CN114804744A - 一种微纳米气泡水机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微纳米气泡水机制砂混凝土及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。一种微纳米气泡水机制砂混凝土包括如下重量份的原料制成：微纳米气泡水150‑180份，水泥300‑400份，机制砂700‑800份，粗骨料1100‑1200份，矿物掺合料120‑140份，减水剂2‑4份；其制备方法为：将除微纳米气泡水、减水剂和机制砂外的其他原料混合搅拌，得到固体混合物；将微纳米气泡水与减水剂混合得到液态混合物，将固体混合物、液态混合物以及机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土。本申请具有改善机制砂混凝土工作性能的效果。

Description

一种微纳米气泡水机制砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种微纳米气泡水机制砂混凝土及其制 备方法。

背景技术

混凝土是由凝胶材料、颗粒状粗骨料、颗粒状细集料、水，以及必要时掺入的化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经均匀搅拌、密实成型和养护而成的人造石材，是当代最主要的土木工程材料之一。其中，颗粒状细集料多采用颗粒圆润的河砂，但由于河砂为天然砂，资源有限且不可再生，长期大量采挖会破坏生态、影响环境。

机制砂是由岩石经机械破碎、分筛而成，以机制砂替代河砂作为颗粒状细集料能够 有效解决采挖河砂带来的资源环境问题，同时，采用机制砂还能够有效降低混凝土的成本， 既环保又经济。

但机制砂颗粒表面粗糙且尖锐棱角较多，因此，机制砂代替天然河砂作为细集料制 备成机制砂混凝土时，会导致机制砂混凝土的工作性能下降，不利于施工生产。

发明内容

为了改善机制砂混凝土的工作性能，本申请提供一种机制砂混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种微纳米气泡水机制砂混凝土，采用如下的技术方案：

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，由包括如下重量份数的原料制成：

微纳米气泡水150-180份，水泥300-400份，机制砂700-800份，粗骨料1100-1200份， 矿物掺合料120-140份，减水剂2-4份。

通过采用上述技术方案，采用机制砂代替河砂，能够有效降低混凝土的成本，既环保又经济，但是由于机制砂为碎石经破碎得到，其表面粗糙且尖锐棱角较多，虽然能够互相之间、与混凝土中其他颗粒物进行嵌合，使得混凝土获得优良的抗压强度，但也会导致机制砂混凝土的流动性下降，不利于施工生产。

微纳米气泡水代替水加入机制砂混凝土中，微纳米气泡水中的微气泡能够在机制砂混凝土浆体中起到“滚珠润滑”的作用，极大提高混凝土浆体的流动性；微气泡是直 径范围为180nm-30μm、浓度为8.0×10⁷-8.5×10⁸个/mL的纳米级气泡，能够在水中长时 间保留，如此高浓度的纳米级气泡能够有效在混凝土浆体中起到“滚珠润滑”的作用， 从而极大提高混凝土浆体的流动性，从而使得机制砂混凝土的工作性能得到大幅改善。

采用粗骨料、机制砂以及矿物掺合料形成良好的级配，使得混凝土的密实度提高，进而提高机制砂混凝土的强度，且矿物掺合料的添加能够填补水泥空隙使得混凝土具备致密的结构，且矿物掺合料能够使得机制砂混凝土获得优良的界面黏结性能，从而提高 机制砂混凝土的强度 综上，微纳米气泡水与机制砂配合能够在不影响机制砂混凝土强度的条件下，使得机制 砂混凝土的和易性得到大幅改善，从而使得机制砂混凝土的工作性能得到大幅改善。

可选的，所述机制砂为疏水改性机制砂，所述疏水改性机制砂由普通机制砂经甲基三乙氧基硅烷表面疏水改性得到。

通过采用上述技术方案，普通机制砂经甲基三乙氧基硅烷表面改性后得到疏水改性机制砂，保留了普通机制砂的硬度和表面的棱角，使得疏水改性机制砂依旧能够与颗 粒物进行嵌合；并且疏水改性机制砂表面亲水性比普通机制砂低，降低了微气泡吸附在 疏水改性机制砂表面从而破裂的可能，使得微气泡能够有效发挥“滚珠润滑”的作用， 提高了机制砂混凝土的和易性，从而提高了机制砂混凝土的工作性能。

可选的，以所述疏水改性机制砂的重量为基准，所述疏水改性机制砂由如下重量份的原料制成：普通机制砂80-100份，甲基三乙氧基硅烷100-150份。

通过采用上述技术方案，以甲基三乙氧基硅烷为改性剂，对普通机制砂进行表面疏水改性。

可选的，所述疏水改性机制砂由包括以下步骤的方法制成：将机制砂、甲基三乙氧基硅烷在70-90℃下混合搅拌40-60min，取出烘干后得到疏水改性机制砂。

通过采用上述技术方案，甲基三乙氧基硅烷作为改性剂，在70-90℃的温度下更易在机制砂表面形成包覆膜，从而实现对普通机制砂的表面疏水改性。

可选的，所述机制砂混凝土还包括15-20份石粉。

通过采用上述技术方案，石粉是一种细度小的惰性掺合料，能够补充混凝土中缺少的细颗粒，从而增加混凝土浆体粘稠性，石粉与机制砂配合，能够改善机制砂混凝土 的和易性，从而提高机制砂混凝土的工作性能。

可选的，所述石粉粒径为0.016-0.075mm；所述机制砂选用细度模数为2.3-3.0的连续级配机制砂。

通过采用上述技术方案，岩石经破碎磨粉后还含有泥沙，而泥沙会妨碍疏水改性机制砂、粗骨料与水泥的粘结，从而影响机制砂混凝土的工作性能；但泥沙颗粒的粒径 多在0.016mm以下，所以选用粒径为0.016-0.075mm的石粉能够降低石粉中存在泥沙颗 粒的可能，从而降低泥沙颗粒对机制砂混凝土工作性能的影响；细度模数为2.3-3.0的 连续级配机制砂杂质含量较少，对机制砂混凝土工作性能的影响也随之减少；且细度模 数为2.3-3.0的连续级配机制砂不仅能够自身形成良好级配，还能与石粉形成良好的级 配，使得石粉能够充分填补机制砂之间的空隙，增强机制砂混凝土的密实度，从而提高 机制砂混凝土的强度。

可选的，所述矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰的一种或多种。

通过采用上述技术方案，粒化高炉矿渣粉具有较高的活性，可提高重混凝土的后期强度；粒化高炉矿渣粉、粉煤灰以及硅灰均具有良好的填充作用，能填补水泥内的细小缝隙，提高水泥的密实度；且粒化高炉矿渣粉、粉煤灰以及硅灰能够增大水泥浆的流动性、又能减小混凝土的坍落度损失，能够改善机制砂混凝土的和易性，进而提高混凝土的工作性能。

可选的，所述粗骨料由以下重量百分比的组分组成：细石20-25％，其余为碎石；所述细石为5-10mm连续级配细石，所述碎石为5-31.5mm连续级配碎石。

通过采用上述技术方案，细石与碎石之间形成良好的级配，使得粗颗粒间空隙、中颗粒间缝隙分别被中颗粒、细颗粒填充，如此逐级填充即可减小机制砂混凝土颗粒间的空隙 率，使机制砂混凝土堆积密度增大，进而提升混凝土的强度，同时达到节约水泥的目的。

第二方面，本申请提供一种微纳米气泡水机制砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

制备固体混合物：将除微纳米气泡水、减水剂和机制砂外的其他原料混合搅拌，得到固 体混合物；

制备机制砂混凝土：将微纳米气泡水与减水剂混合得到液态混合物，将固体混合物、液 态混合物以及机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土。

通过采用上述技术方案，先制备混合物，后添加机制砂制备混凝土，能够降低机制砂混凝土原料中颗粒状固体与机制砂表面的摩擦，从而降低机制砂表面磨损的可能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用微纳米气泡水与机制砂配合，使得机制砂硬度大且能够与颗粒物嵌合增 加混凝土强度的特点能够保留，同时降低了机制砂对混凝土流动性的影响，从而有效地改善 了机制砂混凝土的工作性能；

2、本申请中机制砂采用疏水改性机制砂，疏水改性机制砂硬度大且表面的棱角，且表面 亲水性降低，使得微气泡能够有效发挥“滚珠润滑”的作用，提高了机制砂混凝土的和 易性，从而提高了机制砂混凝土的工作性能；

3、本申请中采用粒径为0.016-0.075mm的石粉与疏水改性机制砂配合，作为细度小的惰 性掺合料，石粉能够补充混凝土中缺少的细颗粒，改善机制砂混凝土的和易性，从而提 高机制砂混凝土的工作性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未 注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说 明外均可来源于普通市售。

石粉由岩石破碎磨粉得到；

减水剂采用聚羧酸高效减水剂；

粒化高炉矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉；

本申请实施例中微纳米气泡水选用D10为(150-200)nm，D50为(250-400)nm，D90为(700-800)nm的微纳米气泡水；其中D10即为微纳米气泡水中小于(150-200)nm粒径的 微纳米气泡体积含量占全部微纳米气泡的10％，D50即为微纳米气泡水中微纳米气泡的中值 粒径为(250-400)nm，D90即为微纳米气泡水中小于(700-800)nm粒径的微纳米气泡体 积含量占全部微纳米气泡的90％。

疏水改性机制砂的制备例

制备例1

一种疏水改性机制砂的制备方法，包括以下步骤：

将80kg机制砂、100kg甲基三乙氧基硅烷在70℃下混合搅拌40min，取出烘干后得到疏水 改性机制砂。

制备例2

一种疏水改性机制砂的制备方法，包括以下步骤：

将100kg机制砂、150kg甲基三乙氧基硅烷在90℃下混合搅拌60min，取出烘干后得到疏水 改性机制砂。

制备例3

一种疏水改性机制砂的制备方法，包括以下步骤：

将90kg机制砂、125kg甲基三乙氧基硅烷在80℃下混合搅拌50min，取出烘干后得到疏水 改性机制砂。

实施例

实施例1

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，由包括如下重量份的原料制成：

制备固体混合物：将220kg细石、880kg碎石、120kg粒化高炉矿渣粉、300kg水泥混合搅拌，得到固体混合物；

制备机制砂混凝土：将150kg微纳米气泡水与2kg减水剂混合得到液态混合物，将固体 混合物、液态混合物以及700kg普通机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土；且普通机制砂 细度模数为2.3-3.0。

实施例2

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，由包括如下重量份的原料制成：

制备固体混合物：将300kg细石、900kg碎石、140kg粒化高炉矿渣粉、400kg水泥混合搅拌，得到固体混合物；

制备机制砂混凝土：将180kg微纳米气泡水与4kg减水剂混合得到液态混合物，将固体 混合物、液态混合物以及800kg普通机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土；且普通机制砂 细度模数为2.3-3.0。

实施例3

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，由包括如下重量份的原料制成：

制备固体混合物：将250kg细石、900kg碎石、130kg粒化高炉矿渣粉、350kg水泥混合搅拌，得到固体混合物；

制备机制砂混凝土：将165kg微纳米气泡水与3kg减水剂混合得到液态混合物，将固体 混合物、液态混合物以及750kg普通机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土；且普通机制砂 细度模数为2.3-3.0。

实施例4

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例3中方法进行，不同之处在于，原料中750kg 普通机制砂等重量替换为750kg由制备例1中方法制得的疏水改性机制砂，且疏水改性 机制砂细度模数为2.3-3.0。

实施例5

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例3中方法进行，不同之处在于，原料中750kg 普通机制砂等重量替换为750kg由制备例2中方法制得的疏水改性机制砂；且疏水改性 机制砂细度模数为2.3-3.0。

实施例6

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例3中方法进行，不同之处在于，原料中 750kg普通机制砂等重量替换为750kg由制备例3中方法制得的疏水改性机制砂；且疏水改性机制砂细度模数为2.3-3.0。

实施例7

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例6中方法进行，不同之处在于，制备固体混 合物的步骤中还添加有18kg石粉，18kg石粉与250kg细石、900kg碎石、130kg粒化高炉矿渣粉、350kg水泥混合搅拌，得到固体混合物；其中石粉的粒径为0.016- 0.075mm。

实施例8

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例7中方法进行，不同之处在于，原料中石粉的 粒径大于0.075mm。

实施例9

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例7中方法进行，不同之处在于，原料中石粉的 粒径小于0.016mm。

实施例10

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例7中方法进行，不同之处在于，原料中疏水改 性机制砂细度模数为3.1-3.7。

实施例11

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例7中方法进行，不同之处在于，原料中疏水改 性机制砂细度模数为1.6-2.2。

对比例

对比例1

一种混凝土，由包括如下重量份的原料制成：

制备固体混合物：将250kg细石、900kg碎石、130kg硅灰、350kg水泥混合搅拌，得到固体混合物；

制备机制砂混凝土：将165kg水与3kg减水剂混合得到液态混合物，将固体混合物、液 态混合物以及750kg河砂混合搅拌得到混凝土。

对比例2

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例3中方法进行，不同之处在于，原料中165kg 微纳米气泡水等重量替换为165kg水。

对比例3

一种微纳米气泡水机制砂混凝土，按照实施例3中方法进行，不同之处在于，原料中750kg 普通机制砂等重量替换为750kg河砂。

性能检测试验

对上述实施例及对比例制得的混凝土进行28d抗压强度测试，测试方法根据GB/T50081- 2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》；并根据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性 能试验方法》，对上述实施例以及对比例制得的预拌混凝土进行坍落度和扩展度测试，检测 结果如表1所示。

表1：

结合对比例1和实施例1-11以及他们在表1中抗压强度的数据进行对比，说明本申请中方 法制备得到的机制砂混凝土满足并优于混凝土的施工强度。

结合实施例3和对比例1-3并结合他们在表1中的数据发现，相较于实施例3，对比例1的不同之处在于，原料中机制砂等重量替换为河砂、微纳米气泡水等重量替换为水；对比例2的不同之处在于，原料中微纳米气泡水等重量替换为水；对比例3的不同之处在于，原料中750kg普通机制砂等重量替换为750kg河砂。比较实施例3和对比例1-3在表1中 的数据，对比例1中方法得到的混凝土、对比例2和对比3中方法得到的普通机制砂混凝土， 三者的坍落度和扩展度远低于实施例3，也就是说对比例1-3获得的混凝土的工作性能远低 于实施例3中方法得到的机制砂混凝土，究其原因发现，实施例3中原料采用微纳米气泡水 与机制砂配合，微纳米气泡水中的微气泡能够在机制砂混凝土浆体中起到“滚珠润滑” 的作用，极大提高混凝土浆体的流动性。

结合实施例3和实施例6并结合他们在表1中的数据发现，实施例6与实施例3的 不同之处在于，实施例3中原料采用普通机制砂，实施例6中原料采用疏水改性机制砂。观 察二者在表1中的数据很容易看出，实施例6中机制砂混凝土的工作性能远优于实施例3， 说明采用疏水改性机制砂与微纳米剂气泡水配合，能够进一步改善机制砂混凝土的工作性能； 其原因在于：疏水改性机制砂表面的疏水性提高，降低了微气泡吸附在疏水改性机制砂 表面从而破裂的可能，使得微气泡能够有效发挥“滚珠润滑”的作用，提高了机制砂混凝土的和易性，从而提高了机制砂混凝土的工作性能。

结合实施例6和实施例7并结合表1中数据可以看出，相较于实施例6，实施例7中原料还添加有石粉，而实施例7中方法得到的机制砂混凝土的强度以及工作性能均优于实施 例6中方法得到的机制砂混凝土。推测其原因发现，实施例7中机制砂混凝土在制备过程中， 添加了石粉作为细度小的惰性掺合料，能够补充混凝土中缺少的细颗粒，石粉与机制砂 配合，不仅能够增加混凝土的密实度，还能够增加混凝土浆体粘稠性，从而使得机制砂混凝土的强度能够得到进一步的提高，还能够改善机制砂混凝土的和易性，从而进一步 提高机制砂混凝土的工作性能。

结合实施例7和实施例8-9并结合表1中数据可以看出，相较于实施例7，实施例 8的不同之处在于原料中石粉的粒径大于0.075mm，实施例9的不同之处在于原料中石粉的粒径小于0.016mm；而实施例7中方法得到的机制砂混凝土的强度以及工作性能均明显优于实施例7中方法得到的机制砂混凝土。其原因可能是，实施例8中原料石粉的粒径过大，无法与机制砂形成良好的级配，从而影响了机制砂混凝土的抗压强度，也为机制砂混凝土引入 了更多表面粗糙有棱角的颗粒，降低了机制砂混凝土的流动性，从而使得机制砂混凝土的工 作性能受到影响；实施例9中原料石粉的粒径过小，未能将其中的泥沙颗粒筛出，而石粉 中包含的泥沙会妨碍疏水改性机制砂、粗骨料与水泥的粘结，从而影响机制砂混凝土的工作性能；而实施例7中采用粒径为0.016-0.075mm的石粉与机制砂配合时，能够使机制砂混凝土获得更好的抗压强度和工作性能。

结合实施例7和实施例10-11并结合表1中数据可以看出，相较于实施例7，实施 例10的不同之处在于原料中疏水改性机制砂细度模数为3.1-3.7，实施例11的不同之处在原料中疏水改性机制砂细度模数为1.6-2.2；而实施例7中方法得到的机制砂混凝土的强度以及 工作性能均明显优于实施例10-11中方法得到的机制砂混凝土。这是因为细度模数为2.3- 3.0的连续级配机制砂杂质含量较少，对机制砂混凝土工作性能的影响也随之减少；且 细度模数为2.3-3.0的连续级配机制砂不仅能够自身形成良好级配，还能与石粉形成良好的级配，使得石粉能够充分填补机制砂之间的空隙，增强机制砂混凝土的密实度。

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 (9)

1.一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于，由包括如下重量份数的原料制成：微纳米气泡水150-180份，水泥300-400份，机制砂700-800份，粗骨料1100-1200份，矿物掺合料120-140份，减水剂2-4份。

2.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：所述机制砂为疏水改性机制砂，所述疏水改性机制砂由普通机制砂经甲基三乙氧基硅烷表面疏水改性得到。

3.根据权利要求2所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：以所述疏水改性机制砂的重量为基准，所述疏水改性机制砂由如下重量份的原料制成：普通机制砂80-100份，甲基三乙氧基硅烷100-150份。

4.根据权利要求3所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于；所述疏水改性机制砂由包括以下步骤的方法制成：将普通机制砂、甲基三乙氧基硅烷在70-90℃下混合搅拌40-60min，取出烘干后得到疏水改性机制砂。

5.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：所述机制砂混凝土还包括15-20份石粉。

6.根据权利要求5所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：所述石粉粒径为0.016-0.075mm；且所述机制砂选用细度模数为2.3-3.0的连续级配机制砂。

7.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：所述矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土，其特征在于：所述粗骨料由以下重量百分比的组分组成：细石20-25%，其余为碎石；所述细石为5-10mm连续级配细石，所述碎石为5-31.5mm连续级配碎石。

9.权利要求1-8任一项所述的一种微纳米气泡水机制砂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备固体混合物：将除微纳米气泡水、减水剂和机制砂外的其他原料混合搅拌，得到固体混合物；

制备机制砂混凝土：将微纳米气泡水与减水剂混合得到液态混合物，将固体混合物、液态混合物以及机制砂混合搅拌得到机制砂混凝土。