本发明涉及混凝土技术领域，且特别涉及一种早强型自密实混凝土及其制备方法。
背景技术：
近年来我国城乡桥梁、交通设施等迅猛发展，装配式施工因其具有减少现场污染，加快施工进度，施工方便简单等优点逐渐被应用到桥梁工程中。预制桥墩因其钢筋密实，高度落差较大，不易振捣等特点需要采用自密实混凝土进行浇筑施工。而且为了保证桥墩美观，多数预制桥墩构件要求表观性能达到清水混凝土的标准。为加快施工进度，保证预制构件的多季节施工，尤其是满足冬季施工要求，部分预制桥墩需要具有早强性能。如何配制表观性能优异，工作性能良好，早期强度满足施工要求，符合国家绿色环保政策导向的早强型自密实清水混凝土成为当今混凝土行业研究热点。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种早强型自密实混凝土，旨在保证早期强度的前提下，避免水化热集中问题。
本发明的另一目的在于提供一种早强型自密实混凝土的制备方法，其通过改进混凝土的配方，经过简便的制备过程得到早期强度好的混凝土，并有效减少水热化问题。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200-340份、水泥190-320份、粗骨料700-1000份、砂800-1100份、水100-200份、活化组分1.5-6份和减水剂10-23份；
其中，复合掺合料包括粉煤灰和矿粉，活化组分包括硅酸盐、硫酸盐和亚硝酸盐。
本发明还提出一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述早强型自密实混凝土的配方为原料，包括以下步骤：
将复合掺合料、水泥、粗骨料、砂、水、活化组分和减水剂混合均匀；
优选地，将粗骨料、复合掺合料和水泥混匀得到第一混合物，然后将第一混合物与砂、水、活化组分和减水剂混合均匀。
本发明实施例提供一种早强型自密实混凝土的有益效果是：通过改进混凝土的配方，利用复合掺合料中的各种矿物掺合料之间级配互补，强度增强的作用大量减少水泥用量，避免普通早强型自密实混凝土大量使用水泥引起的水化热集中问题，减少自密实混凝土裂缝。
本发明还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，其应用上述改进的混凝土配方通过简单混合过程制备混凝土产品，方法简便易行，制备得到的混凝土具有早强性能好、能够避免水化热集中的优点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的早强型自密实混凝土及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200-340份、水泥190-320份、粗骨料700-1000份、砂800-1100份、水100-200份、活化组分1.5-6份和减水剂10-23份；其中，复合掺合料包括粉煤灰和矿粉，活化组分包括硅酸盐、硫酸盐和亚硝酸盐。
需要说明的是，通过改进混凝土的配方，利用复合掺合料中的各种矿物掺合料之间级配互补，强度增强的作用大量减少水泥用量，避免普通早强型自密实混凝土大量使用水泥引起的水化热集中问题，减少清水混凝土裂缝。
需要指出的是，混凝土配方中的各组分用量需要严格控制，如复合掺合料、活化组分以及水泥用量的控制都直接影响到产品早强性能，活性组分能够激发矿物掺合料的潜在活性，提高混凝土早期强度同时避免后期强度倒缩。发明人发现，混凝土配方中各组分的用量控制在上述范围内能够在水泥用量较少的情况下仍保证很好的早期强度，并同时由于水泥用量的减少避免了水泥引起的水化热集中问题。
为了获得更优异的早强性能和混凝土的综合性能，发明人进一步对混凝土的配方进行了优化。早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200-290份、水泥220-300份、粗骨料750-950份、砂850-1050份、水125-170份、活化组分2-5份和减水剂12-18份。各组分的用量控制在上述范围内能够使最终得到的混凝土产品的早期强度更高，适合于推广应用。
进一步地，复合掺合料还包括硅灰，硅灰的加入能够进一步提升混凝土的强度。优选地，按重量份数计，复合掺合料包括粉煤灰80-130份、矿粉100-180份和硅灰20-30份；更优选地，复合掺合料包括粉煤灰80-130份、矿粉100-135份和硅灰20-25份。发明人发现，复合掺合料中各组分控制在上述范围内，配合水泥、活性组分等原料的用量能够使最终得到的混凝土具备很好的早期强度。
在一些实施例中，活化组分还包括纤维素醚。纤维素醚能够在较低胶凝材料用量时保证能够混凝土和易性。
优选地，活化组分包括硅酸盐0.5-2.0份、硫酸盐0.4-1.8份、亚硝酸盐0.4-1.5份和纤维素醚0.2-0.7份。活性组分的用量也会直接关系最终混凝土的强度，其通过激发矿物掺合料的潜在活性来影响最终得到混凝土的强度，采用以上几种活性组分能够更有效地激发矿物掺合料的潜在活性。
在其他实施例中，活性组分中还可以加入氢氧化钠、硫代硫酸钠和三乙醇胺等。此外，硅酸盐可以为硅酸钠、硅酸钾等常见硅酸盐，硫酸盐可以为硫酸钠、硫酸钾等常见硫酸盐，亚硝酸盐可以为亚硝酸钠、亚硝酸钾等常用亚硝酸盐。
水泥是混凝土的重要原料，一般而言早强型自密实混凝土的水泥用量很大，这直接会引起水化热集中问题。本发明实施例中的水泥的28d强度(混凝土的养护龄期为28天时的强度)控制在48.3-53.0mpa为宜，有利于最终保证混凝土的早期强度。
砂为混凝土的常用原料，可以为一般的精品砂，在一些实施例中可以采用尾矿砂，优选地，尾矿砂的细度模数为2.3-2.9，含泥量小于2％。尾矿砂为废弃资源，以尾矿砂为原料有利于解决优质骨料资源短缺的问题，也能够解决固体废弃物堆放污染问题，同时能够降低企业生产成本。
粗骨料可以为一般的碎石和卵石等，粗骨料的粒径控制在5-20mm为宜，吸水率小于2％为宜，针片状颗粒含量≤5％，压碎指标≤7％，采用粒径适宜吸水率较少的粗骨料有利于提升制备得到混凝土的均匀性并保持稳定的强度。
具体地，粉煤灰可以采用二级粉煤灰，粉煤灰的细度为控制在16-20％为宜，矿粉可以采用s95级矿粉，比表面积控制在为450-580m2/kg为宜，硅灰比表面积控制在18000-21000m2/kg为宜。
优选地，早强型自密实混凝土的原料还包括浆水10-30份，优选为15-25份。浆水为搅拌站清洗搅拌车通过收集、沉淀、均化处理得到的再生水，优选的浆水固体浓度为1.0％～1.2％，更优选的为1.0％～1.1％。浆水的加入能够进一步改善混凝土的综合性能。
具体地，减水剂为聚羧酸减水剂，优选地，聚羧酸减水剂的减水率在28％以上。在其他实施例中减水剂也可以采用其他类型，采用聚羧酸减水剂分散效果更佳，有利于获得综合性能更加优异的混凝土产品。
本发明实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述早强型自密实混凝土的配方为原料，包括：将复合掺合料、水泥、粗骨料、砂、水、活化组分和减水剂混合均匀。制备方法简便易行，通过将配方中各组分进行混合即可，一般混合时间较短在1min左右。
为提高产品混合的均匀性，在一些实施例中可以分两次进行混合。将粗骨料、复合掺合料和水泥混匀得到第一混合物，然后将第一混合物与砂、水、活化组分和减水剂混合均匀。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200份、水泥190份、粗骨料700份、尾矿砂800份、水100份、活化组分3份和聚羧酸减水剂10份(减水率在30％左右)。其中，复合掺合料包括粉煤灰110份和矿粉90份，粗骨料为碎石，活化组分包括硅酸钠1.5份、硫酸钠1份和亚硝酸钠0.5份。粉煤灰的细度约为16％，矿粉比表面积约为450m2/kg，硅灰比表面积18000m2/kg；尾矿砂的细度模数约为2，含泥量小于2％；粗骨料的粒径约为5mm，吸水率小于2％；水泥的28d强度约为50mpa。
本实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述配方为原料，具体包括：将粗骨料、复合掺合料和水泥混匀得到第一混合物，然后将第一混合物与尾矿砂、水、活化组分和聚羧酸减水剂混合均匀。
实施例2
本实施例提供一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200份、水泥190份、粗骨料700份、尾矿砂800份、水100份、活化组分3份和聚羧酸减水剂10份(减水率在30％左右)。其中，复合掺合料包括粉煤灰80份、矿粉100份和硅灰20，粗骨料为碎石，活化组分包括硅酸钠1.5份、硫酸钠1份和亚硝酸钠0.5份。粉煤灰的细度约为16％，矿粉比表面积约为450m2/kg，硅灰比表面积18000m2/kg；尾矿砂的细度模数约为2，含泥量小于2％；粗骨料的粒径约为5mm，吸水率小于2％；水泥的28d强度约为50mpa。
本实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述配方为原料，具体包括：将粗骨料、复合掺合料和水泥混匀得到第一混合物，然后将第一混合物与尾矿砂、水、活化组分和聚羧酸减水剂混合均匀。
实施例3
本实施例提供一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料340份、水泥320份、粗骨料1000份、尾矿砂1100份、水200份、活化组分6份和聚羧酸减水剂23份(减水率在30％左右)和浆水30份。其中，复合掺合料包括粉煤灰130份、矿粉180份和硅灰30，粗骨料为碎石，活化组分包括硅酸钠2份、硫酸钠1.8份、亚硝酸钠1.5份和纤维素醚0.7份。粉煤灰的细度约为20％，矿粉比表面积约为580m2/kg，硅灰比表面积21000m2/kg；尾矿砂的细度模数约为3，含泥量小于2％；粗骨料的粒径约为20mm，吸水率小于2％；水泥的28d强度约为60mpa。
本实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述配方为原料，具体参照实施例1。
实施例4
本实施例提供一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料200份、水泥220份、粗骨料750份、尾矿砂850份、水125份、活化组分2份和聚羧酸减水剂12份(减水率在30％左右)和浆水15份。其中，复合掺合料包括粉煤灰80份、矿粉100份和硅灰20，粗骨料为碎石，活化组分包括硅酸钠0.6份、硫酸钠0.5份、亚硝酸钠0.5份和纤维素醚0.4份。粉煤灰的细度约为18％，矿粉比表面积约为520m2/kg，硅灰比表面积19000m2/kg；尾矿砂的细度模数约为3，含泥量小于2％；粗骨料的粒径约为10mm，吸水率小于2％；水泥的28d强度约为60mpa。
本实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述配方为原料，具体参照实施例1。
实施例5
本实施例提供一种早强型自密实混凝土，按重量份数计，早强型自密实混凝土的原料包括复合掺合料290份、水泥300份、粗骨料950份、尾矿砂1050份、水170份、活化组分5份和聚羧酸减水剂18份(减水率在30％左右)和浆水25份。其中，复合掺合料包括粉煤灰130份、矿粉135份和硅灰25，粗骨料为碎石，活化组分包括硅酸钠1.8份、硫酸钠1.6份、亚硝酸钠1.2份和纤维素醚0.4份。原料的参数参照实施例3。
本实施例还提供了一种早强型自密实混凝土的制备方法，以上述配方为原料，具体参照实施例1。
对比例1
市购早强型自密实混凝土，其原料配方大致为粉煤灰160份、水泥370份、粗骨料920份、精品砂752份、水160份、早强剂40份和聚羧酸减水剂18份。
对比例2
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：(1)本对比例中不包括复合掺合料；(2)水泥的用量为490，大于实施例1中复合掺合料和水泥用量之和。
对比例3
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：(1)本对比例中不包括活化组分；(2)水泥的用量为230。
对比例4
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：复合掺合料只包括粉煤灰。
对比例5
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：复合掺合料只包括矿粉。
对比例6
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：活化组分只包括硅酸钠。
对比例7
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：活化组分只包括硫酸钠。
对比例8
本对比例提供一种早强型自密实混凝土，其与实施例1原料大致相同，不同之处在于：活化组分只包括亚硝酸钠。
试验例1
测试实施例1-5和对比例1-8中混凝土的性能，测试结果见表1。测试方法：根据jgj/t283-2012《自密实混凝土应用技术规程》，gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中坍落度、扩展度、倒置排空时间、v漏、t500、j环试验所述试验方法开展拌合物性能测试试验。根据gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中混凝土立方体抗压强度试验方法开展混凝土力学性能试验。
表1混凝土工作、力学性能测试结果
由表1可知，本发明实施例提供的混凝土配方制备得到的产品能够达到市购早强型自密实混凝土早期强度要求，在水泥用量显著降低的情况下保持了很好的早强性能。采用尾矿砂、浆水配制的自密实清水混凝土工作性能能够达到市购产品相似的效果，但使用尾矿砂和浆水的混凝土利用了废弃资源，节约了企业成本，降低了环境污染，符合绿色环保理念。
对比实施例1和对比例4-8可以得出，本发明实施例的配方中复合掺合料和活化组分的选择对最终混凝土的强度影响显著，本发明是通过复合掺合料和活化组分的配合实现在水泥用量降低的情况下保持很好的早强性能。
综上所述，本发明提供的一种早强型自密实混凝土，通过改进混凝土的配方，利用复合掺合料中的各种矿物掺合料之间级配互补，强度增强的作用大量减少水泥用量，避免普通早强型自密实混凝土大量使用水泥引起的水化热集中问题，减少自密实混凝土裂缝。
本发明提供的一种早强型自密实混凝土的制备方法，其应用上述改进的混凝土配方通过简单混合过程制备混凝土产品，方法简便易行，制备得到的混凝土具有早强性能好、能够避免水化热集中的优点。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。