CN114956687B - 一种低收缩的高强混凝土的制备方法 - Google Patents

一种低收缩的高强混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低收缩的高强混凝土的制备方法，本发明中以石英砂、碎石、机制砂和高岭土为骨料，以水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维为凝胶材料，水中还添加改性水玻璃和聚羧酸系减水剂。本发明制得的低收缩的高强混凝土收缩率为0.0027‑0.0038％，28d抗压强度为140.6‑143.1MPa。

Description

一种低收缩的高强混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土制备领域，特别涉及一种低收缩的高强混凝土的制备方法。
背景技术
混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩(又称沉缩)，化学收缩(又称自身收缩)，干燥收缩及碳化收缩，较大的收缩会引起混凝土开裂。
高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种低收缩的高强混凝土的制备方法，解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低收缩的高强混凝土，包括质量比为1:2.5-3.8:5.5-6.5的水、凝胶材料和骨料，所述凝胶材料包括水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维，所述骨料包括石英砂、碎石、机制砂和高岭土。
进一步的，所述凝胶材料由质量比为1:0.07-0.09:0.03-0.06的水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维。
进一步的，所述木质素纤维长度为12mm，聚乙烯醇纤维长度为9mm。
本发明凝胶材料由水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维组成，纤维的桥连作用可以提高混凝土混合效果，适量的掺杂有利于改善混凝土内部的空隙结构，本发明中通过适量的掺杂木质素纤维和聚乙烯醇纤维能够降低水泥的收缩系数，减少混合过程中水分的流失，提高水泥的劈裂强度。
进一步的，所述骨料由质量比为1:0.8-1.1:3-4:0.6-0.7的石英砂、碎石、机制砂和高岭土。
进一步的，碎石规格为15-20mm。
本发明中骨料由石英砂、碎石、机制砂和高岭土组成。本发明的骨料具有混凝土骨架、填充和抑制混凝土收缩的作用。合理的骨料配比能够缩小混凝土的空隙率，提高混凝土的抗压性能和抗渗透性能。
进一步的，根据水的重量计，水中还含有5-10％的改性水玻璃和3-5％的聚羧酸系减水剂。
本发明中添加改性水玻璃和聚羧酸系减水剂能够增多水化产物的生长位点提高混凝土的凝胶物质的含量，增强混凝土组分之间的粘结力，提高混凝土的密实度，降低混凝土的收缩系数。
进一步的，低收缩的高强混凝土制备方法包括以下步骤：
(1)将骨料组分投入搅拌机，使用140-170r/min搅拌8-12min，制得混合骨料；
(2)将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用110-130r/min搅拌20-25min，制得混合物料1；
(3)将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌制得低收缩的高强混凝土。
本发明中将水平均分成三次加入混合物料1中，加入后采用不同的搅拌速率和搅拌时间进行搅拌，不仅能够将组分混合均匀，而且能够避免纤维材料沉积和混凝土出现沁水现象，本发明在第二次加水搅拌过程中，升温至50-60℃，不仅能够减少气泡的产生，而且能够促进气泡的消破，同时提高混凝土的粘度。
进一步的，所述改性水玻璃的制备方法为将酚醛树脂加入水玻璃中，加热至105-115℃，再加入氟硅酸钠反应2-3h，制得改性水玻璃。
进一步的，所述聚羧酸系减水剂的制备方法为取甲基烯丙基聚氧乙烯醚和水置于四口圆底烧瓶中混合，料液质量比为1:7-8，加热至80-85℃，加入甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸混合，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸根据质量比计为1:1.5-1.8:0.04-0.06:0.15-0.2，保温1.5-2h，制得聚羧酸系减水剂。
进一步的，所述酚醛树脂、水玻璃和氟硅酸钠质量比为0.07-0.09:1：0.01-0.03。
进一步的，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌为第一次加入水后使用100-130r/min搅拌3-5min，第二次加入水后使用100-130r/min搅拌5-8min，并同时打开搅拌机加热器，升温至50-60℃，第三次加入水后使用90-110r/min搅拌15-20min，保持搅拌机温度为50-60℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中以石英砂、碎石、机制砂和高岭土为骨料，以水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维为凝胶材料，水中还添加改性水玻璃和聚羧酸系减水剂。本发明骨料中石英砂、碎石、机制砂为粗骨料，高岭土为细骨料，在制备中现在骨料原料混合，不仅能够使粗骨料混合均匀，还能使细骨料填充于细骨料的空隙中，本发明凝胶材料中包括木质素纤维和聚乙烯醇纤维，两种纤维材料质量较轻，在制备过程中先使用合理的转速混合凝胶材料，不仅能够将纤维材料均匀分布于水泥中，而且使水泥附着于纤维材料表面，提高纤维材料质量，避免在后续制备过程中，纤维材料由于质量过轻导致沉积在浆料底部。本发明中添加改性水玻璃和聚羧酸系减水剂能增加水化产物的生长位点提高混凝土的凝胶物质的含量，增强混凝土组分之间的粘结力，提高混凝土的密实度，降低混凝土的收缩系数。
本发明制得的低收缩的高强混凝土收缩率为0.0027-0.0038％，28d抗压强度为140.6-143.1MPa。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
改性水玻璃的制备方法：
(1)根据质量比为0.08:1:0.02称取酚醛树脂、水玻璃和氟硅酸钠，备用。
(2)将酚醛树脂加入水玻璃中，加热至100℃，再加入氟硅酸钠反应2.5h，制得改性水玻璃.
聚羧酸系减水剂的制备方法：
(1)取甲基烯丙基聚氧乙烯醚和水置于四口圆底烧瓶中混合，料液质量比为1:8，加热至85℃，加入甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸混合，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸根据质量比计为1:1.7:0.05:0.18，保温2h，制得聚羧酸系减水剂。
木质素纤维长度为12mm，聚乙烯醇纤维长度为9mm,碎石规格为15-20mm。
实施例1一种低收缩的高强混凝土的制备方法
(1)根据质量比为1:3.2:6称取水、凝胶材料和骨料，所述凝胶材料包括质量比为1:0.08:0.05的水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维，所述骨料包括质量比为1:0.95:3.5:0.65的石英砂、碎石、机制砂和高岭土，根据水的重量计，称取8％的改性水玻璃和4％的聚羧酸系减水剂。
(2)将骨料组分投入搅拌机，使用155r/min搅拌10min，制得混合骨料。
(3)将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用120r/min搅拌23min，制得混合物料1。
(4)将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌，所述搅拌为第一次加入水后使用120r/min搅拌4min，第二次加入水后使用115r/min搅拌6min，并同时打开搅拌机加热器，升温至55℃，第三次加入水后使用100r/min搅拌20min，保持搅拌机温度为55℃，制得低收缩的高强混凝土。
实施例2一种低收缩的高强混凝土的制备方法
(1)根据质量比为1:2.5：5称取水、凝胶材料和骨料，所述凝胶材料包括质量比为1:0.07:0.03的水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维，所述骨料包括质量比为1:0.8:3:0.6的石英砂、碎石、机制砂和高岭土，根据水的重量计，称取5％的改性水玻璃和3％的聚羧酸系减水剂。
(2)将骨料组分投入搅拌机，使用140r/min搅拌8min，制得混合骨料。
(3)将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用110r/min搅拌20min，制得混合物料1。
(4)将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌，所述搅拌为第一次加入水后使用100r/min搅拌3-min，第二次加入水后使用100r/min搅拌5min，并同时打开搅拌机加热器，升温至50℃，第三次加入水后使用90r/min搅拌15min，保持搅拌机温度为50℃，制得低收缩的高强混凝土。
实施例3一种低收缩的高强混凝土的制备方法
(1)根据质量比为1:3.8：6.5称取水、凝胶材料和骨料，所述凝胶材料包括质量比为1:0.09:0.06的水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维，所述骨料包括质量比为1:1.1:4:0.7的石英砂、碎石、机制砂和高岭土，根据水的重量计，称取10％的改性水玻璃和5％的聚羧酸系减水剂。
(2)将骨料组分投入搅拌机，使用170r/min搅拌12min，制得混合骨料。
(3)将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用130r/min搅拌25min，制得混合物料1。
(4)将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌，所述搅拌为第一次加入水后使用130r/min搅拌5min，第二次加入水后使用130r/min搅拌8min，并同时打开搅拌机加热器，升温至60℃，第三次加入水后使用110r/min搅拌20min，保持搅拌机温度为60℃，制得低收缩的高强混凝土。
试验例1
将实施例1-3制得的低收缩的高强混凝土进行测试。
坍落度的试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)
混凝土抗压强度试验采用150mm×150mm×150mm标准试块试件测试7d、28d龄期的抗压强度。
收缩率采用GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行28d性能检测。
表1：实施例1-3混凝土性能测定数据
名称 塌落度(mm) 抗压强度7d(MPa) 抗压强度28d(MPa) 收缩率(％)
实施例1 255 105.9 143.1 0.0027
实施例2 247 102.7 140.6 0.0034
实施例3 250 103.1 141.9 0.0038
实验结果表明，本发明制得的混凝土，28d抗压强度可达140MPa以上，28d收缩率低至0.0027％。
对比例1
在实施例1的基础上调整水、凝胶材料和骨料三者的配比：具体调整参见下表：
表2：水、凝胶材料和骨料组分配比表
名称 水 凝胶材料 骨料
实施例1 1 3.2 6
实验组1 1 2 6
实验组2 1 4.5 6
实验组3 1 4 9
性能检测方法参照试验例1。
表3：对比例1混凝土性能测定结果
名称 塌落度(mm) 抗压强度7d(MPa) 抗压强度28d(MPa) 收缩率(％)
实施例1 255 105.9 143.1 0.0027
实验组1 232 86.7 117.8 0.0113
实验组2 227 95.4 122.0 0.0271
实验组3 233 82.8 100.3 0.0481
实验结果表明，实验组中调整水、凝胶材料和骨料三者的配比导致混凝土性能下降。实验组1中，减少凝胶材料的用量，导致砂浆孔中的表面张力升高，孔结构中毛细压力上升，抗压强度下降，收缩率上升；实验组2中提高凝胶材料的占比，提高砂浆的粘结强度，但是过多的凝胶材料导致在搅拌过程中产生大量气泡，造成抗压强度下降，收缩率上升；实验组3中调整三者的配比，降低混凝土混合过程中的流动性，引入大量气泡导致混凝土质量下降。
对比例2
在实施例1的基础上调整骨料中原料的配比，具体调整参见下表：
表4：骨料组分配比表
名称 石英砂 碎石 机制砂 高岭土
实施例1 1 0.95 3.5 0.65
实验组4 1 1 1 1
实验组5 1 0.95 3.5 /
性能检测方法参照试验例1。
表5：对比例2混凝土性能测定结果
名称 塌落度(mm) 抗压强度7d(MPa) 抗压强度28d(MPa) 收缩率(％)
实施例1 255 105.9 143.1 0.0027
实验组4 217 93.4 120.4 0.0184
实验组5 222 88.2 107.0 0.0388
实验结果表明，实验组4中将骨料原料等量使用，导致凝胶材料和骨料的混合效果变差，进一步导致混凝土的抗压强度下降，收缩率上升；实验组5中减少高岭土的添加导致混凝土性能效果下降，本发明中石英砂、碎石和机制砂均为粗骨料，本发明通过添加高岭土填充粗骨料缝隙，从而改善混凝土固体中的孔隙率和孔道结构，本发明中选用高岭土作为细骨料原因为高岭土表面具有大量的断裂化学键，能与混凝土中的其他组份发生水化反应，进一步提高混凝土性能。
对比例3
在实施例1的基础上，调整步骤(2)-(4)的制备方法，具体参见实验组6-7。
实验组6：
步骤(2)：将凝胶材料和骨料组分倒入搅拌机中，制得混合物料1.
步骤(3)：将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌，所述搅拌为第一次加入水后使用120r/min搅拌4min，第二次加入水后使用115r/min搅拌6min，并同时打开搅拌机加热器，升温至55℃，第三次加入水后使用100r/min搅拌20min，保持搅拌机温度为55℃，制得低收缩的高强混凝土。
实验组7：
步骤(2)：将骨料组分投入搅拌机，使用155r/min搅拌10min，制得混合骨料。
步骤(3)：将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用120r/min搅拌23min，制得混合物料1。
步骤(4)：将水加入平均分三次加入混合物料1中，搅拌，所述搅拌为第一次加入水后使用120r/min搅拌4min，第二次加入水后使用115r/min搅拌6min，第三次加入水后使用100r/min搅拌20min，制得低收缩的高强混凝土。
性能检测方法参照试验例1。
表6：对比例3混凝土性能测定结果
名称 塌落度(mm) 抗压强度7d(MPa) 抗压强度28d(MPa) 收缩率(％)
实施例1 255 105.9 143.1 0.0027
实验组6 243 94.2 135.8 0.0042
实验组7 248 92.0 126.9 0.0137
实验结果表明，实验组6中未先将骨料、凝胶材料分别混匀，造成材料混合不均，由于本发明骨料中含有石英砂、碎石、机制砂和高岭土四种原料，凝胶材料中木质纤维和聚乙烯醇纤维质量较轻，同时搅拌容易出现材料分布不均，纤维材料沉积在底部，粗骨料分离等现象，造成混凝土性能下降；实验组7中未使用加热装置，本发明在搅拌过程中加热，能够缩短搅拌时间，消除混凝土中的气泡，提高混凝土的粘度，进一步提高混凝土的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低收缩的高强混凝土，其特征在于，包括质量比为1:2.5-3.8:5.5-6.5的水、凝胶材料和骨料，所述凝胶材料由质量比为1:0.07-0.09:0.03-0.06的水泥、木质素纤维和聚乙烯醇纤维组成，所述骨料由质量比为1:0.8-1.1:3-4:0.6-0.7石英砂、碎石、机制砂和高岭土组成，根据水的重量计，水中还含有5-10%的改性水玻璃和3-5%的聚羧酸系减水剂，所述改性水玻璃的制备方法为：将酚醛树脂加入水玻璃中，加热至105-115℃，再加入氟硅酸钠反应2-3h，制得改性水玻璃，
所述低收缩的高强混凝土制备方法包括以下步骤：
（1）将骨料组分投入搅拌机，使用140-170r/min搅拌8-12min，制得混合骨料；
（2）将凝胶材料投入搅拌机和混合骨料混合，使用110-130r/min搅拌20-25min，制得混合物料1；
（3)将水平均分三次加入混合物料1中，搅拌制得低收缩的高强混凝土，所述搅拌为第一次加入水后使用100-130r/min搅拌3-5min，第二次加入水后使用100-130r/min搅拌5-8min，并同时打开搅拌机加热器，升温至50-60℃，第三次加入水后使用90-110r/min搅拌15-20min，保持搅拌机温度为50-60℃。
2.如权利要求1所述的低收缩的高强混凝土，其特征在于，所述聚羧酸系减水剂的制备方法为：取甲基烯丙基聚氧乙烯醚和水置于四口圆底烧瓶中混合，料液质量比为1:7-8，加热至80-85℃，加入甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸混合，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、抗坏血酸和巯基丙酸根据质量比计为1:1.5-1.8:0.04-0.06:0.15-0.2，保温1.5-2h，制得聚羧酸系减水剂。
3.如权利要求1所述的低收缩的高强混凝土，其特征在于，所述酚醛树脂、水玻璃和氟硅酸钠质量比为0.07-0.09:1：0.01-0.03。
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