CN114988777A - 一种高流态自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种高流态自密实混凝土及其制备方法，包括以下重量份的原料：水泥600‑650份、硅灰80‑100份、粉煤灰120‑160份、重钙粉50‑60份、石英砂800‑1000份、引气剂8‑10份、减水剂12‑15份、水180‑220份、增强纤维90‑100份；其中所述增强纤维包括以下制备步骤：S1：将壳聚糖溶于质量浓度为1‑2％的冰醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，其中壳聚糖与冰醋酸溶液的质量比为1：（100‑120）；S2：将钢纤维浸泡在壳聚糖溶液中，然后将钢纤维过滤出来，干燥，得到增强纤维。本申请制备的混凝土具有抗压强度高并且流动性好的优点。

Description

一种高流态自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高流态自密实混凝土及其制备方法
背景技术
活性粉末混凝土(RPC)是一种具有超高强、高韧性、低脆性、耐久性和体积稳定性良好的具有广阔应用前景的新型超高强混凝土,它是由水泥、粉煤灰、石英砂、硅灰、高效减水剂等组成,为了提高RPC的韧性和延性加入钢纤维,由于活性细粉占有较大比例,因此它被称为活性粉末混凝土。这种新型活性粉末混凝土不仅抗压和抗弯折强度高,而且体积稳定性和耐久性以及抗疲劳性都远远高于普通高强混凝土。因其优越的力学和使用性能,活性粉末混凝土在土木、核电等工程领域中有广阔的应用市场。
RPC中含有的水泥含量高，为了降低水化热带来的影响，RPC制备过程中的水灰比较低，因此制备的RPC的流动性低，掺入钢纤维后，钢纤维通过摩擦力阻拦水泥以及其他原料的扩散，RPC流动性进一步受到影响，对混凝土现场浇筑造成了困难。
发明内容
为了提高活性粉末混凝土的流动性，同时不影响活性粉末混凝土的强度，本申请提供一种高流态自密实混凝土。
本申请提供的一种高流态自密实混凝土，采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种高流态自密实混凝土，采用如下的技术方案：
一种高流态自密实混凝土，包括以下重量份的原料：水泥600-650份、硅灰80-100份、粉煤灰120-160份、重钙粉50-60份、石英砂800-1000份、引气剂8-10份、减水剂12-15份、水180-220份、增强纤维90-100份；
其中所述增强纤维包括以下制备步骤：
S1：将壳聚糖溶于质量浓度为1-2％的冰醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，其中壳聚糖与冰醋酸溶液的质量比为1：(100-120)；
S2：将钢纤维浸泡在壳聚糖溶液中，然后将钢纤维过滤出来，干燥，得到增强纤维。
通过采用上述技术方案，水泥辅以硅灰能够提高活性粉末混凝土力学性能，但是硅灰掺量过高导致的混凝土粘度提高流动性变差，重钙粉为重质碳酸钙粉末是用优质的石灰石为原料经石灰磨粉机加工成白色粉体，它的主要成分是CaCO3，重钙粉能够代替一部分硅灰，重钙粉作为填充料填充再生石英石颗粒之间的堆积间隙，使集料之间有更好的密实堆积结构，通过调整颗粒级配使砂浆具有更好的流动性，除此之外，重钙粉能够加速早期水泥水化，提高活性粉末混凝土早期强度；
引气剂能够在混凝土内形成微小的封闭气泡,这些微气泡能够减少骨料颗粒之间的摩擦阻力、使混凝土拌合物的流动性增加,同时由于水分均匀分布在大气泡的表面,使能自由移动的水减少,因而减少混凝士的泌水；
增强纤维为壳聚糖改性钢纤维，壳聚糖在钢纤维表面形成一层光滑的表面膜，壳聚糖改性钢纤维能够减小钢纤维与混凝土之间的摩擦力，从而增大混凝土的流动性，混凝土拌合好之后，负载钢纤维上的壳聚糖膜经过其他原料的拌合时产生的摩擦和水化热会逐渐磨损并且降解，钢纤维原本的结构显现出来，再次与混凝土中的其他原料结合，发挥增强混凝土强度的作用。
优选的，还添加有玻璃微珠18-25份。
通过采用上述技术方案，玻璃微珠具有质轻、抗压强度好、导热系数低，还能有效增加混凝土的流动性，有利于混凝土的拌合性能。
优选的，所述引起剂包括以下原料：十二烷基硫酸钠、三萜皂苷、淀粉、聚乙烯醇和硬质酸钠。
通过采用上述技术方案，十二烷基硫酸钠能够产生细小而均匀的气泡，从而使得混凝土包裹性提升，有效提高并改善混凝土和易性，但是十二烷基硫酸钠产生的泡沫厚度较薄，三萜皂苷发泡能力较差，但是气泡的膜较厚，但是十二烷基硫酸钠和三萜皂苷协同能够有效改善混凝土的和易性；
淀粉和聚乙烯醇能够有效提高引气剂的粘度，具有良好的稳泡能力；
硬质酸钠具有良好的高温稳泡能力，能够减小水化热对微气泡的影响。
优选的，所述十二烷基硫酸钠、三萜皂苷、淀粉、聚乙烯醇和硬质酸钠的质量比为(25-32)：(15-18)：(2-4)：(3-5)：(3-5)。
通过采用上述技术方案，在此质量比范围内制备的引气剂生成的气泡量多并且稳定性能好，有利于活性粉末混凝土的流动性。
优选的，所述钢纤维的直径为0.15-0.22mm，长度为10-13mm。
通过采用上述技术方案，钢纤维直径过大、长度过长，容易在活性粉末混凝土中下沉，从而影响活性粉末混凝土的强度；钢纤维直径过小、长度过短，难以形成三维网络结构，从而难以提高活性粉末混凝土的抗压强度。
优选的，所述石英砂分为中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂，其中所述中粒径石英砂为0.5-0.4mm，所述细粒径石英砂的粒径为0.2-0.35mm，所述超细粒径石英砂的粒径为0.05-0.15mm，所述中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为(10-15)：(70-80)：(15-20)。
通过采用上述技术方案，中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂三者在颗粒的细度上能够很好地配合，减少颗粒之间的孔隙，使彼此堆积密实，从而提高混凝土制品的强度和密实性。
优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸系高效减水剂克服了传统减水剂一些弊端，具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大、生产过程中不使用甲醛等突出优点。
第二方面，本申请提供一种高流态自密实混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高流态自密实混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
S1:将水泥600-650份、硅灰80-100份、粉煤灰120-160kg、重钙粉50-60份、石英砂800- 1000份、和增强纤维90-100份均匀混合，得到干料；
S2:将引气剂8-10份、减水剂12-15份、180-220份水混合均匀，得到混合液；
S3：将干料和混合液均匀混合，得到高流态自密实混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、水泥辅以硅灰能够提高活性粉末混凝土力学性能，但是硅灰掺量过高导致的混凝土粘度提高流动性变差，重钙粉能够代替一部分硅灰，重钙粉作为填充料填充再生石英石颗粒之间的堆积间隙，使集料之间有更好的密实堆积结构，通过调整颗粒级配使砂浆具有更好的流动性，除此之外，重钙粉能够加速水泥水化，提高活性粉末混凝土强度；
2、增强纤维为壳聚糖改性钢纤维，壳聚糖在钢纤维表面形成一层光滑的表面膜，壳聚糖改性钢纤维能够减小钢纤维与混凝土之间的摩擦力，从而增大混凝土的流动性，混凝土拌合好之后，壳聚糖膜负载钢纤维上经过其他原料的拌合时的摩擦和水化热会逐渐磨损并且降解，钢纤维原本的结构显现出来，再次与混凝土中的其他原料结合，发挥增强混凝土强度的作用；
3、十二烷基硫酸钠能够产生细小而均匀的气泡，从而导致混凝土包裹性提升，有效提高并改善混凝土和易性，但是十二烷基硫酸钠产生的泡沫厚度较薄，三萜皂苷发泡能力较差，但是气泡的膜较厚，但是十二烷基硫酸钠和三萜皂苷协同能够有效改善混凝土的和易性；淀粉和聚乙烯醇能够有效提高引气剂的粘度，具有良好的稳泡能力；硬质酸钠具有良好的高温稳泡能力，能够较小水化热对微气泡的影响。
具体实施方式
制备例
制备例1
增强纤维的制备步骤如下：
S1：将壳聚糖溶于质量浓度为1％的冰醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，其中壳聚糖与冰醋酸溶液的质量比为1：100；
S2：钢纤维浸泡在壳聚糖溶液中，然后将钢纤维过滤出来，干燥，得到增强纤维，其中钢纤维的直径为0.15-0.22mm，长度为10-13mm。
制备例2
增强纤维的制备步骤如下：
S1：将壳聚糖溶于质量浓度为2％的冰醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，其中壳聚糖与冰醋酸溶液的质量比为1：120；
S2：将钢纤维浸泡在壳聚糖溶液中，然后将钢纤维过滤出来，干燥，得到增强纤维，其中钢纤维的直径为0.15-0.22mm，长度为10-13mm。
制备例3
引气剂的制备步骤如下：
将25kg十二烷基硫酸钠、15kg三萜皂苷、2kg淀粉、3kg聚乙烯醇和3kg硬质酸钠均匀混合在一起得到引气剂。
制备例4
引气剂的制备步骤如下：
将28kg十二烷基硫酸钠、16kg三萜皂苷、3kg淀粉、4kg聚乙烯醇和4kg硬质酸钠均匀混合在一起得到引气剂。
制备例5
引气剂的制备步骤如下：
将32kg十二烷基硫酸钠、18kg三萜皂苷、4kg淀粉、5kg聚乙烯醇和5kg硬质酸钠均匀混合在一起得到引气剂。
制备例6
引气剂的制备步骤如下：
将32kg十二烷基硫酸钠、4kg淀粉、5kg聚乙烯醇和5kg硬质酸钠均匀混合在一起得到引气剂。
制备例7
引气剂的制备步骤如下：
将18kg三萜皂苷、4kg淀粉、5kg聚乙烯醇和5kg硬质酸钠均匀混合在一起得到引气剂。
制备例8
制备例8与制备例7的区别在于，未添加三萜皂苷。
制备例9
制备例9与制备例4的区别在于，未添加淀粉。
制备例10
制备例10与制备例4的区别在于，未添加聚乙烯醇。
制备例11
制备例11与制备例4的区别在于，未添加硬质酸钠。
制备例12
石英砂分为中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂，其中中粒径石英砂的粒径为 0.5-0.4mm，细粒径石英砂的粒径为0.2-0.35mm，超细粒径石英砂的粒径为0.05-0.15mm，中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为10：70：15。
制备例13
石英砂分为中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂，其中中粒径石英砂的粒径为 0.5-0.4mm，细粒径石英砂的粒径为0.2-0.35mm，超细粒径石英砂的粒径为0.05-0.15mm，中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为12：75：18。
制备例14
石英砂分为中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂，其中中粒径石英砂的粒径为 0.5-0.4mm，细粒径石英砂的粒径为0.2-0.35mm，超细粒径石英砂的粒径为0.05-0.15mm，中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为15：80：20。
实施例
实施例1
高流态自密实混凝土的制备步骤如下：
S1:将水泥600kg、硅灰80kg、粉煤灰120kg、重钙粉50kg、玻璃微珠18kg、石英砂800kg、和增强纤维90kg均匀混合，得到干料；
S2:将引气剂8kg、聚羧酸减水剂12kg、180kg水混合均匀，得到混合液；
S3：将干料和混合液均匀混合，得到高流态自密实混凝土；
其中增强纤维来自制备例1，引气剂来自制备例3，石英砂来自制备例9。
实施例2
高流态自密实混凝土的制备步骤如下：
S1:将水泥620kg、硅灰90kg、粉煤灰140kg、重钙粉55kg、玻璃微珠20kg、石英砂900kg、和增强纤维95kg均匀混合，得到干料；
S2:将引气剂9kg、聚羧酸减水剂14kg、200kg水混合均匀，得到混合液；
S3：将干料和混合液均匀混合，得到高流态自密实混凝土；
其中增强纤维来自制备例1，引气剂来自制备例3，石英砂来自制备例9。
实施例3
高流态自密实混凝土的制备步骤如下：
S1:将水泥650kg、硅灰100kg、粉煤灰160kg、重钙粉60kg、玻璃微珠25kg、石英砂1000kg、和增强纤维100kg均匀混合，得到干料；
S2:将引气剂10kg、聚羧酸减水剂15kg、220kg水混合均匀，得到混合液；
S3：将干料和混合液均匀混合，得到高流态自密实混凝土；
其中增强纤维来自制备例1，引气剂来自制备例3，石英砂来自制备例9。
实施例4
实施例4与实施例2的不同之处在于，增强纤维来自制备例2，其余步骤均与实施例2相同。
实施例5
实施例5与实施例2的不同之处在于，引气剂来自制备例4，其余步骤均与实施例2相同。
实施例6
实施例6与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例5，其余步骤均与实施例5相同。
实施例7
实施例7与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例6，其余步骤均与实施例5相同。
实施例8
实施例8与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例7，其余步骤均与实施例5相同。
实施例9
实施例9与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例8，其余步骤均与实施例5相同。
实施例10
实施例10与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例9，其余步骤均与实施例5相同。
实施例11
实施例11与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例10，其余步骤均与实施例5相同。
实施例12
实施例12与实施例5的不同之处在于，引气剂来自制备例11，其余步骤均与实施例5相同。
实施例13
实施例13与实施例5的不同之处在于，石英砂来自制备例13，其余步骤均与实施例5相同。
实施例14
实施例14与实施例13的不同之处在于，石英砂来自制备例14，其余步骤均与实施例13相同。
实施例15
实施例15与实施例13的不同之处在于，未添加玻璃微珠，其余步骤均与实施例13相同。
实施例16
实施例16与实施例13的不同之处在于，减水剂为木质磺酸素，其余步骤均与实施例13相同。
对比例
对比例1
对比例1与实施例13的不同之处在于，未添加增强纤维，其余步骤均与实施例13相同。
对比例2
对比例2与实施例13的不同之处在于，增强纤维未经过改性步骤，其余步骤均与实施例13 相同。
对比例3
对比例3与实施例13的不同之处在于，将重钙粉替换为硅灰，其余步骤均与实施例13相同。
性能检测试验
检测方法
混凝土流动性测试：把刚搅拌好的RCP制品装入胶砂流动度测定仪的模内，分两层，第一层装至锥圆高约2/3处，用捣棒自边缘至中心均匀捣实，接着装第二层，再将捣棒自边缘至中心均匀捣实15次，抹平，慢慢提起模具，打开振动开关，然后根据圆盘上刻度读出数据。
混凝土抗压能力测试：利用《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB.T50081-2002) 进行RPC试块的抗压试验检测。
下表为实施例1-16以及对比例1-3制备的RCP的抗压强度和流动度：
表1实施例1-16以及对比例1-3制备的RCP的抗压强度和流动度
28d抗压强度/Mpa 流动度/mm
实施例1 86.3 130
实施例2 87.3 135
实施例3 86.2 130
实施例4 87 138
实施例5 90.2 140
实施例6 88.2 135
实施例7 87.2 125
实施例8 86.2 125
实施例9 86 115
实施例10 90 135
实施例11 89 135
实施例12 90.4 130
实施例13 93.2 140
实施例14 92.8 140
实施例15 90.5 130
实施例16 93 135
对比例1 82 145
对比例2 94 120
对比例3 87 135
结合实施例1-3以及表1的数据可以看出，实施例2的数据较优，实施例2制备的RCP的抗压能力以及流动性较好；
结合实施例2、实施例5-6以及表1的数据可以看出，制备例4制备的引气剂的效果较优，从而实施例5制备的RCP的抗压能力以及流动性较好；
结合实施例5、实施例7-12以及表1的数据可以看出，十二烷基硫酸钠和三萜皂苷协同能够有效改善混凝土的流动性，淀粉、聚乙烯醇和硬质酸钠协同提高气泡的稳定性，从而制备的引气剂性能较为稳定；
结合实施例5、实施例13-14以及表1的数据可以看出，石英砂中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为12：75：18时制备的石英砂掺入混凝土中，制备的RCP的抗压强度较好；
结合实施例10、实施例15以及表1的数据可以看出，玻璃微珠能够有效提高混凝土的抗压强和流动性；
结合实施例10、对比例1-2以及表1的数据可以看出，添加未改性增强纤维，能够有效提高混凝土的抗压强度，但是添加了未改性增强纤维后，混凝土的流动度下降较大，但添加经过壳聚糖改性后的钢纤维后，提高了混凝土的流动性，并且对RCP的抗压强度影响较小；
结合实施例10、对比例3以及表1的数据可以看出，重钙粉能够提高混凝土抗压强度的同时还能提高混凝土的流动性。
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)

1.一种高流态自密实混凝土，其特征在于；包括以下重量份的原料：水泥600-650份、硅灰80-100份、粉煤灰120-160份、重钙粉50-60份、石英砂800-1000份、引气剂8-10份、减水剂12-15份、水180-220份、增强纤维90-100份；
其中所述增强纤维包括以下制备步骤：
S1：将壳聚糖溶于质量浓度为1-2％的冰醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，其中壳聚糖与冰醋酸溶液的质量比为1：（100-120）；
S2：将钢纤维浸泡在壳聚糖溶液中，然后将钢纤维过滤出来，干燥，得到增强纤维。
2.根据权利要求1所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：还添加有玻璃微珠18-25份。
3.根据权利要求1所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：所述引起剂包括以下原料：十二烷基硫酸钠、三萜皂苷、淀粉、聚乙烯醇和硬质酸钠。
4.根据权利要求3所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：所述十二烷基硫酸钠、三萜皂苷、淀粉、聚乙烯醇和硬质酸钠的质量比为（25-32）：（15-18）：（2-4）：（3-5）：（3-5）。
5.根据权利要求1所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：所述钢纤维的直径为0.15-0.22mm，长度为10-13mm。
6.根据权利要求1所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：所述石英砂分为中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂，其中所述中粒径石英砂的粒径为0.5-0.4mm，所述细粒径石英砂的粒径为0.2-0.35mm，所述超细粒径石英砂的粒径为0.05-0.15mm，所述中粒径石英砂、细粒径石英砂和超细粒径石英砂的质量比为（10-15）：（70-80）：（15-20）。
7.根据权利要求1所述的高流态自密实混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高流态自密实混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
S1:将水泥600-650份、硅灰80-100份、粉煤灰120-160kg、重钙粉50-60份、石英砂800-1000份、和增强纤维90-100份均匀混合，得到干料；
S2:将引气剂8-10份、减水剂12-15份、180-220份水混合均匀，得到混合液；
S3：将干料和混合液均匀混合，得到高流态自密实混凝土。
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