CN113683337A - 一种降低混凝土徐变的外加剂的制备和使用方法 - Google Patents

一种降低混凝土徐变的外加剂的制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低混凝土徐变的外加剂的制备和使用方法。外加剂由A剂和B剂两种组成。A剂由Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球、分散剂F1(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚甲基丙烯酸钠)组成，使用时需将Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟；B剂由羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2(月桂酸和十二烷基苯磺酸钠)组成，使用时需将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟。A剂和B剂组合使用，可以有效降低混凝土徐变。

Description

一种降低混凝土徐变的外加剂的制备和使用方法
技术领域
本发明涉及一种降低混凝土徐变的外加剂的制备和使用方法，属于建筑材料技术领域，可有效降低混凝土的徐变。
背景技术
在荷载的作用下，变形随时间推移而逐渐增大的现象称为混凝土徐变。混凝土徐变通常为瞬时变形的1～3倍，因此过大的徐变对混凝土结构的安全性和使用寿命会产生重要影响。
影响混凝土徐变大小的因素很多，如温度、湿度、加载龄期、胶凝材料水化程度、弹性模量和掺合料等。目前已发展了多种方法来降低混凝土的徐变。比如粉煤灰的加入可以有效降低徐变，研究表明，由于粉煤灰可以发挥“微集料效应”，在混凝土中掺入适量粉煤灰对早期徐变有明显的抑制作用；在混凝土中加入纤维后混凝土的徐变系数降低，因此纤维也可以明显降低混凝土的徐变。
混凝土的徐变主要来源于水泥浆体的徐变，大量学者通过纳米压痕方法对水泥水化产物进行研究，以徐变模量表征不同水化产物徐变的大小，徐变模量越大，徐变越小。研究结果表明，水泥各水化产物的徐变模量从低到高依次为低密度C-S-H凝胶、高密度C-S-H凝胶、氢氧化钙和未水化水泥颗粒，并且氢氧化钙和未水化水泥颗粒的徐变模量远高于C-S-H凝胶，说明C-S-H的凝胶的徐变高于其他产物。因此，改变C-S-H凝胶的数量与微观结构，增大其徐变模量，降低徐变是降低混凝土徐变行之有效的方法。
基于上述原理，本发明提供了一种可以有效降低混凝土徐变的外加剂制备和使用方法。本发明以纳米材料原料，以增强C-S-H凝胶抵抗变形能力为手段，通过局部增强和整体增强两种方式协同作用降低混凝土的徐变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：混凝土过大的徐变会对结构的安全性和寿命产生不良影响，因此本发明通过纳米材料对水泥水化核心产物C-S-H凝胶进行改性，增强其抵抗徐变的能力，进而降低混凝土的徐变。
本发明技术方案具体如下：
1.专用纳米材料：粒度为30-40μm的Ti3C2；直径为10-100nm，长度为100-200μm的羟基磷灰石超长纳米线；粒度为80-250nm的Fe3O4@SiO2纳米微球；
2.专用分散剂：分散剂分为两种，分散剂F1由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚甲基丙烯酸钠组成；分散剂F2由月桂酸和十二烷基苯磺酸钠组成；
3.降低徐变外加剂的组成：
由A剂和B剂组成，具体成分如下：
(1)A剂由Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球和分散剂F1组成，需与水混合使用。各组分质量比为，Ti3C2：Fe3O4@SiO2纳米微球：分散剂F1：水＝(0.1-0.5)：(1-3)：(3-6)：100。F1中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与聚甲基丙烯酸钠质量比为1:1；
(2)B剂由羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2组成，需与水混合使用。各组分质量比为，羟基磷灰石超长纳米线：分散剂F2：水＝(0.5-1)：(1-5):100。F2中月桂酸与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:1.5；
4.外加剂的的使用方法：
将Ti3C2和Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟，制备出A剂的分散液；
将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟，制备出B剂的分散液；
A剂的分散液和B剂的分散液组合使用，搅拌混凝土时先加入外加剂A的分散液，A剂的掺量为混凝土中胶凝材料质量的0.5-2.5％，搅拌30秒，然后再加入外加剂B的分散液，B剂的掺量为混凝土中胶凝材料质量的0.5-1.5％，搅拌均匀即可。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
(1)本发明使用纳米材料对C-S-H凝胶结构进行改性，从根本上改变混凝土的徐变性能；
(2)Ti3C2和Fe3O4@SiO2纳米微球为颗粒状，将其掺入混凝土后，与其周围的C-S-H在局部形成抵抗变形能力更强的复合材料；
(3)羟基磷灰石超长纳米线为纤维状，长细比大，在C-S-H中可以形成三维网络结构，可以明显提升C-S-H整体抵抗徐变的能力。
具体实施方式
为进一步体现出本发明所带来的功效，下面结合具体应用案例对本发明进一步详细说明。实施例分为C30和C60两种混凝土。
C30混凝土的基准配合比如表1所示(单位：kg/m3)：
表1C30混凝土基准配合比
Figure BDA0003226341090000031
C60混凝土的基准配合比如表2所示(单位：kg/m3)：
表2C60混凝土基准配合比
Figure BDA0003226341090000032
各项材料参数：
(1)水泥为规格为P.O.42.5；
(2)粉煤灰规格为F类II级；
(3)矿粉规格为S95磨细；
(4)硅灰的比表面积18m2/g，二氧化硅含量大于92％；
(5)石子粒径5mm-25mm；(6)减水剂类型为聚羧酸减水剂，固含量为20％，减水效率30％。
水泥、硅灰、粉煤灰和矿粉统称为胶凝材料。C60混凝土只有水泥为胶凝材料。
实例1：
(1)混凝土配比：C30；
(2)外加剂组成：
A剂组成：
①Ti3C2质量：C30配比中水质量一半的0.1％；
②粒度为80nm的Fe3O4@SiO2纳米微球质量：C30配比中水质量一半的3％；
③分散剂F1质量：C30配比中水质量一半的3％；
A剂质量为胶凝材料质量的1.61％；
B剂组成：
④羟基磷灰石超长纳米线质量：C30配比中水质量一半的0.5％；
⑤分散剂F2质量：C30配比中水质量一半的3％；
B剂质量为胶凝材料质量的0.92％；
(3)外加剂分散液的制备：
①C30配比中的水平均分成2份，分别用于A剂和B剂的分散液的制备；
②A剂分散液制备：将Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟；
③B剂分散液制备：将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟；
(4)混凝土徐变试件的制备和试验：将计量好的水泥砂石等材料放入搅拌锅内干搅2分钟；然后先加入A剂的分散液，搅拌30秒；再加入B剂的分散液，搅拌均匀；然后倒入100mm×100mm×400mm的模具中养护28d；养护完成后按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行徐变试验，测定30d、60d、90d、180d和360d的徐变应变数值。
实例2：
(1)混凝土配比：C30；
(2)外加剂组成：
A剂组成：
①Ti3C2质量：C30配比中水质量一半的0.5％；
②粒度为130nm的Fe3O4@SiO2纳米微球质量：C30配比中水质量一半的1％；
③分散剂F1质量：C30配比中水质量一半的3％；
A剂质量为胶凝材料质量的1.19％；
B剂组成：
④羟基磷灰石超长纳米线质量：C30配比中水质量一半的0.8％；
⑤分散剂F2质量：C30配比中水质量一半的4％；
B剂质量为胶凝材料质量的1.27％；
(3)外加剂分散液的制备：
①C30配比中的水平均分成2份，分别用于A剂和B剂的分散液的制备；
②A剂分散液制备：将Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟；
③B剂分散液制备：将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟；
(4)混凝土徐变试件的制备和试验：将计量好的水泥砂石等材料放入搅拌锅内干搅2分钟；然后先加入A剂的分散液，搅拌30秒；再加入B剂的分散液，搅拌均匀；然后倒入100mm×100mm×400mm的模具中养护28d；养护完成后按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行徐变试验，测定30d、60d、90d、180d和360d的徐变应变数值。
实例3：
(1)混凝土配比：C60；
(2)外加剂组成：
A剂组成：
①Ti3C2质量：C60配比中水质量一半的0.3％；
②粒度为130nm的Fe3O4@SiO2纳米微球质量：C60配比中水质量一半的2％；
③分散剂F1质量：C60配比中水质量一半的4％；
A剂质量为胶凝材料质量的0.84％；
B剂组成：
④羟基磷灰石超长纳米线质量：C60配比中水质量一半的0.5％；
⑤分散剂F2质量：C60配比中水质量一半的5％；
B剂质量为胶凝材料质量的0.74％；
(3)外加剂分散液的制备：
①C60配比中的水平均分成2份，分别用于A剂和B剂的分散液的制备；
②A剂分散液制备：将Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟；
③B剂分散液制备：将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟；
(4)混凝土徐变试件的制备和试验：将计量好的水泥砂石等材料放入搅拌锅内干搅2分钟；然后先加入A剂的分散液，搅拌30秒；再加入B剂的分散液，搅拌均匀；然后倒入100mm×100mm×400mm的模具中养护28d；养护完成后按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行徐变试验，测定30d、60d、90d、180d和360d的徐变应变数值。
实例4：
(1)混凝土配比：C60；
(2)外加剂组成：
A剂组成：
①Ti3C2质量：C60配比中水质量一半的0.4％；
②粒度为250nm的Fe3O4@SiO2纳米微球质量：C60配比中水质量一半的3％；
③分散剂F1质量：C60配比中水质量一半的5％；
A剂质量为胶凝材料质量的1.12％；
B剂组成：
④羟基磷灰石超长纳米线质量：C60配比中水质量一半的1％；
⑤分散剂F2质量：C60配比中水质量一半的4％；
B剂质量为胶凝材料质量的0.67％；
(3)外加剂分散液的制备：
①C60配比中的水平均分成2份，分别用于A剂和B剂的分散液的制备；
②A剂分散液制备：将Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟；
③B剂分散液制备：将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟；
(4)混凝土徐变试件的制备和试验：将计量好的水泥砂石等材料放入搅拌锅内干搅2分钟；然后先加入A剂的分散液，搅拌30秒；再加入B剂的分散液，搅拌均匀；然后倒入100mm×100mm×400mm的模具中养护28d；养护完成后按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行徐变试验，测定30d、60d、90d、180d和360d的徐变应变数值。
试验结果
C30和C60分别设置一组对照组试验，配比为基准配比，不掺入外加剂，成型、养护和试验方法与实例相同。对照组和实例的结果如表3和表4所示。
表3C30混凝土徐变试验结果
Figure BDA0003226341090000081
表4C60混凝土徐变试验结果
Figure BDA0003226341090000082
C30混凝土的徐变试验结果显示，实例1和实例2在30d、60d、90d、180d和360d的徐变应变始终低于对照组，实例1和实例2在360d的徐变应变降低幅度可达12.8％和13.9％；C60混凝土的试验结果与C30相似，实例3和实例4在对应的测试天数时的徐变应变明显低于对照组，在360d的徐变应变降幅可达11.4％和14.7％。实例1-4说明了本发明的对于混凝土的徐变有明显的效果；另一方面，实例1和实例2、实例3和实例4之间的徐变应变相差不大，说明本发明具有稳定性，不会随着配比的改变而发生明显变化。

Claims (2)

1.一种降低混凝土徐变的外加剂，其特征在于，具体如下：
(1)专用纳米材料：粒度为30-40μm的Ti3C2；直径为10-100nm，长度为100-200μm的羟基磷灰石超长纳米线；粒度为80-250nm的Fe3O4@SiO2纳米微球；
(2)专用分散剂：分散剂分为两种，分散剂F1由脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和聚甲基丙烯酸钠组成；分散剂F2由月桂酸和十二烷基苯磺酸钠组成；
(3)降低徐变外加剂的组成：
由A剂和B剂组成，具体成分如下：
A剂由Ti3C2、Fe3O4@SiO2纳米微球和分散剂F1组成，需与水混合使用；各组分质量比为，Ti3C2：Fe3O4@SiO2纳米微球：分散剂F1：水＝(0.1-0.5)：(1-3)：(3-6)：100；F1中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与聚甲基丙烯酸钠质量比为1:1；
B剂由羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2组成，需与水混合使用；各组分质量比为，羟基磷灰石超长纳米线：分散剂F2：水＝(0.5-1)：(1-5):100；F2中月桂酸与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:1.5。
2.使用如权利要求1所述外加剂的方法，其特征在于：
将Ti3C2和Fe3O4@SiO2纳米微球与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散10分钟，最后加入分散剂F1再次搅拌10分钟，制备出A剂的分散液；
将羟基磷灰石超长纳米线和分散剂F2与水混合，搅拌5分钟，然后超声分散20分钟，制备出B剂的分散液；
A剂的分散液和B剂的分散液组合使用，搅拌混凝土时先加入外加剂A的分散液，A剂的掺量为混凝土中胶凝材料质量的0.5-2.5％，搅拌30秒，然后再加入外加剂B的分散液，B剂的掺量为混凝土中胶凝材料质量的0.5-1.5％，搅拌均匀即可。
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