一种超早强混凝土及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种超早强混凝土及其制备方法，属于混凝土工程【技术领域】。所述超早强混凝土包括如下原料：胶凝材料，所述胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰；骨料，所述骨料包括石子和砂子；复合添加剂，所述复合添加剂包括三乙醇胺、氢氧化钠、聚羧酸减水剂；水。所述超早强混凝土的制备方法包括如下步骤：将胶凝材料和氢氧化钠搅拌均匀，得到混合物，其中所述胶凝材料包括水泥、玻璃粉和硅灰；向上述混合物中加入石子和砂子，搅拌均匀；向上述搅拌均匀后的物料中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌均匀，即制备得到超早强混凝土。采用本发明所述方法制备得到的超早强混凝土具有养护时间短、早期强度高的优点。
【专利说明】一种超早强混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超早强混凝土及其制备方法，属于混凝土工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有道路路面主要有水泥混凝土路面与浙青路面两种形式，其中水泥混凝土路面占现有道路路面的60%左右。随着我国经济的不断发展，城市化进程的不断加速，未来我国将会建设更多的水泥混凝土路面道路以满足居民生活、经济发展需要。
[0003]但是，水泥混凝土路面与浙青路面相比有自身的缺点:由于混凝土的早期强度低，一般铺筑完后需要14~21天的保湿养护后，强度才能达到道路交通的使用要求，养护期内车辆运输中断、道路阻塞，对现代居民生活、生产带来很大不便。而现代城市中水泥混凝土路面的修建、改建、扩建和翻挖补修工程大量存在，如何在水泥混凝土路面的施工过程中提高混凝土路面的早期强度，以缩短其养护时间，减少对居民生活及生产的影响是亟待解决的问题。
[0004]现有技术中，为了解决上述混凝土路面施工过程中早期强度低、养护时间长的问题，人们常将普通硅酸盐水泥替换为硫铝酸盐水泥用于水泥混凝土路面的施工操作，这是因为硫铝酸盐水泥具有快硬早强性能，采用硫铝酸盐水泥代替普通硅酸盐水泥进行混凝土路面的施工过程中，养护时间最高可以缩短至6h即可使施工路面的混凝土强度达到30MPa，达到交通路面使用的要求。诸如，中国专利文献CN102701684A公开了一种超早强混凝土材料的制备方法，具体包括如下步骤:将硫铝酸盐水泥、河砂、碎石、矿粉、固体早强组分、液体早强组分及自来水按重量配比进行混合并充分搅拌而成，其中所述各组分的重量配比为:硫铝酸盐水泥100、砂210~240、碎石260~290、矿粉40~50、固体早强组分5~7、液体早强组分6~9、自来水45~50。
[0005]上述技术中，胶凝材料使用硫铝酸盐水泥，该水泥属于特种水泥，采用该特种水泥，配合骨料、矿粉、早强添加剂制备得到的超早强混凝土材料在6h内抗压强度即可≥30MPa，且混凝土各方面的性能也优于普通混凝土的性能制备，可用于道路、工程抢修等，为在建或已建工程的施工提供便利。但是由于上述技术中采用的硫铝酸盐水泥的价格高昂，其仅适用于修复面积较小的道路、工程中的抢修等，而对于道路的大面积的修建、改建、扩建，由于其成本高昂，尚未被广泛应用，也就是说在修建、改建、扩建大面积的混凝土道路交通路面时，还是需要采用普通混凝土进行施工，再通过14~21天的保湿养护，使强度达到道路交通的使用要求，而养护期时间长，养护期内车辆运输中断、道路阻塞，易给居民生活带来不便。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是现有技术中在修建、改建、扩建大面积的混凝土道路交通路面时，采用普通混凝土进行施工的养护时间长，导致养护期内车辆运输中断、道路阻塞，给居民生活带来不便，进而提供一种成本低廉、能满足及早开放交通要求的路用超早强混凝土。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超早强混凝土，包括如下原料:
[0008]胶凝材料，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰；
[0009]骨料，所述骨料包括石子和砂子；
[0010]复合添加剂，所述复合添加剂包括三乙醇胺、氢氧化钠；聚羧酸减水剂；
[0011]水。
[0012]超早强混凝土以每立方米超早强混凝土计，包括如下重量份数的原料:
[0013]胶凝材料为470~600kg，其中，所述胶凝材料中硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰的重量份数比为100: (10~25): (5~15);
[0014]骨料为1650~1780kg，其中，所述骨料的砂率为30~35% ；
[0015]复合添加剂中，三乙醇胺占胶凝材料总重量的0.02~0.05wt%，氢氧化钠占胶凝材料总重量的0.1~0.5wt%;
[0016]聚羧酸减水剂占胶凝材料总重量的0.5~2.0wt%;
[0017]水胶比为0.2~0.3。
[0018]所述硅酸盐水泥为标号为P.042.5或P.052.5的普通硅酸盐水泥。
[0019]所述玻璃粉的比表 面积为450~550m2/kg，二氧化硅含量为90~100wt%。
[0020]所述所述硅灰的表观密度为20000~28000m2/kg，平均粒径为0.1~0.3 μ m，所述硅灰中无定形SiO2含量为90%~100wt%。
[0021]所述石子的粒径为5~25mm。
[0022]所述砂子为天然河砂，粒径为O~5mm，细度模数为2.3~3.0。
[0023]所述聚羧酸减水剂的减水率为25~35%
[0024]所述超早强混凝土的制备方法，包括如下步骤:
[0025](I)将胶凝材料和氢氧化钠搅拌均匀，得到混合物，其中所述胶凝材料包括水泥、玻璃粉和硅灰；
[0026](2)向上述步骤(I)中所述的混合物中加入石子和砂子，搅拌均匀；
[0027](3)向上述步骤(2)中搅拌均匀后的物料中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌均匀，即制备得到超早强混凝土。
[0028]所述步骤(I)中，搅拌时间是60~90s ;所述步骤(2)中，搅拌时间是30~40s ；所述步骤(4)中，搅拌时间是120~150s。
[0029]本发明所述超早强混凝土及其制备方法与现有技术相比具有如下优点:
[0030](I)本发明所述超早强混凝土，通过选择三乙醇胺、氢氧化钠、聚羧酸减水剂作为复合添加剂，其能够与胶凝材料中的玻璃粉相互作用，大量吸收水泥水化时诱导期中的钙离子，从而降低水泥水化时的钙离子浓度，而钙离子的浓度降低又可以大大缩短水泥水化时诱导期的时间，使水泥水化过程直接进入加速期，从而缩短了水泥的硬化时间，提高了混凝土的早期强度，进而可以缩短混凝土交通路面的养护时间。本发明所述超早强混凝土的10小时抗压强度高于30MPa，坍落度、凝结时间适宜，能满足施工操作要求，具有成本低廉、能满足及早开放交通的要求，并且后期强度发展良好。
[0031](2)本发明所述超早强混凝土，进一步限定了超早强混凝土的原料组成的配比，胶凝材料为470~600kg，其中，所述胶凝材料中硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰的重量份数比为100: (10~25): (5~15);骨料为1650~1780kg，其中，所述骨料的砂率为30~35% ；复合添加剂中，三乙醇胺占胶凝材料总重量的0.02~0.05wt%，氢氧化钠占胶凝材料总重量的0.1~0.5wt%;聚羧酸减水剂占胶凝材料总重量的0.5~2.0wt%;水胶比为0.2~0.3。在该特定配比条件下，特定组成的胶凝材料与特定组成的复合添加剂相互作用时，可以保证两者之间具有最佳反应条件，一方面可以更加合理地控制两者的反应时间，既避免了混凝土凝结时间过慢导致混凝土的养护时间长的问题，又避免了混凝土凝结时间过快，进而导致混凝土在后期使用过程中易出现开裂等问题，另一方面，还可以进一步控制混凝土中碱含量，从而使得制备得到的混凝土具有高强度、高体积稳定性和耐久性等优异性能。
[0032](3)本发明所述超早强混凝土，进一步限定了所述玻璃粉的比表面积为450~550m2/kg，而该特定比表面积下的玻璃粉具有高活性的特定，其作为胶凝材料中的活性组分与复合添加剂相互作用时，可以极大地提高两者之间的反应活性，该反应活性高时对水泥水化时诱导期中的钙离子的吸收能力大大提高，在极短时间内即可以极大地降低水泥水化时的钙离子浓度，而钙离子的浓度降低的速度和程度加快又可以大大缩短水泥水化时诱导期的时间，进而最大程度上缩短了水泥的硬化时间，提高了混凝土的早期强度，进而可以缩短混凝土交通路面的养护时间。尤其在该特定比表面积下的玻璃粉，且玻璃粉中含有特定二氧化硅含量(即90~100wt%)时，再配合特定配比的其它组分，可以使得本发明所述超早强混凝土的6小时抗压强度高于30MPa，坍落度、凝结时间适宜，能满足施工操作要求，具有成本低廉、能满足及早开放交通的要求，并且后期强度发展良好。
[0033](4)本发明所述超早强混凝土的制备方法，首先胶凝材料和氢氧化钠搅拌均匀，使氢氧化钠与胶凝材料紧密接触；然后向所述的混合物中加入石子和砂子，搅拌均匀，这样有利于胶凝材料以及氢氧化钠均匀分布于骨料表面及骨料孔隙内；再向搅拌均匀后的物料中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌均匀，由于氢氧化钠与胶凝材料和骨料都均匀、紧密接触，这样使得在加入三乙醇胺后，氢氧化钠、三乙醇胺与玻璃粉共同作用，可以大量吸收水泥水化时诱导期中的钙离子，从而降低水泥水化时的钙离子浓度，而钙离子的浓度降低又可以大大缩短水泥水化时诱导期的时间，使水泥水化过程直接进入加速期，从而缩短了水泥的硬化时间，提高了混凝土的 早期强度，使得制备得到的超早强混凝土具有养护时间短、早期强度高的优点。
【具体实施方式】
[0034]以下结合实施例，对本发明所述超早强混凝土作进一步具体描述，但不局限于此。在实施例中所使用的原料均为市售产品。
[0035]实施例1
[0036]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料470kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.042.5为409kg、玻璃粉为41kg、硅灰为20kg，骨料为1650kg，复合激发剂中氢氧化钠为0.47kg、三乙醇胺为0.094kg、聚羧酸减水剂为2.35kg，水胶比为0.20，骨料砂率为30% ；
[0037]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0038](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌60s，得到胶凝材料混合物；
[0039](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌30s ；
[0040](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌120s,即制成本发明所述的超早强混凝土 A。
[0041]实施例2
[0042]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料500kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.042.5为420kg、玻璃粉为50kg、硅灰为30kg，骨料为1680kg，复合激发剂中氢氧化钠为1.0kg、三乙醇胺为0.15kg、聚羧酸减水剂为5.0kg，水胶比为0.22，骨料砂率为31% ；
[0043]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0044](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌75s，得到胶凝材料混合物；
[0045](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌34s ；
[0046](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌125s,即制成本发明所述的超早强混凝土 B。
[0047]实施例3
[0048]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料530kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.052.5为424kg、玻璃粉为64kg、硅灰为42kg，骨料为1700kg，复合激发剂中氢氧化钠为1.59kg、三乙醇胺为0.21kg、聚羧酸减水剂为6.36kg，水胶比为0.24，骨料砂率为33%;
[0049]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0050](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌70s，得到胶凝材料混合物；
[0051](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌36s ；
[0052](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌130s,即制成本发明所述的超早强混凝土 C。
[0053]实施例4
[0054]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料550kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.042.5为417kg、玻璃粉为83kg、硅灰为50kg，骨料为1720kg，复合激发剂中氢氧化钠为2.2kg、三乙醇胺为0.28kg、聚羧酸减水剂为8.25kg，水胶比为
0.26，骨料砂率为34% ；
[0055]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0056](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌80s，得到胶凝材料混合物；
[0057](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌38s ；
[0058](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌140s,即制成本发明所述的超早强混凝土 D。
[0059]实施例5
[0060]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料600kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.042.5为428kg、玻璃粉为107kg、硅灰为65kg，骨料为1780kg，复合激发剂中氢氧化钠为3.0kg、三乙醇胺为0.36kg、聚羧酸减水剂为12.0kg，水胶比为
0.30，骨料砂率为35% ；
[0061]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0062](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌90s，得到胶凝材料混合物；
[0063](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌40s ；
[0064](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌150s,即制成本发明所述的超早强混凝土 E。
[0065]实施例6
[0066]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料598kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.052.5为460kg、玻璃粉为115kg、硅灰为23kg，骨料为1650kg，复合激发剂中氢氧化钠为2.99kg、三乙醇胺为0.29kg、聚羧酸减水剂为11.96kg，水胶比为
0.20，骨料砂率为35% ；
[0067]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0068](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌90s，得到胶凝材料混合物；
[0069](2)向所述步骤(I)中 搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌40s ；
[0070](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌150s,即制成本发明所述的超早强混凝土 F。
[0071]实施例7
[0072]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料470kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.052.5为360kg、玻璃粉为55kg、硅灰为55kg，骨料为1780kg，复合激发剂中氢氧化钠为0.47kg、三乙醇胺为0.1kg、聚羧酸减水剂为4.7kg，水胶比为0.30，骨料砂率为30% ；
[0073]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0074](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌60s，得到胶凝材料混合物；
[0075](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌40s ；
[0076](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌150s,即制成本发明所述的超早强混凝土 G。
[0077]实施例8
[0078]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料550kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.052.5为423kg、玻璃粉为85kg、硅灰为43kg，骨料为1720kg，复合激发剂中氢氧化钠为1.65kg、三乙醇胺为0.16kg、聚羧酸减水剂为8.27kg，水胶比为
0.25，骨料砂率为33% ；
[0079]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0080](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌90s，得到胶凝材料混合物；
[0081](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌35s ；[0082](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌140s,即制成本发明所述的超早强混凝土 H。
[0083]实施例9
[0084]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料500kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.042.5为400kg、玻璃粉为40kg、硅灰为60kg，骨料为1770kg，复合激发剂中氢氧化钠为1.0kg、三乙醇胺为0.2kg、聚羧酸减水剂为2.5kg，水胶比为0.3，骨料砂率为34% ；
[0085]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0086](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌90s，得到胶凝材料混合物；
[0087](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌40s ；
[0088](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌130s,即制成本发明所述的超早强混凝土 I。
[0089]实施例10
[0090]以每立方米超早强混凝土计，所述原料加入量分别为:胶凝材料500kg，其中凝胶材料中普通硅酸盐水泥P.052.5为400kg、玻璃粉为60kg、硅灰为40kg，骨料为1750kg，复合激发剂中氢氧化钠为2.0kg、三乙醇胺为0.25kg、减水剂为5.0kg，水胶比为0.25，骨料砂率为35% ；
[0091]本实施例中所述地聚合物混凝土的制备方法包括如下步骤:
[0092](I)将胶凝材料和氢氧化钠加入搅拌机中，搅拌90s，得到胶凝材料混合物；
[0093](2)向所述步骤(I)中搅拌均匀的胶凝材料混合物中加入特定量的骨料，搅拌40s ；
[0094](3)向所述步骤(2)中搅拌均匀的混合物中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌150s,即制成本发明所述的超早强混凝土 J。
[0095]需要说明的是，上述实施例中所采用的各原料无特殊说明的均为市售原料，具体所采用原料的厂家、性能如下:
[0096]P.042.5、P.052.5 均为市售:
[0097]所述玻璃粉的比表面积为450~550m2/kg，二氧化硅含量为90~100wt%，自制，其中制备方法为常规粉碎方法，即将普通玻璃或普通玻璃废弃物经混凝土领域常用的粉磨机粉磨后制得比表面积为450~550m2/kg的超细玻璃粉；
[0098]所述硅灰的表观密度为15000~27000kg/m3，平均粒径为0.1~0.3 μ m，所述硅灰中无定形SiO2含量为90~100wt%，市售；
[0099]述石子的粒径为5~25mm，市售；
[0100]所述砂子为天然河砂，粒径为I~5mm，细度模数为2.3~3.0，市售；
[0101 ] 所述聚羧酸减水剂的减水率为25~35%，市售。
[0102]性能测定评价例
[0103]取上述实施例1~10中制备得到的地聚合物混凝土 A至J进行10h、28d、56d抗压强度、塌落度性能测试，测试结果见表1。
[0104]所述塌落度、凝结时间、抗压强度性能测试方法及仪器分别严格按照GB/T-50080《普通混凝土拌合物性能试验方法》、GB/T-50081《普通混凝土力学性能试验方法》执行。
[0105]表1实施例1~10的测试结果:
[0106]
【权利要求】
1.一种超早强混凝土，其特征在于，包括如下原料: 胶凝材料，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰； 骨料，所述骨料包括石子和砂子； 复合添加剂，所述复合添加剂包括三乙醇胺、氢氧化钠、聚羧酸减水剂； 水。
2.根据权利要求1所述超早强混凝土，其特征在于，以每立方米超早强混凝土计，包括如下重量份数的原料: 胶凝材料为470-600kg，其中，所述胶凝材料中硅酸盐水泥、玻璃粉、硅灰的重量份数比为 100: (10 -25): (5 -15); 骨料为1650-1780kg，其中，所述骨料的砂率为30-35% ； 复合添加剂中，三乙醇胺占胶凝材料总重量的0.02-0.05wt%，氢氧化钠占胶凝材料总重量的0.1-0.5wt%、聚羧酸减水剂占胶凝材料总重量的0.5-2.0wt%; 水胶比为0.2-0.3。
3.根据权利要求1或2所述超早强混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为标号为P.042.5或P.052.5的普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1或2或3所述 超早强混凝土，其特征在于，所述玻璃粉的比表面积为450-550m2/kg，二氧化硅含量为90-100wt%。
5.根据权利要求1-4任一所述超早强混凝土，其特征在于，所述硅灰的表观密度为20000-28000m2/kg，平均粒径为0.1-0.3 μ m，所述硅灰中无定形S1O2含量为90-100wt%o
6.根据权利要求1-5任一所述超早强混凝土，其特征在于，所述石子的粒径为5-25mm0
7.根据权利要求1-6任一所述超早强混凝土，其特征在于，所述砂子为天然河砂，粒径为1-5mm，细度模数为2.3-3.0。
8.根据权利要求1-7任一所述超早强混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的减水率为25-35%。
9.权利要求1-8任一所述超早强混凝土的制备方法，包括如下步骤: (1)将胶凝材料和氢氧化钠搅拌均匀，得到混合物，其中所述胶凝材料包括水泥、玻璃粉和硅灰； (2)向上述步骤(1)中所述的混合物中加入石子和砂子，搅拌均匀； (3)向上述步骤(2)中搅拌均匀后的物料中依次加入三乙醇胺、减水剂和水，搅拌均匀，即制备得到超早强混凝土。
10.根据权利要求9所述超早强混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，搅拌时间是60-90s ;所述步骤(2)中，搅拌时间是30-40s ;所述步骤(4)中，搅拌时间是 120-150s。
【文档编号】C04B28/04GK103467040SQ201310395363
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】贾伟进, 聂法智, 孙占兴 申请人:北京新航建材集团有限公司