CN105837142A - 一种微膨胀型珊瑚砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微膨胀型珊瑚砂混凝土及其制备方法。其组成按重量份数计如下：300～450份的水泥、15～45份的掺合料、600～725份的珊瑚砂、975～1150份的碎石、165～205份的海水，3～7份的减水剂，1.5～2.5份的液体膨胀剂；其中，所述液体膨胀剂的主要成分是高级脂肪酸经皂化反应生成的乳浊液。本发明利用一种新型混凝土外加剂液体膨胀剂，明显提高并改善了混凝土的干燥收缩和体积稳定性，双膨胀效用充分提高了混凝土的致密性，有效弥补和改善了混凝土的孔隙率，从而保证了珊瑚砂混凝土的体积稳定性。

Description

一种微膨胀型珊瑚砂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种微膨胀型珊瑚砂混凝土及其制备方法。

背景技术

自水泥混凝土材料发明应用至今，其研究与应用经历了近200年的发展。它的应用非常广泛，涉及公路、铁路、桥梁、隧道、海洋等工程建设，特别是近些年国家对南海岛礁资源的重视和发展，使得混凝土材料在海洋工程有了更广泛的展示舞台。受地理位置及环境的影响，南海大多数岛礁上的资源有待开发和利用，海洋岛礁工程的建设离不开混凝土的运用，岛礁上堆积有大量的珊瑚骨料如珊瑚礁、珊瑚砂，这种特殊的珊瑚骨料为开发海洋工程建设提供了丰富的原料资源。近年来针对南海岛屿争端不断，在这种形势下更应该在保护海岛生态环境的前提下，利用岛礁或周边的珊瑚砂制备珊瑚混凝土，这样不仅可以节约经济成本，还可以解决骨料的来源，对于海洋工程建设具有非常重要的意义和价值。

与普通的河砂相比，珊瑚砂具有较高的吸水率和孔隙率，这就使得在制备珊瑚砂混凝土时需要加大用水量和减水剂用量。虽然制备的珊瑚砂混凝土具有质轻、隔热保温性能好等优点，但因需水量较大易造成干燥收缩较快，强度较低以及混凝土体积稳定性不良等缺陷，这样就会对珊瑚砂混凝土的长期耐久性能产生恶劣的影响。为了充分发挥珊瑚砂在海洋工程建设的作用，我们亟需采取技术手段和措施应对这一现象和问题。

发明内容

本发明目的在于改善现有的珊瑚砂混凝土，制备得到一种强度高、体积稳定性好的微膨胀型珊瑚砂混凝土。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种微膨胀型珊瑚砂混凝土，其组成按重量份数计如下：

300～450份的水泥、15～45份的掺合料、600～725份的珊瑚砂、975～1150份的碎石、165～205份的海水，3～7份的减水剂，1.5～2.5份的液体膨胀剂；

其中，所述液体膨胀剂的主要成分是高级脂肪酸经皂化反应生成的乳浊液。

按上述方案，所述液体膨胀剂按以下方法制备而来：

向反应容器内加入高级脂肪酸、氢氧化钠、催化剂，并加热搅拌，温度控制在60～75℃，反应5～8h后，加入饱和氯化钠以去除甘油并析出高级脂肪酸钠；继续加热至75～90℃，加入乳浊剂、扩散剂，充分反应1～2h后，冷却至室温加盐酸中和至PH值为7.0左右，过滤分离得到液体膨胀剂。

按上述方案，其原料按重量份数计如下：

按上述方案，所述高级脂肪酸为硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油酸中的至少一种。

按上述方案，所述催化剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇中的至少一种。

按上述方案，所述乳浊剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。

按上述方案，所述扩散剂为烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基磷酸盐中的至少一种。

按上述方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或两种。

按上述方案，所述掺合料为偏高岭土、粒化高炉矿渣微粉、微硅粉中的至少一种。

按上述方案，所述珊瑚砂的细度模数为2.5～3.0，堆积密度为1120～1180kg/m³。

按上述方案，所述碎石为玄武岩碎石，堆积密度为1580～1760kg/m³，压碎值为7～9％，含泥量0.1～0.4％；所述玄武岩碎石由0～5mm，5～10mm，10～20mm的连续级配碎石组成。

按上述方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种。

上述微膨胀型珊瑚砂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将300～450份的水泥，15～45份的掺合料，600～725份的珊瑚砂，975～1150份的碎石置于机械搅拌机中搅拌1～2min均匀后，再将3～7份的减水剂和1.5～2.5份的液体膨胀剂混合均匀后随同165～205份的海水一同倒入，继续搅拌1～2min均匀制得微膨胀型珊瑚砂混凝土。

液体膨胀剂作为一种新型外加剂产品，能有效改善珊瑚砂混凝土的收缩性能，它具有掺量小、氯离子含量低、膨胀稳定性好，与其他外加剂适用性好、经济环保等特点。液体膨胀剂主要通过内有的膨胀组分与水泥等胶凝材料在水化反应早期生成使混凝土产生微膨胀的产物来补偿混凝土的塑性收缩。

本发明的有益效果在于：

本发明利用海洋岛礁上的珊瑚砂和海水取代普通河砂和淡水，真正实现了原材料的就地利用，如此实现了减少原材料运输成本和提高珊瑚砂利用率的目的和意义。

本发明利用一种新型混凝土外加剂液体膨胀剂，明显提高并改善了混凝土的干燥收缩和体积稳定性，液体膨胀剂的使用实现了珊瑚砂混凝土内胶凝材料水化速度与浆体结构形成速度的同步进行，早期珊瑚砂混凝土内部胶凝材料的水化产物强度较低，此时液体膨胀剂的作用较为明显；而在水化后期珊瑚砂混凝土强度较高时，液体膨胀剂的作用趋缓，早期较大的塑性膨胀再加上后期一定的膨胀，这样就实现了双膨胀的效果。双膨胀效用充分提高了混凝土的致密性，有效弥补和改善了混凝土的孔隙率，从而保证了珊瑚砂混凝土的体积稳定性。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

液体膨胀剂的制备实施例：

实施例1

在烧瓶中加入115份的硬脂酸，120份的氢氧化钠，0.5份的无水乙醇，加热搅拌均匀，控制加热温度为70℃，反应时间为7h；

加入饱和氯化钠析出硬脂酸钠，升温至85℃，加入0.08份的脂肪胺聚氧乙烯醚，0.03份的烷基苯磺酸盐，充分反应1h后冷却至室温；

加入50份的盐酸进行中和至PH为6.7，过滤分离除杂后得到乳浊液即为液体膨胀剂。

实施例2

在烧瓶中加入96份的油酸，105份的氢氧化钠，0.2份的无水乙醇，0.1份的乙二醇，加热搅拌均匀，控制加热温度为65℃，反应时间为6.5h；

加入饱和氯化钠析出硬脂酸钠，升温至90℃，加入0.05份的烷基酚聚氧乙烯醚和0.04份的脂肪醇聚氧乙烯醚，0.02份的烷基苯磺酸盐和0.03份的烷基萘磺酸盐，充分反应1.5h后冷却至室温；

加入45份的盐酸进行中和至PH为6.9，过滤分离除杂后得到乳浊液即为液体膨胀剂。

实施例3

在烧瓶中加入85份的油酸和35份的亚油酸，130份的氢氧化钠，0.5份的乙二醇和0.3份的丙二醇，加热搅拌均匀，控制加热温度为70℃，反应时间为7h；

加入饱和氯化钠析出硬脂酸钠，升温至85℃，加入0.03份的烷基酚聚氧乙烯醚和0.06份的苯乙基酚聚氧乙烯醚，0.05份的烷基磺酸盐和0.04份的烷基磷酸盐，充分反应2h后冷却至室温；

加入70份的盐酸进行中和至PH为6.8，过滤分离除杂后得到乳浊液即为液体膨胀剂。

实施例4

一种微膨胀型珊瑚砂混凝土，其材料配比：42.5普通硅酸盐水泥380份，微硅灰粉25份、珊瑚砂650份、玄武岩碎石975份、海水180份，脂肪族减水剂5份，液体膨胀剂分别掺加1.6、2.0、2.4份。用机械搅拌机搅拌均匀3～4min后，浇筑至100mm×100mm×100mm和100mm×100mm×515mm的混凝土试模内，振实成型，于标养条件下养护至3d，7d和28d并测量试体的长度和抗压强度。试件的长度变化率采用如下公式计算：

${\mathrm{\ϵ}}_t=\frac{L_t-L}{L_0}\×100$

式中：ε_t—t龄期时长度变化率，％；

L_t—t龄期时的试体长度，mm；

L—初始长度测量值，mm；

L₀—试体基准长度，mm。

表1抗压强度和干燥收缩率

表1说明：掺加适量的液体膨胀剂后不仅提高了珊瑚砂混凝土的抗压强度，而且明显降低了珊瑚砂混凝土的干燥收缩率；当液体膨胀剂掺量为2.0％时，不同龄期的珊瑚砂混凝土的抗压强度最好，干燥收缩率最小。

实施例5

一种微膨胀型珊瑚砂混凝土，其材料配比：42.5普通硅酸盐水泥400份、42.5矿渣硅酸盐水泥80份，偏高岭土20份、珊瑚砂675份、玄武岩碎石1035份、海水195份，聚羧酸减水剂4.8份，液体膨胀剂分别掺加1.5、1.9、2.3份。用机械搅拌机搅拌均匀3～4min后，浇筑至100mm×100mm×100mm和100mm×100mm×515mm的混凝土试模内，振实成型，于标养条件下养护至3d，7d和28d并测量试体的长度和抗压强度。

表2抗压强度和干燥收缩率

表2说明：掺加适量的液体膨胀剂后不仅提高了珊瑚砂混凝土的抗压强度，而且明显降低了珊瑚砂混凝土的干燥收缩率，当液体膨胀剂掺量为1.9％时，不同龄期的珊瑚砂混凝土的抗压强度最好，干燥收缩率最小。

实施例6

一种微膨胀型珊瑚砂混凝土，其材料配比：42.5复合硅酸盐水泥360份、42.5矿渣硅酸盐水泥50份，偏高岭土10份、粒化高炉矿渣粉10份，珊瑚砂695份、玄武岩碎石1015份、海水190份，萘系减水剂5.4份，液体膨胀剂分别掺加1.5、2.0、2.5份。用机械搅拌机搅拌均匀3～4min后，浇筑至100mm×100mm×100mm和100mm×100mm×515mm的混凝土试模内，振实成型，于标养条件下养护至3d，7d和28d并测量试体的长度和抗压强度。

表3抗压强度和干燥收缩率

表3说明：掺加适量的液体膨胀剂后不仅可以提高珊瑚砂混凝土的抗压强度，而且还明显降低了珊瑚砂混凝土的干燥收缩率；当液体膨胀剂掺量为2.0％时，不同龄期的珊瑚砂混凝土的抗压强度最高，干燥收缩率最小。

Claims (10)

1.一种微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于组成按重量份数计如下：

300～450份的水泥、15～45份的掺合料、600～725份的珊瑚砂、975～1150份的碎石、165～205份的海水，3～7份的减水剂，1.5～2.5份的液体膨胀剂；

其中，所述液体膨胀剂的主要成分是高级脂肪酸经皂化反应生成的乳浊液。

2.如权利要求1所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述液体膨胀剂按以下方法制备而来：

向反应容器内加入高级脂肪酸、氢氧化钠、催化剂，并加热搅拌，温度控制在60～75℃，反应5～8h后，加入饱和氯化钠以去除甘油并析出高级脂肪酸钠；继续加热至75～90℃，加入乳浊剂、扩散剂，充分反应1～2h后，冷却至室温加盐酸中和至PH值为7.0左右，过滤分离得到液体膨胀剂。

3.如权利要求2所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于其原料按重量份数计如下：

4.如权利要求2所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述高级脂肪酸为硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油酸中的至少一种。

5.如权利要求2所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述催化剂为乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇中的至少一种。

6.如权利要求2所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述乳浊剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；所述扩散剂为烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基磷酸盐中的至少一种。

7.如权利要求1所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或两种。

8.如权利要求1所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述掺合料为偏高岭土、粒化高炉矿渣微粉、微硅粉中的至少一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种。

9.如权利要求1所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土，其特征在于所述珊瑚砂的细度模数为2.5～3.0，堆积密度为1120～1180kg/m³；所述碎石为玄武岩碎石，堆积密度为1580～1760kg/m³，压碎值为7～9％，含泥量0.1～0.4％，所述玄武岩碎石由0～5mm，5～10mm，10～20mm的连续级配碎石组成。

10.权利要求1所述的微膨胀型珊瑚砂混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将300～450份的水泥，15～45份的掺合料，600～725份的珊瑚砂，975～1150份的碎石置于机械搅拌机中搅拌1～2min均匀后，再将3～7份的减水剂和1.5～2.5份的液体膨胀剂混合均匀后随同165～205份的海水一同倒入，继续搅拌1～2min均匀制得微膨胀型珊瑚砂混凝土。