一种低收缩高性能混凝土的制作方法

文档序号:25543931发布日期:2021-06-18 20:41
一种低收缩高性能混凝土的制作方法

本发明属于建筑材料领域,涉及一种硅酸盐材料,具体涉及一种低收缩高性能混凝土。



背景技术:

随着国家交通事业的发展,桥梁在交通工程的比例逐渐增大。现浇梁结构由于受力明确、设计简单、施工容易、工期较短,在桥梁结构中得到了广泛应用。为了实现桥梁具有较高的承重能力,对混凝土的强度及耐久性提出了严格的要求。高性能混凝土由于具有工作性好、早期强度高、高韧性、高体积稳定性,高耐久性的特点,在现浇梁中具有广阔的应用前景。

但是目前高性能混凝土仍存在以下问题:高性能混凝土由于其在制备过程中用水量低、外加剂与材料适应性差等问题,将会导致混凝土粘度大、流动度经时损失大、不利于泵送;高性能混凝土胶凝材料用量大,导致早期水化速度快,自干燥程度高,自收缩大,极易引起现浇梁出现裂缝。由于高性能混凝土较低的水胶比及致密结构的特点,传统养护方法根本难以达到要求,因为外部水分很难进入混凝土内部,对收缩开裂抑制效果较低。采用内养护的方法能较大程度降低高性能混凝土早期开裂问题。采用超吸水树脂进行内养护可以明显降低混凝土的自收缩,但是超吸水树脂的密度较低,搅拌过程容易发生团聚,影响其在水泥基材料中均匀分布及养护效果,不利于泵送,释水之后会在混凝形成孔洞,降低强度。这些缺点都限制高性能混凝土在土木工程中的广泛应用。针对以上高性能混凝土存在的问题,亟需提供一种低收缩高性能混凝土,使混凝土保有良好的工作性能、稳定泵送性能及长期力学性能,同时能降低自收缩,抑制现浇梁早期开裂。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种低收缩高性能混凝土,所述高性能混凝土具有良好的工作性能、稳定泵送性能及长期力学性能,同时降低自收缩,抑制现浇梁及其他桥梁早期开裂。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种低收缩高性能混凝土,各组分及其含量包括:p·o52.5普通硅酸盐水泥400-500份,生物质焚烧灰30-50份,粘度改性矿物外加剂25-50份,细度模数2.8,1mm-5mm连续级配河砂500-650份,陶砂60-150份,5mm-20mm连续级配碎石1000-1150份,超分散高适应型减水剂3.0-6.5份,超保坍降粘型保坍剂1.0-2.5份,稳定泵送剂0.5-1.0份,水145-170份。

进一步的,所述生物质焚烧灰sio2含量≥80%,吸水率≥10%,比表面积≥40000m2/kg。

进一步的,所述生物质焚烧灰由稻壳灰、竹叶灰、玉米芯灰、秸秆灰、象草灰中的任意一种或几种组成。

进一步的,所述粘度改性矿物外加剂由粉煤灰微珠及矿渣微粉组成。

进一步的,所述粉煤灰微珠需水量比≤95%,28天强度活性指数≥80%。

进一步的,所述矿渣微粉含水率≤0.08%,28d强度活性指数≥100%。

进一步的,所述陶砂粒度范围为1mm-5mm,筒压强度≥8mpa,饱和面干吸水率≥9%。

进一步的,所述超分散高适应型减水剂由减水剂j1与减水剂j2按比例1:1-1:5配制而成。

减水剂j1由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温控设备的5l高压反应釜中加入16.80份苯酚醇头和0.8质量比为1:2.3的三氟化硼和四氢铝锂0.8份,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.09mpa,然后升温至125℃开始真空脱水1h,之后继续通入氮气置换,并测氧含量,待氧含量合格后,停止通入氮气,降温至115℃开始连续通入61.0份环氧乙烷和242.1份环氧丙烷,控制压力小于0.4mpa,通完后于120℃保温1.8h老化至负压,降温出料,得到粗聚醚;

(2):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至45℃,再保温0.5小时;将6.7份质量比为2:1过硫酸铵和偶氮二异丁腈、3.2份质量比为2:1.3的巯基乙酸和巯基乙醇和水配制成a液;将5.6份质量比为1:1.2的抗坏血酸和甲醛合次硫酸氢钠、33.0份丙烯酸和0.7份苯酚醇头配制成b液;用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加2小时,b液滴加1.5小时,制得聚醚类分散剂;再将7.3份质量比为1.3:1的碳酸氢钠和三异丙醇胺加入制得的减水剂中并补水至总质量为1000,得到所需的聚醚类分减水剂溶液,即为减水剂j1;

减水剂j2由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温度控制设备的高压反应釜中加入99.22份2-甲氧基-6-烯丙基苯酚和1.2份氢氧化钠,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098mpa,然后升温至120℃开始真空脱水1.5h,之后继续通入氮气置换,并测氧含量,待氧含量合格后,停止通入氮气,降温至115℃;开始向反应釜通入环状单体,向反应釜中通入83.91份环氧乙烷和55.42份环氧丙烷,控制压力小于0.4mpa,通完后于125-140℃保温老化至负压,降温出料,得到粗聚醚;

(2):将粗聚醚置于反应釜中,氮气负压置换3次,升温至125℃搅拌1.7h,降温至90℃,后加入蒸馏水搅拌1h,边抽真空边升温至120℃,降温出料,得到成品聚醚;

(3):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至45℃;将5.9份质量比为1:1的连二亚硫酸钠和焦亚硫酸钠的组合物、9.2份质量比为2:3的过硫酸铵和过氧化苯甲酰的组合物、4.3份质量比为1:3的巯基乙酸和巯基乙醇的组合物及水配制成a液;将158.37份乙烯基磺酸、1.0份2-甲氧基-6-烯丙基苯酚及水配制成b液;用滴加泵分别将a液、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加1.1小时,b液滴加1.7小时;滴加完a、b液后保温1小时制得聚醚类减水剂;

(4):将7.8份氢氧化钾加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000,得到所需的聚醚类减水剂溶液,即为减水剂j2。

进一步地,所述超保坍降粘型保坍剂由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温度控制设备的高压反应釜中加入18份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇和0.8份四氢铝锂,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.15mpa,然后升温至130℃开始真空脱水1h,接着向反应釜通入环氧丙烷305份,控制压力小于0.5mpa,通完后于140℃保温老化至负压,降温出料,得到2000左右分子量聚醚单体。

(2):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至55℃;将3.4份过硫酸铵和水配制成a液;将46.0份丙烯酸二乙酯、2份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇、4.6份亚硫酸氢钠、1.2份质量比为1:4.2的巯基丙酸和巯基乙酸及水配制成b液;用滴加泵分别将a液、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加3小时,b液滴加2.5小时;滴加完a、b液后保温1小时,得到聚醚类保坍剂,将12.4份氢氧化钠加入制得的聚醚类保坍剂中并补水至总质量为1000,即得所述超保坍降粘型保坍剂。

进一步地,所述混凝土稳定泵送剂为泵送剂w1与泵送剂w2按比例1:1-3:1配制而成。

泵送剂w1由以下步骤制备而成:

(1):在高压反应釜中加入25份环己基-1,4-二甲醇单乙烯基醚,加入0.10份四氢铝锂,然后于搅拌下,进行氮气置换4次,开启加热,升温至110℃左右,之后开始缓慢向反应器内通入80份环氧乙烷进行诱导反应,诱导过程中逐渐升温至100-115℃左右,并维持恒温120℃,维持压力相对恒定在0.25mpa,并保温约2小时,待反应器压力不再下降时,再次加入0.12份氢氧化钾,缓慢向容器中通入240份环氧乙烷和13份二氟甲磺酸进行诱导反应,维持温度在125℃,待反应容器内压力不再降低时,将温度降至80℃,抽真空脱气后,出料,得到分子量为400-600左右的不饱和中间体;

(2):将步骤(1)制备的不饱和中间体与350份的去离子水加入四口烧瓶中做底料,将30份丙烯酸加120份去离子水做a料,将1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸、4.5份次亚磷酸钠及50份去离子水配成b料,将1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料;水浴锅升温至35℃后,将装入底料的四口烧瓶置于水浴锅内,一次性往四口烧瓶内加入1/3c料后匀速滴加a料与b料,a料滴加3小时,b料滴加3小时10分钟,待反应进行到1.2小时后,用稀硫酸调节反应釜内ph为5,然后一次性加入剩余c料,a料、b料滴加完毕后,加碱中和后,补水至总质量为1000份,之后熟化1小时自然冷却至室温,合成质量分数为40%左右的分散剂溶液,即为泵送剂w1。

泵送剂w2由以下材料制备而成:

(1):在高压反应釜中加入25份聚1,2丙二醇,加入0.10份四氢铝锂,然后于搅拌下,进行氮气置换4次,开启加热,升温至120℃左右,之后开始缓慢向反应器内通入80份环氧丙烷进行诱导反应,诱导过程中逐渐升温至110-150℃左右,并维持恒温130℃,维持压力相对恒定在0.25mpa,并保温约2小时,待反应器压力不再下降时,再次加入0.12份氢氧化钾,缓慢向容器中通入240份环氧丙烷与15份2-丙烷磺酸钠进行诱导反应,维持温度在135℃,待反应容器内压力不再降低时,将温度降至110℃,抽真空脱气后,出料,得到分子量为400-600左右的不饱和中间体;

(2):将步骤(1)制备的不饱和中间体与220份的去离子水加入四口烧瓶中做底料,将50份丙烯酸加120份去离子水做a料,将1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸、4.5份次亚磷酸钠及50份去离子水配成b料,将1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料;水浴锅升温至35℃后,将装入底料的四口烧瓶置于水浴锅内,一次性往四口烧瓶内加入1/3c料后匀速滴加a料与b料,a料滴加3小时,b料滴加3小时10分钟,待反应进行到1.2小时后,用稀硫酸调节反应釜内ph为5,然后一次性加入剩余c料,a料、b料滴加完毕后,加碱中和后,补水至总质量为1000份,之后熟化1小时自然冷却至室温,合成质量分数为40%左右的聚合物溶液,即为泵送剂w2。

本发明还提供一种低收缩高性能混凝土制备方法,包括以下步骤:

步骤1、将水泥400-500份、生物质焚烧灰30-50份、粘度改性矿物外加剂25-50份、河砂500-650份、陶砂60-150份、碎石1000-1150份、超分散高适应型减水剂3.0-6.5份、超保坍降粘型保坍剂1.0-2.5份、稳定泵送剂0.5-1.0份和水145-170份均匀混合,制得混泥土拌合物;

步骤2、将步骤1中制得的混凝土拌合物浇筑到模具中成型;

步骤3、将混凝土养护至一定龄期,得到低收缩高性能混凝土。

与现有技术相比,本发明的有益效果为:

1)本发明利用改性矿物外加剂的粘度改性效果,结合化学外加剂超分散高适应及超保坍降粘特性,改善高性能混凝土的工作性能,降低流动度经时损失,提高适应性及泵送性能,降低施工难度,同时提高高性能混凝土的力学性能及体积稳定性。

2)本发明采用生物质焚烧灰取代硅灰,陶砂取代部分河砂制备高性能混凝土,一方面能降低混凝土的自重及成本,另一方面利用两种内养护材料在不同湿度环境下的释水机制,调控高性能混凝土内部相对湿度,降低自收缩,减少界面裂缝。同时,两种内养护材料的协同作用使周围浆体水化更为充分,增加界面过渡区的强度,改善混凝土的力学性能。

3)本发明制备的高性能混凝土流动度可达550mm以上,抗压强度等级可达c55以上,7d内部相对湿度提高10%,自收缩降低70%以上,具有良好的工作性能、力学性能及抑制收缩开裂能力,同时降低成本,提供施工效率。

附图说明

图1对比例1混凝土试样sem图。

图2对比例2混凝土试样sem图。

图3实施例1混凝土试样sem图。

具体实施方式

下面,申请人将结合具体实施例对本发明的技术方案和有益效果做进一步的详细说明,但应理解,以下实施例不应在任何程度上被理解为对本申请权利要求书所请求保护范围的限制。

以下实施例中,水泥采用华新p·o52.5普通硅酸盐水泥;生物质焚烧灰由实验室制备,sio2含量为85%,吸水率为12%,平均粒径为8μm,比表面积为48000m2/kg;粉煤灰微珠由湖北阳逻电厂提供,需水量比为88%,28天活性指数为85%;矿渣微粉由武汉华神智能科技有限公司提供,含水率为0.06%,28天活性指数为108%;细度模数2.8,1mm-5mm连续级配河砂;陶砂由宜昌宝珠陶粒开发有限公司提供,桶压强度为9mpa,饱和面干吸水率为10%;5mm-20mm连续级配碎石;超分散高适应型减水剂由减水剂j1与减水剂j2按比例1:1-1:5配制而成;超保坍降粘型保坍剂;稳定泵送剂为泵送剂w1与泵送剂w2按比例1:1-3:1配制而成。

减水剂j1由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温控设备的5l高压反应釜中加入16.80份苯酚醇头和0.8质量比为1:2.3的三氟化硼和四氢铝锂0.8份,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.09mpa,然后升温至125℃开始真空脱水1h,之后继续通入氮气置换,并测氧含量,待氧含量合格后,停止通入氮气,降温至115℃开始连续通入61.0份环氧乙烷和242.1份环氧丙烷,控制压力小于0.4mpa,通完后于120℃保温1.8h老化至负压,降温出料,得到粗聚醚;

(2):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至45℃,再保温0.5小时;将6.7份质量比为2:1过硫酸铵和偶氮二异丁腈、3.2份质量比为2:1.3的巯基乙酸和巯基乙醇和水配制成a液;将5.6份质量比为1:1.2的抗坏血酸和甲醛合次硫酸氢钠、33.0份丙烯酸和0.7份苯酚醇头配制成b液;用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加2小时,b液滴加1.5小时,制得聚醚类分散剂;再将7.3份质量比为1.3:1的碳酸氢钠和三异丙醇胺加入制得的减水剂中并补水至总质量为1000,得到所需的聚醚类分减水剂溶液,即为减水剂j1;

减水剂j2由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温度控制设备的高压反应釜中加入99.22份2-甲氧基-6-烯丙基苯酚和1.2份氢氧化钠,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098mpa,然后升温至120℃开始真空脱水1.5h,之后继续通入氮气置换,并测氧含量,待氧含量合格后,停止通入氮气,降温至115℃;开始向反应釜通入环状单体,向反应釜中通入83.91份环氧乙烷和55.42份环氧丙烷,控制压力小于0.4mpa,通完后于125-140℃保温老化至负压,降温出料,得到粗聚醚;

(2):将粗聚醚置于反应釜中,氮气负压置换3次,升温至125℃搅拌1.7h,降温至90℃,后加入蒸馏水搅拌1h,边抽真空边升温至120℃,降温出料,得到成品聚醚;

(3):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至45℃;将5.9份质量比为1:1的连二亚硫酸钠和焦亚硫酸钠的组合物、9.2份质量比为2:3的过硫酸铵和过氧化苯甲酰的组合物、4.3份质量比为1:3的巯基乙酸和巯基乙醇的组合物及水配制成a液;将158.37份乙烯基磺酸、1.0份2-甲氧基-6-烯丙基苯酚及水配制成b液;用滴加泵分别将a液、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加1.1小时,b液滴加1.7小时;滴加完a、b液后保温1小时制得聚醚类减水剂;

(4):将7.8份氢氧化钾加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000,得到所需的聚醚类减水剂溶液,即为减水剂j2。

所述超保坍降粘型保坍剂由以下步骤制备而成:

(1):在装有搅拌器、温度控制设备的高压反应釜中加入18份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇和0.8份四氢铝锂,氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.15mpa,然后升温至130℃开始真空脱水1h,接着向反应釜通入环氧丙烷305份,控制压力小于0.5mpa,通完后于140℃保温老化至负压,降温出料,得到2000左右分子量聚醚单体。

(2):将制得的成品聚醚加入反应釜中,采用水浴加热升温至55℃;将3.4份过硫酸铵和水配制成a液;将46.0份丙烯酸二乙酯、2份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇、4.6份亚硫酸氢钠、1.2份质量比为1:4.2的巯基丙酸和巯基乙酸及水配制成b液;用滴加泵分别将a液、b液滴加至反应釜中,其中a液滴加3小时,b液滴加2.5小时;滴加完a、b液后保温1小时,得到聚醚类保坍剂,将12.4份氢氧化钠加入制得的聚醚类保坍剂中并补水至总质量为1000,即得所述超保坍降粘型保坍剂。

泵送剂w1由以下步骤制备而成:

(1):在高压反应釜中加入25份环己基-1,4-二甲醇单乙烯基醚,加入0.10份四氢铝锂,然后于搅拌下,进行氮气置换4次,开启加热,升温至110℃左右,之后开始缓慢向反应器内通入80份环氧乙烷进行诱导反应,诱导过程中逐渐升温至100-115℃左右,并维持恒温120℃,维持压力相对恒定在0.25mpa,并保温约2小时,待反应器压力不再下降时,再次加入0.12份氢氧化钾,缓慢向容器中通入240份环氧乙烷和13份二氟甲磺酸进行诱导反应,维持温度在125℃,待反应容器内压力不再降低时,将温度降至80℃,抽真空脱气后,出料,得到分子量为400-600左右的不饱和中间体;

(2):将步骤(1)制备的不饱和中间体与350份的去离子水加入四口烧瓶中做底料,将30份丙烯酸加120份去离子水做a料,将1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸、4.5份次亚磷酸钠及50份去离子水配成b料,将1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料;水浴锅升温至35℃后,将装入底料的四口烧瓶置于水浴锅内,一次性往四口烧瓶内加入1/3c料后匀速滴加a料与b料,a料滴加3小时,b料滴加3小时10分钟,待反应进行到1.2小时后,用稀硫酸调节反应釜内ph为5,然后一次性加入剩余c料,a料、b料滴加完毕后,加碱中和后,补水至总质量为1000份,之后熟化1小时自然冷却至室温,合成质量分数为40%左右的分散剂溶液,即为泵送剂w1。

泵送剂w2由以下材料制备而成:

(1):在高压反应釜中加入25份聚1,2丙二醇,加入0.10份四氢铝锂,然后于搅拌下,进行氮气置换4次,开启加热,升温至120℃左右,之后开始缓慢向反应器内通入80份环氧丙烷进行诱导反应,诱导过程中逐渐升温至110-150℃左右,并维持恒温130℃,维持压力相对恒定在0.25mpa,并保温约2小时,待反应器压力不再下降时,再次加入0.12份氢氧化钾,缓慢向容器中通入240份环氧丙烷与15份2-丙烷磺酸钠进行诱导反应,维持温度在135℃,待反应容器内压力不再降低时,将温度降至110℃,抽真空脱气后,出料,得到分子量为400-600左右的不饱和中间体;

(2):将步骤(1)制备的不饱和中间体与220份的去离子水加入四口烧瓶中做底料,将50份丙烯酸加120份去离子水做a料,将1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸、4.5份次亚磷酸钠及50份去离子水配成b料,将1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料;水浴锅升温至35℃后,将装入底料的四口烧瓶置于水浴锅内,一次性往四口烧瓶内加入1/3c料后匀速滴加a料与b料,a料滴加3小时,b料滴加3小时10分钟,待反应进行到1.2小时后,用稀硫酸调节反应釜内ph为5,然后一次性加入剩余c料,a料、b料滴加完毕后,加碱中和后,补水至总质量为1000份,之后熟化1小时自然冷却至室温,合成质量分数为40%左右的聚合物溶液,即为泵送剂w2。

实施例1-6

一种低收缩高性能混凝土,其配合比见表1。其中,实施例1中生物质焚烧灰由稻壳灰与竹叶灰按1:1混合制备;实施例2中生物质焚烧灰由稻壳灰与玉米芯灰按2:1混合制备;实施例3中生物质焚烧灰由稻壳灰与秸秆灰按3:1混合制备;实施例4中生物质焚烧灰由稻壳灰与象草灰按1:1混合制备;实施例5中生物质焚烧灰由竹叶灰与象草灰按2:1混合制备;实施例6中生物质焚烧灰由稻壳灰、秸秆灰及象草灰按2:1:1混合制备。水泥均采用p·o52.5普通硅酸盐水泥。

表1实施例1-6所述低收缩高性能混凝土配合比(份)

对比例1,减水剂采用巴斯夫415,保坍剂采用巴斯夫416,其他材料与实施例1相同。

对比例2,生物质焚烧灰替换为硅灰,其他材料与实施例1相同。

将实施例1-6与对比例1-2的工作性能、力学性能、自收缩及抗裂性能进行对比,结果见表2。

表2实施例1-6及对比例1-2所得高性能混凝土性能测试结果

从表2可以看出,本发明所制备的低收缩高性能混凝土具有良好的工作性能(塌落度/扩展度),保坍性能好(1小时流动度经时损失小),抗压强度等级达到c55以上,早期自收缩减少60%以上,混凝土具有良好的抗裂性能(抗裂等级)。

将对比例1、2水化28d的混凝土试样与实施例1的样品进行sem检测,观察其表观形貌,结果如图1至图3所示。显而易见,实施例1中水化产物结构相对致密,无裂纹产生,这是因为化学外加剂超分散高适应及超保坍降粘特性,能够改善高性能混凝土的工作性能,实现内部结构紧密堆积,同时生物质焚烧灰与陶砂的协同内养护作用,调控高性能混凝土的内部相对湿度,降低早期自收缩,减少混凝土表面裂缝。因此,本发明制备的低收缩高性能混凝土在应用于现浇梁等土木工程,可提高其施工效率,有效降低收缩开裂的风险,并降低成本,具有重要的经济与环境效益。

以上实施方式仅用于说明本发明,而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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