一种早龄期高保湿混凝土的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种早龄期高保湿混凝土的制备方法，属建筑材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 高性能混凝土是上世纪八九十年代由一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计 而提出的一种现代混凝土，它以结构耐久性为首要设计目标，具有高强度、较好的施工性 能，以及尚耐久等诸多优点。
[0003] 为了获得较高强度、较致密结构和较好工作性能，高性能混凝土在材料方面具有 以下特点：胶凝材料用量较高，大量使用矿物掺合料(粉煤灰、矿渣或硅灰）和高效减水剂。 美国著名学者Powers指出，娃酸盐水泥水化的理论水灰比应不低于0. 42。但是，高效减水 剂和活性矿物掺合料的使用，使得高性能混凝土的实际水灰比常常低于〇. 27及以下，导致 混凝土中用水量不足。由于混凝土中无充足水分供水泥完全水化，内部毛细孔中水分大量 蒸发，内部相对湿度下降，毛细孔收缩，在3d以前出现所谓"自干燥"现象。因内部相对湿 度下降产生的"自干燥"，轻则导致高性能混凝土内部出现大量微裂缝，重则导致高性能混 凝土出现贯穿性宏观裂缝。裂缝为环境侵蚀性介质侵入高性能混凝土提供了通道，成为混 凝土劣化的隐患，长期发展必然引起混凝土工程结构的耐久性失效。因此，从内部相对湿度 出发控制混凝土早期裂缝的产生和发展，是真正意义上实现混凝土高性能化的重要出路。
[0004] 相对于因设计原因使内部湿度下降导致高性能混凝土早期开裂而言，因外部环境 如风速、温度、湿度等剧烈变化导致混凝土早期塑性开裂也极为常见。研宄表明，当环境温 度、环境相对湿度相同时，风速每增加 l〇km/h，水分蒸发速率就增加一倍；当环境温度、风 速相同时，环境相对湿度每降低一半，水分蒸发速率也增加一倍。在我国西北部分极端干旱 地区，年平均环境相对湿度低于10%和年平均风速大于62km/h (八级以上）的天数在150d 以上；在南方地区，夏季气温常在38°C以上。在低环境相对湿度、高风速和高温等恶劣环境 条件下，混凝土浇筑后在塑性状态下（2~6h)即开裂。其主要原因在于外部环境湿度控制不 严，即当混凝土表面向空气失水速率大于混凝土内部向表面供水速率后，外部环境无法提 供足够水分，维持表面充分湿润，出现浆体表面收缩开裂。可见，对于普通混凝土而言，维持 内部湿润何维持外部湿润具有同等重要性。
[0005] 混凝土总体水分不足或水分过早过多散失是混凝土早期开裂的主要原因，因此通 过补充水分控制水分散失、维持相对较高的内部和外部湿度非常关键。专利一《混凝土养 护装置和塔机》（CN201410544880. 9)采用搭载多喷头输送管道装置的塔机来养护混凝土， 通过喷头定期洒水喷雾的方法维持混凝土表面湿润，其类似于喷水、洒水养护。该养护方 法可以实现对大面积平面结构的定期表面养护。但是，它仍属传统表面养护，无法对混凝 土内部进行养护，不适于低水胶比且密实度相对较高的高性能混凝土。需配备专用塔机， 且塔机需现场安装，使用场合受到严格限制，且对非平面结构无法有效养护。专利二《水 基液膜型混凝土养护剂》（CN02111497. 8)采用成膜拦阻的方法实现混凝土表面养护，原理 是在新浇筑混凝土表面喷涂一层液态成膜养护剂，其喷涂后在混凝土表面逐渐形成一层不 透水的密封膜，由于膜的拦阻作用，表面水分无法散失到空气中，得以保留在混凝土表面， 从而达到控制表面湿润的目的。该法类似于覆盖(包裹）塑料薄膜养护或浸水养护，优点不 受施工场地和构件形状限制，可最大限度保持混凝土表面湿润。但存在养护剂成本高、脱 膜不彻底影响建筑外观等问题。专利三《一种混凝土用智能减缩剂及其制备方法和用途》 (CN200810197062. 0)采用减缩剂改善混凝土收缩。该法是在混凝土中添加一种表面活性物 质，当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时，因减缩剂的存在使 得毛细管张力下降，使得混凝土的宏观收缩值降低，通过减少混凝土的收缩来控制混凝土 内部湿度。但其存在成本高、降低强度、与相容性差等问题。通过对已有方法和专利的优点 及缺点进行比较，发现及时、合理地补充水泥石内部的水分，增加混凝土内部相对湿度的方 法可能是解决这一问题的根本出路。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种早龄期（7天内）高保湿混凝土的制备方法，通过在搅拌 过程中向混凝土中加入一种经预先吸水的凝胶，利用均匀分布的吸水凝胶在适当条件下不 间断地释水，从内部对混凝土提供水分，从而维持混凝土早期较高的内部相对湿度，这种内 养护作用可以抑制混凝土早期开裂。
[0007] 为实现上述目的，本发明创造性使用了一种高吸水率为、高保水率、可控释水的凝 胶状淀粉接枝共聚物材料，并对凝胶状材料在加入混凝土之前进行了细碎化处理，并采用 了液体状而非传统的粉末状掺入方法，在抑制早期开裂的同时最大限度地降低对硬化混凝 土浆体结构的不利影响。
[0008] 具体步骤为： (1)高保湿混凝土由水泥、粉煤灰、矿粉、凝胶液、水、减水剂、膨胀剂、河砂和碎石 九种组分组成，各组分质量百分比分别为：水泥8. 5%~17. 5%、粉煤灰1. 5%~4. 0%、矿粉 L 5%~4· 0%、凝胶液 0· 5%~1· 5%、水 5. 0%~8· 0%、减水剂 0· 1%~0· 5%、膨胀剂 0· 5%~2· 5%、河砂 30. 0%~35. 0%、碎石40%~55%，各组分质量百分比之和为100%。
[0009] (2)凝胶液由凝胶与水按1:14比例配制，为控制凝胶在新拌和硬化后高保湿混 凝土中大小，凝胶配制前采用带剪切装置叶片搅拌5~10分钟形成微凝胶，微凝胶饱和吸水 36~48小时后形成凝胶液。
[0010] (3)按步骤（1)原料配比将碎石、河砂加入搅拌机，干拌10~15秒；接着将水泥、矿 粉、粉煤灰、膨胀剂加入搅拌机，继续干拌1〇~15秒；随后将减水剂、水和步骤（2)所得凝胶 液加入搅拌机，湿拌3~5分钟得到拌合物；拌合物经浇筑成型、振捣、养护，7天后即得高保 湿混凝土。凝胶以水溶液而非烘干后粉末形式掺入，可以保证微凝胶在混凝土中充分分散， 进而达到整体内部养护保湿之目的。
[0011] 所述水泥为P. 042. 5水泥。
[0012] 所述粉煤灰为II级粉煤灰，比表面积320~480m2/kg。
[0013] 所述矿粉为 S95 级，390~480m2/kg。
[0014] 所述减水剂为醚类聚羧酸减水剂，减水率20%~25%。
[0015] 所述膨胀剂主要成分为硫铝酸钙。
[0016] 所述河砂为中砂，细度模数2. 6~2. 8。
[0017] 所述碎石为5~31. 5mm连续级配。
[0018] 所述凝胶为淀粉接枝丙烯酰胺类共聚物，吸去离子水能力180~280倍，保水率 80%~95%，负压释水率 75%~82%。
[0019] 表1为加入和不加入凝胶液混凝土从成型到第七天内部相对湿度变化情况，试件 尺寸为 100 X 100 X 515mm。
[0020] 表1:加入和不加入凝胶液混凝土内部相对湿度对比
[0021] 可见，相比于一般混凝土，早龄期高保湿混凝土中心位置内部相对湿度开始下降 时间延迟了 2~3天，且7天时仍能维持90%以上，从而确保混凝土度过开裂危险期。充分证 明，使用少量高吸水凝胶就可显著增加混凝土内部相对湿度。另外，因用量少、颗粒小，残留 亦少，释水后对硬化混凝土孔结构影响很小。虽然混凝土孔隙率增加了 2°/p4%，但平均孔径 却下降了 5~6nm。使混凝土不仅具有较高早龄期相对湿度，还具有大量封闭微孔，所加吸水 凝胶的微孔化作用改善了混凝土的抗冻性。
[0022] 吸水凝胶维持较高内部湿度的机理在于，凝胶本身为淀粉接枝共聚