CN112707691B - 一种自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土，具体涉及一种自密实混凝土及其制备方法。其技术要点如下：水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份，液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份，有机硅防水剂2～8份，松香皂5～10份，水200～250份和增强改良组分4～12份；增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。本发明通过聚羧酸减水剂的改性，在碱性条件下水解产生大量羧基，在一定时间内使聚合物分子对水泥颗粒的分散作用缓慢、持续的进行，并通过液晶单体的加入，对水泥水化过程中出现的孔隙进行填充，阻止二氧化碳与氢氧化钙接触，避免碳酸钙质地较脆容易发生断裂，从而避免混凝土上出现裂缝，提高自密实混凝土的强度。

Description

一种自密实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，涉及一种混凝土，具体涉及一种自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土是指用水泥作为胶凝材料，砂、石作为集料，与水按一定比例配合，经搅拌而得，也称普通混凝土，广泛应用于土木工程。随着建筑行业的快速发展，建筑设备水平的不断提升，新型施工工艺的不断涌现和推广，混凝土技术需要发展以适应不同的设计、施工和使用要求。目前，更多高耸的、具有薄壁结构等特点的新型建筑物不断出现，这对混凝土提出了更高要求，普通的混凝土已经不能满足其要求，因此自密实混凝土应运而生。
自密实混凝土(self-compacting concrete)属于高性能混凝土的一种，是指混凝土拌合物主要依靠自重、不需要振捣即可充满模具且包裹配筋的混凝土，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构，增加了结构设计的自由度，使混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，使工人的劳动强度大幅度降低，提高了施工进度，具有良好的施工性能。随着我国混凝土建设工程的现代化高速发展，自密实混凝土的拌合物因具有高工作性、抗离折性、间隙通过性和填充性而在我国已引起广泛重视，其推广应用量也在迅速增长。制备高强度的自密实混凝土对于自密实混凝土的应用推广具有十分重要作用。但是自密实混凝土由于聚羧酸减水剂的加入，通常出现一定程度的收缩问题，主要包括混凝土的自收缩和塑性收缩，其不仅会产生有害裂缝，还会降低自密实混凝土的防水抗渗性，进而降低耐久性。
有鉴于上述现有的白色混凝土中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种自密实混凝土及其制备方法，通过聚羧酸减水剂的改性，在碱性条件下水解产生大量羧基，在一定时间内使聚合物分子对水泥颗粒的分散作用缓慢、持续的进行，并通过液晶单体的加入，对水泥水化过程中出现的孔隙进行填充，阻止二氧化碳与氢氧化钙接触，避免碳酸钙质地较脆容易发生断裂，从而避免混凝土上出现裂缝，提高自密实混凝土的强度。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种自密实混凝土，抑制混凝土的自收缩和塑性收缩，避免产生有害裂缝，提高自密实混凝土的防水抗渗性，进而提高耐久性，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份，液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份，有机硅防水剂2～8份，松香皂5～10份，水200～250份和增强改良组分4～12份；增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。本发明提供的增强改良组分中，采用细菌纤维素和黄酮糖苷的混合物，通过细菌纤维素的高强度提高混凝土的强度，并通过黄酮糖苷对水化过程中产生的钙离子进行络合，抑制碳酸钙的生成；由于聚羧酸减水剂具有高效的减水效果，能够大幅提高水泥的流动性，但同时也使得体系中的游离水量过大，一方面增加混凝土浆体孔隙中水的压力，使得自密实混凝土塑性收缩增加，另一方面更多的溶解空气中的CO2，产生更多的碳酸钙，而本发明采用细菌纤维素与缓释型聚羧酸减水剂复配使用，细菌纤维素对水有吸附和脱附的能力，能够有效维持水泥浆体系中水量的平衡，从而提高自密实混凝土的抗收缩性和抗裂性能。
进一步的，黄酮糖苷是3-糖基黄酮类糖苷。3-糖基黄酮类糖苷同样具有一定的吸水作用，能够与细菌纤维素产生协同作用。
进一步的，缓释聚羧酸减水剂是砷酸改性聚羧酸减水剂或亚砷酸聚羧酸减水剂。将砷酸或亚砷酸基团引入到聚羧酸减水剂中，一方面提高聚羧酸减水剂的空间位阻，另一方面利用了砷酸基团或亚砷酸基团的强的电负性，对水泥颗粒有更强的吸附能力，从而提高水泥颗粒的分散性和流动性，且砷酸或亚砷酸基团能够抑制聚羧酸减水剂的缓凝效果。
进一步的，缓释聚羧酸减水剂是含有磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂。本发明所说的磁性晶体是指以有机醇胺为配体与三价或二价锰离子形成的锰簇化合物晶体，将锰簇化合物晶体引入到聚羧酸减水剂中，通过磁性晶体之间的微弱斥力，提高水泥颗粒的分散性，同时提高聚羧酸减水剂对钙离子的络合能力。
本发明提供的聚羧酸减水剂的制备方法如下：
在装有搅拌器，蠕动泵进料系统的三口玻璃反应瓶中，加入90g不饱和聚醚单体HPEG和50g去离子水，边搅拌边升温溶解，得到共聚单体溶液。然后滴加1g的过氧化氢(30％wt)溶液作为氧化还原引发体系中的氧化剂，约10min左右滴加完毕，搅拌均匀，称取6.6g不饱和磷酸单体2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯和6.26g丙烯酸，和2.5g C2H5AsO(OH)2或C2H5As(OH)2与去离子水混合均匀，置于A圆底烧瓶中；0.2g链转移剂巯基丙酸、0.18g还原剂抗坏血酸Vc和1.5g六核锰(III)簇合物或与39g去离子水混合均匀，置于B圆底烧瓶中。将其匀速滴加到反应瓶中，滴加时间为3h，滴加完毕后保温反应1h，溶液冷却之后，用质量分数为25％的氢氧化钠溶液中和至中性，得到含磁性晶体和砷酸基团或亚砷酸基团的缓释聚羧酸减水剂。其中，六核锰(III)簇合物的化学式为：[Mn6O2(O2CPh)2(salox)6(CH3OH)4][Mn6O2(O2CPh)2(salox)6(CH3OH)2(CH3CN)2]·4H2O。
在上述制备方法中，磷酸基团和砷酸基团形成梯度排列，不但提高了缓释作用，同时协同提高了聚羧酸减水剂对水泥颗粒的吸附性。而六核锰(III)簇合物的四个结晶水也同样能够通过结晶水的失去或形成维持水泥浆体中水量的微平衡，进一步提高混凝土的抗裂性能。
进一步的，改性玻璃微珠是金属氨络合物改性玻璃微珠。
采用金属氨络合物对玻璃微珠，能够将金属络合物引入到水泥浆体系中，利用金属络合物的作用一方面捕获钙离子，防止碳酸钙的产生，同时阻止混凝土固化过程中碱骨料的发生。
进一步的，金属氨络合物改性玻璃微珠是铜氨改性玻璃微珠。铜氨络合物改性玻璃微珠，能够促进水泥浆体的凝胶化，从而阻止二氧化碳的渗入，进一步阻止碳酸钙的形成。
进一步的，细骨料中掺和纳米氮化钒/氮化铬复合粉末，掺和量为细骨料质量的5～10％。上述复合粉末的掺入，能够提高细骨料的强度；在水化和固化过程中，混凝土中毛细管内的水被吸收，使得毛细管与混凝土产生压力差，混凝土往毛细管内塌陷，产生自收缩效果，而一旦自收缩效果大于混凝土的拉应力，就会产生细裂纹，本发明提供的复合粉末的加入，能够阻止毛细管内的塌陷，减少混凝土的自收缩，避免裂纹的产生，提高了混凝土的强度。
进一步的，粗骨料中掺和铬铁渣，掺和量为粗骨料质量的3～5％。铬铁渣的加入能够提高混凝土的表观密度、抗压性能和耐磨性能。
本发明的第二个目的是提供一种自密实混凝土的制备方法，具有同样的效果。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份和水200～250份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份和有机硅防水剂2～8份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分4～12份和松香皂5～10份，持续搅拌得到自密实混凝土。本发明的制备方法中，将液晶单体和改性玻璃微珠后加入到水泥浆体中，能够避免液晶单体过早加入，导致水泥颗粒的颗粒，而将改性玻璃微珠后加入到水泥浆体中，是由于本发明的聚羧酸减水剂是缓释型，当搅拌和5～7h时才达到水化热的峰值，此时加入改性玻璃微珠能够有效吸收水泥的水化热，当改性玻璃微珠是金属络合物改性玻璃微珠时，能够使金属络合物在水化热达到顶峰参与到水泥浆体的固化过程中，填补水泥浆体的孔隙，提高混凝土的抗压性能。
作为上述技术方案的优选，在步骤S1中，先加入100～125份水持续搅拌0.5～1h后再加入100～125份水再搅拌0.5～1h。将水分为两份分别加入，提高水泥的分散性，避免团聚的现象产生，二次水的加入，填补了第一份水被吸收后，产生的毛细管，避免塌陷现象的产生。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过聚羧酸减水剂的改性，在碱性条件下水解产生大量羧基，在一定时间内使聚合物分子对水泥颗粒的分散作用缓慢、持续的进行，并通过液晶单体的加入，对水泥水化过程中出现的孔隙进行填充，阻止二氧化碳与氢氧化钙接触，避免碳酸钙质地较脆容易发生断裂，从而避免混凝土上出现裂缝，提高自密实混凝土的强度。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种自密实混凝土及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份，液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份，有机硅防水剂2～8份，松香皂5～10份，水200～250份和增强改良组分4～12份；增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份和水200～250份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份和有机硅防水剂2～8份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分4～12份和松香皂5～10份，持续搅拌得到自密实混凝土。
实施例2
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份，液晶单体5份，改性玻璃微珠35份，有机硅防水剂2份，松香皂5份，水200份和增强改良组分4份；增强改良组分包括细菌纤维素和3-糖基黄酮类糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份和水200份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5份，改性玻璃微珠35份和有机硅防水剂2份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分4份和松香皂5份，持续搅拌得到自密实混凝土。
实施例3
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥400份，粗骨料750份，细骨料850份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂9份，粉煤灰190份，液晶单体10份，改性玻璃微珠45份，有机硅防水剂8份，松香皂10份，水250份和增强改良组分12份；增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥400份，粗骨料750份，细骨料850份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂9份，粉煤灰190份和水250份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5～10份，改性玻璃微珠45份和有机硅防水剂8份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分12份和松香皂10份，持续搅拌得到自密实混凝土。
实施例4
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥380份，粗骨料720份，细骨料820份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂5份，粉煤灰180份，液晶单体8份，铜氨络合物改性玻璃微珠30份，有机硅防水剂6份，松香皂6份，水220份和增强改良组分8份；增强改良组分包括细菌纤维素和3-糖基黄酮类糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥380份，粗骨料720份，细骨料820份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂5份，粉煤灰180份和水220份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体8份，铜氨络合物改性玻璃微珠30份和有机硅防水剂6份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分8份和松香皂6份，持续搅拌得到自密实混凝土。
实施例5
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥390份，粗骨料710份，细骨料815份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂8份，粉煤灰150份，液晶单体7份，改性玻璃微珠34份，有机硅防水剂4份，松香皂6份，水230份和增强改良组分6份；增强改良组分包括细菌纤维素和3-糖基黄酮类糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥390份，粗骨料710份，细骨料815份，含砷酸基团和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂8份，粉煤灰150份和水230份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体7份，铜氨络合物改性玻璃微珠34份和有机硅防水剂4份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分6份和松香皂6份，持续搅拌得到自密实混凝土。
本实施例中的细骨料中含有80份纳米氮化钒/氮化铬复合粉末。
实施例6
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥385份，粗骨料713份，细骨料823份，含亚砷酸和磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂5份，粉煤灰175份，液晶单体6份，铜氨络合物改性玻璃微珠32份，有机硅防水剂4份，松香皂7份，水215份和增强改良组分7份；增强改良组分包括细菌纤维素和3-糖基黄酮类糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥385份，粗骨料713份，细骨料823份，含亚砷酸和磁性晶体缓释聚羧酸减水剂5份，粉煤灰175份和水215份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体6份，铜氨络合物改性玻璃微珠32份和有机硅防水剂4份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分7份和松香皂7份，持续搅拌得到自密实混凝土。
本实施例中的粗骨料中含有30份铬铁渣，细骨料中含有70份纳米氮化钒/氮化铬复合粉末。
实施例7
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份，液晶单体5份，改性玻璃微珠35份，有机硅防水剂2份，松香皂5份，水200份和增强改良组分4份；增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份和水100份搅拌0.5h后再加入水100份继续搅拌6h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5份，改性玻璃微珠35份和有机硅防水剂2份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入增强改良组分4份和松香皂5份，持续搅拌得到自密实混凝土。
对比实施例
一种自密实混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份，液晶单体5份，改性玻璃微珠35份，有机硅防水剂2份，松香皂5份，水200份。
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下操作步骤：
S1.将水泥370份，粗骨料700份，细骨料800份，缓释聚羧酸减水剂4份，粉煤灰120份和水200份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向混合物A中加入液晶单体5份，改性玻璃微珠35份和有机硅防水剂2份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向混合物B中加入松香皂5份，持续搅拌得到自密实混凝土。
将实施例1至实施例7及对比实施例进行试验，具体试验步骤如下：
(1)坍落度试验
试验对象：实施例1～7和对比实施例，分别按各自配比搅拌制成成品混凝土。试验方法：将坍落度桶和坍落拓展度测试平板用水湿润，板上刻有直径为500mm的圆，然后将试验对象填满坍落度桶，期间不用振捣；刮平桶口多余混凝土后清楚周围残余混凝土，在30秒内将坍落筒竖直提起，并同时用秒表计时，直至混凝土流至500mm圆上时停止，此时计时为T500；待混凝土静止后，再测量混凝土的最大直径、垂直方向的高度。
表1坍落度测试结果
Figure BDA0002882986360000121
Figure BDA0002882986360000131
由上述结果可知，3-糖基黄酮类糖苷的加入能够通过吸水提高混凝土的保坍度，而铜氨络合物的加入能够进一步提高保坍度，而本发明提供的聚羧酸减水剂能够提高水泥浆体的流动度。且实施例1与实施例7对比可知，将水两次加入能够提高保坍度。
(2)抗压强度测定
试验对象：实施例1～7和对比实施例，分别按各自配比搅拌制成成品混凝土，再制作100mm×100mm×100mm的立方体标准试块。
试验方法：按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB50081-2002)来进行试验，测定3d、7d和28d的抗压强度。
表2抗压强度测试结果
3d 7d 28d
实施例1 25 32 43
实施例2 26 32 47
实施例3 38 42 47
实施例4 30 42 51
实施例5 32 41 54
实施例6 32 38 58
实施例7 28 34 44
对比实施例 22 26 39
根据上述结果可知，实施例7与实施例1对比可知，两次加入水，能够有效降低混凝土的收缩，提高混凝土的抗压强度；通过实施例3和实施例4与实施例1的对比可知，铜氨络合物对玻璃微珠改性和含磁性晶粒和砷酸基团的聚羧酸减水剂的加入能够提高混凝土的早期强度；而实施例5与实施例4的对比可知，细骨料中加入的复合粉末能够有效提高3d强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种自密实混凝土，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份，液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份，有机硅防水剂2～8份，松香皂5～10份，水200～250份和增强改良组分4～12份；所述增强改良组分包括细菌纤维素和黄酮糖苷。
2.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述黄酮糖苷是3-糖基黄酮类糖苷。
3.根据权利要求1或2所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述缓释聚羧酸减水剂是砷酸改性聚羧酸减水剂或亚砷酸聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求3所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述缓释聚羧酸减水剂是含有磁性晶体的缓释聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述改性玻璃微珠是金属氨络合物改性玻璃微珠。
6.根据权利要求5所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述金属氨络合物改性玻璃微珠是铜氨改性玻璃微珠。
7.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述细骨料中掺和纳米氮化钒/氮化铬复合粉末，掺和量为细骨料质量的5～10％。
8.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述粗骨料中掺和铬铁渣，掺和量为粗骨料质量的3～5％。
9.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1.水泥370～400份，粗骨料700～750份，细骨料800～850份，缓释聚羧酸减水剂4～9份，粉煤灰120～190份和水200～250份搅拌5～7h，得到混合物A；
S2.向所述混合物A中加入液晶单体5～10份，改性玻璃微珠35～45份和有机硅防水剂2～8份持续搅拌；得到混合物B；
S3.向所述混合物B中加入增强改良组分4～12份和松香皂5～10份，持续搅拌得到所述自密实混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种自密实混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，先加入100～125份水持续搅拌0.5～1h后再加入100～125份水再搅拌0.5～1h。
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