CN115650666B - 一种装配式pc构件混凝土及制备养护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式PC构件混凝土及制备养护方法，属于建筑材料技术领域，所述混凝土包括50～60份的水泥熟料、5～10份的石灰粉、5～10份的炉渣、2～5份的混合石膏、0.2～0.8份的早强剂、0.5～1.5份的减水剂、160～170份的河沙、180～190份的石子、以及26～35份的水，所述制备养护方法包括胶凝混合物制备、物料混合和养护。本发明解决现有技术中装配式PC构件混凝土的早强剂添加量大、以及蒸养养护成本高的问题，由本发明制备的装配式PC构件混凝土，仅需少量的早强剂即可具有较高的早期强度，并且在制备过程中具有良好的工作性，养护条件简单，养护能耗极低。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种装配式PC构件混凝土及制备养护方法。
背景技术
装配式预制构件简称PC构件，是以混凝土为原材料在工厂预制成型，在施工现场装配，其中主要包括剪力墙、内隔墙板、实心板、叠合板、楼梯等。与传统现场浇筑混凝土的施工方式相比较，装配式预制构件在节能减排、降低成本方面具有显著优势。
企业为更好施工、加快模具周转、提高生产效率，会采用蒸汽养护构件，在混凝土中加入早强剂等方式增强构件早期强度。但蒸养能耗达到生产总能耗的八成以上，同时热养护制度会导致水泥水化微观结构劣化，早强剂的添加量控制不当也会导致混凝土孔隙增大，耐久性下降。专利号为CN112645660A、专利名称为一种用于装配式PC构件的高早强混凝土，该发明制备的混凝土早期强度高、脱模时间短，但是该发明中添加了大量以纳微米水化硅酸钙为原料的早强型外加剂，导致PC构件成本上升，不利于实际生产应用。为此，如何在控制成本的情况下，减少早强剂的添加量、降低蒸养温度、缩短蒸养时间、实现提高PC构件的早期强度、缩短脱模时间，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
因此，本发明提供了一种装配式PC构件混凝土及制备养护方法，以至少解决上述部分技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种装配式PC构件混凝土及制备养护方法，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量份的原料：
进一步地，包括以下质量份的原料：
进一步地，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括70～85wt.％的钙质材料、7～12wt.％的硅质原料、7～12wt.％的铝质原料，1～6wt.％的铁质校正原料，再加入活化剂烧制而成；
所述钙质材料包括石灰石、电石渣、生石灰的至少一种，所述硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉的至少一种，所述铝质原料包括黏土、矾土、页岩、铝矿废石的至少一种，所述铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣、铜矿渣、钢渣的至少一种，所述活化剂包括硼砂、重晶石、石膏的至少一种。
由于硅酸盐微粒特种水泥熟料经过离子掺杂改性，具有更小的硅酸二钙晶粒，能在水化早期过程迅速水化，提供早期强度，减少早强剂的添加与蒸汽养护的温度与时间，从而降低生产成本。
进一步地，所述硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥300m2/kg、硅酸三钙含量为55～60wt.％、硅酸二钙含量5％～18wt.％、铝酸三钙含量为7～10wt.％、铁铝酸四钙含量为10～12wt.％。
进一步地，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。
本发明早强剂为甲酸钙和硫酸钠复配而成，其中甲酸钙可以加快硅酸三钙的水化速度，提高液相中的钙离子浓度，硫酸钠的掺入可补充硫酸根离子，与液相中钙离子生成水化硫铝酸盐，提供较高的早期强度。
进一步地，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5～2.5％、密度为2.6～2.8g.cm-3。
进一步地，所述混合石膏的硫酸钙含量为90～95wt.％，混合石膏至少包括二水石膏和硬石膏，二水石膏与硬石膏质量份比为1:1。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
进一步地，所述石灰粉的碳酸钙含量≥75wt％。
一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法，包括以下步骤：
步骤1、胶凝混合物制备：按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、物料混合：按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、养护：将模具放入标准养护箱中，在20～25℃养护24h后取出，然后脱模并自然养护至所需出厂强度，得到所述装配式PC构件混凝土；或将模具放入蒸汽养护箱中，在55～65℃蒸汽养护4～5h后取出然后脱模，得到所述装配式PC构件混凝土。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明解决现有技术中装配式PC构件混凝土的早强剂添加量大、以及蒸养养护成本高的问题，由本发明制备的装配式PC构件混凝土，仅需少量的早强剂即可具有较高的早期强度，并且在制备过程中具有良好的工作性，养护条件简单，养护能耗极低。
附图说明
图1为本发明硅酸盐微粒特种水泥熟料的岩相图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量份的原料：
在一些实施例中，包括以下质量份的原料：
在一些实施例中，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括70～85wt.％的钙质材料、7～12wt.％的硅质原料、7～12wt.％的铝质原料，1～6wt.％的铁质校正原料，再加入活化剂烧制而成；
所述钙质材料包括石灰石、电石渣、生石灰的至少一种，且CaO≥48wt.％，所述硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉的至少一种，且SiO2≥65wt.％，所述铝质原料包括黏土、矾土、页岩、铝矿废石的至少一种，所述铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣、铜矿渣、钢渣的至少一种，所述活化剂包括硼砂、重晶石、石膏的至少一种。
由于硅酸盐微粒特种水泥熟料经过离子掺杂改性，具有更小的硅酸二钙晶粒，能在水化早期过程迅速水化，提供早期强度，减少早强剂的添加与蒸汽养护的温度与时间，从而降低生产成本。
在一些实施例中，所述硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥300m2/kg、硅酸三钙含量为55～60wt.％、硅酸二钙含量为15％～18wt.％、铝酸三钙含量为7～10wt.％、铁铝酸四钙含量为10～12wt.％。所述硅酸盐微粒特种水泥熟料中含量极高的硅酸三钙，能快速与水发生水化反应生成水化硅酸钙，从而提升早期强度。并且其中的硅酸二钙含量也较高，硅酸二钙的水化进程相较于硅酸三钙更慢，但其反应更长时间后水化产物更为致密均匀，稳定性也更好，能很好对硅酸三钙水化产物进行补充，进一步保证早强效果。铁和铝在混凝土制备过程中充当液相，辅助硅酸三钙，硅酸二钙的形成，铁铝酸四钙和铝酸三钙在水化过程中具有较好的早强和放热的性能。所述硅酸盐微粒特种水泥熟料水泥熟料率值为：石灰饱和系数：0.76～0.95；硅率：2.20～2.70；铝率：0.70～1.60。
在一些实施例中，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。本发明早强剂为甲酸钙和硫酸钠复配而成，其中甲酸钙可以加快硅酸三钙的水化速度，提高液相中的钙离子浓度，硫酸钠的掺入可补充硫酸根离子，与液相中钙离子生成水化硫铝酸盐，提供较高的早期强度。
在一些实施例中，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5～2.5％、密度为2.6～2.8g.cm-3。水炉渣作为工业固体废料的一种，具有良好的水硬胶凝应用性能，可提加速水化产物产生，从而提高早期强度。
在一些实施例中，石灰粉的碳酸钙含量≥75wt％，其45μm方孔筛筛余≤15，7d活性指数≥60％，28d活性指数≥60％，流动度比≥100％。
在一些实施例中，所述混合石膏的硫酸钙含量为90～95wt.％，混合石膏至少包括二水石膏和硬石膏，二水石膏与硬石膏质量份比为1:1。由于水化产物铝酸三钙较快溶于水并迅速生成铝酸钙水化物，从而使混凝土很快凝结，加入石膏可调节凝结时间，延缓凝结时间，避免出现产生急凝现象。二水石膏又称生石膏，硬石膏又称无水石膏，由于硬石膏的溶解速度慢，抑制铝酸三钙快速水化的能力比二水石膏差，掺加硬石膏混凝土的凝结时间比掺加二水石膏的要短，但掺加二水石膏混凝土其各龄期的水化产物要比掺加硬石膏的结构更紧密、强度更高，为此本发明采用质量份比1:1二水石膏与硬石膏的混合石膏，以此达到最优效果。
在一些实施例中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。所述聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物，经接枝共聚生成的，具有极强的减水性能，能有效减少单位水泥用量，节约水泥。所述高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量。作为优选，聚羧酸高性能减水剂的固含量≥30wt.％，减水率≥25％。
实施例1
一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量的原料：
在本实施例中，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括70wt.％的钙质材料、12wt.％的硅质原料、12wt.％的铝质原料、6wt.％的铁质校正原料、再加入活化剂烧制而成，钙质材料包括石灰石和电石渣，硅质原料包括硅石和砂岩，铝质原料包括黏土、矾土和页岩，铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣和铜矿渣，活化剂为硼砂；
硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥380m2/kg、硅酸三钙含量为55wt.％、硅酸二钙含量为15wt.％、铝酸三钙含量为10wt.％、铁铝酸四钙含量为12wt.％。
在本实施例中，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。
在本实施例中，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5wt.％、密度为2.6g.cm-3。
在本实施例中，所述混合石膏的硫酸钙含量为90wt.％，混合石膏为质量份比为1:1的二水石膏和硬石膏。
在本实施例中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，所述石灰粉的碳酸钙含量为75wt％。
所述一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法为：
步骤1、按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、将模具放入标准养护箱中，在20℃养护24h后取出，然后脱模并自然养护，得到所述装配式PC构件混凝土。
实施例2
一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量的原料：
在本实施例中，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括85wt.％的钙质材料、7wt.％的硅质原料、7wt.％的铝质原料、1wt.％的铁质校正原料、再加入活化剂烧制而成，钙质材料包括石灰石，硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉，铝质原料包括黏土、矾土和页岩，铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣和铜矿渣，活化剂为硼砂和重晶石；
硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥380m2/kg、硅酸三钙含量为55wt.％、硅酸二钙含量为15wt.％、铝酸三钙含量为10wt.％、铁铝酸四钙含量为12wt.％。
在本实施例中，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。
在本实施例中，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5wt.％、密度为2.6g.cm-3。
在本实施例中，所述混合石膏的硫酸钙含量为95wt.％，混合石膏为质量份比为1:1的二水石膏和硬石膏。
在本实施例中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，所述石灰粉的碳酸钙含量为75wt％。
所述一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法为：
步骤1、按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、将模具放入标准养护箱中，在20℃养护24h后取出，然后脱模并自然养护，得到所述装配式PC构件混凝土。
实施例3
一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量的原料：
在本实施例中，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括80wt.％的钙质材料、7wt.％的硅质原料、8wt.％的铝质原料、5wt.％的铁质校正原料、再加入活化剂烧制而成，钙质材料包括石灰石，硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉，铝质原料包括黏土、矾土和铝矿废石，铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣和钢渣，活化剂为硼砂和石膏；
硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥380m2/kg、硅酸三钙含量为55wt.％、硅酸二钙含量为15wt.％、铝酸三钙含量为10wt.％、铁铝酸四钙含量为12wt.％。
在本实施例中，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。
在本实施例中，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5wt.％、密度为2.6g.cm～3。
在本实施例中，所述混合石膏的硫酸钙含量为92wt.％，混合石膏为质量份比为1:1的二水石膏和硬石膏。
在本实施例中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，所述石灰粉的碳酸钙含量为75wt％。
所述一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法为：
步骤1、按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、将模具放入标准养护箱中，在20℃养护24h后取出，然后脱模并自然养护，得到所述装配式PC构件混凝土。
实施例4
一种装配式PC构件混凝土，包括以下质量的原料：
在本实施例中，所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括79wt.％的钙质材料、9wt.％的硅质原料、9wt.％的铝质原料、3wt.％的铁质校正原料、再加入活化剂烧制而成，钙质材料包括石灰石、电石渣、和石灰中，硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉，铝质原料包括黏土、矾土和铝矿废石，铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣和钢渣，活化剂为硼砂、重晶石和石膏；
硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥380m2/kg、硅酸三钙含量为55wt.％、硅酸二钙含量为15wt.％、铝酸三钙含量为10wt.％、铁铝酸四钙含量为12wt.％。
在本实施例中，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。在本实施例中，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5wt.％、密度为2.6g.cm～3。
在本实施例中，所述混合石膏的硫酸钙含量为93wt.％，混合石膏为质量份比为1:1的二水石膏和硬石膏。
在本实施例中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，所述石灰粉的碳酸钙含量为75wt％。
所述一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法为：
步骤1、按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、将模具放入蒸汽养护箱中，在60℃蒸汽养护2h后取出然后脱模，得到所述装配式PC构件混凝土。
对比例1
本对比例1与实施例1相比，水泥熟料为PO42.5R水泥，其余条件均一致。
对比例2
本对比例2与实施例4相比，水泥熟料为PO42.5R水泥，其余条件均一致。
对比例3
本对比例3与实施例1相比，早强剂为甲酸钙，其余条件均一致。
对比例4
本对比例4与实施例1相比，早强剂为硫酸钠，其余条件均一致。
对比例5
本对比例5与实施例1相比，早强剂为氯化钠，其余条件均一致。
对实施例1～4、以及对比例1～5制得的混凝土进行性能测试。
将实施例1～4、以及对比例1～5制得的混凝土成型，成型参照国家标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081～2019进行，然后按照不同养护制度至相应时间，参照上述标准检测抗压强度，抗压强度结果如表1所示。
表1混凝土抗压强度
由表1可知，随着早强剂掺量的减少，在20℃养护条件下，装配式PC构件混凝土的抗压强度逐渐降低。
对比例1与实施例1对比发现，对比例1采用PO42.5R水泥而非本发明的硅酸盐微粒特种水泥熟料时，其1d抗压强度下降5Mpa，不满足装配式PC构件脱模要求和出厂强度。充分说明硅酸盐微粒特种水泥熟料在本发明中具有预料之中提升装配式PC构件混凝土早期力学性能的作用，促进工程的运转效率。
对比例1与实施例4对比发现，对比例2采用PO42.5R水泥而非本发明的硅酸盐微粒特种水泥熟料时，其1d抗压强度仅下降0.6Mpa，满足装配式PC构件脱模要求和出厂强度。表明硅酸盐微粒特种水泥熟料在蒸养条件下仍具有提升装配式PC构件混凝土力学性能的作用，且可以减少常规制备装配式PC构件混凝土的蒸养时间。
对比例3、对比例4和对比例5与实施例1对比发现，早强剂为单独的甲酸钙或硫酸钠时，其1d抗压强度明显低于甲酸钙和硫酸钠复合使用，并且早强剂为氯化钠时，其1d抗压强度甚至低于单独的甲酸钙或硫酸钠，为此选用早强剂采用甲酸钙和硫酸钠复合时，升装配式PC构件混凝土力学性能最好。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种装配式PC构件混凝土的制备养护方法，其特征在于，装配式PC构件混凝土包括以下质量份的原料：
水泥熟料 50~60份；
石灰粉 5~10份；
炉渣 5~10份；
混合石膏 2~5份；
早强剂 0.2~0.8份；
减水剂 0.5~1.5份；
河沙 160~170份；
石子 180~190份；
水 26~35份；
所述水泥熟料为硅酸盐微粒特种水泥熟料，硅酸盐微粒特种水泥熟料包括70~85wt.%的钙质材料、7~12wt.%的硅质原料、7~12wt.%的铝质原料，1~6wt.%的铁质校正原料，再加入活化剂烧制而成；所述活化剂包括硼砂、重晶石的至少一种；
所述硅酸盐微粒特种水泥熟料的比表面≥300m2/kg、硅酸三钙含量为55~60wt.%、硅酸二钙含量为15%~18wt.%、铝酸三钙含量为7~10wt.%、铁铝酸四钙含量为10~12wt.%；
所述制备养护方法包括以下步骤：
步骤1、按质量份分别称取水泥熟料、石灰粉、炉渣和混合石膏，混合并经过粉磨得到胶凝混合物；
步骤2、按质量份分别称取河沙和石子，将二者与步骤1制得的胶凝混合物混合，然后加入各质量份的水、早强剂和减水剂，搅拌均匀后迅速转入模具中；
步骤3、将模具放入标准养护箱中，在20~25℃养护24h后取出，然后脱模并自然养护至所需出厂强度，得到所述装配式PC构件混凝土；或将模具放入蒸汽养护箱中，在55~65℃蒸汽养护4~5h后取出然后脱模，得到所述装配式PC构件混凝土。
2.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，包括以下质量份的原料：
水泥熟料 52~58份；
石灰粉 6~9份；
炉渣 7~10份；
混合石膏 3~4份；
早强剂 0.2~0.6份；
减水剂 0.6~1.3份；
河沙 162~168份；
石子 182~188份；
水 28~33份。
3.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述钙质材料包括石灰石、电石渣、生石灰的至少一种，所述硅质原料包括硅石、砂岩和硅粉的至少一种，所述铝质原料包括黏土、矾土、页岩、铝矿废石的至少一种，所述铁质校正原料包括铁粉、硫酸渣、铜矿渣、钢渣的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述早强剂为甲酸钙和硫酸钠按质量比1：2混合而成。
5.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述炉渣为水炉渣，水炉渣的烧失量为1.5~2.5%、密度为2.6~2.8g.cm-3。
6.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述混合石膏的硫酸钙含量为90~95wt.%，混合石膏至少包括二水石膏和硬石膏，二水石膏与硬石膏质量份比为1:1。
7.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
8.根据权利要求1所述的制备养护方法，其特征在于，所述石灰粉的碳酸钙含量≥75wt%。
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