CN107721287A - 一种硅藻土改性混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅藻土改性混凝土及其制备方法，所述硅藻土改性混凝土由以下重量份组分组成：水泥15‑20重量份、硅藻土1‑5重量份、水6‑8重量份、河沙25‑30重量份、碎石40‑45重量份、减水剂0.2‑0.5重量份。本发明通过在混凝土中掺杂一定比例的硅藻，在制备混凝土的过程中预先对硅藻土进行预处理，制备的混凝土解决了高强混凝土早期收缩大的问题，并且能有效降低高强混凝土的脆性，同时不会降低高强混凝土的强度。

Description

一种硅藻土改性混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土的制备技术领域，具体涉及一种硅藻土改性混凝土及其制备方法。

背景技术

国内外许多专家学者致力于从混凝土材料角度出发提高高强混凝土的早期抗裂能力。目前，常用的改善高强混凝土早期收缩的技术途径有两种：一是在混凝土中掺入高效减水剂；二是掺入矿物掺合料。但仅仅掺入减水剂不能改善水泥水化产物的组成及质量，而掺入矿物掺合料可以达到改善混凝土早期收缩和水泥水化产物组成及质量的效果。有研究表明掺入矿物掺和料或掺入预吸水内养护材料可有效阻止混凝土早期开裂。目前使用较多的矿物掺合料主要包括矿渣粉、粉煤灰和硅灰。内养护材料是一种具有多孔结构的材料，有持水和释水功能。当水分蒸发和水化反应导致混凝土内部自由水分降至一定程度时，这些内养护材料能释放水分，维持体系内相对湿度。目前使用较多的内养护材料是陶粒。

通过比较几种掺和料对混凝土早期抗裂性能的影响得出不同掺和料对早期抗裂作用的影响不同，其中矿物掺合料占胶凝材料的比例为30％。粉煤灰具有适当降低混凝土的脆性和抑制早期开裂的性能，而矿粉、飞灰的作用与其相反，并指出这类掺和料的化学成分、火山灰活性对水化反应的影响以及颗粒大小、比表面积对孔隙结构的影响，是影响混凝土早期抗裂性能的主要原因。将饱水陶粒作为内养护材料部分取代粗骨料掺入混凝土中，当陶粒掺量为20％时早期收缩减少约50％，但陶粒的掺入使得混凝土力学性能下降较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅藻土改性混凝土，解决高强混凝土早期收缩大的问题，能有效降低高强混凝土的脆性，同时不会降低高强混凝土的强度。

此外，本发明还提供上述混凝土的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种硅藻土改性混凝土，由以下重量份组分组成：

水泥15-20重量份、硅藻土1-5重量份、水6-8重量份、河沙25-30重量份、碎石40-45重量份、减水剂0.2-0.5重量份。

针对改善高强混凝土早期收缩和开裂问题的现有技术较多使用的是掺入复合矿物掺合料和掺入多孔骨料替代普通骨料。而这两种方法具有以下缺点：

无论是掺入复合矿物掺合料还是预吸水饱和多孔，其掺量一般为20％～30％左右，用量大，耗费材料。而且存在导致混凝土强度降低的风险。

并且，矿物掺合料一般是工业废渣，虽然提供了一种再利用的途径，但作为污染较大的工业副产品未来的产量会受到极大的限制，不是一种绿色的原料。同时，矿物掺合料的颗粒大小、组成成分对混凝土的性能影响很大，因此对矿物掺合料的质量有一定的要求。多孔陶粒、页岩作为常用的多孔骨料，掺入混凝土中可发挥其持水、释水作用，维持混凝土内相对湿度，从而减少混凝土收缩，但其代替粗骨料最终使得混凝土抗压强度极大地降低，失去了高强混凝土的根本作用

本发明采用硅藻土替代传统的掺合料，硅藻土是单细胞生物硅藻的遗骸沉积而成的生物沉积岩，具有良好的火山灰性能，是一种天然环保的混凝土掺合料。

申请人通过大量试验发现：按照本发明所述比例进行掺杂硅藻土(硅藻土的约为1％～5％)，可以降低早期开裂面积30％～65％左右，当硅藻土的掺杂量为10重量份时，预吸水硅藻土高强混凝土强度减少70％。

因此，本发明所述混凝土配方通过掺杂一定比例的硅藻土，既可以改善高强混凝土早期收缩大的问题，同时不会对混凝土的其它性能产生影响，硅藻土是一种天然环保的再生资源，不会造成污染，使用量较小。

进一步地，由以下重量份组分组成：

水泥15-20重量份、硅藻土2-4重量份、水6-8重量份、河沙25-30重量份、碎石40-45重量份、减水剂0.2-0.5重量份。

进一步地，由以下重量份组分组成：

水泥20重量份、硅藻土3重量份、水8重量份、河沙25重量份、碎石40重量份、减水剂0.4重量份。

进一步地，减水剂为萘系高效减水剂。

一种硅藻土的预处理方法，将硅藻土与自来水按重量比1:1.5-1:1.7混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态。

将硅藻土与自来水按重量比1:1.5-1:1.7进行吸水处理后，应用于混凝土的制备，可以明显改善高强混凝土的早期收缩问题，并且能有效降低高强混凝土的脆性。

一种硅藻土的应用，将经过吸水处理的硅藻土应用于普通混凝土的制备。

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土与自来水按重量比1:1.5-1:1.7混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将水泥、河沙和碎石按比例倒入搅拌机中干拌；

3)、将减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土。

将通过本发明所述方法制备的混凝土、普通高强混凝土(不含硅藻土的混凝土)在国家规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中规定的混凝土早期开裂试验养护环境下同时养护24小时，本发明制备的混凝土较普通高强混凝土，裂缝最大宽度减少50％-100％，开裂面积减少30％～100％左右，且开裂时间最长延迟1.5小时，说明预吸水硅藻土可有效改善高强混凝土早期开裂问题。同时，较普通高强混凝土28天抗压强度最多提高10％，28天拉压比较普通高强混凝土提高23.5％，说明预吸水硅藻土混凝土在不影响高强混凝土力学指标的基础上可有效降低其脆性。

同时，较未预吸水硅藻土高强混凝土，预吸水处理过的硅藻土以相同掺量掺入混凝土中，其工作性能有明显改善，流动性提高5-10cm，同时28天抗压强度提高5-8％。主要原因有：第一，预吸水后掺入的硅藻土分散程度较大，易于搅拌均匀；第二，由于预吸水硅藻土的“内养护”作用，在强度发展后期及时补充混凝土体系内的水，促进水化反应的不断进行。

并且，还获得以下结论：硅藻土的掺杂量不能够大于5％，当硅藻土的掺杂量过大，虽然能够解决早期开裂的问题，但是混凝土强度大大降低。

本发明所述制备方法，合理设计各个组分之间的配比，同时对硅藻土进行预吸水处理，可以明显改善高强混凝土的早期收缩问题，并且能有效降低高强混凝土的脆性，同时不降低其强度

进一步地，还包括以下步骤：将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

在预吸水硅藻土普通混凝土(C30，水灰比0.5)试验中。掺入1％-5％的预吸水硅藻土28天强度较基准普通混凝土减少4％-13％；可见，预吸水硅藻土的“内养护”作用在水灰比较小的高强混凝土中的作用更加明显。

进一步地，河沙的平均粒径为0.5-0.7mm。

进一步地，所述碎石的平均粒径为15-25mm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述混凝土配方通过掺杂一定比例的硅藻土，既可以改善高强混凝土早期收缩大的问题，同时不会对混凝土的其它性能产生影响，并且，硅藻土是一种天然环保的再生资源，不会造成污染，使用量较小。

2、本发明所述制备方法，合理设计各个组分之间的配比，同时对硅藻土进行预吸水处理，可以明显改善高强混凝土的早期收缩问题，并且能有效降低高强混凝土的脆性，同时不降低其强度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土1重量份、自来水1.5重量份混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将水泥15重量份、河沙25重量份和碎石40重量份倒入搅拌机中干拌，所述河沙的平均粒径为0.5mm，所述碎石的平均粒径为15mm；

3)、将萘系高效减水剂0.2重量份溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将萘系高效减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土；

6)、将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

所制备的混凝土由以下重量份组分组成：

水泥15重量份、硅藻土1重量份、水6重量份、河沙25重量份、碎石40重量份、减水剂0.2重量份。

实施例2：

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土2重量份、自来水3.4重量份混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将水泥20重量份、河沙30重量份和碎石45重量份倒入搅拌机中干拌，所述河沙的平均粒径为0.7mm，所述碎石的平均粒径为25mm；

3)、将0.5重量份萘系高效减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将萘系高效减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土；

6)、将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

所制备的混凝土由以下重量份组分组成：

水泥20重量份、硅藻土5重量份、水7重量份、河沙30重量份、碎石45重量份、减水剂0.5重量份。

实施例3：

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土4重量份、自来水6.4重量份混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将18重量份水泥、28重量份河沙和42重量份碎石按比例倒入搅拌机中干拌，所述河沙的平均粒径为0.6mm，所述碎石的平均粒径为20mm；

3)、将0.3重量份萘系高效减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将萘系高效减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土；

6)、将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

所制备的混凝土由以下重量份组分组成：

水泥18重量份、硅藻土4重量份、水8重量份、河沙28重量份、碎石42重量份、减水剂0.3重量份。

实施例4：

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土5重量份与自来水7.5重量份混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将18重量份水泥、28重量份河沙和42重量份碎石按比例倒入搅拌机中干拌，所述河沙的平均粒径为0.6mm，所述碎石的平均粒径为22mm；

3)、将0.4重量份萘系高效减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将0.4重量份萘系高效减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土；

6)、将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

所制备的混凝土由以下重量份组分组成：

水泥18重量份、硅藻土5重量份、水8重量份、河沙28重量份、碎石42重量份、减水剂0.4重量份。

实施例5：

一种硅藻土改性混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土3重量份、自来水4.8重量份混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将20重量份水泥、25重量份河沙和40重量份碎石倒入搅拌机中干拌，所述河沙的平均粒径为0.6mm，所述碎石的平均粒径为20mm；

3)、将0.4重量份萘系高效减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将萘系高效减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土；

6)、将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

所制备的混凝土由以下重量份组分组成：

水泥20重量份、硅藻土3重量份、水8重量份、河沙25重量份、碎石40重量份、减水剂0.4重量份。

对比例1：

本对比例基于实施例5，区别在于：不使用硅藻土。

对比例2：

本对比例基于实施例5，区别在于：硅藻土的含量6重量份。

对比例3：

本对比例基于实施例5，区别在于：硅藻土的含量8重量份。

对比例4：

本对比例基于实施例5，区别在于：硅藻土的含量10重量份。

对比例5：

本对比例基于实施例5，区别在于：不包括步骤1)、即硅藻土不进行预处理。

对比例6：

本对比例基于实施例5，区别在于：在步骤1)中硅藻土为3重量份、自来水为7.5重量份，即的比例硅藻土和自来水为1:2.5。

对比例7：

本对比例基于实施例5，区别在于：在步骤1)中硅藻土为3重量份、自来水为3重量份，即的比例硅藻土和自来水为1:1.0。

将实施例1-实施例5、对比例1-对比例7制备的混凝土分别用于以下试验：

将混凝土倒入800mm×600mm×100mm的早期开裂试验模具及150mm×150mm×150mm的力学性能试验模具中成型，并放入温度20±5℃，相对湿度50％的恒稳恒湿养护室静置养护。对早期开裂测试试件，静置30分钟后进行风吹处理，使试件表面中心正上方100mm处风速为5.5m/s，随后养护24小时，记下初始裂缝出现的时间、裂缝长度及最大宽度，计算开裂面积；对力学性能测试试件，养护28天后测试试件的抗压强度、抗拉强度并计算拉压比。试验结果如表1所示：

表1

由表1的数据可知：

1)、由实施例1-实施例5与对比例1的数据对比可知：混凝土中不掺杂硅藻土与掺杂硅藻土相比，抗压强度和劈裂抗拉强度基本无变化，但是，不掺杂硅藻土的混凝土最大裂缝宽度和总开裂面积均增加了一倍，初始开裂时间缩短了半小时。

2)、由实施例1-实施例5与对比例2-对比例4的数据对比可知：随着硅藻土掺杂量的增加，最大裂缝宽度和总开裂面积之间降低，当硅藻土掺杂量为10％时，大裂缝宽度和总开裂面积为0，但是，随着硅藻土掺杂量的增加，压强度和劈裂抗拉强度在逐渐降低，当硅藻土掺杂量为10％时，压强度和劈裂抗拉强度降低70％左右。

3)、由实施例1-实施例5与对比例5-对比例7的数据对比可知：当掺杂的硅藻土不经过吸水预处理，或在预处理时，硅藻土和自来水的比例不在本发明所述比例内，抗压强度和劈裂抗拉强度均有所降低，最大裂缝宽度和总开裂面积基本无变化。

综上，当硅藻土的掺杂量设置在本发明所述范围内，且在制备混凝土时，预先对硅藻土进行吸水预处理，能够有效降低混凝土早期开裂的问题，同时不会影响混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅藻土改性混凝土，其特征在于，由以下重量份组分组成：

水泥15-20重量份、硅藻土1-5重量份、水6-8重量份、河沙25-30重量份、碎石40-45重量份、减水剂0.2-0.5重量份。

2.根据权利要求1所述的一种硅藻土改性混凝土，其特征在于，由以下重量份组分组成：

水泥15-20重量份、硅藻土2-4重量份、水6-8重量份、河沙25-30重量份、碎石40-45重量份、减水剂0.2-0.5重量份。

3.根据权利要求1所述的一种硅藻土改性混凝土，其特征在于，由以下重量份组分组成：

水泥20重量份、硅藻土3重量份、水8重量份、河沙25重量份、碎石40重量份、减水剂0.4重量份。

4.根据权利要求1所述的一种硅藻土改性混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂。

5.一种硅藻土的预处理方法，其特征在于，将硅藻土与自来水按重量比1:1.5-1:1.7混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态。

6.一种硅藻土的应用，其特征在于，将经过吸水处理的硅藻土应用于普通混凝土的制备。

7.一种如权利要求1-3任一项所述硅藻土改性混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、硅藻土预处理：将硅藻土与自来水按重量比1:1.5-1:1.7混合，进行吸水处理，搅拌均匀，使混合后的物料处于饱和面干状态；

2)、将水泥、河沙和碎石按比例倒入搅拌机中干拌；

3)、将减水剂溶解在水中形成减水剂水溶液；

4)、将减水剂水溶液倒入搅拌机中进行湿搅拌；

5)、将饱和面干的硅藻土倒入搅拌机中，继续搅拌，均匀后获得混凝土。

8.根据权利要求7所述混凝土的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：将混凝土浇入模具中，振动成型、自然养护、脱膜。

9.根据权利要求7所述混凝土的制备方法，其特征在于，所述河沙的平均粒径为0.5-0.7mm。

10.根据权利要求7所述混凝土的制备方法，其特征在于，所述碎石的平均粒径为15-25mm。