CN115159924B - 一种水下不分散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，具体公开了一种水下不分散混凝土及其制备方法水下不分散混凝土的原料包括如下重量份的原料：水泥270‑310份；水150‑170份；矿物掺和料145‑260份；细骨料700‑900份；粗骨料800‑1000份；改性丙烯酰胺抗分散剂10‑30份；水泥基渗透结晶材料5‑10份；外加剂0.05‑0.1份；其制备方法为：将能改性丙烯酰胺抗分散剂与水泥、矿物掺合料、细骨料以及粗骨料在水中进行均匀拌合。其具有同时满足混凝土粘聚性以及流动性能的优点，使用方便。

Description

一种水下不分散混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种水下不分散混凝土及其制备方法。
背景技术
目前水下混凝土的施工运用越来越广，对混凝土水下施工技术以及施工质量的要求也逐渐变高，传统的普通混凝土用于水下施工时，混凝土拌合物在水中下落的过程中，由于受到水的冲洗作用，导致拌合物的骨料和水泥分离，水会冲洗掉部分水泥，还有部分水泥会悬浮在水中；悬浮在水中的水泥慢慢凝固，下沉后这部分水泥已经失去胶凝能力，进而影响水下建筑的使用性能。
为了解决普通混凝土直接用于水下施工时，水泥流失以及骨料分离等问题，在实际工程应用中，通常选择絮凝剂提高不分散混凝土的抗分散性能，目前工程上普遍应用的絮凝剂大部分是水溶性纤维素系列以及水溶性丙烯酸系列的聚合物。
由于聚丙烯酰胺价格相对低廉,其应用更为广泛，但是采用聚丙烯酰胺拌制混凝土时粘性较大,导致混凝土搅拌时间较长，水下浇筑时粘聚性下降较多，难以保证施工质量，因此在其使用时，通常复配减水剂使用以提高混凝土的和易性，然而由于减水剂与水泥相容性容易受到水泥矿物组成、水泥细度以及碱含量等多方面因素的影响，因此当加入减水剂与水泥相容性较差时，不仅难以满足混凝土的流动性要求，甚至会影响物料粘聚性出现物料分离、泌水以及分层等现象，使得混凝土质量难以达到要求。
发明内容
为了改善絮凝剂与减水剂复配使用无法保证混凝土粘聚性以及流动性能的问题，本申请提供一种水下不分散混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种水下不分散混凝土，采用如下的技术方案：
一种水下不分散混凝土，包括如下重量份的原料：
水泥270-310份；
水150-170份；
矿物掺和料145-260份；
细骨料700-900份；
粗骨料800-1000份；
改性丙烯酰胺抗分散剂10-30份；
水泥基渗透结晶材料5-10份；
外加剂0.05-0.1份。
通过采用上述技术方案，随着工业的发展，每年都会大量的工业废渣产生，占用大量土地，矿物掺和料加入混凝土中取代水泥，不仅能减少水泥用量，更能改善混凝土强度、抗折抗压等综合性能，细骨料以及粗骨料作为混凝土基础材料的加入，起到减少水泥浆收缩、填充空隙形成密实的堆积、对混凝土拌和物起到粘聚和保水作用，水泥基渗透结晶材料中的活性化学物质可以渗透到混凝土内部发生反应，生成不溶性结晶物质，填充在混凝土裂缝或间隙中，提高混凝土的密实性，延长其使用寿命，提升混凝土的耐久性，本申请通过加入改性丙烯酰胺抗分散剂满足不分散混凝土的粘聚性能以及流动性能的同时，通过配合外加剂的使用，进一步改善水下不分散混凝土在强度、密实性等方面的性能，配合制成制备成本低、性能完善的水下不分散混凝土。
优选的，所述改性丙烯酰胺抗分散剂制备方法为：
步骤一：将丙烯酸甲酯加入丙烯酰氯溶液中，通入氮气，加入引发剂，加热反应生成聚合产物；
步骤二：在步骤一得到的溶液中，加入丙烯酰胺、去离子水以及引发剂，在氮气环境条件下得到改性丙烯酰胺抗分散剂；
步骤三：在步骤二得到的溶液中加入丙酮，去除聚丙烯酰胺均聚物。
通过采用上述技术方案，在丙烯酰氯溶液中加入聚丙烯酸甲酯，在引发剂的作用下聚丙烯酸甲酯长链取代丙烯酰胺上的氯原子得到反应物长链，再次加入丙烯酰胺，使得反应物长链引入聚丙烯酰胺长链上，在水下不分散混凝土拌入改性丙烯酰胺抗分散剂后，水泥分子吸附在改性丙烯酰胺抗分散剂长链上，这些长链分子相互吸引连接在一起形成弱凝胶网络，组织自由水的运动，同时聚丙烯酸甲酯长链伸展到溶液中，提供强大空间位阻使得吸附在改性丙烯酰胺抗分散剂长链上的水泥分子相互靠近时产生阻碍作用，一定程度上阻止水泥粒子的凝聚，提高水泥粒子在聚丙烯酰胺长链上的分散性，进而增加混凝土的流动性，保证混凝土粘聚性的同时提高不分散混凝土的流动性能，改性丙烯酰胺抗分散剂在与混凝土拌合使用过程中，直接对水泥分子进行均匀吸附分散，一步达到实现混凝土的粘聚性以及流动性要求。
优选的，所述引发剂为过硫酸钾以及亚硫酸氢钠中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，过硫酸钾以及亚硫酸氢钠在单独作为引发剂使用或作为双引发剂使用均能有效促进丙烯酸甲酯基团与丙烯酰氯烷基团的反应以及反应物长链与丙烯酰胺长链的链接，生成改性丙烯酰胺抗分散剂。
优选的，所述细骨料机制砂，粒径范围为0.15-4.75mm。
通过采用上述技术方案，粒径范围为0.15-4.75mm的机制砂在使用时能够有效提高混凝土的流动性以及泵送性能。
优选的，所述粗骨料为碎石，粒径范围为5-25mm。
通过采用上述技术方案，碎石粒径不易过大或过小过大，碎石粒径优选为5-25mm，有效提高凝土的自收缩变形、体积稳定性以及强度耐久性。
优选的，以所述水下不分散混凝土为基准，所述外加剂包含以下重量份数的原料：消泡剂0.002-0.004份，纤维素0.05-0.07份。
通过采用上述技术方案，消泡剂的使用能够有效控制水泥砂浆体系内泡沫产生，使混凝土构件更加致密光亮，而纤维素在混凝土中，在水的浸泡和外力作用下，形成大量均匀分布的细小纤维，分布在混凝土空隙中，纤维素与消泡剂的配合使用提高混凝土的致密性能以及抗折性能，可有效缓解氯盐等的渗透以及侵蚀。
优选的，以所述水下不分散混凝土为基准，所述矿物掺和料包含以下重量份数的原料：粉煤灰60-100份，纳米矿粉50-100份，硅灰30-50份。
通过采用上述技术方案，粉煤灰、纳米矿粉以及硅灰的成本较低，代替水泥应用在混凝土中，实现减少水泥用量、降低成本的同时，粉煤灰填充骨料颗粒之间的空隙并进行包裹使之形成润滑层，同时能够与聚集在骨料颗粒周围的氢氧化钙反应生成具有凝胶的物质，对提高水泥强度具有显著效果，纳米矿粉能够有效提高混凝土的抗压强度，硅灰中的主要成分二氧化硅与水泥中的氢氧化钙反应生成具有凝胶的物质，且反应过程中放热促进水泥的水化过程，提高混凝土的保水性能以及强度，三者协同进一步提高混凝土的抗分散性以及硬化混凝土的性能。
第二方面，本申请提供一种水下不分散混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种水下不分散混凝土的制备方法，制备步骤如下：
S1：将水泥、细骨料、粗骨料混合形成浆料A，将改性丙烯酰胺抗分散剂和水混合形成浆料B，将外加剂、矿物掺和料和水混合形成浆料C；
S2：先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀，最后加入浆料C，搅拌均匀，得到水下不分散混凝土。
通过采用上述技术方案，将水泥、矿物掺和料、细骨料、粗骨料以及改性丙烯酰胺抗分散剂分组制备，有利于各组分混合均匀，最后加入矿物掺和料，可以减少混凝土拌合过程中的阻力，提高混凝土拌合均匀度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
由于本申请采用改性丙烯酰胺抗分散剂加入水下不分散混凝土拌入，水泥分子吸附在改性丙烯酰胺抗分散剂长链上，这些长链分子相互吸引连接在一起形成弱凝胶网络，阻止自由水的运动，同时聚丙烯酸甲酯长链伸展到溶液中，提供强大空间位阻使得吸附在改性丙烯酰胺抗分散剂长链上的水泥分子相互靠近时产生阻碍作用，一定程度上阻止水泥粒子的凝聚，提高水泥粒子在聚丙烯酰胺长链上的分散性，进而增加混凝土的流动性，改性丙烯酰胺抗分散剂在与混凝土拌合使用过程中，直接对水泥分子进行均匀吸附分散，一步达到实现混凝土的粘聚性以及流动性要求。
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。
制备例
改性丙烯酰胺抗分散剂制备：将10kg丙烯酸甲酯加入10kg丙烯酰氯溶液中，加入过硫酸钾或亚硫酸氢钠作为引发剂，并向反应体系中通入氮气充分置换反应体系中的空气，加热，在10～25℃的温度下反应生成反应物溶液，再向反应物溶液中加入20kg丙烯酰胺、去离子水以及过硫酸钾或亚硫酸氢钠作为引发剂，同样待氮气充分置换反应体系中的空气，反应得到改性丙烯酰胺抗分散剂，最后加入丙酮，去除聚丙烯酰胺均聚物，最终得到改性丙烯酰胺抗分散剂。
实施例
实施例1
一种水下不分散混凝土，由如下重量的原料制成：
P.O型硅酸盐水泥290kg，强度等级为42.5级；
水160kg；
粉煤灰80kg，粉煤灰为二级粉煤灰；
纳米矿粉75kg，纳米矿粉为S95级纳米矿粉；
硅灰40kg，表观密度2200kg/m3；
机制砂800kg，粒径范围为0.15-4.75mm；
碎石900kg，粒径范围为5-25mm；
改性丙烯酰胺抗分散剂20kg；
水泥基渗透结晶8kg，市售，XYPEX(赛柏斯)掺合剂；
消泡剂0.003kg，消泡剂为有机硅聚醚型消泡剂；
纤维素0.06kg，纤维素为羧甲基纤维素。
一种水下不分散混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将水泥、机制砂以及碎石混合形成浆料A，改性丙烯酰胺抗分散剂和水混合形成浆料B，消泡剂、纤维素、粉煤灰、纳米矿粉、硅灰和水混合形成浆料C；
步骤二，先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀，最后加入浆料C，搅拌均匀得到水下不分散混凝土。
实施例2-3
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，其原料各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-3中各原料及其重量(kg)
组分 实施例1 实施例2 实施例3
水泥 290 270 310
水 160 150 170
水泥基渗透结晶 8 5 10
机制砂 800 140 900
碎石 900 700 1000
消泡剂 0.003 0.002 0.004
纤维素 0.06 0.05 0.07
粉煤灰 80 60 100
纳米矿粉 75 50 100
硅灰 40 30 50
改性丙烯酰胺抗分散剂 20 10 30
实施例4
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，粉煤灰80kg，机制砂800kg，碎石900kg，改性丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg，纤维素0.06kg。
实施例5
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，纳米矿粉75kg，机制砂800kg，碎石900kg，改性丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg，纤维素0.06kg。
实施例6
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，硅灰40kg，机制砂800kg，碎石900kg，改性丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg，纤维素0.06kg。
实施例7
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，粉煤灰80kg，纳米矿粉75kg，硅灰40kg，机制砂800kg，碎石900kg，改性丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg。
实施例8
水泥290kg，水160kg，粉煤灰80kg，纳米矿粉75kg，硅灰40kg，机制砂800kg，碎石900kg，改性丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，纤维素0.06kg。
对比例
对比例1
一种水下不分散混凝土，与实施例1的不同之处在于，水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，粉煤灰80kg，纳米矿粉75kg，硅灰40kg，机制砂800kg，碎石900kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg，纤维素0.06kg。
对比例2
水下不分散混凝土由如下重量的原料制成：水泥290kg，水160kg，粉煤灰80kg，纳米矿粉75kg，硅灰40kg，机制砂800kg，碎石900kg，聚丙烯酰胺抗分散剂20kg，水泥基渗透结晶8kg，消泡剂0.003kg，纤维素0.06kg。
性能检测试验
1、悬浮物固体含量检测：按照DL/T 5100—2014标准《水工混凝土外加剂技术规程》测试实施例和对比例中水下不分散混凝土的悬浮物固体含量；
2、坍落度检测：按照GB/T 50080-2002标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试实施例中水下不分散混凝土的坍落度；
3、抗压强度试验：按照DL/T 5117—2000标准《水下不分散混凝土试验规程》测试实施例和对比例中水下不分散混凝土的抗压强度。
表2测试结果
结合实施例1和实施例4-6并结合表2可以看出，在水下不分散混凝土中单独加入粉煤灰、纳米矿粉或硅灰，水下不分散混凝土的抗压强度均小于实施例1中的抗压强度，说明在水下不分散混凝土中掺入粉煤灰、纳米矿粉以及硅灰的混合料能够有效提高水下不分散混凝土的强度。
结合实施例1和实施例7-8并结合表2可以看出，实施例1中塌落度以及抗压强度均大于实施例7-8中的塌落度以及抗压强度，消泡剂以及纤维素的加入能够有效提高水下不分散混凝土的抗分散性能以及强度。
结合实施例1和对比例1并结合表2可以看出，实施例1中悬浮固体质量小于对比例1中的悬浮固体质量，改性丙烯酰胺抗分散剂的加入能够显著提高水下不分散混凝土的抗分散性能。
结合实施例1和对比例2并结合表2可以看出，对比例2添加与改性丙烯酰胺抗分散剂同等质量的聚丙烯酰胺抗分散剂时，实施例与对比例2的悬浮固体质量相差不大，但对比例2的塌落度明显低于实施例1的塌落度，表明改性聚丙酰胺抗分散剂在提高水下不分散混凝土粘聚性能的同时能够有效提高水下不分散混凝土的流动性能。
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 (6)

1.一种水下不分散混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料：
水泥270-310份；
水150-170份；
矿物掺和料145-260份；
细骨料700-900份；
粗骨料800-1000份；
改性丙烯酰胺抗分散剂10-30份；
水泥基渗透结晶材料5-10份；
外加剂0.05-0.1份；
以所述水下不分散混凝土为基准，所述外加剂包含以下重量份数的原料：消泡剂0.002-0.004份，纤维素0.05-0.07份；
所述改性丙烯酰胺抗分散剂制备方法为：
步骤一：将丙烯酸甲酯加入丙烯酰氯溶液中，通入氮气，加入引发剂，加热反应生成聚合产物；
步骤二：在步骤一得到的溶液中，加入丙烯酰胺、去离子水以及引发剂，在氮气环境条件下得到改性丙烯酰胺抗分散剂；
步骤三：在步骤二得到的溶液中加入丙酮，去除聚丙烯酰胺均聚物。
2.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾以及亚硫酸氢钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：所述细骨料为机制砂，粒径范围为0.15-4.75mm。
4.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：所述粗骨料为碎石，粒径范围为5-25mm。
5.根据权利要求1所述的一种水下不分散混凝土，其特征在于：以所述水下不分散混凝土为基准，所述矿物掺和料包含以下重量份数的原料：粉煤灰60-100份，纳米矿粉50-100份，硅灰30-50份。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种水下不分散混凝土的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：
S1：将水泥、细骨料、粗骨料混合形成浆料A，将改性丙烯酰胺抗分散剂和水混合形成浆料B，将外加剂、矿物掺和料和水混合形成浆料C；
S2：先将浆料A搅拌均匀，再加入浆料B，搅拌均匀，最后加入浆料C，搅拌均匀，得到水下不分散混凝土。
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