一种抗扰动混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，涉及一种抗扰动混凝土及其制备方法。

背景技术：

混凝土是目前用途最广、用量最大的建筑材料，在建筑、公路、水力等建设领域发挥着不可替代的作用。在我国，随着基础建设的高速发展，很多的公路修建都使用了混凝土桥梁结构，由于公路上交通运输量及车辆载重量的增加，混凝土桥梁结构受到扰动而受损的情况越来越严重。为了降低公路及桥梁的受损程度，保证其使用寿命，提高混凝土的抗扰动性是一项比较有效的方法。

申请公布号为cn106587787a的中国发明专利公开了一种抗扰动混凝土，包括灌浆料、石子、水和添加物，质量配比为灌浆料：石子：水＝69.7:20.9:9.4，添加物为抗裂增韧外加剂或抗裂增韧外加剂与纤维或抗裂增韧外加剂与早强剂，抗裂增韧外加剂为聚乙烯醇；纤维的配比量为灌浆料的0.1-0.4％，纤维为玄武岩纤维，早强剂的配比量为灌浆料的0.5-1％，早强剂为硫酸钠、甲酸钙、氯化钠、氯化钙或硝酸钙。该混凝土具有高流动性，但是该混凝土受扰条件下的抗压强度仍有待提高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种抗扰动混凝土，具有良好的抗扰动性能，在受扰条件下的抗压强度较高。

本发明的第二个目的在于提供一种上述抗扰动混凝土的制备方法，该方法能够提高各原料之间的混合均匀性。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种抗扰动混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：硫铝酸盐水泥1000份、矿渣粉390-415份、天然砂580-625份、增强纤维12-20份、减水剂10-15份、缓凝剂6-18份、水375-395份；所述缓凝剂为磺化木质素、焦磷酸钠、淀粉中的至少一种。

通过采用上述技术方案，本发明在混凝土中加入了缓凝剂，并采用了磺化木质素、焦磷酸钠、淀粉中的至少一种作为缓凝剂，能够调整水泥的水化时间，进而延长混凝土的凝结时间，减少混凝土凝结过程中产生的干裂收缩，避免了在混凝土固化时在内部产生微小裂缝，增强了混凝土的抗扰动性。磺化木质素、焦磷酸钠、淀粉除了能够延长混凝土的凝结时间，还可以提高各原料之间的粘结力，进而提高混凝土的强度，避免混凝土在后期使用过程中受扰时产生裂缝。

本发明进一步设置为：所述抗扰动混凝土主要由如下重量份数的原料制成：硫铝酸盐水泥1000份、矿渣粉405-415份、天然砂580-625份、增强纤维13-20份、减水剂10-15份、缓凝剂15-17份、水385-395份；所述缓凝剂为磺化木质素、焦磷酸钠、淀粉中的至少一种。

通过采用上述技术方案，优选了各原料的配比，使得缓凝剂与其他原料之间配合，更加充分地发挥出缓凝剂的作用，进一步提高混凝土的抗扰动性。

本发明进一步设置为：所述增强纤维为聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维中的至少一种。

通过采用上述技术方案，增强纤维采用聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维能够提高混凝土的韧性，抑制细微裂缝的产生和发展。而且，聚丙烯纤维和耐碱纤维加入混凝土中，还具有较好的抗收缩性，在使用量较小的情况下即可大幅改善混凝土的抗扰抗裂性能。

本发明进一步设置为：所述增强纤维为聚丙烯纤维与耐碱玻璃纤维以质量比(1.2-4)：1组成。

通过采用上述技术方案，采用无机纤维和有机纤维配合使用的方式，能够充分发挥无机纤维的强度优势和有机纤维的韧性优势，避免增强纤维加入后，提高抗扰动性的同时导致混凝土的强度下降。

本发明进一步设置为：所述缓凝剂包括质量比为1:1的磺化木质素和淀粉。

通过采用上述技术方案，将磺化木质素和淀粉作为缓凝剂的主要成分，能够利用二者的大分子优势，在混凝土中形成复杂的交联结构，进一步提高混凝土的韧性和抗收缩性能。其中，磺化木质素还可以吸附在水泥的微小颗粒表面，提高水泥的分散能力以及与其他原料的结合力，提高了混凝土浆料的均匀稳定性。采用质量比为1:1的比例，可以充分利用淀粉上的基团将磺化木质素上的活性基团连接在一起，促使二者形成更加复杂的交联结构，进一步提高混凝土的韧性，同时又可以避免淀粉的量过多导致的过度缓凝。

本发明进一步设置为：所述原料还包括2-8重量份的调凝剂，所述调凝剂为硼酸、氯化锂中的至少一种。

通过采用上述技术方案，加入了少量的调凝剂，能够进一步调节混凝土的初凝和终凝时间，缩短混凝土的受扰期。调凝剂为硼酸、氯化锂中的至少一种，能够促进缓凝剂的吸附作用，进一步提高混凝土的抗扰动性。另外，硼酸还能够与淀粉结合，提高淀粉的交联作用；氯化锂还可以提高混凝土的早期强度。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种上述的抗扰动混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)将硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂与水混合均匀制得第一浆料；

将增强纤维、减水剂、缓凝剂与水混合均匀制得第二浆料；

2)将第一浆料和第二浆料混合均匀，即得。

通过采用上述技术方案，由于在混凝土的各种原料中，硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂的重量占比非常大，其他原料相对于这些原料来说比例较小，如果将其他比例较小的原料一一加入这些原料中，需要搅拌较长时间才能使其分散均匀。本发明先将这些原料与水制成第一浆料，而将所占比例较小的原料与水制成第二浆料，将两种在水中分散的浆料混合时，在水的作用下，能够使所有原料都分散的更加均匀。这样，制得的混凝土也更稳定，在固化后各部分的质地均匀，避免了在受到外力扰动时在不均匀处发生受力集中而导致出现裂缝。

本发明进一步设置为：步骤1)中硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂与水混合均匀是先将硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂混合均匀后再加水混合均匀。

通过采用上述技术方案，将硫铝酸盐、矿渣粉与天然砂先进行干混，便于在水泥接触水之前就将矿渣粉和天然砂混合均匀，避免水泥与水接触后的粘度增大影响矿渣粉和天然砂的分散。

本发明进一步设置为：将硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂混合均匀是将硫铝酸盐水泥与矿渣粉混合均匀后再与天然砂混合均匀。

通过采用上述技术方案，由于天然砂的粒径一般较大，而水泥和矿渣粉的粒径非常小，如果将水泥或矿渣粉后加入天然砂中混合，则可能导致较小粒径的原料受到天然砂颗粒的阻挡而使水泥和矿渣粉之间无法分散均匀，先将硫铝酸盐水泥与矿渣粉这两种粒径较小的原料混合均匀，便于这两者都能够在天然砂的颗粒间隙中分散均匀。

本发明进一步设置为：将增强纤维、减水剂、缓凝剂与水混合均匀是先将淀粉与水混合均匀，然后加入硼酸混合均匀，然后加入增强纤维混合均匀，然后加入减水剂混合均匀。

通过采用上述技术方案，先将淀粉与水混合后，淀粉在水的作用下发生水化，然后再加入硼酸，硼酸能够与水化后的淀粉上的基团发生交联作用，生成复杂的交联网络结构，并最终提高混凝土的强度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、本发明的抗扰动混凝土中添加了缓凝剂，能够延长混凝土的凝结时间，减少混凝土的干裂收缩，提高了混凝土的抗扰动性，避免了混凝土在使用过程中受到扰动而产生裂缝。

第二、本发明的抗扰动混凝土中添加的缓凝剂进一步优选为磺化木质素和淀粉，能够充分利用二者的大分子优势，在混凝土中形成复杂的交联结构，进一步提高混凝土的抗收缩性。

附图说明

图1为本发明的实施例4中的抗扰动混凝土的贯入阻力变化示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的抗扰动混凝土的制备方法中，第一浆料制备时，将硫铝酸盐水泥、矿渣粉混合时，采用10-20rpm的转速搅拌30-60s。加入天然砂后，以30-50rpm的转速搅拌20-30s。加入水后以30-50rpm的转速搅拌1-2min制得第一浆料。

第二浆料制备时，可以采取将减水剂、增强纤维、缓凝剂混合均匀制得第二预混料，然后将第二预混料与水混合均匀制得第二浆料。具体的，将减水剂与聚丙烯纤维、磺化木质素混合后以80-100rpm的转速搅拌50-60s，然后加入水以100-120rpm的转速搅拌30-50s制得第二浆料。

第二浆料可以采用另一种包括如下步骤的方式制备：先将淀粉与水混合均匀，然后加入硼酸混合均匀，然后加入增强纤维混合均匀，然后加入减水剂混合均匀。具体的，将淀粉与水混合时以120-150rpm的转速搅拌20-30s。然后加入硼酸以100-120rpm的转速搅拌15-20s。然后加入增强纤维以80-100rpm的转速搅拌20-30s。然后加入减水剂和磺化木质素以50-80rpm的转速搅拌1-2min。

第一浆料与第二浆料混合时采用80-100rpm的转速搅拌20-30s。

本发明使用的矿渣微粉为s95级矿渣粉，其比表面积为438m²/kg。

实施例1

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉400kg、天然砂600kg、聚丙烯纤维12kg、聚羧酸减水剂14kg、磺化木质素6kg、水378kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)将硫铝酸盐水泥、矿渣粉，加入搅拌机中，以10rpm的转速搅拌50s，然后加入天然砂，再以30rpm的搅拌速度搅拌30s，制得第一预混料；将第一预混料与365kg水混合，以30rpm的转速搅拌2min，制得第一浆料；

2)将聚羧酸减水剂与聚丙烯纤维、磺化木质素混合，以80rpm的转速搅拌20s，制得第二预混料；将第二预混料与13kg水混合，以100rpm的转速搅拌30s，制得第二浆料；

3)然后将第二浆料加入第一浆料中，以80rpm的转速搅拌20s，即得。

实施例2

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉415kg、天然砂585kg、聚丙烯纤维10kg、耐碱玻璃纤维5kg、聚羧酸减水剂15kg、磺化木质素8kg、硼酸2kg、木薯淀粉8kg、水392kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm，耐碱玻璃纤维的长度为10mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)将硫铝酸盐水泥、矿渣粉，加入搅拌机中，以10rpm的转速搅拌60s，然后加入天然砂，再以35rpm的搅拌速度搅拌30s，制得第一预混料；将第一预混料与372kg水混合，以50rpm的转速搅拌1min，制得第一浆料；

2)将木薯淀粉与20kg水混合，以120rpm的转速搅拌30s，然后加入硼酸，以100rpm的转速搅拌20s，然后加入聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维，以90rpm的转速搅拌25s，然后加入聚羧酸减水剂和磺化木质素，以80rpm的转速搅拌1min，制得第二浆料；

3)然后将第二浆料加入第一浆料中，以80rpm的转速搅拌30s，即得。

实施例3

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉405kg、天然砂595kg、聚丙烯纤维12kg、耐碱玻璃纤维3kg、聚羧酸减水剂10kg、磺化木质素5kg、硼酸3kg、木薯淀粉5kg、焦磷酸钠6kg、氯化锂3kg、水385kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm，耐碱玻璃纤维的长度为10mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)将硫铝酸盐水泥、矿渣粉，加入搅拌机中，以20rpm的转速搅拌30s，然后加入天然砂，再以50rpm的搅拌速度搅拌20s，制得第一预混料；将第一预混料与370kg水混合，以45rpm的转速搅拌1.5min，制得第一浆料；

2)将木薯淀粉与15kg水混合，以150rpm的转速搅拌20s，然后加入硼酸，以120rpm的转速搅拌15s，然后加入聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维，以100rpm的转速搅拌20s，然后加入聚羧酸减水剂和磺化木质素，以50rpm的转速搅拌2min，然后加入焦磷酸钠和氯化锂，以60rpm的转速搅拌25s，制得第二浆料；

3)然后将第二浆料加入第一浆料中，以100rpm的转速搅拌20s，即得。

实施例4

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉390kg、天然砂617kg、聚丙烯纤维8kg、耐碱玻璃纤维5kg、聚羧酸减水剂12kg、磺化木质素6kg、硼酸3kg、木薯淀粉6kg、焦磷酸钠4kg、氯化锂3kg、水395kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm，耐碱玻璃纤维的长度为10mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)将硫铝酸盐水泥、矿渣粉，加入搅拌机中，以15rpm的转速搅拌45s，然后加入天然砂，再以50rpm的搅拌速度搅拌25s，制得第一预混料；将第一预混料与380kg水混合，以35rpm的转速搅拌1.5min，制得第一浆料；

2)将木薯淀粉与15kg水混合，以125rpm的转速搅拌30s，然后加入硼酸，以110rpm的转速搅拌20s，然后加入聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维，以80rpm的转速搅拌30s，然后加入聚羧酸减水剂和磺化木质素，以70rpm的转速搅拌1.5min，然后加入焦磷酸钠和氯化锂，以50rpm的转速搅拌30s，制得第二浆料；

3)然后将第二浆料加入第一浆料中，以80rpm的转速搅拌30s，即得。

实施例5

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉405kg、天然砂625kg、聚丙烯纤维12kg、耐碱玻璃纤维4kg、聚羧酸减水剂11kg、磺化木质素6kg、硼酸5kg、木薯淀粉6kg、焦磷酸钠5kg、氯化锂3kg、水395kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm，耐碱玻璃纤维的长度为10mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法同实施例4。

实施例6

本实施例的抗扰动混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉405kg、天然砂610kg、聚丙烯纤维15kg、耐碱玻璃纤维4kg、聚羧酸减水剂12kg、磺化木质素5kg、硼酸5kg、木薯淀粉5kg、焦磷酸钠5kg、氯化锂3kg、水395kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。天然砂中的含泥量≤1.5％，泥块含量≤0.5％。聚丙烯纤维的长度为12mm，耐碱玻璃纤维的长度为10mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂，减水率不小于25％，泌水率比不大于43％。

本实施例的抗扰动混凝土的制备方法同实施例4。

对比例1

本对比例的混凝土由如下重量的原料制成：硫铝酸盐水泥1000kg、矿渣粉400kg、天然砂600kg、聚丙烯纤维12kg、聚羧酸减水剂14kg、水378kg。天然砂为0.15-1.18mm连续级配的天然砂。聚丙烯纤维的长度为12mm。聚羧酸减水剂为聚羧酸减水剂为洛阳君江建材科技有限公司生产的st-01a型聚羧酸高性能减水剂。

本对比例的混凝土的制备方法参考实施例1。

对比例2

本对比例的混凝土的制备原料与实施例4中的相同。

本对比例的制备方法包括如下步骤：将硫铝酸盐水泥、矿渣粉、天然砂加入搅拌机中，以15rpm的转速搅拌45s，然后将聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维、聚羧酸减水剂、磺化木质素、硼酸、木薯淀粉、焦磷酸钠、氯化锂加入，以70rpm的转速搅拌1.5min，然后加水混合，以35rpm的转速搅拌1.5min，即得。

试验例

(1)取实施例4中制得的混凝土，采用贯入阻力仪测试混凝土凝结过程的贯入阻力，测试结果如图1所示。

由图1可以看出，本发明的混凝土的初凝时间和终凝时间大致为5h和9h。

(2)将实施例1-6及对比例1-2中的混凝土按照gb/t50080-2016检测混凝土的含气量，按照gb/t50081-2002中的检测方法，利用电磁振动台测试在振动条件下的抗压强度(振动条件为：振动频率为11.32hz，振动最大速度为28cm/s)。检测结果如下表：

表1实施例1-6及对比例1-2中的混凝土性能测试结果对比

由上表可知，本发明制得的混凝土在受扰动条件下仍能保持非常高的抗压强度，在剧烈震动后，表面不会出现裂纹，抗扰动性良好。