的普通硅酸盐水泥凝结时间缩短，1天强度有适当提高，但是8小时之前强度没有明显变化，28天强度略有降低。所以，加入早强剂的混凝土只是提高了普通硅酸盐水泥的1天强度，也并非真正意义上的“早强快硬”；3、硫铝酸盐水泥或者铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复合后，能够加速凝结时间，显著提高8小时强度，也可以加入少量的石膏做成调整其凝结时间；但是完全硬化后28天材料后期强度降低明显，在进行自由膨胀率测定时，水中膨胀率过大，存在着试块“胀裂”的风险，这是因为，复合体系中在水化过程中不断形成的钙矾石膨胀产生的危害。
因此，亟待提出一种掺合料，使其提高混凝土等指标的强度、避免产生胀裂等问题。
发明内容
基于现有技术中的上述技术问题，本发明提出了一种无机增强掺合料，能够提高混凝土等制品的早期和后期强度、减少体积收缩，增大初期水化放热速率的同时，减小电阻率。
第一方面，本发明提出了一种无机增强掺合料，基于所述无机增强掺合料的质量计，包括如下质量百分含量的原料：硫铝酸盐水泥熟料70％-80％，石膏10％-30％和纳米水化硅酸钙晶须0.5％-0.8％。
硫铝酸盐水泥熟料的标准定义如下：以适当成分的生料，烧至完全或部分熔融得到以无水硫铝酸钙，硅酸二钙，和铁铝酸钙为主要矿物成分的产物。本发明中的硫铝酸盐水泥熟料执行标准：GB/T37125-2018《硫铝酸盐水泥熟料》，采用河南建文科技公司生产的硫铝酸盐水泥熟料。其中按照三氧化二铝的含量分为SACC-I，SACC-II,SACC-III三个型号，分别代表三氧化二铝含量≥33％，≥30％，且＜33％，≥24％，且小于30％，本发明采用标准为II型产品，也可以用I型或者III型进行替代。
本发明的无机增强掺合料，能够提高混凝土等制品的早期和后期强度、减少体积收缩，将本发明的无机增强掺合料加入到普通硅酸盐水泥后形成新的胶凝材料，其水化硬化过程类似于已有大量研究的硅酸盐(PC,65％-95％)与硫铝酸盐(CSA,5％-35％)的复合水泥。相对于其他常用掺合料或者不掺杂任何掺合料的水泥相比，掺加本发明的无机增强掺合料的复合水泥体系初期水化放热速率增大，电阻率减小，水化中后期硬化水泥浆体的交流阻抗谱显示的孔溶液电阻增大，表明其早期水化速度加快，水泥硬化体的孔隙率减小，结构较密实。
作为本发明的具体实施方式，所述纳米水化硅酸钙晶须的粒径为50nm-100nm。小颗粒范围的水化硅酸钙晶须(C-S-H)粉体能降低水泥的水化热总量和成核势垒，并使其水化放热峰提前；C-S-H粉体在水泥水化反应过程中主要起晶种作用；在一定C-S-H粉体掺量范围内，水泥水化过程符合结晶成核与晶体生长的规律，因而加速了砂浆材料的早期硬化，并对后期强度有极大的促进作用。
作为本发明的具体实施方式，所述的无机增强掺合料，所述无机增强掺合料的比表面积不小于400m2/kg，例如400m2/kg，500m2/kg，600m2/kg，700及其任意组合的范围。
优选地，所述无机增强掺合料的比表面积为400m2/kg-600m2/kg。
作为本发明的具体实施方式，所述无机增强掺合料的pH值不大于10.5，例如10.0，9.0，8.0，7.0及其任意组合范围。
优选地，所述无机增强掺合料的pH值为8.0-10.0。
作为本发明的具体实施方式，所述无机增强掺合料的14d水中限制膨胀率不大于0.15％，例如0.05％，0.1％，0.15％及其任意组合的范围。
优选地，所述无机增强掺合料的14d水中限制膨胀率为0.08％-0.12％。
作为本发明的具体实施方式，所述无机增强掺合料的1d抗压强度不小于40MPa，例如40MPa，50MPa，60MPa及其任意组合的范围；和/或，7d抗压强度不小于52.5MPa，例如52.5MPa，55MPa，60MPa及其任意组合的范围；和/或，28d抗压强度不小于60MPa，例如60MPa，65MPa，70MPa及其任意组合的范围。
第二方面，本发明提出一种混凝土，包括权利要求所述的无机增强掺合料，还包括硅酸盐水泥。
优选地，基于所述硅酸盐水泥和所述无机增强掺合料的总质量计，所述无机增强掺合料的质量百分含量为20％-40％。
更优选地，所述无机增强掺合料的质量百分含量为30％-35％。
在混凝土中，复合水泥体系水化产物主要是纳米水化硅酸钙晶须(C-S-H凝胶)和Ca(OH)2。少量硫铝酸钙熟料(CSA)的加入增加了体系水化产物中钙矾石的含量，使水泥石更加密实，有利于提高水泥石的耐久性。硅酸盐水泥的主要水化物是水化硅酸钙凝胶、Ca(OH)2，以及少量水化硫铝酸钙和水化铁酸钙等。在以硅酸盐水泥为主体的水泥水化液相中，Ca(OH)2在饱和，3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O形成速度较快，往往为细针状晶体；在低浓度Ca(OH)2溶液中，3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O形成速度较慢，一般都生成较粗的长柱状晶体。
加入无机增强掺合料的复合水泥体系与硅酸盐水泥类似，水化产物主要为C-S-H、钙矾石(AFt)以及少量的Ca(OH)2、AH3(gel)等，只是相对含量及各产物的形成时间和结构随水化环境的不同而有所变化，这也是其基本性能发生变化的主要原因。
综上所述，C3S-C2S-C3A-C4AF-C4A3S-CaSO4复合体系的水化过程如下:
C4A3S+2(CaSO4)+38H2O＝AFt+2AH3(凝胶)
C3A+3CaSO4+32H2O＝AFt
C3S+H2O＝C-S-H(凝胶)+2Ca(OH)2
溶液中Ca(OH)2浓度的增加，促使下列反应发生：
AH3(gel)+3Ca(OH)2+3CaSO4+26H2O＝AFt
水泥颗粒表面矿物C3A、C3S、C4A3S的不断水化，使其他矿物C2S、C4AF暴露出来，水化反应继续进行。
C4AF+3(CaSO4)+32H2O＝C3(A，F)·3(CaSO4)·32H2O
C2S+2H2O＝C-S-H+Ca(OH)2
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土中包括如下重量份数的原料：硅酸盐水泥300份-400份，所述无机增强掺合料75份-270份，砂料700份-800份，石料1000份-2000份，水100份-250份和减水剂0.1份-5份。以上原料均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土的终凝时间不大于180min，例如约为150min-180min。
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土的pH值不大于10.5，例如8.0-9.0，9.0-10.0。
优选地，所述混凝土的pH值为8.0-10.0。
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土的28d自由膨胀率不大于0.15％；优选地，所述混凝土的28d自由膨胀率为0.08％-0.12％。加入合适的量的无机快硬掺合料后，尺寸变形减小。
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土的1d抗压强度不小于40MPa，例如40MPa，50MPa，60MPa及其任意组合的范围。
和/或，7d抗压强度不小于52.5MPa，例如55MPa，60MPa，65MPa及其任意组合的范围。
和/或，28d抗压强度不小于60MPa，例如60MPa，65MPa，70MPa及其任意组合的范围。
第三方面，本发明提出了所述的无机增强掺合料和所述混凝土在基础设施建设、水泥制品和构件、维修加固领域中的应用。
本发明的无机增强掺合料，能够提高混凝土等制品的早期和后期强度、减少体积收缩，将本发明的无机增强掺合料加入到普通硅酸盐水泥后形成新的胶凝材料，其水化硬化过程类似于已有大量研究的硅酸盐(PC,65％-95％)与硫铝酸盐(CSA,5％-35％)的复合水泥。相对于其他常用掺合料或者不掺杂任何掺合料的水泥相比，掺加本发明的无机增强掺合料的复合水泥体系初期水化放热速率增大，电阻率减小，水化中后期硬化水泥浆体的交流阻抗谱显示的孔溶液电阻增大，表明其早期水化速度加快，水泥硬化体的孔隙率减小，结构较密实。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
以下实施例中的测试方法或标准为：
粒径测试：JC/T721-2006《水泥颗粒级配测定方法激光法》
比表面积测试：GB/T8074-2010《水泥比表面积测定方法勃氏法》
本发明中的减水剂为聚羧酸减水剂，购自：江苏兴邦化学建材有限公司；型号为PC1020；
硫铝酸盐水泥熟料，购自河南建文科技公司。
实施例1
实施例1提出了一种无机增强掺合料A。
基于所述无机增强掺合料A的质量计，所述无机快硬掺合料A由如下质量百分含量的原料组成：硫铝酸盐水泥熟料70％，石膏30％和纳米水化硅酸钙晶须0.5％。其中，所述纳米水化硅酸钙晶须的粒径约为94nm。所述无机增强掺合料A的比表面积约为415m2/kg。
实施例2
实施例2提出了一种无机增强掺合料B。
基于所述无机增强掺合料B的质量计，所述无机快硬掺合料B由如下质量百分含量的原料组成：硫铝酸盐水泥熟料80％，石膏19.2％和纳米水化硅酸钙晶须0.8％。其中，所述纳米水化硅酸钙晶须的粒径约为56nm。所述无机增强掺合料B的比表面积约为592m2/kg。
实施例3
实施例3提出了一种无机增强掺合料C。
基于所述无机增强掺合料C的质量计，所述无机快硬掺合料C由如下质量百分含量的原料组成：硫铝酸盐水泥熟料75％，石膏24.5％和纳米水化硅酸钙晶须0.5％。其中，所述纳米水化硅酸钙晶须的粒径约为72nm。所述无机增强掺合料C的比表面积约为532m2/kg。
对比例1
对比例1提出了一种掺合料D，对比例1与实施例3的区别仅在于，对比例1中未加入硫铝酸盐水泥熟料，其余原料组分均与实施例3相同。
对比例2
对比例2提出了一种掺合料E，对比例1与实施例3的区别仅在于，对比例2中未加入石膏，其余原料组分均与实施例3相同。
对比例3
对比例3提出了一种掺合料F，对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3中未加入纳米水化硅酸钙晶须，其余原料组分均与实施例3相同。
实施例1#-2#
实施例1#-2#分别为添加表1所示重量份数原料的混凝土，其中，无机快硬掺合料为实施例3制备的无机快硬掺合料C。
对比例3#-13#
对比例3#-13#提出了一种混凝土，未加入上述实施例制备的无机快硬掺合料，其他原料组分如表1所示。
对比例14#-16#
对比例14#-16#提出了一种混凝土，对比例14#-16#与实施例1#的区别仅在于，对比例14#-16#分别加入了掺合料D、E、F，其他组分均相同。
表1各实施例和对比例的混凝土原料组分(重量份数)
注：高铝水泥是指，根据标准GB201-2000《铝酸盐水泥》，CA50标准，即三氧化二铝的质量百分含量不小于50％，且小于60％的水泥材料。
对各实施例和对比例的混凝土进行如下测试，结果见表2：
1、根据《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119，测定水中14d水中膨胀率和水中14d转空气中28d的膨胀率；
2、根据《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T50080，测定坍落度；
3、根据《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010测定各龄期强度。
表2各实施例和对比例的测试结果
1、从表2可以看出，本发明实施例的混凝土14d水中限制膨胀率不大于0.15％，水中14d转空气中28d不小于-0.030，可以看出本发明实施例的无机快硬掺合料可用于补偿混凝土收缩，减少混凝土的体积变形，从而减少开裂。一般来讲，水中膨胀适当，干空收缩最小，干空与水中落差较小时是混凝土的最佳状态。从上表中可以得出：无机快硬增强掺和料与普通硅酸盐水泥(普硅水泥)复合体系混凝土(内掺30％～35％)，14d水中膨胀+0.025％～+033％，可以满足补偿收缩的要求，转干空后28d收缩-0.007％～0.01％，干燥收缩变形较小，因而可用于普通水泥混凝土结构、构件等补偿收缩的需要，有效的控制了开裂。
2、从表2可以看出，本发明实施例的混凝土搅拌后材料坍落度的损失越小，说明材料工作性能保持越好。加入速凝剂(例如：偏铝酸钠、硫酸铝和氟化钠等)和早强剂(例如：硫酸钠、甲酸钙和硅酸钠等)后的混凝土粘度增大、稠度增加，坍落度损失较快，工作性能较差。加入硫铝水泥或高铝水泥的复合混凝土也都有较大损失，不利于现场的实际操作。无机快硬增强掺和料与普硅水泥复合体系混凝土(内掺30％～35％)，坍落度在30min内没有明显变化，操作方便，适合于工业化、连续化、规模化的生产应用。
3、从表2可以看出，本发明实施例的混凝土搅拌后材料的凝结时间不同体系之间变化较大。加入早强剂体系凝结时间影响较小；加入速凝剂的体系：偏铝酸钠、氟化钠、硅酸钠的凝结时间最短；加入硫铝水泥、高铝水泥的凝结时间也大大缩短；无机快硬增强掺和料与普硅水泥复合体系混凝土(内掺30％～35％)，与加入复合水泥的凝结时间略有延长，说明早期水化速率加快。
4、从表2可以看出，本发明实施例的无机快硬增强掺和料与普硅水泥复合体系混凝土(内掺30％～35％)，各龄期抗压强度最高。2小时抗压强度分别在10.5MPa、17.5MPa可满足制品、砂浆的早强需要，4h分别在25.0MPa、34.3MPa可满足PC构件、路面修复的脱模及通车需求。28d强度持续增长，说明水化不断深入进行，结构更为致密。
5、速凝剂体系可以加速凝结时间，严重影响坍落度，实际应用中受到较大限制，同时对普通水泥混凝土早期强度贡献不大，后期强度收缩严重；早强剂体系对凝结时间适当缩短，坍落度损失加快，早期强度(1天)略有提高，但是h强度没有较大提高不能满足早期硬化脱模、迅速投入应用的实际需求，后期强度也有部分降低。硫铝水泥、高铝水泥与普通水泥复合体系，凝结时间缩短，水化速率加快，早期强度提高，但是后期强度损失严重，不能达到预定设计标号；同时其水中膨胀率数值过高，形成了“胀裂”现象，在实际应用中是非常危险的。无机快硬增强掺和料与普硅水泥复合体系混凝土(内掺30％～35％)，坍落度保持好，可以满足不同应用下工作状态的需要；凝结时间大幅度加快，说明水化速率加快，反应加速，h强度增长非常明显，后期强度持续增长，真正做到了“快凝长保持”、“早期快硬，后期增强”的最佳效果。同时，无机快硬增强掺和料与普硅水泥复合体系混凝土(内掺30％～35％)，可以达到补偿收缩混凝土的性能指标，在水中可以起到膨胀补偿收缩的效果，在空气中干缩极小，完全符合标准需求，因而性能尺寸稳定，有效避免了解决了普通水泥混凝土收缩开裂的问题。
综上，本发明的无机增强掺合料，能够提高混凝土等制品的早期和后期强度、减少体积收缩，将本发明的无机增强掺合料加入到普通硅酸盐水泥后形成新的胶凝材料，其水化硬化过程类似于已有大量研究的硅酸盐(PC,65％-95％)与硫铝酸盐(CSA,5％-35％)的复合水泥。相对于其他常用掺合料或者不掺杂任何掺合料的水泥相比，掺加本发明的无机增强掺合料的复合水泥体系初期水化放热速率增大，电阻率减小，水化中后期硬化水泥浆体的交流阻抗谱显示的孔溶液电阻增大，表明其早期水化速度加快，水泥硬化体的孔隙率减小，结构较密实。
在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修-订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种无机增强掺合料，其特征在于，基于所述无机增强掺合料的质量计，包括如下质量百分含量的原料：硫铝酸盐水泥熟料70％-80％，石膏10％-30％和纳米水化硅酸钙晶须0.5％-0.8％。
2.根据权利要求1所述的无机增强掺合料，其特征在于，所述纳米水化硅酸钙晶须的粒径为50nm-100nm。
3.根据权利要求1或2所述的无机增强掺合料，其特征在于，所述无机增强掺合料的比表面积不小于400m2/kg；优选地，所述无机增强掺合料的比表面积为400m2/kg-600m2/kg。
4.一种混凝土，包括权利要求1-3任一项所述的无机增强掺合料，还包括硅酸盐水泥；优选地，基于所述硅酸盐水泥和所述无机增强掺合料的总质量计，所述无机增强掺合料的质量百分含量为20％-40％；更优选地，所述无机增强掺合料的质量百分含量为30％-35％。
5.根据权利要求4所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土中包括如下重量份数的原料：硅酸盐水泥300份-400份，所述无机增强掺合料75份-270份，砂料700份-800份，石料1000份-2000份，水100份-250份和减水剂0.1份-5份。
6.根据权利要求4或5所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的终凝时间不大于180min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的pH值不大于10.5；优选地，所述混凝土的pH值为8.0-10.0。
8.根据权利要求4-7任一项所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的14d水中限制膨胀率不大于0.15％；优选地，所述混凝土的14d水中限制膨胀率为0.08％-0.12％。
9.根据权利要求4-8任一项所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的1d抗压强度不小于40MPa；和/或，7d抗压强度不小于52.5MPa；和/或，28d抗压强度不小于60MPa。
10.权利要求1-3任一项所述的无机增强掺合料和权利要求4-9任一项所述的混凝土在基础设施建设、水泥制品和构件、维修加固领域中的应用。
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| CN (1) | CN112645621A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113582648A (zh) * | 2021-07-17 | 2021-11-02 | 北京工业大学 | 一种促进硅酸盐水泥水化的调控胶凝材料 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2636654A1 (de) * | 2012-03-05 | 2013-09-11 | HeidelbergCement AG | Ternesit als Additiv zu Calciumsulfoaluminatzement |
| CN104891900A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-09-09 | 中民筑友有限公司 | 一种c35低胶材自密实增强混凝土及其制备方法 |
| CN105367026A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-02 | 张进 | 一种高强度混凝土及其制备方法 |
| CN105884239A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-24 | 湖北大学 | 一种硫铝酸盐-硅酸盐水泥复合体系外加剂、快硬早强混凝土及其制备方法 |
| CN106587843A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-04-26 | 武汉武新新型建材股份有限公司 | 一种高强高透水无机混凝土及其制备方法 |
| CN107628795A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-01-26 | 重庆建工住宅建设有限公司 | 一种快硬无收缩混凝土 |
| CN108358556A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-08-03 | 同济大学 | 一种掺加sap的低收缩型超高性能混凝土 |
| CN108658547A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-10-16 | 平乡县世恒新型建材有限公司 | 自密实混凝土 |
| CN109906210A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-06-18 | 巴斯夫欧洲公司 | 用于建筑化学组合物的添加剂 |
| CN110423073A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-11-08 | 南京梦联桥传感科技有限公司 | 一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法 |
-
2020
- 2020-12-23 CN CN202011536067.9A patent/CN112645621A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2636654A1 (de) * | 2012-03-05 | 2013-09-11 | HeidelbergCement AG | Ternesit als Additiv zu Calciumsulfoaluminatzement |
| CN104891900A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-09-09 | 中民筑友有限公司 | 一种c35低胶材自密实增强混凝土及其制备方法 |
| CN105367026A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-02 | 张进 | 一种高强度混凝土及其制备方法 |
| CN105884239A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-24 | 湖北大学 | 一种硫铝酸盐-硅酸盐水泥复合体系外加剂、快硬早强混凝土及其制备方法 |
| CN109906210A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-06-18 | 巴斯夫欧洲公司 | 用于建筑化学组合物的添加剂 |
| CN106587843A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-04-26 | 武汉武新新型建材股份有限公司 | 一种高强高透水无机混凝土及其制备方法 |
| CN107628795A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-01-26 | 重庆建工住宅建设有限公司 | 一种快硬无收缩混凝土 |
| CN108358556A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-08-03 | 同济大学 | 一种掺加sap的低收缩型超高性能混凝土 |
| CN108658547A (zh) * | 2018-08-09 | 2018-10-16 | 平乡县世恒新型建材有限公司 | 自密实混凝土 |
| CN110423073A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-11-08 | 南京梦联桥传感科技有限公司 | 一种超早强补偿收缩湿接缝混凝土干混料及制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张巨松等: "《泡沫混凝土》", 31 January 2016 * |
| 李遵云等: ""纳米水化硅酸钙对混凝土耐久性的影响"", 《混凝土》 * |
| 杨光等: ""均匀设计法优化普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-二水石膏修补材料配合比及其性能试验研究"", 《建材与装饰》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113582648A (zh) * | 2021-07-17 | 2021-11-02 | 北京工业大学 | 一种促进硅酸盐水泥水化的调控胶凝材料 |
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