CN113072353A - 一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体及制备方法，按照重量份数，水泥基体包括以下组分：硫铝酸盐水泥67.5～75份、半水石膏22.5～25份，碳酸钙2~10份、减水剂0.8~1.2份、早强剂0.05~0.1份；半水石膏为α60型高强半水石膏。制备方法为：先将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，再将硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙慢速搅拌均匀，并与混合也混合搅拌形成硫铝酸盐水泥浆体，然后将硫铝酸盐水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，利用振动台振捣密实并脱模养护。本发明经过成型和养护后，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度大于45MPa，28天抗压强度大于90MPa，达到了高早强混凝土帆布的强度水平且远高于传统灌粉混凝土帆布。
Description
技术领域
本发明属于三维间隔织物增强水泥基复合材料及制备方法，具体涉及一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体及制备方法。
背景技术
混凝土帆布是一种以耐碱纤维织物作增强材料，以水泥净浆、砂浆或者混凝土作基材而构成的新型增强建筑复合材料，与传统混凝土成型方式不同的是，混凝土帆布是将预先制备好的混凝土帆布铺设到工况表面，直接洒水硬化成型。由于混凝土帆布浇水硬化之前具有很好的柔韧性，因此可以像布一样直接覆盖在各种形状物体的表面，硬化之后则形成一层薄的、耐水、耐火、耐久且力学性能优异的混凝土层。由于其凝结速度快、材料强度高、耐火耐水、使用方便、低碳环保等优点，这种产品已经成功应用于沟渠防护、管道防护、隧道防护、防护帐篷等各种民用和军用工程领域，具有很好的应用前景。
由于混凝土帆布中织物的体积分数较大，在同样配方的水泥基体的条件下，混凝土帆布的强度总会有较大程度的降低，且传统灌粉混凝土帆布洒水成型试件的早期和后期力学性能偏低且两者难以平衡一直是制约混凝土帆布在一些特殊领域应用的因素之一。中国专利公布号CN109970371公开的一种用于水泥基高早强无收缩灌浆料的高贝利特硫铝酸盐特种胶凝材料，通过添加高贝利特硫铝酸盐水泥熟料、超细粉煤灰、α型高强石膏粉、β型高强石膏等制备特殊的高贝利特硫铝酸盐水泥胶凝材料，纯水泥基体2小时强度25MPa左右，28天强度90MPa左右，该方法需要提前制备特殊的高贝利特硫铝酸盐水泥胶凝材料才能达到早强高强的目的，实施起来特别繁琐，且需要一定的超细粉煤灰，一定程度上带来了成本的提高。中国专利公布号CN109987906公开的一种水泥基高早强无收缩灌浆料，通过添加上述的高贝利特硫铝酸盐胶凝材料、重钙粉、石英砂、乳胶粉、消泡剂、纤维素醚、柠檬酸等提高水泥的力学性能，该方法所需要的添加剂太多，实施起来较为繁琐，需要提前制备特殊的高贝利特硫铝酸盐胶凝材料。中国专利公布号CN108706937公开的一种硫铝酸盐水泥基自流平砂浆及其制备方法，也是通过将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、天然石膏、重钙粉、缓凝剂、减水剂、早强剂、增稠剂、细集料等来达到提高水泥力学性能的目的，但是一方面其1天抗压强度只在16MPa左右，另一方面添加剂较多，实施起来较为繁琐。若将以上水泥基体应用于混凝土帆布，那么由于混凝帆布自身织物的体积分数较大，会导致混凝土帆布的强度远低于水泥基体的强度，难以将混凝土帆布推广至一些高性能要求的工程领域。
目前，绝大部分混凝土帆布的成型方式是预先灌粉后洒水成型，虽然其具有优异的力学性能以及较快的凝结速度，但是对于某些对力学性能要求较高的工程应用领域来说还是难以满足要求，由于洒水成型的混凝土帆布孔隙率较高，导致其力学性能较差，因此如何同时提高混凝土帆布早期和后期的力学性能成为了亟需研究的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种早期和后期力学强度高的用于混凝土帆布体系的水泥基体；本发明的第二目的在于提供上述水泥基体的制备方法。
技术方案：本发明的一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，所述水泥基体按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥67.5～75份、半水石膏22.5～25份，碳酸钙2～10份、减水剂0.8～1.2份、早强剂0.05～0.1份；其中，所述半水石膏为α60型高强半水石膏，半水石膏中的CaSO4·(H2O)0.5含量高于95％；所述碳酸钙为CaCO3含量高于98％的碳酸钙粉。
进一步的，所述硫铝酸盐水泥采用725硫铝酸盐水泥熟料粉，具有以下重量百分比的矿物相组成：
为50～60％、C2S为20～25％、C4AF为5～8％、C12A7为4～5％、C2AS为5～8％。
上述的组分中，725硫铝酸盐水泥熟料中的主要矿物相C4A3S是影响混凝土帆布强度发展的最主要因素，为保证水泥基体的强度，需要对该矿物相作出一定的要求。一方面，在石膏量充足的情况下，可以与石膏反应生成钙矾石相(如式(1)所示)：
考虑到钙矾石的微膨胀效应，且水泥在水化时会产生一定的收缩，因此需要等到更多的钙矾石晶体相产生体积膨胀，从而达到减小孔隙率的目的，进而提高混凝土帆布的力学性能。另一方面，由于硫铝酸盐水泥水化速率较快，在水化反应后期该反应非常缓慢，所以还需要对C2S相也作出了一定的要求，由于C2S反应活性较低，在水化反应后期，可与反应(1)中的AH3反应生成水化铝硅酸钙(C2ASH8)(如式(2)所示)：从而可以填充水泥颗粒间的孔隙，提高基体的密实度，降低孔隙率从而提高混凝土帆布的力学性能。
C2S+AH3+5H→C2ASH8 (2)
而在硫铝酸盐水泥水化时，在常规的水泥基体应用中碳酸钙是作为填料而存在的，而在本发明的水泥基体中，除了填料作用在水化反应后期碳酸钙会与C4A3S相反应生成水化碳铝酸盐(如式(3)和式(4)所示)。适量碳酸钙的存在在一定程度上还起到了阻碍了钙矾石分解成单硫型水化硫铝酸钙并且使得单碳铝酸钙与钙矾石共存的作用，同时碳酸钙的加入以及水化碳铝酸盐和钙矾石的形成将提高水化水泥浆体的尺寸稳定性，使水泥浆体具有一定微膨胀性，从而提高混凝土帆布的力学性能。
对于所采用的α60高强型半水石膏，其中CaSO4·(H2O)0.5含量高于95％，与传统的α40半水石膏以及其他的相比，且其标稠需水量较低，反应活性较高，所以反应初期溶出的SO4 2-较多，所以也会相应导致水泥初期强度较高。在应用于该水泥体系中时，可以在低水胶比条件下使水泥浆体保持较好的流动性，从而满足混凝土帆布灌浆成型的要求，并最终提高混凝土帆布的力学性能。
进一步的，所述水泥基体所用水的质量与硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙质量总和的比值为0.2～0.24。这里的比值实际上就是该水泥体系的水胶比，水胶比越低，说明体系中水含量越低，而上述的水泥基体中采用低水胶比依旧可以保持整体水泥浆体的流动性，说明了体系中聚羧酸高效减水剂的减水特性以及半水石膏的标稠需水量低的特性反生了用于提高硫铝酸盐水泥在低水胶比下的工作性能的协同作用，从而达到了提高力学性能和保持较好流动性的效果。
进一步的，所述硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙均需要经过球磨机进行磨细处理，其中，硫铝酸盐水泥磨细后的比表面积为500～600m2/kg，半水石膏磨细后的比表面积为150～250m2/kg，碳酸钙磨细后的比表面积为200～300m2/kg。分别对组分中的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙进行磨细处理，研磨后的原料具有更大的比表面积，从而可以促进体系混合时粉体的堆积密度，以达到提高水泥浆体成型后较优的力学性能和工作性能。
进一步的，所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂，固含量为45wt％，且不包含引气和缓凝成分。采用聚羧酸高效减水剂具有提高流动性的效果，聚羧酸高效减水剂在制备溶液时可以进一步与体系中的碳酸锂产生反应提高溶液的pH值，从而减少了在搅拌时减水剂与水泥颗粒反应产生气泡，相比于其他的减水剂具有更好的成型效果，其中，为了进一步保证水泥浆体的力学性能减少气泡的产生，需要控制其不包含引气和缓凝成分，从而可以避免气泡过多成型后力学性能差的问题。
进一步的，所述早强剂采用纯度高于99％的碳酸锂。碳酸锂作为早强剂，可以与体系中硫铝酸盐水泥的主要矿物相
反生反应，由于产生了大量的钙矾石晶体，与其他体系的碳酸锂相比，本体系中的碳酸锂具有调节减水剂溶液的pH值和促进水泥矿物相
水化的作用，从而在影响整体水泥基体早期强度的同时，还能起到减少水泥浆体气泡的作用，达到较好的成型效果，从而提高水泥基体的性能。
本发明还保护一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配方比例分别称取硫铝酸盐水泥、半水石膏、碳酸钙、聚羧酸高效减水剂和碳酸锂；
(2)将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，并用容器密封装；
(3)剪取混凝土帆布使其装填进模具中；
(4)取称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中慢速搅拌均匀，再加入预先配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液慢速搅拌均匀，形成浆体后再快速搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
(5)将步骤(4)的硫铝酸盐水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，振捣密实后放在养护室至脱模，然后继续放在养护室中进行标准养护。
上述的制备方法中，采用硫铝酸盐水泥浆体，通过灌浆料的思路出发拟采取浇筑成型的方式制备混凝土帆布，以获取力学性能更加优异的材料。其中，将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以60～70rmp的速率搅拌240～300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以60～70rmp的速率搅拌90～120s，停留15～30s后，在以120～130rmp的速率搅拌90～120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体。通过上述的工艺调整，采用先慢速后快速的搅拌混合方式，可以提高浆体成型后的均匀性，保证水泥基体强度的稳定发展。
进一步的，所述混凝土帆布采用PET纤维三维间隔织物，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比为7：93～8：92。
进一步的，所述步骤(5)中，标准养护的条件为：养护温度为18～22℃，RH>95％。
有益效果：与现有技术相比，本发明的具有如下显著优点：(1)本发明仅包含五种组分就实现了混凝土帆布的超早强和后期高强的平衡问题，解决了混凝土帆布洒水成型试样孔隙率较高，力学性能难以满足一些特殊高早强工程应用领域的问题；(2)本发明通过控制725硫铝酸盐水泥中主要矿物相的成分，并加入α60半水石膏，促进反应活性提高，使得反应初期溶出的SO4 2-较多，相应提高了水泥初期强度，同时掺入少量碳酸锂，进一步提高了混凝土帆布的早期强度，且后期强度具有较稳定的发展；(3)本发明通过控制加入的碳酸钙的量，促使碳酸钙参与水泥水化生成水化碳铝酸盐，以此来提高混凝土帆布的后期强度发展；(4)本发明的水泥基体的特点是高强早强，凝结时间短，在厚度方向，所制备的混凝土帆布4h抗压强度可达45MPa以上，28天强度达到90MPa以上。
附图说明
图1为本发明实施例中掺入不同含量碳酸钙的水泥基体的混凝土帆布表观密度及纤维体积分数变化图；
图2为对比例1中掺入不同含量碳酸钙的水泥基体的混凝土帆布表观密度及纤维体积分数变化图；
图3为本发明实施例中水泥基体的混凝土帆布厚度方向抗压强度发展示意图；
图4为对比例1中水泥基体的混凝土帆布厚度方向抗压强度发展示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
以下实施例中所用的原料均为以下要求：
所使用的水泥是725硫铝酸盐水泥熟料，且水泥熟料中具有以下重量百分比的矿物相组成：
为50～60％，C2S为20～25％，C4AF为5～8％，C12A7为4～5％，C2AS为5～8％。725硫铝酸盐水泥熟料经球磨机磨细至比表面积为500～600m2/kg。
所使用的石膏为α60型高强半水石膏，其中CaSO4·(H2O)0.5含量高于95％，且α60型高强半水石膏经球磨机磨细至比表面积为150～250m2/kg。
所使用的碳酸钙为化学分析纯的碳酸钙粉，其中CaCO3含量高于98％，且碳酸钙粉经球磨机磨细至比表面积为200～300m2/kg。
所使用的碳酸锂为化学分析纯Li2CO3，其中Li2CO3含量高于99％。
所使用的减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量为45wt％，且不包含引气和缓凝成分。
所使用的水为自来水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
所使用的混凝土帆布采用10mm厚度的三维间隔织物，它是由疏织面、密织面和中间的间隔纱三部分组成。三维间隔织物中使用的所有纱线均为PET(polyester)纤维，其中疏织面和密织面均由300D的DTY复丝织成，间隔纱是直径0.18mm的单丝。
实施例1
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥75份、半水石膏25份，碳酸钙2份、聚羧酸高效减水剂0.8份、碳酸锂0.05份、水22份；控制基础水胶比为0.22。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以60rmp的速率搅拌300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以60rmp的速率搅拌120s，停15s，最后再以120rmp的速率快速搅拌120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为7：93，利用振动台振捣120s密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2150kg/m3，纤维体积分数为8.5％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为47.4MPa，1天抗压强度为54.3MPa，3天抗压强度为66.3MPa，7天抗压强度为72.1MPa，28天抗压强度为87.1MPa。
实施例2
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥72份、半水石膏24份，碳酸钙4份、聚羧酸高效减水剂1.0份、碳酸锂0.05份、水20份；控制基础水胶比为0.20。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以65rmp的速率搅拌240s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以65rmp的速率搅拌90s，停20s，最后再以125rmp的速率快速搅拌90s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为7：93，利用振动台振捣120s密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2080kg/m3，纤维体积分数为8.3％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为47.4MPa，1天抗压强度为54.3MPa，3天抗压强度为66.6MPa，7天抗压强度为66.6MPa，28天抗压强度为90.0MPa。
实施例3
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥70.5份、半水石膏23.5份，碳酸钙6份、聚羧酸高效减水剂1.2份、碳酸锂0.1份、水24份；控制基础水胶比为0.24。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以70rmp的速率搅拌280s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以70rmp的速率搅拌280s，停25s，最后再以130rmp的速率快速搅拌100s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为8：92，利用振动台振捣120s密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2150kg/m3，纤维体积分数为8.4％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为46.3MPa，1天抗压强度为54.6MPa，3天抗压强度为60.3MPa，7天抗压强度为71.7MPa，28天抗压强度为92.7MPa。
实施例4
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥69份、半水石膏23份，碳酸钙8份、聚羧酸高效减水剂0.8份、碳酸锂0.05份、水22份；控制基础水胶比为0.22。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以65rmp的速率搅拌300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以65rmp的速率搅拌120s，停15s，最后再以125rmp的速率快速搅拌120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为8：92，利用振动台振捣120s密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2130kg/m3，纤维体积分数为8.4％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为45.3MPa，1天抗压强度为54.6MPa，3天抗压强度为57.0MPa，7天抗压强度为61.6MPa，28天抗压强度为94.6MPa。
实施例5
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥67.5份、半水石膏22.5份，碳酸钙10份、聚羧酸高效减水剂0.8份、碳酸锂0.05份、水22份；控制基础水胶比为0.22。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以65rmp的速率搅拌300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以65rmp的速率搅拌120s，停20s，最后再以125rmp的速率快速搅拌120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为8：92，利用振动台振捣120s密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2070kg/m3，纤维体积分数为8.4％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为42.4MPa，1天抗压强度为46.9MPa，3天抗压强度为52.2MPa，7天抗压强度为59.4MPa，28天抗压强度为89.8MPa。
实施例6
一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥75份、半水石膏25份、聚羧酸高效减水剂0.8份、碳酸锂0.05份、水22份；控制基础水胶比为0.22。
上述水泥基体的具体制备方法为：
1)按照上述的重量份数进行称料，将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，预先配制好溶液并用容器密封装好；
2)剪取10mm厚的混凝土帆布使其尺寸恰好可以装填进模具中；
3)将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以60rmp的速率搅拌300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以60rmp的速率搅拌120s，停15s，最后再以120rmp的速率快速搅拌120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
4)将制得的水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比例为8：92，振捣密实后放在养护室一小时后脱模，然后继续放在养护室中标准养护，养护条件为：20±2℃，RH>95％。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2130kg/m3，纤维体积分数为8.3％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为48.1MPa，1天抗压强度为59.7MPa，3天抗压强度为63.0MPa，7天抗压强度为71.4MPa，28天抗压强度为85.9MPa。
上述实例1～6中制备得到的混凝土帆布试块所测得的表观密度及纤维体积分数的测试结果如图1所示，测得的不同龄期抗压强度的发展情况如图3所示。其中，抗压强度参照普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2019测得。
由图1可知，碳酸钙的掺入对混凝土帆布表观密度以及纤维的体积分数的影响较小。如图3所示，因为碳酸钙的反应活性较低，反应速率较慢，所以在7天养护龄期之前，混凝土帆布的抗压强度随着碳酸钙掺量的增加而具有降低的趋势，但在水化后期，适量的碳酸钙参与水化生成水化碳铝酸盐，后期强度具有明显的提升。而不添加碳酸钙的试样的后期强度明显低于添加了碳酸钙的试样的后期强度，也说明了适量碳酸钙在一定程度上还起到了阻碍了钙矾石分解成单硫型水化硫铝酸钙并且使得单碳铝酸钙与钙矾石共存的作用，同时碳酸钙的加入以及水化碳铝酸盐和钙矾石的形成将提高水化水泥浆体的尺寸稳定性，使水泥浆体具有一定微膨胀性，从而提高混凝土帆布的力学性能。
对比例1
按照上述实例1～6中同样的配比，采用常用的α40半水石膏作为对照组，相应制备所得混凝土帆布试块测得的表观密度及纤维体积分数的测试结果如图2所示，测得的不同龄期抗压强度的发展情况如图4所示。
参见图2，不同种类的半水石膏掺量却对混凝土帆布表观密度具有较明显的影响。其中，由α60半水石膏制备的混凝土帆布的表观密度稳定在2000kg/m3以上，而由α40半水石膏制备的混凝土帆布的表观密度却在2000kg/m3以下，两者的纤维体积分数都在8％左右。由此可见，虽然该水泥基体应用于混凝土帆布时具有较好的稳定性，完全可以符合混凝土帆布的制备要求。但即便都是α型高强半水石膏，其种类的不同对于水泥基体的影响还是较为明显的。参见图4，对比不同种类α型半水石膏的影响，以α60半水石膏制备的混凝土帆布在碳酸钙掺量为8wt％时的强度发展最高，4小时抗压强度45.3MPa，28天抗压强度为94.6MPa。以α40半水石膏制备的混凝土帆布在碳酸钙掺量为2wt％时的强度发展最高，4小时抗压强度30.5MPa，28天抗压强度为71.1MPa。由此可见，本发明中采用的α60半水石膏更加适合用作制备高早强的混凝土帆布，这是因为α60半水石膏具有标稠需水量低的性能，从而可到提高强度的效果。采用本发明中的高早强水泥基体及制备方法，可以获得性能优异的混凝土帆布，以此来拓展混凝土帆布在某些高兴性能要求的特殊工程领域的应用。
对比例2
具体的制备方法同实施例1，不同之处在于组分中不添加碳酸锂。
试验结果为：混凝土帆布样品表观密度为2120kg/m3，纤维体积分数为7.9％，沿混凝土帆布厚度方向4h抗压强度为13.5MPa，1天抗压强度为45.2MPa，3天抗压强度为61.2MPa，7天抗压强度为70.1MPa，28天抗压强度为78.3MPa。
由试验结果可知，当体系中不添加早强剂碳酸锂时，其在7天前的强度明显低于实施例1中的测试结果，由此可知，碳酸锂作为早强剂，可以在体系中起到提高早期强度促进水泥水化的作用，达到超早强的效果。
对比例3
具体的制备方法同实施例1，不同之处在于组分中不添加聚羧酸高效减水剂。
试验结果为：在0.22的水胶比下水泥浆体根本不具备流动性和工作性，无法完成混凝土帆布样品的制备。
由试验结果可知，当体系中不添加聚羧酸高效减水剂时，其不具备流动性和工作性，无法完成成型。由此可知，聚羧酸高效减水剂可以在体系中起到减水和提高流动性的作用，保证了在低水胶比下的水泥浆体的工作性。
Claims (10)
1.一种用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于，所述水泥基体按照重量份数，包括以下组分：硫铝酸盐水泥67.5～75份、半水石膏22.5～25份，碳酸钙2～10份、减水剂0.8～1.2份、早强剂0.05～0.1份；其中，所述半水石膏为α60型高强半水石膏，半水石膏中的CaSO4·(H2O)0.5含量高于95％；所述碳酸钙为CaCO3含量高于98％的碳酸钙粉。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥采用725硫铝酸盐水泥熟料粉，具有以下重量百分比的矿物相组成：C4A3S为50～60％、C2S为20～25％、C4AF为5～8％、C12A7为4～5％、C2AS为5～8％。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于：所述水泥基体所用水的质量与硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙质量总和的比值0.20～0.24。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于：所述硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙均需要经过球磨机进行磨细处理，其中，硫铝酸盐水泥磨细后的比表面积为500～600m2/kg，半水石膏磨细后的比表面积为150～250m2/kg，碳酸钙磨细后的比表面积为200～300m2/kg。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于：所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂，固含量为45wt％，且不包含引气和缓凝成分。
6.根据权利要求1所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体，其特征在于：所述早强剂采用纯度高于99％的碳酸锂。
7.权利要求1-6任一项所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照配方比例分别称取硫铝酸盐水泥、半水石膏、碳酸钙、聚羧酸高效减水剂和碳酸锂；
(2)将聚羧酸高效减水剂、碳酸锂和水充分混合均匀，并用容器密封装；
(3)剪取混凝土帆布使其装填进模具中；
(4)取称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中慢速搅拌均匀，再加入预先配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液慢速搅拌均匀，形成浆体后再快速搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆体；
(5)将步骤(4)的硫铝酸盐水泥浆体迅速浇筑进混凝土帆布中，振捣密实后放在养护室至脱模，然后继续放在养护室中进行标准养护。
8.根据权利要求7所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，将称量好的硫铝酸盐水泥、半水石膏和碳酸钙倒入搅拌锅中以60～70rmp的速率搅拌240～300s，再加入配制好的含有聚羧酸高效减水剂和碳酸锂的溶液以60～70rmp的速率搅拌90～120s，停留15～30s后，在以120～130rmp的速率搅拌90～120s混合均匀得到硫铝酸盐水泥浆体。
9.根据权利要求7所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体的制备方法，其特征在于：所述混凝土帆布采用PET纤维三维间隔织物，混凝土帆布与硫铝酸盐水泥浆体的体积比为7：93～8：92。
10.根据权利要求7所述的用于混凝土帆布体系的高早强水泥基体的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，标准养护的条件为：养护温度为18～22℃，RH>95％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210706 |
|
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