CN112851262A - 一种自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种自密实混凝土及其制备方法，该自密实混凝土包括以下重量份的原料：水泥290‑310份、粉煤灰75‑85份、矿粉80‑100份、水160‑200份、细骨料700‑800份、粗骨料800‑900份、减水剂1‑3份、陈皮粉10‑30份、聚乙烯醇纤维1‑2份、减缩剂1.5‑2.5份、膨胀剂1.5‑2份；减缩剂包括硫铝酸盐、二乙二醇单丁醚中的至少一种；该自密实混凝土的制备方法为：将粗骨料、矿粉、粉煤灰、陈皮粉与40‑60重量份的水混合，混合均匀后得到第一混合物；将水泥、细骨料、减缩剂以及膨胀剂、聚乙烯醇纤维进行混合，混合均匀后得到第二混合物；将第一混合物与第二混合物进行混合，后加入减水剂和剩余的水，混合均匀后出料，得到自密实混凝土；该自密实混凝土具有优异的抗裂性能。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种混凝土及其制备方法。
背景技术
自密实混凝土是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好的均质性，并且不需要附加振动的混凝土；自密实混凝土从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本，广泛应用于建筑施工领域中。
公开号CN104987018A、公开日为2015年10月21日的中国专利申请公开了一种自密实混凝土，以重量份数计，包括以下按重量配制的原料：硫铝酸盐水泥：380-500kg/m3；外加剂：5.81-10.76kg/m3；水洗中砂：644-740kg/m3；石子：966-1110kg/m3；水：173-2227kg/m3；所述外加剂为聚羧酸类减水剂，硅醚类消泡剂和缓凝剂。
针对上述中的相关技术，为了获得更好的流动性和抗离析能力，自密实混凝土相比于普通混凝土，胶结料用量更大，水胶比更低，可能导致混凝土较大的收缩，从而引起开裂风险。
发明内容
为了增强自密实混凝土的抗裂性能，本申请提供一种自密实混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种自密实混凝土，采用以下技术方案：
一种自密实混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥290-310份；
粉煤灰75-85份；
矿粉80-100份；
水160-200份；
细骨料700-800份；
粗骨料800-900份；
减水剂1-3份；
陈皮粉10-30份；
聚乙烯醇纤维1-2份；
减缩剂1.5-2.5份；
膨胀剂1.5-2份；
所述减缩剂包括硫铝酸盐、二乙二醇单丁醚中的至少一种。
通过采用上述方案，在自密实混凝土中加入减缩剂，减缩剂采用硫铝酸盐、二乙二醇丁单醚，两者对矿粉、粉煤灰以及水泥的水化具有促进作用，进而增强自密实混凝土强度的同时，减少自密实混凝土的收缩，增强自密实混凝土的抗裂性能；陈皮粉是通过与减缩剂共同配合，进一步减少自密实混凝土的收缩现象，增强自密实混凝土的抗裂性能和稳定性；聚乙烯醇纤维加入后，与减缩剂、陈皮粉配合，一方面增强自密实混凝土的流动性，一方面改善自密实混凝土的拉伸性能，进而减少自密实混凝土的开裂；综上所述，通过在自密实混凝土中加入陈皮粉、聚乙烯醇纤维以及减缩剂，三者共同配合增强自密实混凝土的抗裂性能。
优选的，所述膨胀剂由硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙组成。
通过采用上述方案，硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙组成膨胀剂，加入混凝土中后，相互配合，具有较好的膨胀效果，进而与减缩剂共同配合，增强自密实混凝土的抗裂性能，减少自密实混凝土开裂的情况。
优选的，所述膨胀剂中硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙重量比为1:1:(1-2)。
通过采用上述方案，优选配比组成的膨胀剂配合后，具有较好的膨胀作用，从而与减缩剂、陈皮粉等共同作用，增强自密实混凝土的抗裂性能。
优选的，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-0.7份的聚乳酸。
通过采用上述方案，聚乳酸与膨胀剂之间相互配合，通过聚乳酸提高膨胀剂在自密实混凝土中的膨胀率，从而增强自密实混凝土的抗裂性能。
优选的，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-0.9份的增韧剂，所述增韧剂由苎麻纤维和钢纤维组成。
通过采用上述方案，植物纤维苎麻纤维和钢纤维组合，加入自密实混凝土中后，增强了自密实混凝土的韧性，限制了自密实混凝土收缩干裂的能力，进而增强自密实混凝土的抗裂性能。
优选的，所述增韧剂中苎麻纤维和钢纤维的重量比为1:(1-2)。
通过采用上述方案，优选苎麻纤维和钢纤维的重量配比，通过更好地与聚乙烯醇纤维配合，增强混凝土的抗裂性能和抗压强度。
优选的，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为2-4份的粘结剂，所述粘结剂由阿拉伯树胶和氯丁胶组成。
通过采用上述方案，加入由阿拉伯树胶和氯丁胶组成的粘结剂，粘结剂中的阿拉伯树胶为树干渗出物，通过与氯丁胶的配合，在减少胶结料用量的同时，增强自密实混凝土的抗离析能力，同时防止自密实混凝土产生较大的收缩，减少混凝土出现裂缝的问题。
第二方面，本申请提供的一种自密实混凝土的制备方法，采用以下技术方案：
一种自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1:将粗骨料、矿粉、粉煤灰、陈皮粉与40-60重量份的水混合，混合均匀后得到第一混合物；S2:将水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，混合均匀后得到第二混合物；
S3:将第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入减水剂和剩余的水，混合均匀后出料，得到自密实混凝土。
通过采用上述方案，首先将粗骨料、矿粉、陈皮粉等与部分水混合，采用部分水将部分原料润湿，混合均匀，方便后期与减缩剂、膨胀剂作用；后加入细骨料、水泥、减缩剂等试剂，细骨料填补粗骨料之间的孔隙，从而增强自密实混凝土的抗压强度和密实度，后加入减水剂和剩余的水混合均匀，减少加水量，同时减少自密实混凝土的水化热，增强抗裂性能，进而减少混凝土表面出现开裂的情况。
优选的，在所述步骤S2中加入聚乳酸、增韧剂、粘结剂，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合。
通过采用上述方案，在自密实混凝土中加入聚乳酸、增韧剂和粘结剂，使得减缩剂、膨胀剂和聚乙烯醇纤维混合均匀，使得自密实混凝土的抗裂性能可以均匀分布。
优选的，所述步骤S2中控制搅拌速度为900-1200r/min。
通过采用上述方案，控制搅拌速度在适宜的范围内，一方面使得自密实混凝土各种原料充分混合均匀，获得流动性、抗裂性能以及强度较为均匀的自密实混凝土，另一方面节省成本，减少由于搅拌速度过大而造成的不必要的成本浪费。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.由于本申请采用在自密实混凝土中加入减缩剂、陈皮粉以及聚乙烯醇纤维三者共同组合，减少自密实混凝土的收缩，增强自密实混凝土的抗裂性能；减缩剂优选采用硫铝酸盐、二乙二醇丁单醚中的一种或者两种，当与水泥混合后，进入到水泥浆体孔溶液中，表现出较好的减缩能力；陈皮粉通过与减缩剂、聚乙烯醇配合，一方面增强自密实混凝土的流动性能，另一方面增强自密实混凝土的抗裂性能。
2.在本申请中，优选硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙组成膨胀剂，与减缩剂配合具有较好的抗裂性能；后加入聚乳酸，与膨胀剂配合，增强膨胀剂在自密实混凝土中的膨胀率，进一步增强自密实混凝土的抗裂性能；加入由苎麻纤维和钢纤维组成的增韧剂，限制自密实混凝土收缩干裂的能力，增强自密实混凝土的抗裂性能；加入由阿拉伯树胶和氯丁胶组成的粘结剂，减少胶结料用量的同时，增强自密实混凝土的抗离析能力和抗裂性能，减少自密实混凝土出现开裂的情况。
3.本申请的制备方法，对自密实混凝土中的原料进行分步混合并控制相应步骤的搅拌速度，尽可能使各组分混合均匀，赋予自密实混凝土均匀的抗裂性能。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
表1组分及生产厂家
| 所需组分 | 型号/规格 | 生产厂家 |
| 硅酸盐水泥 | P.O 42.5级 | 海螺水泥厂 |
| 粉煤灰 | kt-01 | 灵寿县凯特云母厂 |
| 矿粉 | S95级 | 灵寿县健石矿物粉体厂 |
| 粗骨料 | 12BJ1-1 | 山东正鸿泰达新型材料有限公司 |
| 细骨料 | CGM | 河南亮湛建筑材料有限公司 |
| 聚乙烯醇纤维 | 0008 | 莱芜市兴泰工程材料有限公司 |
| 聚羧酸减水剂 | ND-204 | 重庆凝达科技有限公司 |
| 陈皮粉 | ysx | 甘肃益生祥生物技术有限公司 |
| 硫铝酸盐 | HY-PSA | 北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司 |
| 二乙二醇单丁醚 | 111-76-2 | 济南创世纪化工有限公司 |
| 硅铝酸钙 | 4520 | 贵州荣展冶金材料有限公司 |
| 皂化松香 | 126AT | 东莞市塘厦深海建筑材料厂 |
| 氧化钙 | CAL | 河南聚能新型建材有限公司 |
| 聚乳酸 | IM9008 | 上海同杰良生物材料有限公司 |
| 苎麻纤维 | 回潮率12、一等级 | 旌德县雨燕麻业有限公司 |
| 钢纤维 | 003 | 莱芜市兴泰工程材料有限公司 |
| 阿拉伯树胶 | 6255 | 西安大丰收生物科技有限公司 |
| 氯丁胶 | G-70 | 东莞市富豪橡胶贸易有限公司 |
实施例
实施例1:一种自密实混凝土，所包括的具体组分以及重量如表2所示，制备步骤如下：S1:将粗骨料、矿粉、粉煤灰、陈皮粉与第一部分水混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后得到第一混合物；
S2:将水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合搅拌，搅拌速度为900r/min，混合均匀后得到第二混合物；
S3:将第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入减水剂和剩余的水，搅拌速度为1200r/min，搅拌均匀后出料，得到自密实混凝土。
实施例2:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，各组分重量配比不同，所包括的各组分及重量如表2所示。
实施例3-4:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，膨胀剂的组成及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
实施例5-6:一种自密实混凝土，与实施例4的区别在于，膨胀剂的重量不同，所包括的组分及重量如表2所示。
实施例7-8:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2中加入聚乳酸，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，所包括的具体组分及重量如表2所示。
表2实施例1-8的各组分及重量
实施例9-10:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2中加入增韧剂，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，所包括的各组分及重量如表3所示。
实施例11-12:一种自密实混凝土，与实施例10的区别在于，增韧剂的重量不同，所包括的具体组分及重量如表3所示。
实施例13-14:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2中加入粘结剂，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，所包括的各组分及重量如表3所示。
实施例15-16:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤S2中加入乳酸、粘结剂和增韧剂，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，所包括的各组分及重量如表3所示。
表3实施例9-16的各组分及重量
实施例17:一种自密实混凝土，与实施例1的区别在于，步骤S2中控制搅拌速度为1200r/min。
对比例
对比例1:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有陈皮粉。
对比例2:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有聚乙烯醇纤维。
对比例3:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有减缩剂。
对比例4:一种混凝土，与实施例1的区别在于，不含有陈皮粉和聚乙烯醇纤维。
对比例5:一种混凝土，以重量份数计，包括以下按重量配制的原料：硫铝酸盐水泥：460kg；水洗中砂：644kg；石子：966kg；水：221kg；聚羧酸减水剂3.68kg；硅醚类消泡剂1.38kg；缓凝剂1.38kg；其中水洗中砂的含泥量为0.5％，细度模量为2.80；石子为碎石，粒径为5-10mm，聚羧酸减水剂参照表1；硅醚类消泡剂为四川科立鑫新材料有限公司制备，型号为KJ210；缓凝剂由山东一辉化工有限公司提供，型号为工业级1549-2-3。
制备方法：将硫铝酸盐水泥、水洗中砂、石子、水、聚羧酸类减水剂3.68kg；硅醚类消泡剂、缓凝剂进行混合搅拌，搅拌速度为900r/min，混合搅拌均匀后得到混凝土。
实验
实验一：圆环实验实验仪器：自密实试膜(外径为370mm，内径为300mm，高为140mm)；捣棒；应变仪(品牌为济南西格马科技、型号：ASMC1-9)。
实验样品：将实施例1-17以及对比例1-5分别装入自密实试膜中分两层装入自密实试膜中，每层的装模厚度为相等，用捣棒均匀插捣，插捣次数按每10000平方厘米15次，插捣层底时捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20-30mm；插捣时捣棒应垂直，不得倾斜。做到试模无任何气泡，上口随缺随加直至试模平齐并刮平，进行成型。成型后的实施例1-17以及对比例1-5分别命名为实验样品1-17以及对比样品1-5。
实验方法：将实验样品1-17以及对比样品1-5均放入温度21℃的环境中养护24h后拆模。拆模后的实验样品1-17以及对比样品1-5放入温度为30℃、相对湿度为50％的环境中，并在顶层涂上硅胶进行密封处理。用应变仪观察环立面是否有裂缝产生，并记录下裂缝产生的时间，记为开裂时间。
实验结果：实验样品1-17、对比样品1-5的圆环实验结果如表4所示。
实验二：L型箱实验
实验仪器：自密实混凝土L型仪。
实验样品：分别取0.02m3的实施例1-17以及对比例1-5，并分别命名为实验样品1-17以及对比样品1-5；实验样品1-17以及对比样品1-5均设有6个；取样时间不宜超过15min，制备试样完毕到开始做实验不宜超过5min。
实验方法：参考《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283—2012)中的规定，将实验样品装入L型仪中，然后开启滑动闸板，待实验样品静止流动后，测量竖向方形柱内实验样品高度H1以及水平槽内离方形柱较远一端实验样品的高度H2，计算通过率PR，计算方法为PR＝H2/H1；通过率PR可反映一定间距的钢筋对实验样品的阻塞作用，当PR≥0.8时，该实验样品具有较好的间隙通过性。
采用上述方法对实验样品1-17以及对比样品1-5进行上述实验，每个实验样品均进行6次实验，并取6次PR的平均值分别作为实施例1-17以及对比例1-5的PR值。
实验结果：实验样品1-17以及对比样品1-5的L型箱实验结果如表4所示。
实验三：抗压强度实验
抗压强度实验：根据GB/T 50081-2019的《自密实混凝土物理力学性能实验方法标准的规定》中的抗压强度实验来评定自密实混凝土的抗压强度。
实验仪器：压力试验机(型号为DY-208JC)；
钢垫板(厚度为20mm)；
游标卡尺(品牌为得力、型号为DL91150)；
游标量角器(品牌为得力、型号为DL7301)。
实验样品：将实施例1-17以及对比例1-5分别制成边长为150mm的立方体体试件，分别命名为实验样品1-17以及对比样品1-5。
实验结果：实验样品1-17以及对比样品1-5的抗拉强度实验如表4所示。
表4实施例1-17以及对比例1-5的实验结果
在表4中，实验样品1-17的开裂时间为189-216h，PR值为均大于0.8，28d的抗压强度的52-57.9MPa；对比样品1-5的开裂时间为157-178h，PR值小于0.8，28d的抗压强度为42.8-46.9MPa，由数据可知，实验样品1-17的开裂时间较长，不容易开裂，PR值大于0.8，流动性较好，抗离析能力强，同时抗压强度较高；而对于对比样品1-5的开裂时间较短，且PR值小于0.8，流动性较差，抗压强度相比于实验样品1-17较差。
对比实验样品1以及对比样品1可知，实验样品1中加入陈皮粉后，开裂时间有了一定的延长，抗压强度提高；陈皮粉与水泥组合后，粘度增强，提高自密实混凝土的抗压强度；另外陈皮粉通过与减缩剂硫铝酸盐、二乙二醇单丁醚相互组合后，降低了孔隙水的表面张力，减少了毛细失水时产生的收缩应力，从而增强自密实混凝土的抗裂性能。对比实验样品1以及对比样品2可知，加入聚乙烯醇纤维后，开裂时间延长，抗压强度提高，说明聚乙烯醇纤维可以增强自密实混凝土的抗裂性能，提高抗压强度；聚乙烯醇纤维与水泥的亲和力均较好，粘合强度高，同时其与陈皮粉配合后，具有较好的机械强度，从而赋予自密实混凝土较好的抗压强度；对比实验样品1以及对比样品3可知，当加入减缩剂后，开裂时间延长，说明减缩剂可以增强自密实混凝土的抗裂性能；减缩剂降低孔隙水的表面张力，从而减少毛细孔失水产生的收缩张力，进而赋予自密实混凝土较好的抗裂性能；对比实验样品1以及对比样品4可知，聚丙烯醇纤维和陈皮粉之间相互配合，可以延长自密实混凝土的开裂时间，增强自密实混凝土的抗裂性能。
对比实验样品1和实验样品3-4可知，膨胀剂优选采用硅铝酸钙、皂化松香和氧化钙后，自密实混凝土的抗收缩性能增强，膨胀剂通过在自密实混凝土内部产生气体，从而减少混凝土失水产生的收缩，进而获得抗裂性能和流动性能较好的自密实混凝土；对比实验样品1和实验样品5-6可知，优选膨胀剂中各个组分之间的重量配比，有助于增强混凝土的抗裂性能、流动性。
对比实验样品1和实验样品7-8可知，加入聚乳酸后，自密实混凝土的开裂时间延长，抗压强度也有了一定的增强，说明聚乳酸的加入可以增强自密实混凝土的抗裂性能；聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，聚乳酸通与减缩剂作用，使得在自密实混凝土结构形成之前的塑性阶段水化的膨胀可以起到补偿收缩的作用，增强混凝土的抗开裂性能。
对比实验样品1和实验样品9-10可知，加入由苎麻纤维和钢纤维组成的增韧剂后，自密实混凝土的开裂时间延长，抗压强度提高；苎麻纤维作为天然纤维，强力大而延伸度小，通过与钢纤维配合，并与混凝土中水泥浆体牢固结合，减少由于毛细孔失水产生的收缩问题；对比实验样品1和实验样品11-12可知，优选增韧剂中各个组分之间的重量配比，有助于增强混凝土的抗裂性能，提高抗压强度。对比实验样品1和实验样品13-14可知，加入由阿拉伯树胶和氯丁胶组成的粘合剂，有助于增强自密实混凝土各原料之间的粘合力，从而增强自密实混凝土的抗裂性能，提高抗压强度。
对比实施例1和实施例15-16，当优选减缩剂、膨胀剂，并添加聚乳酸、增韧剂和粘合剂后，自密实混凝土的开裂时间有了一定的延长，PR值也有所增加，同时抗压强度也出现较大幅度的提高，说明自密实混凝土的多种原料相互配合后，可以增强自密实混凝土的抗裂性能、流动性、抗离析能力和抗压强度。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自密实混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：
水泥290-310份；
粉煤灰75-85份；
矿粉80-100份；
水160-200份；
细骨料700-800份；
粗骨料800-900份；
减水剂1-3份；
陈皮粉10-30份；
聚乙烯醇纤维1-2份；
减缩剂1.5-2.5份；
膨胀剂1.5-2份；
所述减缩剂包括硫铝酸盐、二乙二醇单丁醚中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述膨胀剂由硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙组成。
3.根据权利要求2所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述膨胀剂中硅铝酸钙、皂化松香以及氧化钙重量比为1:1:(1-2)。
4.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-0.7份的聚乳酸。
5.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为0.5-0.9份的增韧剂，所述增韧剂由苎麻纤维和钢纤维组成。
6.根据权利要求5所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述增韧剂中苎麻纤维和钢纤维的重量比为1:(1-2)。
7.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于，所述自密实混凝土的原料中还包括重量份数为2-4份的粘结剂，所述粘结剂由阿拉伯树胶和氯丁胶组成。
8.权利要求1-7中任意一项所述的一种自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将粗骨料、矿粉、粉煤灰、陈皮粉与40-60重量份的水混合，混合均匀后得到第一混合物；
S2:将水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合，混合均匀后得到第二混合物；
S3:将第一混合物与第二混合物进行混合，混合过程中加入减水剂和剩余的水，混合均匀后出料，得到自密实混凝土。
9.根据权利要求8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S2中加入聚乳酸、增韧剂、粘结剂，并和水泥、细骨料、减缩剂、膨胀剂以及聚乙烯醇纤维进行混合。
10.根据权利要求8所述的一种自密实混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中控制搅拌速度为900-1200r/min。
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2021
- 2021-02-25 CN CN202110211909.1A patent/CN112851262A/zh active Pending
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