一种超缓凝混凝土及其制备方法与流程

本技术涉及混凝土材料的，尤其是涉及一种超缓凝混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土作为一种广泛应用于建筑工程的非匀性人造材料。主要由水泥、砂料、骨料和水等原材料混合而成，经过固化硬化形成坚实的结构体。因此，混凝土具有耐久性好、强度高、施工便利、成本低廉等优点，应用前景广泛。

2、现有技术中，为了使混凝土具有其他特有性质，通常选择加入相关的外加剂以赋予混凝土主体相对应的功能特性。其中，预拌混凝土在生产中经常掺入缓凝剂，能够使得新拌混凝土在较长时间内保持塑性，延缓水泥的水化速率，调节混凝土的凝结时间，以便于混凝土的运输和浇灌成型。而缓凝剂的种类较多，目前普遍使用的有蔗糖、柠檬酸、葡萄糖酸钠以及无机磷酸盐等。

3、针对上述技术，发明人认为现有的缓凝剂受外界影响较大，如在混凝土凝结时产生的水化热将会对缓凝剂的缓凝作用产生显著影响；同时，大部分缓凝剂在延长混凝土前期的凝结时间后，均会对混凝土的后期强度产生不利影响。

技术实现思路

1、为了在不影响混凝土抗压强度的前提下延长混凝土的缓凝时间，本技术提供了一种超缓凝混凝土及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供了一种超缓凝混凝土，采用如下技术方案：

3、一种超缓凝混凝土，包括以下重量份的组分：水泥700-800份、粗骨料1400-1600份、细骨料500-600份、水240-280份、改性缓凝剂20-36份、减水剂12-30份、消泡剂10-14份、增强剂90-110份。

4、通过采用上述技术方案，将水泥、粗骨料、细骨料、水和相关助剂混合制成混凝土，通过调控水泥品种及强度等级、粗细骨料的颗粒级配以及各类相关助剂的种类及掺量，从微观至宏观上改善产品混凝土的性质。通过加入改性聚合缓凝剂，以改善混凝土的流变性能，从而延长混凝土浆体的凝固硬化时间，并降低混凝土凝结过程中产生的水化热，使其在搅拌、运输和浇筑过程中保持较长的可塑状态，进一步提升超缓凝混凝土的施工性能；同时配合增强剂组分，降低混凝土的坍落度损失，二者相互协同以改善混凝土结构的力学性能，从而提高后期强度和耐久性。通过组分相近的减水剂和消泡剂，以改善混凝土内部的含水量及气孔结构。

5、优选的，所述改性缓凝剂包括以下重量份的组分：苯乙烯磺酸钠80-100份、反丁烯二酸65-75份、丙烯酸70-80份、氨基三亚甲基膦酸钠36-48份、三乙醇胺50-70份、纳米氮化硅粉末85-95份、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷14-20、过硫酸铵18-22份、海藻酸钠40-50份。

6、优选的，所述改性缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、氮气保护下，升温至60-78℃，将苯乙烯磺酸钠和丙烯酸以200-300r/min的速度混合搅拌30-50min，再加入去离子水和氨基三亚甲基膦酸钠充分溶解完全，滴加氢氧化钠溶液调节ph至6.5-7.5，制得物料1；

8、s2、氮气保护下，升温至80-90℃，向步骤s1中的物料1滴加反丁烯二酸和占总量40-50％的过硫酸铵混合反应40-60min，冷却至室温后，再加入海藻酸钠和去离子水配制的混合溶液混合均匀，制得物料2；

9、s3、氮气保护下，升温至100-110℃，向步骤s2中的物料2加入纳米氮化硅粉末、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷和余量的过硫酸铵混合反应3-5h，控制温度至110-120℃，加入三乙醇胺和n,n-二甲基甲酰胺混合搅拌20-40min，制得所述改性缓凝剂。

10、通过采用上述技术方案，以苯乙烯磺酸钠、反丁烯二酸和丙烯酸作为主单体进行聚合反应制得具有良好缓凝效果的聚合物；再加入氨基三亚甲基膦酸钠在过硫酸铵的引发作用下再次发生共聚，使其对聚合主链进行基团修饰以具有较好的水溶性，且能够在碱性溶液中保持聚合物的稳定性。聚合缓凝剂中的羧基基团还能够与水泥浆中的钙离子螯合形成稳定的多元环结构，从而降低钙离子浓度延缓水化产物核心生长的同时增强缓凝剂分子的稳定性；将海藻酸钠配制成水溶液混入，利用其能够包裹水，将水先储存再释放的特性(即保水作用)，使混凝土浆体中的有效水灰比降低，从而提升其固化后的整体强度。且海藻酸钠还作为相变材料，能够在水泥基中储存和释放热量，进一步络合体系中的二价离子，以降低水分子活性，从而实现混凝土的缓凝过程；

11、再通过混入无机非金属材料纳米氮化硅粉末，并通过具有偶联作用的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷使其与有机缓凝组分之间的配伍性更佳，并通过纳米氮化硅粉末在水泥颗粒周围形成非渗透层，减缓水化作用，减少水化产物的生成。同时，还能够增加产品混凝土的高温稳定性和抗盐性；并通过加入三乙醇胺进行复配，其能够包覆混凝土中的无机颗粒，从而显著降低水化反应的标准水化放热速率与标准水化放热量，以协同达到缓凝的效果。

12、优选的，所述增强剂包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和硅酸铝纤维的一种或多种。

13、通过采用上述技术方案，将碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和硅酸铝纤维作为补强纤维混入混凝土中，能够大幅提高混凝土的拉压比和泊松比，改善混凝土在受压时拉伸应变能与压缩应变能的分配关系，从而显著提高混凝土的抗压、增强、阻裂及增韧效果。且上述无机硬性纤维均为线性纤维，能够三维乱向分布于混凝土内部，从而在混凝土凝结后期仍能保持一定的补强作用。

14、优选的，所述增强剂还包括蛋白质纤维，且所述蛋白质纤维占所述增强剂总量的25-30％，所述蛋白质纤维为花生蛋白纤维、玉米蛋白纤维和大豆蛋白纤维的一种或多种。

15、优选的，所述蛋白质纤维的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、提取纯蛋白质，将纯蛋白质溶解制成蛋白质悬浊液；再将海藻酸钠溶解制成基质溶液；蛋白质悬浊液和基质溶液按照质量比1：(0.75-0.85)混合制成混合液；

17、s2、将步骤s1中的混合液湿法纺丝成型后，依次经过空气牵伸、湿浴牵伸和干热牵伸，制成蛋白质纤维丝半成品；

18、s3、控制温度于50-60℃，向步骤s2中的蛋白质纤维丝半成品中加入甲苯和异丙基二甲基氧硅烷反应2-3h，再经过水洗烘干，卷曲定型，切断制得所述蛋白质纤维。

19、通过采用上述技术方案，选用蛋白质纤维作为增强剂，一方面，蛋白质纤维具有明显的皮芯结构，且纤维中间能够生成天然微孔，而具有较好的抗变性能，进一步提升混凝土固化后的机械强度；另一方面，通过控制蛋白质有机柔性纤维与无机硬性纤维之间的添加比例，能够利用其柔细的结构特点，使其对无机硬性纤维进行缠绕，实现二者相互协同增效，从而提升增强纤维在混凝土内部的拉伸性能和断裂强度。

20、通过蛋白质悬浊液共混的方式，将提纯后的蛋白质与海藻酸钠混合，再通过湿法纺丝制成复合纤维结构，不仅能够提高蛋白质纤维的稳定性，避免在后续混入混凝土内部时与其他试剂成分反应以产生不同程度的降解，而且海藻酸钠与混凝土内部的缓凝成分也具有较好的配伍性。同时，使用异丙基二甲基氧硅烷以改善蛋白质纤维的表面活性，能够促进其与无机硬性纤维之间的附着结合过程，还有利于提高蛋白质纤维的结晶度以及减小晶粒尺寸，改善纤维内部分子和晶体的取向度，进一步提高蛋白质纤维自身的断裂强度。

21、优选的，所述减水剂为羟丙基甲基纤维素。

22、通过采用上述技术方案，选用羟丙基甲基纤维素作为减水剂能够使纤维素主链上的羟基在水泥颗粒表面产生吸附，使得减水剂分子发生定向排列，且羟基作为极性较强的基团而指向液相。由于部分亲水的极性基团发生水解，使得水泥颗粒表面带有相同的电荷。在静电斥力作用下，水泥颗粒表面由于水化形成的絮状结构被拆开，放出内部的游离水，从而在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，有效减少拌合用水量。

23、优选的，所述消泡剂为羟乙基纤维素醚。

24、通过采用上述技术方案，选用羟乙基纤维素醚作为消泡剂能够以较快的速度降低混凝土内部液膜的表面张力，从而降低其液膜表面强度、弹性和黏度以实现较好的消泡作用，且羟乙基纤维素醚与该混凝土体系成分具有较好的配伍性。

25、第二方面，本技术提供了一种超缓凝混凝土的制备方法，包括以下步骤：

26、s1、将水泥、粗骨料、细骨料和水混合，搅拌均匀，制得混凝土浆体；

27、s2、将增强剂加入至步骤s1中的混凝土浆体中，以300-500r/min的速度搅拌均匀，制得混凝土初料；

28、s3、将改性缓凝剂、减水剂和消泡剂依次加入至步骤s2中的混凝土初料中，以100-200r/min的速度搅拌均匀，制得超缓凝混凝土。

29、通过采用上述技术方案，先将水泥、粗骨料、细骨料和水混合制得混凝土浆体；再以较快的搅拌速度使增强剂充分均匀的混合至混凝土浆体内部，通过混凝土初料的初期凝固作用将增强剂进行初步固化，从而形成纤维状的补强网络结构，以保证混凝土后期的机械强度；再加入改性混凝剂以及其他助剂，通过相对较低的搅拌速度将各类助剂均匀混入混凝土浆体内部，在不影响各类助剂发挥效应的前提下，确保混凝土的均匀性和稳定性，并进一步调节混凝土的流变性能，延长凝固硬化时间，从而提高产品混凝土的可塑性能。

30、综上所述，本技术具有如下有益效果：

31、1、本技术中，改性缓凝剂的制备过程中，以苯乙烯磺酸钠、反丁烯二酸和丙烯酸作为主单体进行聚合反应制得具有良好缓凝效果的聚合物；再加入氨基三亚甲基膦酸钠在过硫酸铵的引发作用下再次发生共聚，使其对聚合主链进行基团修饰以具有较好的水溶性，且能够在碱性溶液中保持聚合物的稳定性。聚合缓凝剂中的羧基基团还能够与水泥浆中的钙离子螯合形成稳定的多元环结构，从而降低钙离子浓度延缓水化产物核心生长的同时增强缓凝剂分子的稳定性。

32、2、本技术中，改性缓凝剂的制备过程中，将海藻酸钠配制成水溶液混入缓凝剂体系中，利用其能够包裹水，将水先储存再释放的特性(即保水作用)，使混凝土浆体中的有效水灰比降低，从而提升其固化后的整体强度。且海藻酸钠还作为相变材料，能够在水泥基中储存和释放热量，进一步络合体系中的二价离子，以降低水分子活性，从而实现混凝土的缓凝过程。

33、3、本技术中，改性缓凝剂的制备过程中，通过混入无机非金属材料纳米氮化硅粉末，并通过具有偶联作用的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷使其与有机缓凝组分之间的配伍性更佳，并通过纳米氮化硅粉末在水泥颗粒周围形成非渗透层，减缓水化作用，减少水化产物的生成。同时，还能够增加产品混凝土的高温稳定性和抗盐性；再通过加入三乙醇胺进行复配，其能够包覆混凝土中的无机颗粒，从而显著降低水化反应的标准水化放热速率与标准水化放热量，以协同达到缓凝的效果。

34、4、本技术中，混凝土体系中选用蛋白质纤维作为增强剂，通过蛋白质悬浊液共混的方式，将提纯后的蛋白质与海藻酸钠混合，再通过湿法纺丝制成复合纤维结构，不仅能够提高蛋白质纤维的稳定性，避免在后续混入混凝土内部时与其他试剂成分反应以产生不同程度的降解，而且海藻酸钠与混凝土内部的缓凝成分也具有较好的配伍性。同时，使用异丙基二甲基氧硅烷以改善蛋白质纤维的表面活性，能够促进其与无机硬性纤维之间的附着结合过程，还有利于提高蛋白质纤维的结晶度以及减小晶粒尺寸，改善纤维内部分子和晶体的取向度，进一步提高蛋白质纤维自身的断裂强度。