CN115611564A - 一种用于滑模工艺的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种用于滑模工艺的混凝土及其制备方法。一种用于滑模工艺的混凝土，由包含以下重量份的原料组成：水泥100‑115份、粉煤灰40‑55份、矿渣粉45‑50份、细骨料260‑320份、粗骨料300‑400份、减水剂1‑2.5份、缓凝剂1.5‑4份、水75‑85份；每份缓凝剂由包含以下重量份的原料组成：超支化聚合物10‑15份、有机酸3‑6份、沸石粉2‑4份、多孔陶瓷粉1‑3份；超支化聚合物中含羟基和/或羧基；有机酸为酒石酸、苹果酸、柠檬酸、氨基酸中的一种或多种。本申请的一种用于滑模工艺的混凝土兼具较长的初凝时间和较高的抗压强度。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种用于滑模工艺的混凝土及其制备方法。
背景技术
滑模工艺，是一种现浇混凝土工程的连续成型施工工艺。其施工方法是按照施工对象的平面形状，在地面上预先将滑模装置安装就位，随着不断地绑扎模板内的钢筋和分层浇筑混凝土，利用液压提升设备将滑模装置滑离地面并使其不断地向上滑升直至达到设计高度为止。具有机械化程度高，工程质量及结构整体性好等优点。
然而，滑模工艺的施工时间往往较长，要确保运输过程、施工机械意外故障期间，混凝土仍保持较好的流动性。这就要求混凝土具有较长的初凝时间，而现有的混凝土初凝时间往往较短，混凝土在短时间内流动性大幅降低，导致钢模与混凝土在提模过程中阻力过大，不能满足滑模工艺的施工要求，甚至导致提模失败，需要拆模后重新支模，耗时耗力。
相关技术中，尝试采用添加硫酸锌、硼酸钠等缓凝剂的方式，延长缓凝时间，但至少存在如下缺陷：上述缓凝剂虽然能够延长缓凝时间，在此期间混凝土体系中的水分会蒸发，可能会导致混凝土开裂，进而降低其抗压强度。
因此，亟需开发一款兼具较长初凝时间和较高抗压强度的混凝土。
发明内容
为了解决滑模工艺用混凝土无法兼具较长初凝时间和较高抗压强度的问题，本申请提供一种用于滑模工艺的混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种用于滑模工艺的混凝土，采用如下的技术方案：
一种用于滑模工艺的混凝土，由包含以下重量份的原料组成：水泥100-115份、粉煤灰40-55份、矿渣粉45-50份、细骨料260-320份、粗骨料300-400份、减水剂1-2.5份、缓凝剂1.5-4份、水75-85份；
每份所述缓凝剂由包含以下重量份的原料组成：超支化聚合物10-15份、有机酸3-6份、沸石粉2-4份、多孔陶瓷粉1-3份；
所述超支化聚合物中含羟基和/或羧基；所述有机酸为酒石酸、苹果酸、柠檬酸、氨基酸中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，超支化聚合物中含有羟基、羧基等亲水基团，一部分亲水基团吸附在水泥颗粒的表面，另一部分亲水基团与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成水膜层。水膜层一方面使水泥颗粒之间从相互接触到屏蔽，抑制水泥水化，延长了初凝时间，另一方面减少了水分的蒸发，减少因水分蒸发造成的孔隙和裂缝，提升了混凝土的抗压强度。
此外，超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，含有较多的支链，并且具有三维空间结构，能形成较大的空间位阻，分散水泥颗粒，延长了初凝时间，同时有利于水化产物的均匀分布，提升了混凝土的抗压强度。
上述有机酸的亲水基团也能够在水泥颗粒表面形成水膜层，与超支化聚合物共同分散水泥颗粒，减少水分蒸发，保证混凝土抗压强度的同时，延长初凝时间。
沸石粉和多孔陶瓷粉具有良好的吸附作用，能够吸附大量的水分子形成水膜层，使水泥颗粒之间从相互接触到屏蔽，延长初凝时间。
综上，超支化聚合物、有机酸、沸石粉和多孔陶瓷粉共同组成缓凝剂，上述多种组分之间互相配合，相互作用，在保证混凝土具有较高抗压强度的同时，延长了混凝土的初凝时间，从而解决了滑模工艺用混凝土无法兼具较长初凝时间和较高抗压强度的问题。
在碱性环境中，超支化聚酯中的酯键逐渐断裂，有机酸酸碱中和，水泥颗粒表面的水膜层逐渐脱落，水化反应进一步进行；此外，沸石粉和多孔陶瓷粉能够与水化反应的产物发生二次水化反应，水化作用逐渐增强，缓凝作用逐渐削弱。
优选的，所述缓凝剂的重量份为2-3份。
优选的，所述超支化聚合物由端羧基超支化聚酯和端羟基超支化聚醚按照质量比为10:(3-6)复配制得。
通过采用上述技术方案，端羟基超支化聚醚中含有羟基和醚键、端羧基超支化聚酯中含有羧基和酯键。在酯键、醚键、羟基、羧基等多种亲水基团的共同作用下，进一步延长了混凝土的初凝时间、提高了混凝土的抗压强度。
优选的，所述有机酸为氨基酸。
通过采用上述技术方案，氨基酸还能起到增稠剂的作用，其分子上的羧基基团吸附和固定自由水，自身溶胀导致其体积增大，提高了混凝土浆料的内聚力，使得浆料紧密包裹在骨料的周围，降低了浆料沉底的可能性，从而提升了混凝土的抗压强度。
优选的，所述粗骨料为粒径为5-25mm的碎石。
通过采用上述技术方案，上述粒径的粗骨料可以满足混凝土拌和物流动性和混凝土强度的要求。
优选的，每份所述缓凝剂中还包括2-4重量份的硫酸锌。
通过采用上述技术方案，硫酸锌在初期能够与水泥中的钙离子反应，降低了水泥中钙离子的浓度，与超支化聚合物、有机酸、沸石粉和多孔陶瓷粉协同，进一步延缓了水泥的水化过程，延长了混凝土的初凝时间，在此过程中，由于超支化聚合物和有机酸上含有大量亲水基团，这些亲水基团减少了水分的蒸发，降低了混凝土开裂的可能性，从而削弱了硫酸锌对混凝土抗压强度造成的不利影响；水泥表面凹凸不平，钙离子分布不均，造成硫酸钙包裹层厚度不同，随着时间的推移，水分子慢慢进入包裹层不断水化生成钙矾石，钙矾石不断结晶、膨胀，造成硫酸盐包裹层的破裂，水化反应得以继续进行。
优选的，每份所述缓凝剂中还包括2-5重量份的硼酸钠。
通过采用上述技术方案，硼酸钠与硫酸锌在延长混凝土初凝时间方面协同增效；水泥表面凹凸不平，钙离子分布不均，造成硼酸钙包裹层厚度不同，水分子慢慢进入包裹层不断水化生成钙矾石，钙矾石不断结晶、膨胀，造成硼酸盐包裹层的破裂，水化进一步进行。
优选的，每份所述缓凝剂中还包括3-5重量份的硅藻土。
通过采用上述技术方案，硅藻土能促进水泥的水化反应，提高混凝土的密实度，提升了混凝土的抗压强度。
第二方面，本申请提供一种用于滑模工艺的混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种用于滑模工艺的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、缓凝剂和水混合，搅拌，得到用于滑模工艺的混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用含羟基和/或羧基的超支化聚合物、有机酸、沸石粉、多孔陶瓷粉作为缓凝剂的原料，具有以下作用：
第一，超支化聚合物和有机酸中均含有亲水基团，沸石粉、多孔陶瓷粉具有良好的吸附能力，它们共同配合，在水泥颗粒表面生成水膜层，水膜层一方面使得水泥颗粒之间从相互接触到屏蔽，抑制水泥水化，延长了初凝时间，另一方面减少了水分的蒸发，减少因水分蒸发造成的孔隙和裂缝，提升了混凝土的抗压强度。
第二，超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，含有较多的支链，并且具有三维空间结构，能形成较大的空间位阻，分散水泥颗粒，延长了初凝时间，同时有利于水化产物的均匀分布，提升了混凝土的抗压强度。
2、本申请中优选端羧基超支化聚酯和端羟基超支化聚醚按照质量比为10:(3-6)复配制得的超支化聚合物，该聚合物中含有酯键、醚键、羟基、羧基等多种亲水基团，进一步延长了混凝土的初凝时间，且达到更好的保水功能，提升了混凝土的抗压强度。
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。
若无特殊说明，以下实施例以及对比例中所用的原料规格详见表1。
表1.原料规格信息
端羟基超支化聚醚的制备例
制备例A
端羟基超支化聚醚，按照如下步骤制得：
将1000g的2,3-二羟基苯甲酸，5500g的缚酸剂碳酸钾，3160g的1,6-二溴己烷，同时加入反应器中并用8500mL的N,N′-二甲基甲酰胺溶解；升温20℃反应96h；反应结束后加1000g盐酸酸化，过滤沉淀物得到滤液；将滤液在等体积混合的乙醇和去离子水混溶的沉淀剂中沉淀，干燥24h，得到端羟基超支化聚醚。
缓凝剂的制备例
制备例1
缓凝剂，其配方如下：
超支化聚合物(制备例A制得的端羟基超支化聚醚)100g、有机酸酒石酸30g、沸石粉20g、多孔陶瓷粉10g；
缓凝剂，按照如下步骤制得：
将超支化聚合物、有机酸、沸石粉、多孔陶瓷粉混合，得到缓凝剂。
制备例2-3
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂的原料组成不同，具体组成如下表2所示：
表2.缓凝剂的原料组成
制备例4
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：超支化聚合物的选择不同，本制备例将端羟基超支化聚醚等质量更换为端羟基超支化聚酯。
制备例5
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：超支化聚合物的选择不同，本制备例将端羟基超支化聚醚等质量更换为端羧基超支化聚酯。
制备例6
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：超支化聚合物的选择不同，本制备例选择77g端羧基超支化聚酯和23g端羟基超支化聚醚。
制备例7
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：超支化聚合物的选择不同，本制备例选择63g端羧基超支化聚酯和37g端羟基超支化聚醚。
制备例8
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：有机酸的选择不同，本制备例将酒石酸等质量更换为氨基酸。
制备例9
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂中新增20g硫酸锌。
制备例10
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂中新增40g硫酸锌。
制备例11
缓凝剂，与制备例10的区别点在于：缓凝剂中新增20g硼酸钠。
制备例12
缓凝剂，与制备例10的区别点在于：缓凝剂中新增50g硼酸钠。
制备例13
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂中新增50g硼酸钠。
制备例14
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂中新增30g硅藻土。
制备例15
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂中新增50g硅藻土。
缓凝剂的制备对比例
制备对比例1
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂的原料组成不同，具体组成如下表3所示：
表3.缓凝剂的原料组成
制备对比例4
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂的原料组成不同，本实施例的缓凝剂为80g硫酸锌和80g硼酸钠。
制备对比例5
缓凝剂，与制备例1的区别点在于：缓凝剂的原料组成不同，本实施例的缓凝剂为120g硫酸锌和120g硼酸钠。
实施例
实施例1
一种用于滑模工艺的混凝土，其配方如下：
水泥1000g、粉煤灰400g、矿渣粉450g、细骨料2600g、粗骨料3000g、聚羧酸减水剂10g、制备例1制得的缓凝剂15g、水750g；
一种用于滑模工艺的混凝土，按照如下步骤制得：
将水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、缓凝剂和水混合，搅拌，得到用于滑模工艺的混凝土。
实施例2-15
一种用于滑模工艺的混凝土，与实施例1的区别点在于：缓凝剂的来源不同，具体来源如下表4所示：
表4.缓凝剂的来源
| 项目 | 缓凝剂的来源 | 项目 | 缓凝剂的来源 |
| 实施例2 | 制备例2 | 实施例9 | 制备例9 |
| 实施例3 | 制备例3 | 实施例10 | 制备例10 |
| 实施例4 | 制备例4 | 实施例11 | 制备例11 |
| 实施例5 | 制备例5 | 实施例12 | 制备例12 |
| 实施例6 | 制备例6 | 实施例13 | 制备例13 |
| 实施例7 | 制备例7 | 实施例14 | 制备例14 |
| 实施例8 | 制备例8 | 实施例15 | 制备例15 |
实施例16-18
一种用于滑模工艺的混凝土，与实施例1的区别点在于：混凝土的原料组成不同，具体组成如下表5所示：
表5.混凝土的原料组成
对比例
对比例1-3
一种用于滑模工艺的混凝土，与实施例1的区别点在于：缓凝剂的来源不同，具体来源如下表6所示：
表6.缓凝剂的来源
| 项目 | 缓凝剂的来源 | 项目 | 缓凝剂的来源 |
| 实施例1 | 制备例1 | 对比例3 | 制备对比例3 |
| 对比例1 | 制备对比例1 | 对比例4 | 制备对比例4 |
| 对比例2 | 制备对比例2 | 对比例5 | 制备对比例5 |
检测方法
参照以下方法，对实施例1-18和对比例1-5制得的用于滑模工艺的混凝土进行性能测试，具体检测结果如下表7所示：
初凝时间的测定：参照GB8076-2008《混凝土外加剂》；
28d抗压强度的测定：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》；
出机坍落度的测定：参照GB/T500802002《普通混凝土拌合物性能试验方法》。
检测结果
表7.混凝土的性能检测
结合实施例1和对比例1并结合表7可以看出，实施例1制得的混凝土的初凝时间大于对比例1，抗压强度高于对比例1，这可能是因为：实施例1选用的缓凝剂中含有超支化聚合物，超支化聚合物中含有羟基、羧基等亲水基团，一部分亲水基团吸附在水泥颗粒的表面，另一部分亲水基团与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成水膜层。水膜层一方面使水泥颗粒之间从相互接触到屏蔽，抑制水泥水化，延长了初凝时间，另一方面减少了水分的蒸发，减少因水分蒸发造成的孔隙和裂缝，提升了混凝土的抗压强度。
此外，超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，含有较多的支链，并且具有三维空间结构，能形成较大的空间位阻，分散水泥颗粒，延长了初凝时间，同时有利于水化产物的均匀分布，提升了混凝土的抗压强度。
结合实施例1和对比例2并结合表7可以看出，实施例1制得的混凝土的初凝时间远大于对比例2，这可能是因为：实施例1选用的混凝剂中含有有机酸，有机酸的亲水基团也能够在水泥颗粒表面形成水膜层，与超支化聚合物共同分散水泥颗粒，有机酸与超支化聚合物在延长混凝土初凝时间方面协同增效。
结合实施例1和对比例3并结合表7可以看出，实施例1制得的混凝土的初凝时间远大于对比例3，这可能是因为：实施例1选用的混凝剂中含有沸石粉和多孔陶瓷粉，沸石粉和多孔陶瓷粉具有良好的吸附作用，能够吸附大量的水分子形成较厚的水膜层，使水泥颗粒之间从相互接触到屏蔽，延长初凝时间。超支化聚合物、有机酸、沸石粉和多孔陶瓷粉共同组成缓凝剂，上述多种组分之间互相配合，相互作用，共同延长了混凝土的初凝时间。
结合实施例1和对比例4并结合表7可以看出，实施例1制得的混凝土的初凝时间远大于对比例4，抗压强度远高于对比例4，这可能是因为：实施例1选择的缓凝剂中由超支化化聚合物、有机酸、沸石粉、多孔陶瓷粉组成，上述物质在延长混凝土初凝时间方面协同增效；并且，超支化化聚合物、有机酸上含有大量亲水基团，延缓混凝土水化反应的同时能够减少水分的蒸发，降低混凝土开裂的可能性，从而保证了混凝土兼具较长的初凝时间和较高的抗压强度。而对比例4中仅仅使用硫酸锌和硼酸钠作为缓凝剂，在相同的用量下，对比例4的初凝时间远小于实施例1，并且抗压强度也远低于实施例1。
结合实施例1、对比例4和对比例5并结合表7可以看出，实施例1制得的混凝土的初凝时间与对比例5接近，但是抗压强度远高于对比例5，这可能是因为：对比例5中将硫酸锌和硼酸钠复合作为缓凝剂，对比例5通过增加缓凝剂的用量来延长初凝时间，但与此同时，混凝土的抗压强度相较于对比例4来说变得更低，因此，仅仅使用硫酸锌和硼酸钠作为缓凝剂，制得的混凝土无法兼具较长的初凝时间和较高的抗压强度。
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)
1.一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：由包含以下重量份的原料组成：水泥100-115份、粉煤灰40-55份、矿渣粉45-50份、细骨料260-320份、粗骨料300-400份、减水剂1-2.5份、缓凝剂1.5-4份、水75-85份；
每份所述缓凝剂由包含以下重量份的原料组成：超支化聚合物10-15份、有机酸3-6份、沸石粉2-4份、多孔陶瓷粉1-3份；
所述超支化聚合物中含羟基和/或羧基；所述有机酸为酒石酸、苹果酸、柠檬酸、氨基酸中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：所述缓凝剂的重量份为2-3份。
3.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：所述超支化聚合物由端羧基超支化聚酯和端羟基超支化聚醚按照质量比为10:（3-6）复配制得。
4.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：所述有机酸为氨基酸。
5.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：所述粗骨料为粒径为5-25mm的碎石。
6.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：每份所述缓凝剂中还包括2-4重量份的硫酸锌。
7.根据权利要求6所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：每份所述缓凝剂中还包括2-5重量份的硼酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种用于滑模工艺的混凝土，其特征在于：每份所述缓凝剂中还包括3-5重量份的硅藻土。
9.权利要求1-8中任一所述的一种用于滑模工艺的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、缓凝剂和水混合，搅拌，得到用于滑模工艺的混凝土。
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