CN115504759B - 一种压制成型超轻质高强混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压制成型超轻质高强混凝土，原材料组成按照质量百分比为：矿粉40‑45％，粉煤灰微珠15‑20％，轻质高强陶粒18‑22％，硅酸钠粉末5‑8％，水8‑11％；其中，所述轻质高强陶粒经预湿、表面强化处理；原料经静压荷载高压压制成型后，先后经标准、蒸压养护得到；本发明采用低流动度干粉状原料压制成型，解决了粉煤灰微珠上浮问题；利用化学激发及热压物理激发手段耦合，解决了粉煤灰微珠化学反应活性低，制品力学性能差的缺陷；通过轻集料表面强化及压力成型等方法，实现了混凝土内部材料最密堆积条件下的高孔隙率，达到了轻质化‑高强化的协同提升。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种压制成型超轻质高强混凝土及其制备方法。
背景技术
装配式建筑师解决混凝土现场使用污染大、周期长等缺点的有效措施，上海、长沙等地采用高性能混凝土预制主梁、墩柱、承台等构件进行现场拼装，加快了施工进度，提高了施工质量。但是，由于高性能混凝土密度大、容重大、造成预制构件截面尺寸大、构件自重大，需要采用大型的运输和吊装设备进行施工。因受施工场地和交通限制，大型设备的施工操作和进出场存在困难，影响预制拼装桥梁的施工，增加了施工费用，制约了预制拼装施工技术的推广应用，而轻质高强混凝土能则能有效保障混凝土材料高性能与高效率施工的协同提升。
业内大多利用轻集料取代传统集料来制备轻质高强混凝土，通过优选高强轻集料，调整轻集料粒型、级配等方法，降低混凝土轻质化带来的性能损失，实现混凝土轻质化、高强化的同步提升，并取得了一定效果。但是，当前轻质高强混凝土容重大多仍高于1800kg/m3，存在较大的进一步优化空间。同时，由于轻集料本身力学性能较传统集料较差，也会导致混凝土性能出现较大程度下降，所配置轻集料混凝土抗压强度很难超过80MPa。
粉煤灰微珠作为超轻粉料，能够通过降低粉料体系容重来实现实现轻质高强混凝土全体系轻质化，然而，在混凝土研究中，粉煤灰微珠活性难以释放，上浮现象严重。其应用虽然能够进一步降低高强混凝土容重，但强度下降幅度较大。
轻集料的使用带来的性能损失，以及粉煤灰微珠活性难以释放、上浮现象严重，成为轻质高强混凝土亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种压制成型超轻质高强混凝土及其制备方法，改变成型工艺解决粉煤灰微珠在混凝土中易上浮、活性低难以释放的缺陷，同时采用特殊预湿、表面强化工艺对轻集料预处理减小性能损失，联用二者手段协同实现混凝土全体系同步轻质化。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种压制成型超轻质高强混凝土，原材料组成按照质量百分比为：
矿粉40-45％，粉煤灰微珠15-20％，轻质高强陶粒18-22％，硅酸钠粉末5-8％，水8-11％；
其中，所述轻质高强陶粒经预湿、表面强化处理；原料经静压荷载高压压制成型后，先后经标准、蒸压养护得到。
按上述方案，所述矿粉满足标准GB/T18046中S95级别。
按上述方案，所述粉煤灰微珠为热电厂锅炉中收集，容重为650-730g/cm3，比表面积大于1000cm3/g。
按上述方案，所述轻质高强陶粒为球状，筒压强度大于7MPa，容重为700-900kg/cm3，饱和吸水率为8-10％，粒径范围为1.18-4.75mm。
按上述方案，所述硅酸钠粉末为工业级产品，模数为1.5-2.0。
按上述方案，所述轻质高强陶粒预湿处理如下：
按质量比硅灰10％、纤维素醚1％、水89％配制预湿溶液；按固液比1:5将轻质高强陶粒与预湿溶液混合，置于负压设备中浸泡1h后沥出。
按上述方案，所述轻质高强陶粒表面强化处理如下：
按质量比硫铝酸盐水泥80％、3-5mm聚乙烯醇纤维2.5％、水16％、高效聚羧酸减水剂1.5％配制强化剂浆体；将预湿处理后的轻质高强陶粒置于包衣锅中，加入强化剂浆体旋转挂浆，表面挂浆1mm后取出；表面挂浆硬化后，于80℃蒸养12h。
上述压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)各原料搅拌均匀后置于模具，利用压力机加压至10-20MPa，保压1min后脱膜；
(2)置于20±2℃，95±5％相对湿度条件下养护24h；
(3)标准养护后转移至反应釜中，于180℃、1MPa气压环境中养护12h后取出，即得所述压制成型超轻质高强混凝土。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
本发明为实现粉料体系轻质化，采用轻质粉煤灰微珠大掺量替代的解决方案。同时通过采用化学激发-热压活化双重手段来促进粉煤灰微珠水化，弥补粉煤灰微珠水化活性不足的缺陷。
为保证在搅拌、压制过程中水泥不发生剧烈水化反应，在一个较长的时间内维持浆体初始性能，硅酸钠粉末宜选用高模数系列，溶解速率较慢，但后期激发效果优良。
利用集料内养护作用可以更均匀的补充水泥水化所需水分，利用硅灰-纤维素醚溶液作为预湿溶液，还可以增加水表面张力，有利于保持所吸附水分在后续处理过程中的稳定，同时，硅灰在后期水化时于轻集料内部原位水化，提高集料本身坚固性。负压浸泡可以使轻集料饱水更充分。轻质高强陶粒表面挂浆强化处理时，一方面密集的聚乙烯醇-水泥保护层可以提高轻集料本身强度，避免在后续压制高压作用下轻集料破碎，有利于混凝土轻质性。另一方面可以防止轻集料中水分在后续处理步骤中的散失，但由于高压作用会导致保护层出现微裂纹，又不会阻止混凝土成型后的内养护作用。
本发明采用低流动度干粉状原料压制成型，解决了粉煤灰微珠在混凝土中应用易出现的上浮问题。以轻质高强陶粒取代传统集料，以粉煤灰微珠取代部分粉料，实现了混凝土体系的集料、粉料体系同步轻质化。利用化学激发及热压物理激发手段耦合，解决了粉煤灰微珠化学反应活性低，制品力学性能差的缺陷。通过轻集料表面强化及压力成型等方法，实现了混凝土内部材料最密堆积条件下的高孔隙率，达到了轻质化-高强化的协同提升。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式提供了一种压制成型超轻质高强混凝土，原材料各组质量百分比为：矿粉40-45％，粉煤灰微珠15-20％，轻质高强陶粒18-22％，硅酸钠粉末5-8％，水8-11％，其中，轻质高强陶粒需先后经预湿、表面强化处理；原料经静压荷载高压压制成型、养护即得所述轻质高强混凝土。
具体地，所述矿粉应满足标准GB/T18046中S95级别。
具体地，所述粉煤灰微珠为热电厂锅炉中收集，容重为650-730g/cm3，比表面积大于1000cm3/g。为实现粉料体系轻质化，采用轻质粉煤灰微珠大掺量替代的解决方案。为弥补粉煤灰微珠水化活性不足的缺陷，成型工艺采用化学激发-热压活化双重手段来促进粉煤灰微珠水化。
具体地，轻质高强陶粒为球状，筒压强度大于7MPa,容重为700-900kg/cm3，饱和吸水率为8-10％，粒径范围为1.18-4.75mm。
具体实施方式提供了所述轻质高强陶粒的预湿处理过程：
按质量比硅灰10％、纤维素醚1％、水89％配制预湿溶液，搅拌至均匀；
按固液比1:5分别称取高吸水性陶粒及预湿溶液，置于大型负压设备中，真空负压浸泡陶粒1h后沥出，置于通风处自然晾至无明水滴落状态。利用集料内养护作用可以更均匀的补充水泥水化所需水分，利用硅灰-纤维素醚溶液作为预湿溶液，还可以增加水表面张力，有利于保持所吸附水分在后续处理过程中的稳定，同时，硅灰在后期水化时于轻集料内部原位水化，提高集料本身坚固性。负压浸泡可以使轻集料饱水更充分。
具体实施方式还提供了所述轻质高强陶粒预湿处理后的表面强化处理过程：
按质量比硫铝酸盐水泥80％、3-5mm聚乙烯醇纤维2.5％、水16％、高效聚羧酸减水剂1.5％称取各组成原料，搅拌均匀，制得强化剂浆体；
取预湿处理后的轻质高强陶粒置于包衣锅中，逐渐次加入强化剂浆体，旋转挂浆，至预湿轻质高强陶粒表面挂浆1mm后取出；
待轻质高强陶粒表面挂浆硬化后，移入高温养护箱，于80℃蒸养12h，即制得经预湿、表面强化处理轻质高强陶粒。
轻质高强陶粒表面挂浆强化处理时，一方面密集的聚乙烯醇-水泥保护层可以提高轻集料本身强度，避免在后续压制高压作用下轻集料破碎，有利于混凝土轻质性。另一方面可以防止轻集料中水分在后续处理步骤中的散失，但由于高压作用会导致保护层出现微裂纹，又不会阻止混凝土成型后的内养护作用。
具体地，所述硅酸钠粉末为工业级产品，模数为1.5-2.0；为保证在搅拌、压制过程中水泥不发生剧烈水化反应，在一个较长的时间内维持浆体初始性能，硅酸钠粉末宜选用高模数系列，溶解速率较慢，但后期激发效果优良。
具体实施方式还提供了上述压制成型轻质高强混凝土的制备方法：
(1)将上述配比称取各原料，搅拌均匀后置于铸铁模具，利用压力机加压至10-20MPa，保压1min后脱膜；
(2)混凝土脱膜后置于20±2℃，95±5％相对湿度条件下养护24h，
(3)经标准养护后混凝土试块转移至反应釜中，于180℃、1MPa气压环境中养护12h后取出，即制得所述压制成型轻质高强混凝土。
以下实施例中，各原料应符合本发明提出各项技术指标，不同实施例原材料配比、预湿溶液组成及成型压力如表1所示，称取原料按本发明要求对原料预处理、称料、压制成型，经过24小时标准养护，打磨至100×100×100尺寸后，经过12小时蒸压养护，制得本发明所述压制成型超轻质高强混凝土。混凝土容重及抗压强度分别按GB/T50080、GB/T50081相关规定进行，表征结果见表2所示。
表1
表2
实施例1与实施例2相比，矿粉、粉煤灰微珠掺量不同，其余参数设置均相同。与实施例1相比，实施例2矿粉含量高、粉煤灰微珠含量低，更多高活性矿粉致使混凝土制品抗压强度提升6.8％。
实施例2与实施例3相比，试件成型压力不同，其余参数设置均相同。与实施例2相比，实施例3成型压力低，在压制成型过程中，轻质高强陶粒破碎数量少，有利于混凝土容重的减小。
实施例2与实施例4相比，试件混凝土原材料配合比不同，其余参数设置均相同。与实施例4相比，实施例2中虽然矿粉含量低、轻质高强含量高，但硅酸钠粉末含量更高，激发效果强，有利于混凝土抗压强度增长。
Claims (5)
1.一种压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)各原料搅拌均匀后置于模具，利用压力机加压至10-20MPa，保压1min后脱膜；
(2)置于20±2℃，95±5％相对湿度条件下养护24h；
(3)标准养护后转移至反应釜中，于180℃、1MPa气压环境中养护12h后取出，即得压制成型超轻质高强混凝土；
所述原料组成按照质量百分比为：
矿粉40-45％，粉煤灰微珠15-20％，轻质高强陶粒18-22％，硅酸钠粉末5-8％，水8-11％；
其中，所述轻质高强陶粒经预湿、表面强化处理，具体方式如下：
按质量比硅灰10％、纤维素醚1％、水89％配制预湿溶液；按固液比1:5将轻质高强陶粒与预湿溶液混合，置于负压设备中浸泡1h后沥出；
按质量比硫铝酸盐水泥80％、3-5mm聚乙烯醇纤维2.5％、水16％、高效聚羧酸减水剂1.5％配制强化剂浆体；将预湿处理后的轻质高强陶粒置于包衣锅中，加入强化剂浆体旋转挂浆，表面挂浆1mm后取出；表面挂浆硬化后，于80℃蒸养12h。
2.如权利要求1所述压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于所述矿粉满足标准GB/T18046中S95级别。
3.如权利要求1所述压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于所述粉煤灰微珠为热电厂锅炉中收集，容重为650-730g/cm3，比表面积大于1000cm2/g。
4.如权利要求1所述压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于所述轻质高强陶粒为球状，筒压强度大于7MPa，容重为700-900kg/cm3，饱和吸水率为8-10％，粒径范围为1.18-4.75mm。
5.如权利要求1所述压制成型超轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于所述硅酸钠粉末为工业级产品，模数为1.5-2.0。
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| 维克多•梅克切里尼等编.《高吸水性树脂在混凝土施工中的应用》.天津大学出版社,2017,(第1版),第13页. * |
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