CN106995301A - C30高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种C30高性能混凝土，按重量份数计，其原料包括：P·O42.5级水泥220～240份，S95级矿粉90～110份，F(I)粉煤灰85～95份，砂810～836份，5‑20mm粒径碎石965～995份，水160～180份，外加剂7.7～9.1份。该种混凝土不仅具有良好的流动性能以及满足C30混凝土的强度，同时水平楼板内部的热量被及时消耗，水平楼板内外温差减小，混凝土在硬化过程中表面裂缝几乎不存在。
Description
技术领域
本发明涉及高性能混凝土领域，更具体的说，它涉及一种C30高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
构成高层建筑的混凝土通常需要具备较高的强度等级，以及良好的泵送性能，即流动性能，但是在实际施工过程中，高层建筑的水平楼板通常采用强度标准为C30的混凝土进行浇筑即可达到使用强度，降低施工成本。
但是浇筑的混凝土在水泥水化的过程中，由于浇筑的水平楼板面积较大，水平楼板表面的温度下降较快，水平楼板内部的温度急剧上升，混凝土内部的热量无法被消耗，累积在混凝土内部。随着水泥的水化过程，水平楼板内外温差加大，较大的温差造成混凝土内部与外部的收缩率不同，使混凝土表面产生裂缝，出现安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种C30高性能混凝土，该混凝土流动性能好，强度达到C30混凝土强度标准，同时浇筑成型的水平楼板内部的热量被逐渐消耗，水平楼板的内外温差相差减小，混凝土在硬化过程中无裂缝产生。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种C30高性能混凝土，按重量份数计，其原料包括P·O42.5级水泥220～240份，S95级矿粉90～110份，F(I)粉煤灰85～95份，砂810～836份，5-20mm粒径碎石965～995份，水160～180份，外加剂7.7～9.1份。
优选的，按重量份数计，其原料包括：P·O42.5级水泥230份，S95级矿粉100份，F(I)粉煤灰90份，砂823份，5-20mm粒径碎石980份，水170份，外加剂8.4份。
通过采用上述技术方案，制备得到的超高泵送混凝土的水胶比为0.4，强度达到C30混凝土强度标准；根据水泥等胶凝材料的用量将细骨料与粗骨料的含量严格控制在0.81-0.87的范围内，细骨料与粗骨料与水泥、矿粉、粉煤灰配合使用，在保证混凝土达到C30强度的同时，保证了混凝土的工作性，实现了高性能混凝土的远距离泵送能力。
优选的，所述外加剂为两性型聚羧酸减水剂，分散剂，海藻酸钠，聚N-烷基丙烯酸，乙醇。
优选的，所述两性型聚羧酸减水剂，分散剂，海藻酸钠，聚N-烷基丙烯酸，乙醇的重量比为：2.5∶1∶0.5∶1∶2。
通过采用上述技术方案，聚N-烷基丙烯酰胺为交联聚合物，聚N-烷基丙烯酰胺中的N原子上的孤对电子与乙醇之间形成氢键，乙醇与聚N-烷基丙烯酰胺结合，并进入聚N-烷基丙烯酰胺的交联网络，此时乙醇保存在聚N-烷基丙烯酰胺交联网络之间。混凝土在硬化过程中，水泥水化放热，混凝土体系温度升高导致乙醇从聚N-烷基丙烯酰胺慢慢析出，乙醇在析出的过程中，聚N-烷基丙烯酰胺上的链段相互靠近，使聚N-烷基丙烯酰胺的交联网络更加紧密，进一步促进了乙醇的析出。析出后的乙醇遇热气化，乙醇在气化的过程中吸热，水平楼板内部的热量被逐渐消耗。
优选的，所述聚N-烷基丙烯酰胺为聚N-异丙基丙烯酰胺和聚N-乙烯基己内酰胺的混合物。
优选的，所述聚N-异丙基丙烯酰胺和聚N-乙烯基己内酰胺的重量比为1∶2。
通过采用上述技术方案，聚N-乙烯基己内酰胺的低临界溶解温度比聚N-异丙基丙烯酰胺高，混凝土在升温前期可以通过聚N-异丙基丙烯酰胺释放的乙醇进行降温，当混凝土内部温度达到聚N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度，N-乙烯基己内酰胺开始析出乙醇，对混凝土内部进行降温，两者的配合使用可以在混凝土硬化过程中持续进行降温。
优选的，所述两性型聚羧酸减水剂为马来酸酐-乙醇胺聚羧酸减水剂与丙烯酸-丙基磺酸聚羧酸减水剂的混合物。
通过采用上述技术方案，马来酸酐-乙醇胺聚羧酸减水剂与丙烯酸-丙基磺酸聚羧酸减水剂配合使用，可以调节聚羧酸减水剂中的阳离子与阴离子的含量，使阳离子与阴离子含量达到平衡，不会因为过多的阳离子存在而影响阴离子基团的聚集以及聚羧酸减水剂的电荷密度，同时也不影响乙醇从聚N-烷基丙烯酰胺析出。
优选的，所述分散剂为四聚丙烯基苯磺酸钠和十六烷基磺酸钠的混合物。
通过采用上述技术方案，四聚丙烯基苯磺酸钠和十六烷基磺酸钠上的疏水端吸附在聚N-烷基丙烯酰胺分子表面，其亲水端的部分吸附于混凝土体系中，使聚N-烷基丙烯酰胺更好的分散在混凝土中。
本发明的另一目的在于提供上述所述C30高性能混凝土的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种C30高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：按规定重量称取砂、5-20mm碎石加入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为10s，得到混合物；
S2：按规定重量称取P·O42.5级水泥、高性能矿物掺和料、S95矿粉加入S1中得到的混合物中，搅拌时间为10s，得到混合物；
S3：按规定重量称取两性型聚羧酸减水剂、水，两者相互混合后，加入S2得到的混合物中，搅拌时间为60s，得到混合物；
S4：按规定重量称取聚N-烷基丙烯酰胺，乙醇加入小型搅拌机中，一边搅拌一边加入海藻酸钠，搅拌2min，后向其加入分散剂，继续搅拌1min，得到混合物；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，搅拌30s，得到成品混凝土。
通过采用上述技术方案，乙醇首先与聚N-烷基丙烯酰胺结合，进入聚N-烷基丙烯酰胺的交联网络中，之后聚N-烷基丙烯酰胺分散于水泥泥浆中，混凝土浇筑后，聚N-烷基丙烯酰胺中的乙醇随混凝土体系温度上升而逐渐析出，析出的乙醇在气化过程中吸热，消耗了水平楼板内部的热量，使混凝土在硬化过程中内外温度差减小。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、利用乙醇在聚N-烷基丙烯酰胺交联网络中的结合作用，乙醇暂时固定于聚N-烷基丙烯酰胺中，随着混凝土的硬化过程，混凝土体系温度升高，聚N-烷基丙烯酰胺内部的乙醇逐渐析出，析出的乙醇在气化过程中消耗了一部分水平楼板的内部热量，使混凝土内部温度不至于过高。
2、两性型聚羧酸减水剂的使用平衡了阳离子与阴离子的数量，当其加入混凝土体系中，能同时吸附水泥上的正电荷以及负电荷，具有良好的分散效果，同时不影响聚N-烷基丙烯酰胺对乙醇的析出作用，有效提高了混凝土的流动性能以及抗冻性能。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的所有物质均为市售。
各实施例中所用到样品的规格如表1所示。
表1以下各实施例中所用到样品的规格
各实施例中所用的原料配比如表2所示。
表2各实施例中的组分含量
以上各实施例中的C30高性能混凝土的制备方法如下：
S1：按规定重量称取砂、5-20mm碎石加入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为10s，得到混合物；
S2：按规定重量称取P·O42.5级水泥、高性能矿物掺和料、S95矿粉加入S1中得到的混合物中，搅拌时间为10s，得到混合物；
S3：按规定重量称取两性型聚羧酸减水剂、水，两者相互混合后，加入S2得到的混合物中，搅拌时间为60s，得到混合物；
S4：按规定重量称取聚N-烷基丙烯酰胺，乙醇加入小型搅拌机中，一边搅拌一边加入海藻酸钠，搅拌2min，后向其加入分散剂，继续搅拌1min，得到混合物；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，搅拌30s，得到成品混凝土。
以上各实施例制备的C30高性能混凝土所采用的评价指标及检测方法如下：
坍落度、扩展度和T500：按照GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规范测量各实施例中制备得到的C30高性能混凝土出机时的坍落度、坍落扩展度；
抗氯离子渗透性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试各实施例中制备得到的C30高性能混凝土标准试块的氯离子渗透深度；
抗水渗透性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试各实施例中制备得到的C30高性能混凝土标准试块的渗水深度；
抗冻融性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法测试各实施例中制备得到的C30高性能混凝土标准试块的质量损失率；
抗碳化性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的碳化实验测试各实施例中制备得到的C80超高泵送混凝土标准试块在第28天的碳化深度；
表观性能：利用扫描电子显微镜对各实施例中制备得到的C30高性能混凝土进行微观检测；抗压强度：按照GB/T 50010《混凝土结构设计规范》中的规范检测混凝土标准试块在第7天、第14天、第28天、第56天时测得的具有100％保证率的抗压强度；
温度：按照GB/T 50108《地下工程防水技术规程》对浇筑后的C30高性能混凝土在7天内不间断检测，测试混凝土内外的最大温差以及混凝土内部的最高温度。
以上各实施例的性能指标如表3所示。
表3各实施例制备的C30高性能混凝土的性能测试结果
从上述表中可以看出，本发明满足了C30高性能混凝土的流动性能以及强度性能的指标，并且经过抗氯离子渗透性能测试、抗水渗透性能测试、抗碳化性能以及抗冻融性能测试，混凝土标准试块的抗渗透能力较强，混凝土表面几乎无裂缝产生，同时，浇筑后的混凝土内外温差满足混凝土施工规范要求。
各对比例中所用的原料配比如表4所示。
表4各对比例中的组分含量
各对比例的制备方法与实施例1一致。
以上各对比例的性能指标如表5所示。
表5各对比例制备的混凝土的性能测试结果
| 性能测试结果 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 |
| 坍落度/mm | 190 | 185 | 180 | 195 | 180 | 175 | 170 |
| 氯离子渗透深度/mm | 4.0 | 4.3 | 4.8 | 3.9 | 3.7 | 3.7 | 3.8 |
| 渗水深度/mm | 10 | 11 | 13 | 10 | 10 | 10 | 11 |
| 碳化深度/mm | 1.5 | 1.5 | 1.8 | 1.4 | 1.5 | 1.4 | 1.6 |
| 质量损失率/％ | 2.9 | 3.0 | 3.2 | 2.5 | 2.6 | 2.5 | 2.7 |
| 表观性能 | 无裂缝 | 无裂缝 | 有裂缝 | 无裂缝 | 无裂缝 | 无裂缝 | 无裂缝 |
| 第56天抗压强度/MPa | 38.2 | 37.6 | 37.2 | 38.3 | 38.4 | 37.1 | 37.4 |
| 最大温差/℃ | 26.8 | 27.2 | 27.9 | 25.3 | 25.7 | 26.3 | 25.8 |
| 最高温度/℃ | 38.9 | 40.6 | 41.8 | 38.2 | 38.4 | 39.6 | 39.4 |
从上表中可以看出，对比例1中单独使用聚N-异丙基丙烯酰胺，混凝土在硬化前期聚N-异丙基丙烯酰胺中的乙醇全部析出，导致混凝土后期降温慢；对比例2中单独使用聚N-乙烯基己内酰胺，混凝土在硬化前期的积累大量的热，随着混凝土内部温度升高，聚N-乙烯基己内酰胺大量析出乙醇，混凝土温度急剧下降致使混凝土内部收缩较快。因此，对比例1与对比例2制备得到的混凝土的裂缝多于实施例1中制备得到的混凝土。
对比例3中不加入海藻酸钠，聚N-异丙基丙烯酰胺与聚N-乙烯基己内酰胺对温度的敏感度增加，混凝土在硬化前期乙醇全部被释放，致使混凝土后期无法进行降温，混凝土内部温度升高致使混凝土内外温差较大导致产生的裂缝多于实施例1。对比例4与对比例5中分别加入单一组分的分散剂，单纯使用四聚丙烯基苯磺酸钠与十六烷基磺酸钠的分散效果小于二者的共同作用，混凝土产生的裂缝较二者共同使用时多。
对比例6与对比例7中分别加入单一组分的两性型聚羧酸减水剂，马来酸酐-乙醇胺聚羧酸减水剂与丙烯酸-丙基磺酸聚羧酸减水剂都存在阴离子与阳离子基团，相比于实施例1，马来酸酐-乙醇胺聚羧酸减水剂与丙烯酸-丙基磺酸聚羧酸减水剂单独使用很难调节内部阴离子与阳离子基团的比例，无法使水泥达到最佳的分散效果，同时会影响乙醇的析出速率。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种C30高性能混凝土，其特征是，按重量份数计，其原料包括：
2.根据权利要求1所述的C30高性能混凝土，其特征是，按重量份数计，其原料包括：
3.根据权利要求1或2所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述外加剂为两性型聚羧酸减水剂，分散剂，海藻酸钠，聚N-烷基丙烯酸，乙醇。
4.根据权利要求3所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述两性型聚羧酸减水剂，分散剂，海藻酸钠，聚N-烷基丙烯酸，乙醇的重量比为：2.5∶1∶0.5∶1∶2。
5.根据权利要求3所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述聚N-烷基丙烯酰胺为聚N-异丙基丙烯酰胺和聚N-乙烯基己内酰胺的混合物。
6.根据权利要求5所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述聚N-异丙基丙烯酰胺和聚N-乙烯基己内酰胺的重量比为1∶2。
7.根据权利要求3所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述两性型聚羧酸减水剂为马来酸酐-乙醇胺聚羧酸减水剂与丙烯酸-丙基磺酸聚羧酸减水剂的混合物。
8.根据权利要求3所述的C30高性能混凝土，其特征是，所述分散剂为四聚丙烯基苯磺酸钠和十六烷基磺酸钠的混合物。
9.一种制备如权利要求3所述的C30高性能混凝土的方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：按规定重量称取砂、5-20mm碎石加入搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为10s，得到混合物；
S2：按规定重量称取P·O42.5级水泥、高性能矿物掺和料、S95矿粉加入S1中得到的混合物中，搅拌时间为10s，得到混合物；
S3：按规定重量称取两性型聚羧酸减水剂、水，两者相互混合后，加入S2得到的混合物中，搅拌时间为60s，得到混合物；
S4：按规定重量称取聚N-烷基丙烯酰胺，乙醇加入小型搅拌机中，一边搅拌一边加入海藻酸钠，搅拌2min，后向其加入分散剂，继续搅拌1min，得到混合物；
S5：将S4得到的混合物加入S3得到的混合物中，搅拌30s，得到成品混凝土。
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