CN114656224A - 一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低胶凝材料自密实混凝土，该自密实混凝土由以下质量配合比的原料组成：水泥150～240kg/m3、粉煤灰80～160kg/m3、矿粉30～120kg/m3、砂780～900kg/m3、碎石804～944kg/m3、膨润土10～20kg/m3、消石灰3～5kg/m3、氢氧化钠3～5kg/m3、丙乳15～20kg/m3、水168～186kg/m3、外加剂组合物4～6kg/m3。本发明还提供了上述自密实混凝土的制备方法。本发明旨在利用各组成原材料的特定要求及功能特性进行合理配伍，实现了低胶凝材料自密实混凝土高流动性与高稳定性的统一，赋予了低胶凝材料自密实混凝土优异的高流态填充性、间隙通过性、抗离析性、强度及耐久性能。

Description

一种低胶凝材料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领域，具体涉及到一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
现代混凝土技术已不再仅仅追求高强度，而是越来越重视工作性、体积稳定性、耐久性等的统一，即向高性能方向发展。自密实混凝土作为高性能混凝土的一种，就是以其卓越的工作性能为最大特征的混凝土，现已成为高性能混凝土的一个重要发展方向。混凝土拌合物良好的工作性不仅是为了满足施工要求，更有利于改善混凝土结构的匀质性，使成型后的混凝土更加密实，减少原始缺陷，从而保证混凝土的长期耐久性能。可以说，没有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。
与普通混凝土材料相比，尽管目前研发出来的自密实混凝土材料具有诸多优势，然而，在材料体系配制和应用方面仍存在很多不足，许多问题仍然存在。普通强度等级的混凝土材料为了达到自密实的效果，往往增加胶凝材料的使用量，这又往往造成力学强度超标，同时也相应增加了材料成本，这就阻碍了普通强度等级自密实混凝土的大量应用。为此，研发工作性能良好、力学性能稳定、耐久性能优异的低胶凝材料自密实混凝土具有更加现实的工程意义。
低胶凝材料用量的自密实混凝土常常存在流动性与稳定性之间的矛盾，即混凝土流动性大时易于出现离析、泌水，从而影响混凝土的间隙通过性；混凝土不离析、不泌水时又易于导致坍落扩展度偏小、扩展时间偏长，从而影响混凝土的流动性，与此同时，一般而言，混凝土中掺合料用量越高，混凝土的抗碳化能力则越差。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题以及现有技术的不足提供了一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现，一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：包括以下组分及配比：
Figure BDA0003619090950000021
所述砂为天然砂，细度模数为2.5～2.7，粒径小于0.3mm的含量为20％～30％；
所述碎石为5～20mm的连续级配，表观密度为2680kg/m3～2860kg/m3，针片状颗粒含量不高于3％，碎石在混凝土中的体积占比为0.30～0.33。
所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥且强度等级为42.5；所述粉煤灰为I级灰；所述矿粉为S95级。
所述膨润土为钠基膨润土，蒙脱土含量不低于85％，粒径不大于75μm。
所述消石灰粒径不大于75μm；所述氢氧化钠为工业级；所述丙乳为丙烯酸酯共聚乳液且浓度为40％。
所述外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液15～30％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液15～30％、缓凝剂0～6％、微沫剂0.05～0.5％、触变剂0.05～0.5％、水40～70％。
所述抗泥型聚羧酸系减水剂母液含固量为40±1％；所述超长保坍型聚羧酸系减水剂母液含固量为40±1％；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、蔗糖、柠檬酸中的任意一种或两种及以上任意比例的混合物；所述微沫剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐；所述触变剂为聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素中的任意一种或两种任意比例的混合物。
所述低胶凝材料自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：首先依据自密实混凝土配比将碎石、砂、水泥、粉煤灰、矿粉、膨润土、消石灰、氢氧化钠依次加入搅拌机中，干拌60s，充分搅拌均匀；然后按照配比加入80％的水与全部的丙乳于搅拌机中搅拌90s；最后按照配比将外加剂及剩余20％的水依次加入搅拌机中，搅拌90s即完成制备。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、相对于普通自密实混凝土，本发明胶凝材料用量低，其中掺合料掺量高，具有显著的经济性、低碳环保性。
2、本发明引入了无机层状硅酸盐材料，与有机触变材料的协同作用，解决了低胶凝材料用量下自密实混凝土流动性与稳定性之间的矛盾，实现了低胶凝材料用量下自密实混凝土高流动性与高稳定性的统一。
3、本发明引入了大掺量矿物掺合料，其自密实混凝土具有低水化放热量以及低水化温升效应，极大地改善了大体积混凝土的抗裂性能。
4、本发明引入了丙乳，既提高了低胶凝材料用量下自密实混凝土的柔塑性，又因其具备的成膜作用显著提高了自密实混凝土的耐久性。
5、本发明引入了消石灰与氢氧化钠，既对掺合料提供了强激发作用，反应产物细化了混凝土孔结构，提高了混凝土密实性，提高了混凝土的力学性能与耐久性能；同时，上述成分的引入在碳化过程中会吸收和消耗二氧化碳，进一步提高了混凝土的抗碳化耐久性能。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的内容，通过以下具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。本发明通过低胶凝材料自密实混凝土的坍落扩展度、扩展时间、坍落扩展度与J环扩展度差值、离析率、28d抗压强度、28d相对渗透性系数、28d碳化深度来对所制备的产品进行评价。
实施例1
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥150kg/m3、粉煤灰110kg/m3、矿粉120kg/m3、砂815kg/m3、碎石883kg/m3、膨润土10kg/m3、消石灰5kg/m3、氢氧化钠5kg/m3、丙乳16.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水175kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.7，粒径小于0.3mm的含量为20.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液15％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液30％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
实施例2
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥240kg/m3、粉煤灰104kg/m3、矿粉30kg/m3、砂815kg/m3、碎石883kg/m3、膨润土20kg/m3、消石灰3kg/m3、氢氧化钠3kg/m3、丙乳16.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水175kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.7，粒径小于0.3mm的含量为20.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液30％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液15％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
实施例3
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥176kg/m3、粉煤灰160kg/m3、矿粉40kg/m3、砂815kg/m3、碎石883kg/m3、膨润土15kg/m3、消石灰4.5kg/m3、氢氧化钠4.5kg/m3、丙乳16.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水175kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.7，粒径小于0.3mm的含量为20.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液25％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液20％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
实施例4
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥197kg/m3、粉煤灰80kg/m3、矿粉100kg/m3、砂815kg/m3、碎石883kg/m3、膨润土15kg/m3、消石灰4.0kg/m3、氢氧化钠4.0kg/m3、丙乳16.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水175kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.7，粒径小于0.3mm的含量为20.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液25％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液20％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
实施例5
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥192kg/m3、粉煤灰122kg/m3、矿粉52kg/m3、砂841kg/m3、碎石876kg/m3、膨润土16kg/m3、消石灰4kg/m3、氢氧化钠4kg/m3、丙乳15.5kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水174kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.6，粒径小于0.3mm的含量为26.3％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液20％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液20％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水57.69％。
实施例6
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥228kg/m3、粉煤灰95kg/m3、矿粉32kg/m3、砂868kg/m3、碎石868kg/m3、膨润土19kg/m3、消石灰3kg/m3、氢氧化钠3kg/m3、丙乳15.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水173kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.5，粒径小于0.3mm的含量为30.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液20％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液20％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水57.69％。
实施例7
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥228kg/m3、粉煤灰95kg/m3、矿粉32kg/m3、砂868kg/m3、碎石868kg/m3、膨润土19kg/m3、消石灰3kg/m3、氢氧化钠3kg/m3、丙乳20.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水170kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.5，粒径小于0.3mm的含量为30.0％；碎石表观密度为2850kg/m3，针片状含量为0。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液20％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液20％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水57.69％。
实施例8
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥180kg/m3、粉煤灰100kg/m3、矿粉110kg/m3、砂900kg/m3、碎石804kg/m3、膨润土10kg/m3、消石灰5kg/m3、氢氧化钠5kg/m3、丙乳15.0kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水186kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.6，粒径小于0.3mm的含量为26.3％；碎石表观密度为2680kg/m3，针片状含量为3.0％。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液15％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液30％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
实施例9
一种低胶凝材料自密实混凝土及其制备方法，
各组成成分及配比为：水泥160kg/m3、粉煤灰140kg/m3、矿粉80kg/m3、砂780kg/m3、碎石944kg/m3、膨润土10kg/m3、消石灰5kg/m3、氢氧化钠5kg/m3、丙乳20.0kg/m3、外加剂6.0kg/m3、水168kg/m3。
其中，砂的细度模数为2.6，粒径小于0.3mm的含量为26.3％；碎石表观密度为2860kg/m3，针片状含量为1.6％。
其中，外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液15％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液30％、蔗糖2％、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐0.06％、聚丙烯酰胺0.05％、羟丙基甲基纤维素0.2％、水52.69％。
对比例1
与实施例1基本相同，不同之处是未掺膨润土，未掺消石灰与氢氧化钠，未掺丙乳，将膨润土、消石灰与氢氧化钠的总用量用粉煤灰与矿粉保持比例不变进行等量替代，且将丙乳中的含水量增加至拌合水中。即混凝土配合比为：水泥150kg/m3、粉煤灰120kg/m3、矿粉130kg/m3、砂815kg/m3、碎石883kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水184.6kg/m3。
对比例2
与实施例5基本相同，不同之处是未掺膨润土，未掺消石灰与氢氧化钠，未掺丙乳，将膨润土、消石灰与氢氧化钠的总用量用粉煤灰与矿粉保持比例不变进行等量替代，且将丙乳中的含水量增加至拌合水中。即混凝土配合比为：水泥192kg/m3、粉煤灰129kg/m3、矿粉59kg/m3、砂841kg/m3、碎石876kg/m3、丙乳15.6kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水183.3kg/m3。
对比例3
与实施例6基本相同，不同之处是未掺膨润土，未掺消石灰与氢氧化钠，未掺丙乳，将膨润土、消石灰与氢氧化钠的总用量用粉煤灰与矿粉保持比例不变进行等量替代，且将丙乳中的含水量增加至拌合水中。即混凝土配合比为：水泥228kg/m3、粉煤灰114kg/m3、矿粉38kg/m3、砂868kg/m3、碎石868kg/m3、外加剂4.0kg/m3、水182.0kg/m3。
对比例4
与实施例1基本相同，不同之处是未掺膨润土，且将膨润土的用量用粉煤灰与矿粉保持比例不变进行等量替代。
对比例5
与实施例1基本相同，不同之处是未掺消石灰与氢氧化钠，且将消石灰与氢氧化钠的用量用粉煤灰与矿粉保持比例不变进行等量替代。
对比例6
与实施例1基本相同，不同之处是未掺丙乳，且将丙乳中的含水量增加至拌合水中。
对比例7
与实施例7基本相同，不同之处是砂的细度模数为2.8，粒径小于0.3mm的含量为14.6％；。
实施效果
本发明针对低胶凝材料用量下自密实混凝土存在流动性与稳定性之间的矛盾问题，对低胶凝材料自密实混凝土进行了精细化设计，旨在能有效地实现低胶凝材料用量下自密实混凝土高流动性与高稳定性的统一，提升混凝土力学性能与耐久性能。
自密实混凝土性能测试试验：试验统一采用池州海螺P·O42.5硅酸盐水泥，I级粉煤灰，S95级矿粉，细度模数为2.6的天然砂，粒径为5～20mm的连续级配的碎石。对比例1、2、3分别对应实施例1、5、6，对比例4、5、6均对应实施例1，对比例7对应实施例7试验结果见表1。由表1结果可知，对比例与实施例的坍落扩展度相当，扩展时间相近，但在坍落扩展度与J环扩展度差值、离析率、28d抗压强度、28d相对渗透性系数以及28d碳化深度等性能方面则有着显著的差异，实施例1、5、6明显优于相对应的对比例1、2、3；同时，对比例4、5、6相对于实施例1以及对比例7相对于实施例7，在某些指标上均存在一定的性能劣化。
表1低胶凝材料自密实混凝土性能试验结果
Figure BDA0003619090950000081
虽然本发明列举了部分实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，例如对某份原料组分或工艺时间作增加或减少，但对产品的效果可能不会产生实质性影响，那么这种改动同样属于本申请的权利要求保护范围所界定的范围之内。

Claims (7)

1.一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：包括以下组分及配比：
Figure FDA0003619090940000011
所述砂为天然砂，细度模数为2.5～2.7，粒径小于0.3mm的含量为20％～30％；
所述碎石为5～20mm的连续级配，表观密度为2680kg/m3～2860kg/m3，针片状颗粒含量不高于3％，碎石在混凝土中的体积占比为0.30～0.33。
2.根据权利要求1所述的一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥且强度等级为42.5；所述粉煤灰为I级灰；所述矿粉为S95级。
3.根据权利要求1所述的一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土，蒙脱土含量不低于85％，粒径不大于75μm。
4.根据权利要求1所述的一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：所述消石灰粒径不大于75μm；所述氢氧化钠为工业级；所述丙乳为丙烯酸酯共聚乳液且浓度为40％。
5.根据权利要求1所述的一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：所述外加剂由以下重量百分比的原料组成：抗泥型聚羧酸系减水剂母液15～30％、超长保坍型聚羧酸系减水剂母液15～30％、缓凝剂0～6％、微沫剂0.05～0.5％、触变剂0.05～0.5％、水40～70％。
6.根据权利要求5所述的一种低胶凝材料自密实混凝土，其特征在于：所述抗泥型聚羧酸系减水剂母液含固量为40±1％；所述超长保坍型聚羧酸系减水剂母液含固量为40±1％；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、蔗糖、柠檬酸中的任意一种或两种及以上任意比例的混合物；所述微沫剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐；所述触变剂为聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素中的任意一种或两种任意比例的混合物。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种低胶凝材料自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先依据自密实混凝土配比将碎石、砂、水泥、粉煤灰、矿粉、膨润土、消石灰、氢氧化钠依次加入搅拌机中，干拌60s，充分搅拌均匀；然后按照配比加入80％的水与全部的丙乳于搅拌机中搅拌90s；最后按照配比将外加剂及剩余20％的水依次加入搅拌机中，搅拌90s即完成制备。
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