CN113173758B - 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，具体涉及一种自密实混凝土及其制备方法。所述自密实混凝土按质量份数计，包括如下组分：水460‑475份、水泥990‑1013份、中砂1960‑1975份、碎石2165‑2190份、粉煤灰105‑116份、矿粉270‑282份、混凝土泵送剂45‑52份、膨胀抗裂剂105‑116份、混凝土减胶剂5‑10份；所述中砂粒径的细度模数为2.4‑2.8，所述碎石的粒径为5‑20mm；所述混凝土泵送剂为Point‑400H型泵送剂，所述膨胀抗裂剂为SY‑G型膨胀抗裂剂。该自密实混凝土通过物料初混、水化反应和物料终混制得，具有优良的自密实效果，该制备工序简单，便于混凝土的大批量制备。

Description

一种自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶结料(有机、无机或两者复合)、颗粒状集料、水以及需要加入的化学外加剂和矿物掺合料按适当比例搅拌而成的混合料，或硬化后形成具有堆聚结构的复合材料。
现有的混凝土材料虽然抗压强度高、耐久性好，但是容易出现气泡、空穴等问题，大部分的混凝土在灌浆时需要进行振动密实操作。然而，在实际操作过程中混凝土由于灌浆的结构(如钢筋布置太密)、形状(如混凝土成品的外形曲折)等原因，振动密实的效果不佳。
针对上述中的相关技术，发明人认为研发一种不需要振动密实的混凝土具有较为重要的价值。
发明内容
为了免去振动密实的操作，本申请提供一种自密实混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种自密实混凝土，采用如下的技术方案：
一种自密实混凝土，按质量份数计，包括如下组分：水460-475份、水泥990-1013份、中砂1960-1975份、碎石2165-2190份、粉煤灰105-116份、矿粉270-282份、混凝土泵送剂45-52份、膨胀抗裂剂105-116份、混凝土减胶剂5-10份；
所述中砂粒径的细度模数为2.4-2.8，所述碎石的粒径为5-20mm；所述混凝土泵送剂为Point-400H型泵送剂，所述膨胀抗裂剂为SY-G型膨胀抗裂剂。
通过采用上述技术方案，由于采用Point-400H型泵送剂和SY-G型膨胀抗裂剂，Point-400H型泵送剂能增大混凝土的流动性、减少泌水和离析、便于混凝土的泵送施工和自密实；SY-G型膨胀抗裂剂是以砖窑生产的特种膨胀熟料，硫铝酸钙和铝酸钙为主要成分，其能与水泥中混有的硫酸钙水化生产钙矾石，有效填充在混凝土的孔缝中，作为早期膨胀源可以补偿混凝土硬化初期的自身收缩，形成致密的水泥石结构；两者能发生协同作用，有效提高混凝土的自密实效果，进而免去振动密实的操作；掺Point-400H型泵送剂的混凝土初期水化热低，为此本申请通过添加粉煤灰、矿粉等组分进行复合使用，由此能有效预防和控制大体积混凝土出现温度裂缝，提高混凝土的环境适应性；此外，本申请通过混凝土减胶剂的添加，使其与Point-400H型泵送剂一同改善混凝土的和易性，提高混凝土整体浆量，从而减少水泥或其他凝胶材料用量。
优选的，所述Point-400H型泵送剂与所述SY-G型膨胀抗裂剂的质量比为1:(2.2-2.5)。
通过采用上述技术方案，混凝土在实际应用过程中，混凝土泵送剂和膨胀抗裂剂的用量对混凝土的自密实效果会产生较大的影响，本申请经过大量试验验证发现，当Point-400H型泵送剂与SY-G型膨胀抗裂剂的质量比为1:(2.2-2.5)时，其获得的混凝土具有更为优异的自密实效果。
优选的，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
通过采用上述技术方案，粉煤灰是由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒，其粒径一般在1-100μm之间，其按细度进行划分，以10g试样为例，过0.045mm的筛子，筛余≤12％为Ⅰ级，筛余12％＜x≤20％为Ⅱ级，筛余20％＜x≤45％为Ⅲ级；矿粉又称矿渣微粉，以粒化高炉矿渣为主要原料，其活性钙、硅、铝等无机物的含量＞30％，按活性指数(28天)进行划分，活性指数(28天)≥105％为S105级矿粉，活性指数(28天)≥95％为S95级矿粉，活性指数(28天)≥75％为S75级矿粉；
本申请优选Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉，这是由于Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉能与本申请组分中碎石配合，减少泌水现象，能进一步提高混凝土的自密实效果，使混凝土满足污水处理厂的抗渗、抗腐蚀等耐久性要求。
优选的，所述Ⅱ级粉煤灰和所述S95级矿粉的质量比为1:(2.4-2.6)。
优选的，所述Ⅱ级粉煤灰与所述碎石的质量比为1:(19-20)。
通过采用上述技术方案，Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉以及碎石的含量过高或过低时，其相互配合对混凝土耐久性的改善程度较小，当其按上述质量比进行配合时，其制得的混凝土的耐久性能够有效得到改善，因此将其作为进一步的优选。
优选的，所述自密实混凝土还包括碳纤维45-52份。
通过采用上述技术方案，本申请利用碳纤维的高强度、高模量和耐腐蚀性，进一步提高混凝土的力学性能以及耐久性能；在此基础上，碳纤维由于纤维结构可以改善混凝土各个组份之间的粘结强度，减少混凝土发生膨胀开裂的可能性，增加混凝土自密实效果。
优选的，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，纤维直径为10-50μm，纤维长度为5-10mm。
通过采用上述技术方案，聚丙烯腈基碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，其相对于其他碳纤维成本低，具有更为优异的补强效果；本申请选用纤维直径为10-50μm、纤维长度为5-10mm的聚丙烯腈基碳纤维，其在Point-400H型泵送剂的作用下能均匀分散于混凝土中，有效避免其在搅拌过程中相互缠结成纤维团，制得的混凝土具有优异的力学性能和自密实性能，因此将其作为进一步优选。
优选的，所述Point-400H型泵送剂与所述碳纤维的质量比为1:1。
通过采用上述技术方案，碳纤维含量过多会使混凝土的流动性变差，其自密实效果反而会发生下降，碳纤维含量过少则对混凝土膨胀开裂的改善程度较小；本申请经过大量试验验证获得，当Point-400H型泵送剂与碳纤维的质量比为1:1时，其制得的混凝土具有优异的自密实效果，因此将其作为进一步优选。
第二方面，本申请提供一种自密实混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
物料初混：将设定量的水泥、中砂、混凝土泵送剂、膨胀抗裂剂、混凝土减胶剂以及适量水投入搅拌机中，搅拌均匀后制得水泥砂浆；
水化反应：往所述水泥砂浆中投入设定量的粉煤灰和矿粉，搅拌均匀后使粉煤灰和矿粉与水泥进行水化反应，得到水化砂浆；
物料终混：往所述水化砂浆中投入碎石、剩余水以及其他物料，搅拌均匀后制得所述的自密实混凝土。
通过采用上述技术方案，本申请现将水泥、中砂、混凝土泵送剂、膨胀抗裂剂、混凝土减胶剂和水进行搅拌混合，其中的混凝土外加剂能促使水泥和中砂在水中分散均匀，随后再加入粉煤灰和矿粉进行水化反应，最后用碎石以及其他物料增加混凝土的保水性，使得混凝土的泌水现象得到控制，进而改善混凝土的自密实性能；其工序简单、操作方便，便于混凝土的大批量制备。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用Point-400H型泵送剂和SY-G型膨胀抗裂剂，由于两者能发生协同作用，在此基础上，本申请通过添加粉煤灰、矿粉等组分进行复合使用，有效提高混凝土的自密实效果，进而免去振动密实的操作。
2、本申请中优选采用Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉，由于其能与组分中的碎石配合，减少泌水现象，进一步提高混凝土的自密实效果，使混凝土满足污水处理厂的抗渗、抗腐蚀等耐久性要求。
3、本申请中通过碳纤维的适量添加，在提高混凝土力学性能和耐久性能的同时，还能在一定程度上增加混凝土的自密实效果。
4、本申请的方法，通过物料初混、水化反应和物料终混，能促使水泥充分进行水化并有效减少泌水现象，其工序简单、操作方便，便于混凝土的大批量制备。
附图说明
图1是本申请实施例中优选的制备自密实混凝土的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图、实施例、对比例对本申请作进一步详细说明。
原料和/或中间体的制备例
水：采用自来水。
水泥：购自广西华润红水河水泥有限公司，本申请具体以P.O42.5水泥(强度为42.5的普通硅酸盐水泥)为例进行说明。
中砂：购自上海济韵建材有限公司，含泥量≤0.01％，含水率≤0.01％，型号为黄砂；本申请以中砂a(细度模数为2.4-2.8)、中砂b(细度模数为2.9-3.4)、中砂c(细度模数为1.8-2.2)为例加以说明。
碎石：购自成都安鑫达砂石销售有限公司，含泥量≤1.5％，含水率≤2％，本申请以碎石a(粒径为5-20mm)、碎石b(粒径为20-40mm)为例加以说明。
粉煤灰：购自上海石发电力粉煤灰有限公司生产的F类粉煤灰，Ⅰ级粉煤灰筛余为10.5％(0.045mm筛)，烧失量为0.92％，需水比75％；Ⅱ级粉煤灰筛余为20.2％(0.045mm筛)，烧失量为1.09％，需水比86％；Ⅲ级粉煤灰筛余为35.8％(0.045mm筛)，烧失量为1.32％，需水比97％。
矿粉：购自山东问渠新材料有限公司，活性钙、硅、铝等无机物的含量＞30％，S105级矿粉密度为2.84g/cm3，比表面积为423m2/kg，活性指数(28天)为107；S95级矿粉密度为2.85g/cm3，比表面积为411m2/kg，活性指数(28天)为96；S75级矿粉密度为2.85g/cm3，比表面积为408m2/kg，活性指数(28天)为78。
Point-400H型泵送剂：购自科之杰新材料集团有限公司，氯离子含量≤0.6％，硫酸钠含量≤10％，总碱量≤10％，pH值为6-14。
Point-400K型泵送剂：购自科之杰新材料集团有限公司，氯离子含量≤0.6％，硫酸钠含量≤10％，总碱量≤10％，pH值为6-14。
SY-G型膨胀抗裂剂：购自上海研铂实业有限公司，细度(0.08mm筛)筛余＜12％，比表面积250-350m2/kg。
SJ-K膨胀抗裂剂：购自安徽省庐江县古镇矿产品有限公司，货号为20200221084，型号为SJ-K。
混凝土减胶剂：购自宁波市久天助剂科技有限公司，型号为ZDL-Q。
碳纤维：可以选用聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维等，本实施的碳纤维购自河北神鹏化工有限公司，具体以碳纤维a(纤维直径10-50μm、纤维长度5-10mm的聚丙烯腈基碳纤维)、碳纤维b(纤维直径100±50μm、纤维长度5-10mm的聚丙烯腈基碳纤维)和碳纤维c(纤维直径10-50μm、纤维长度5-10mm的沥青基碳纤维)为例加以说明。
实施例
实施例1
一种自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将1000g水泥、1970g中砂a、47.8g Point-400H型泵送剂、110.8g SY-G型膨胀抗裂剂、6g混凝土减胶剂、110.8gⅡ级粉煤灰、375.8g S95级矿粉、2180g碎石以及472g水投入搅拌机中，搅拌35min至物料拌合均匀后制得自密实混凝土。
实施例2
一种自密实混凝土的制备方法，结合图1，包括以下步骤：
①、物料初混：将1000g水泥、1970g中砂a、47.8g Point-400H型泵送剂、110.8gSY-G型膨胀抗裂剂、6g混凝土减胶剂以及354g水(通常先为总用水量的3/4)投入搅拌机中，搅拌10min至物料拌合均匀后制得水泥砂浆；
②、水化反应：往步骤①的水泥砂浆中投入110.8gⅡ级粉煤灰和375.8g S95级矿粉，搅拌15min至物料拌合均匀后使Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉与水泥进行水化反应，得到水化砂浆；③、物料终混：往步骤②的水化砂浆中投入2180g碎石和剩余118g水，搅拌10min至物料拌合均匀后制得自密实混凝土。
其中，实施例1与实施例2的组分参数一致，区别之处在于，实施例1直接将各组分进行搅拌混匀，实施例2通过初混、水化和终混进行分步处理，结果显示实施例2制得的混凝土的泌水现象能够得到有效控制，进而改善混凝土的自密实性能，因此将实施例2的制备方法作为优选。
实施例3-12
实施例3-12在实施例2的方法基础上，对物料种类以及用量加以调整，具体调整情况参见下表一。
表一
Figure BDA0003059790000000051
Figure BDA0003059790000000061
实施例13-17
实施例13-17在实施例2的方法基础上，还添加有碳纤维，具体添加情况参见下表二。
表二
实施例2 实施例13 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17
混凝土强度等级 C50 C55 C55 C55 C55 C55
碳纤维a / 45 47.8 52 / /
碳纤维b / / / / 47.8 /
碳纤维c / / / / / 47.8
对比例
对比例1-2
在实施例2的方法基础上，更改中砂和碎石的种类。其中，对比例1种具体使用中砂b和碎石a；对比例2中具体使用中砂c和碎石b。
对比例3-4
在实施例2的方法基础上，更改混凝土泵送剂和膨胀抗裂剂的种类，其中，对比例3中具体使用Point-400K型泵送剂和SY-G型膨胀抗裂剂；对比例4中具体使用Point-400H型泵送剂和SJ-K膨胀抗裂剂。
性能检测试验
将实施例2-17以及对比例1-4制得的自密实混凝土作为试样，根据CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》进行自密实混凝土填充性和间隙通过性及抗离析性检测，根据GB/T50082-2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行抗氯离子渗透试验、早期抗裂试验和抗硫酸盐侵蚀试验，检测结果如下表三所示，其中自密实混凝土工作性能指标如下表四所示。
表三
Figure BDA0003059790000000062
Figure BDA0003059790000000071
表四
Figure BDA0003059790000000072
参见表三，将实施例2与对比例1-4的检测结果进行比较，本申请使用粒径细度模数为2.4-2.8的中砂以及粒径为5-20mm的碎石是保证混凝土优良自密实性能的基础；在此基础上，同时使用Point-400H型泵送剂和SY-G型膨胀抗裂剂，并通过添加粉煤灰、矿粉等组分进行复合使用，有效提高混凝土的自密实效果，进而免去振动密实的操作。
将实施例2与实施例6-7的检测结果进行比较，可以得到，混凝土泵送剂和膨胀抗裂剂的用量对混凝土的自密实效果会产生较大的影响，本申请经过大量试验验证发现，当Point-400H型泵送剂与SY-G型膨胀抗裂剂的质量比为1:(2.2-2.5)时，其获得的混凝土具有更为优异的自密实效果。
将实施例2与实施例8-10的检测结果进行比较，可以得到，Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉能与本申请组分中碎石配合，减少泌水现象，能进一步提高混凝土的自密实效果，使混凝土满足污水处理厂的抗渗、抗腐蚀等耐久性要求。
将实施例2-5与实施例11-12的检测结果进行比较，可以得到，Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉以及碎石的含量过高或过低时，其相互配合对混凝土耐久性的改善程度较小，当Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉的质量比为1:(2.4-2.6)、Ⅱ级粉煤灰与碎石的质量比为1:(19-20)时，其制得的混凝土的耐久性能够有效得到改善，因此将其作为进一步的优选。
将实施例2与实施例13-17的检测结果进行比较，可以得到，本申请中添加设定量的聚丙烯腈基碳纤维，可以改善混凝土各个组份之间的粘结强度，减少混凝土发生膨胀开裂的可能性，增加混凝土自密实效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种自密实混凝土，其特征在于：按质量份数计，包括如下组分：水460-475份、水泥990-1013份、中砂1960-1975份、碎石2165-2190份、粉煤灰105-116份、矿粉270-282份、混凝土泵送剂45-52份、膨胀抗裂剂105-116份、混凝土减胶剂5-10份；
所述中砂粒径的细度模数为2.4-2.8，所述碎石的粒径为5-20mm；所述混凝土泵送剂为Point-400H型泵送剂，所述膨胀抗裂剂为SY-G型膨胀抗裂剂；
所述Point-400H型泵送剂与所述SY-G型膨胀抗裂剂的质量比为1:（2.2-2.5）。
2.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
3.根据权利要求2所述的自密实混凝土，其特征在于：所述Ⅱ级粉煤灰和所述S95级矿粉的质量比为1:（2.4-2.6）。
4.根据权利要求3所述的自密实混凝土，其特征在于：所述Ⅱ级粉煤灰与所述碎石的质量比为1:（19-20）。
5.根据权利要求1所述的自密实混凝土，其特征在于：还包括碳纤维45-52份。
6.根据权利要求5所述的自密实混凝土，其特征在于：所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，纤维直径为10-50μm，纤维长度为5-10mm。
7.根据权利要求6所述的自密实混凝土，其特征在于：所述Point-400H型泵送剂与所述碳纤维的质量比为1:1。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
物料初混：将设定量的水泥、中砂、混凝土泵送剂、膨胀抗裂剂、混凝土减胶剂以及适量水投入搅拌机中，搅拌均匀后制得水泥砂浆；
水化反应：往所述水泥砂浆中投入设定量的粉煤灰和矿粉，搅拌均匀后使粉煤灰和矿粉与水泥进行水化反应，得到水化砂浆；
物料终混：往所述水化砂浆中投入碎石、剩余水以及其他物料，搅拌均匀后制得所述的自密实混凝土。
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