CN108529925A - 一种盾构管片混凝土抗裂早强剂及其使用方法 - Google Patents

一种盾构管片混凝土抗裂早强剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土盾构管片混凝土抗裂早强剂及使用方法。按质量百分数计,由偏高岭土30%~45%、加密硅灰12%~20%、聚丙烯酰胺10%~15%、纳米SiO2 5%~10%、水玻璃4%~8%、威兰胶2%~5%,其余为羟丙基纤维素醚复合而成,其总质量满足100%。生产混凝土时,抗裂早强剂以10%~15%的掺量内掺取代水泥或其他胶凝材料搅拌成型,通过适当的静停时间和养护工艺,盾构管片混凝土具备良好的早强抗裂、抗渗性能,可以达到免蒸养的效果。若采用蒸养工艺时,掺抗裂早强剂的盾构管片混凝土较未掺时可以提前约7h达到拆模强度要求。该抗裂早强剂相关性能满足GB/T 18736《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的相关要求。

Description

一种盾构管片混凝土抗裂早强剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及水泥混凝土制品技术领域,是一种盾构管片混凝土抗裂型早强剂及其使用方法。
背景技术
近年来,随着我国城市化进程的发展,交通运输***与基础设施建设面临快速增长的需求。地铁作为城市地下交通的载体,以其独特的地理优势、高性价比、良好的环境协调性,成为城市交通***中必不可少的组成部分。地铁工程地下水充沛,水中富含氯离子、硫酸根离子、碱金属等腐蚀离子。为保障结构长期安全运行,其抗渗性能、抗裂性能显得尤为重要。我国地下基础设施建设已进入高潮期,盾构管片的需求量非常大,而且工期非常紧张。因此,提高混凝土的早期强度,缩短拆模时间,增加模板的周转率,既是盾构管片生产进度的需求,也是成本控制的需求。
针对盾构管片高抗裂和早强的需求,目前采取的抗裂措施主要有掺入膨胀剂、采用涂层防护等,早强措施主要有采用蒸养、早强外加剂等。膨胀剂往往需要对混凝土养护提出了更加严格的要求,涂层防护工艺复杂,造价不菲,蒸养增加了混凝土生产工艺复杂程度和能耗,兼具早强抗裂功能的材料较少。为了使盾构管片混凝土具备较好的早期强度,且降低生产能耗,简化生产工艺,本发明提出一种盾构管片混凝土抗裂早强剂及其使用方法,可以在免蒸养的情况下生产出具备良好抗裂和早强性能的盾构管片。
发明内容
为了使盾构管片混凝土在免蒸养的情况下达到较高的早期强度,具备短时间拆模的条件,且抗裂性能良好,本发明提出一种盾构管片混凝土抗裂早强剂及其使用方法。
本发明提出的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,由偏高岭土、硅灰、聚丙烯酰胺、纳米SiO2、水玻璃、威兰胶和羟丙基纤维素醚复合而成,各组分质量百分比为:
偏高岭土30%~45%;
硅灰12%~20%;
聚丙烯酰胺10%~15%;
纳米SiO25%~10%;
水玻璃4%~8%;
威兰胶2%~5%;
其余为羟丙基纤维素醚,其总重量满足100%。
本发明中,所述偏高岭土是由高岭土在650~850℃温度煅烧2~4小时而成,其中活性Al2O3和活性SiO2含量不低于90%,密度250~270kg/m3,比表面积≥1500m2/kg。
本发明中,所述硅灰采用加密技术将原态微硅粉聚集成小的颗粒团,其中SiO2含量不低于85%,比表面积≥15000m2/kg。
本发明中,所述聚丙烯酰胺为白色粉末,密度1302kg/m3,相对分子质量6×106
本发明中,所述纳米SiO2为白色粉末,平均粒径30±5nm,SiO2含量≥99.5%,比表面积≥220000m2/kg。
本发明中,所述威兰胶为白色或米白色粉末,分子量范围:0.66~0.97×106,特性粘度为4479L/kg。
本发明中,所述水玻璃为纯度99%以上,可溶固体大于99%的粉状Na2SiO3
本发明中,所述羟丙基纤维素醚为白色粉末,羟丙基含量60%~70%,灼烧残渣<0.5%,干燥失重<5%,pH5.8~8.5。
本发明提出的盾构管片混凝土抗裂早强剂的制备方法,具体步骤如下:
(1)预处理高岭土,得到偏高岭土,由高岭土在650~850℃温度煅烧2~4h制得偏高岭土,其中活性Al2O3和活性SiO2含量不低于90%,比表面积≥1500m2/kg;
(2)预处理硅灰,采用加密技术将原态微硅粉聚集成小的颗粒团,得到的硅灰SiO2含量≥85%,比表面积≥15000m2/kg;
(3)按原料比称取步骤(1)得到的偏高岭土、步骤(2)得到的硅灰、聚丙烯酰胺、纳米SiO2、水玻璃、威兰胶和羟丙基纤维素醚,混合均匀,即得所需产品。
各组分作用机理如下:
偏高岭土提高水泥浆体的强度;其中活性Al2O3与水泥水化产物反应,促进了具有微膨胀作用的钙矾石的生成,可减少混凝土开裂风险;抑制碱——硅酸反应。硅灰具备微集料效应,优化胶凝材料颗粒级配,润滑水泥浆体,改善和易性,加速水泥水化。聚丙烯酰胺增强混凝土结构致密性,缓解内应力,减少微裂纹的产生。减少Ca(OH)2在界面区的富集,改善集料与水泥浆体的界面结构。纳米SiO2优化胶凝材料颗粒级配,具备很高的化学活性和微集料效应,进而提高早期强度。水玻璃激发胶凝材料火山灰活性,进而提高早期强度。威兰胶增加混凝土保水性,使胶凝材料水化更快更充分,提高混凝土强度。羟丙基纤维素醚具有表面活性作用,提高早期强度;降低水泥水化热峰值,减少混凝土开裂风险。
本发明提出的盾构管片混凝土抗裂早强剂的使用方法,具体方法如下:
(1)将盾构管片混凝土抗裂早强剂与水泥或其他胶凝材料控制(10-16):100的质量比加入到水泥或其他胶凝材料中,以取代部分水泥或其他胶凝材料;
(2)将步骤(1)得到的抗裂早强剂和水泥或其他混凝土原材料组成的混合料加水搅拌,搅拌时间大于60s,得到预拌混凝土;
(3)将步骤(2)所得的预拌混凝土运输入模浇筑,采用振动器振捣密实(采用现有公知技术);
(4)将步骤(3)浇筑成型的混凝土静停2h,在此时间段里进行初凝前的二次抹面,时间为60-80分钟,防止混凝土后滞泌水造成对盾构管片外观的影响,减少砂斑砂线和塑性裂缝的产生;静停2h后覆膜保湿,带模养护为16-20h,直到满足拆模的要求;
(5)盾构管片拆模后放入标准条件温湿度(温度20℃±2℃,相对湿度95%RH以上)环境下养护至设计龄期(采用现有公知技术),成品采用硅烷浸渍剂喷洒表面,防止Ca(OH)2析出影响外观。
使用本发明掺加抗裂早强剂的混凝土浇筑后无需蒸汽养护,但浇筑后混凝土表面宜采用覆膜保湿或带模养护等措施。
本发明的有益效果在于:使用本发明的抗裂早强剂可以在标准条件温湿度情况下实现盾构管片混凝土20h达到拆模、起吊强度要求,且混凝土表面无明显裂缝。现有公知技术一般需要蒸汽养护5h,再静停15h后方满足拆模、起吊强度要求,且混凝土水化放热量大容易造成盾构管片开裂。本发明若采用现有公知技术蒸汽养护5h,则只需在标准条件温湿度下养护8h就满足拆模、起吊强度的要求,可进一步缩短拆模时间。本发明能够较好地解决盾构管片混凝土早强和抗裂的矛盾,通过免蒸养来降低生产能耗,精简制造工艺,使用方法简单,具有较强的实用性。
具体实施方式
以下结合实施实例对本发明作进一步说明,但不限定本发明。
实施例1:一种盾构管片C50P12抗裂早强混凝土的制备
(1)混凝土抗裂早强剂质量百分比:
其中:
偏高岭土:由高岭土在750℃温度煅烧2.5小时而成,其中活性Al2O3和活性SiO2含量91%,比表面积1700m2/kg;
硅灰:市售,采用加密技术将原态微硅粉聚集成小的颗粒团,SiO2含量88%,比表面积16000m2/kg;
聚丙烯酰胺:市售,白色粉末,密度1302kg/m3,相对分子质量6×106
纳米SiO2:市售,白色粉末,平均粒径30nm,SiO2含量99.7%,比表面积230000m2/kg;
水玻璃:市售,分析纯,粉状,纯度99.5%;
威兰胶:市售,白色或米白色粉末,分子量:0.95×106,特性粘度为4479L/kg;
羟丙基纤维素醚:市售,白色粉末,羟丙基含量68%,灼烧残渣0.3%,干燥失重4%,pH=6.0。
按原料比称取偏高岭土、硅灰、聚丙烯酰胺、纳米SiO2、水玻璃、威兰胶和羟丙基纤维素醚,混合均匀,即得所需抗裂早强剂。
(2)混凝土配合比:
其中:
水泥:市售, P.O 42.5水泥,比表面积320m2/kg,28d抗压强度50.0MPa;
粉煤灰:市售,电厂Ⅱ级煤灰,细度17%,烧失量3.5%,28d活性指数76.0%;
减水剂:市售,高性能聚羧酸减水剂,减水率26.0%;
砂:市售,河砂,细度模数2.6;
碎石:市售,5~25mm连续级配,压碎值9.0%。
(3)按上述配比称料后搅拌80s,混凝土坍落度80mm, 满足盾构管片预制施工要求。
(4)混凝土浇筑、振捣,成型,静停1h后进行二次抹面,静停2h后覆膜,在标准条件温湿度下,不需蒸养,带模养护18h后拆模,测得20h抗压强度22.5MPa,28d抗压强度77.9MPa,混凝土表面无明显裂缝。
(5)同时将制得盾构管片C50P12抗裂早强混凝土采用现有公知技术蒸汽养护5h,然后标准条件温湿度下静停8h抗压强度21.9MPa,28d抗压强度78.8MPa,混凝土表面无明显裂缝。
按照实施例1制备C50P12抗裂早强混凝土,成型相应的试件,参照GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》分别进行抗水渗透、抗氯离子渗透(电通量)、早期收缩实验(非接触法)和抗碳化实验,得到相关检测结果如下:
抗水渗透性能H: 1.6MPa;
抗氯离子渗透(电通量):6h总电通量485 C;
收缩率(3d):0.00010;
碳化深度(28d):6.8mm。
实施例2:一种盾构管片C60抗裂早强混凝土的制备
(1)混凝土抗裂早强剂质量百分比:
其中:
偏高岭土:由高岭土在750℃温度煅烧2.5小时而成,其中活性Al2O3和活性SiO2含量91%,比表面积1700m2/kg;
硅灰:市售,采用加密技术将原态微硅粉聚集成小的颗粒团,SiO2含量88%,比表面积16000m2/kg;
聚丙烯酰胺:市售,白色粉末,密度1302kg/m3,相对分子质量6×106
纳米SiO2:市售,白色粉末,平均粒径30nm,SiO2含量99.7%,比表面积230000m2/kg;
水玻璃:市售,分析纯,粉状,纯度99.5%;
威兰胶:市售,白色或米白色粉末,分子量: 0.95×106,特性粘度为4479l/kg;
羟丙基纤维素醚:市售,白色粉末,羟丙基含量68%,灼烧残渣0.3%,干燥失重4%,pH=6.0。
按原料比称取偏高岭土、硅灰、聚丙烯酰胺、纳米SiO2、水玻璃、威兰胶和羟丙基纤维素醚,混合均匀,即得所需抗裂早强剂。
(2)混凝土配合比:
其中:
水泥:市售, P.O 42.5水泥,比表面积320m2/kg,28d抗压强度50.0MPa;
粉煤灰:市售,电厂Ⅱ级煤灰,细度17%,烧失量3.5%,28d活性指数76.0%;
减水剂:市售,高性能聚羧酸减水剂,减水率26.0%;
砂:市售,河砂,细度2.6;
碎石:市售,5~25mm连续级配,压碎值9.0%。
(3)按上述配比称料后搅拌100s,混凝土坍落扩展度100mm, 满足盾构管片施工要求。
(4)混凝土浇筑、振捣,成型,覆膜养护。
(5)成功制得盾构管片C60抗裂早强混凝土,静停1h后进行二次抹面,静停2h后覆膜,在标准条件温湿度下,不需蒸养,带模养护18h后拆模。测得20h抗压强度26.5MPa,28d抗压强度86.5MPa,混凝土表面无明显裂缝。
同时将制得盾构管片C60抗裂早强混凝土采用现有公知技术蒸汽养护5h,然后标准条件温湿度下静停8h抗压强度26.8MPa,28d抗压强度85.4MPa,混凝土表面无明显裂缝。
按照实施例2制备C60P12抗裂早强混凝土,成型相应的试件,参照GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》分别进行抗水渗透、抗氯离子渗透(电通量)、早期收缩实验(非接触法)和抗碳化实验,得到相关检测结果如下:
抗水渗透性能H: 1.6MPa;
抗氯离子渗透(电通量):6h总电通量439 C;
收缩率(3d):0.00015;
碳化深度(28d):6.0mm。

Claims (8)

1.一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于由偏高岭土、硅灰、聚丙烯酰胺、纳米SiO2、水玻璃、威兰胶和羟丙基纤维素醚复合而成,各组分质量百分比为:
偏高岭土30%~45%;
硅灰12%~20%;
聚丙烯酰胺10%~15%;
纳米SiO25%~10%;
水玻璃4%~8%;
威兰胶2%~5%;
其余为羟丙基纤维素醚,其总重量满足100%。
2.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述偏高岭土是由高岭土在650~850℃温度煅烧2~4小时而成,其中活性Al2O3和活性SiO2含量不低于90%,比表面积≥1500m2/kg;所述硅灰采用加密技术将原态微硅粉聚集成小的颗粒团,SiO2含量不低于85%,比表面积≥15000m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述聚丙烯酰胺为白色粉末,密度1302kg/m3,相对分子质量6×106
4.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述纳米SiO2为白色粉末,平均粒径30±5nm,SiO2含量≥99.5%,比表面积≥220000m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述水玻璃为纯度99%以上,可溶固体99%的粉状Na2SiO3
6.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述威兰胶为白色或米白色粉末,分子量范围:0.66~0.97×106,特性粘度为4479L/kg。
7.根据权利要求1所述的一种盾构管片混凝土抗裂早强剂,其特征在于所述的羟丙基纤维素醚为白色粉末,羟丙基含量60%~70%,灼烧残渣<0.5%,干燥失重<5%,pH5.8~8.5。
8.一种如权利要求1所述的盾构管片混凝土抗裂早强剂的使用方法,其特征在于具体方法如下:
(1)将盾构管片混凝土抗裂早强剂与水泥或其他胶凝材料按照(10-15):100的质量比加入到水泥或其他胶凝材料中,以取代部分水泥或其他胶凝材料,在免蒸养的情况下,使混凝土性能满足盾构管片混凝土预制要求;
(2)将水泥或其他胶凝材料和混凝土抗裂早强剂混合,搅拌时间不低于60s;
(3)步骤(2)所得材料搅拌均匀后入模浇筑,浇筑成型的混凝土静停1h进行初凝前的二次抹面;静停2h后覆膜保湿,带模养护为16-20h;成型后20h达到拆模、起吊的强度要求;
(4)制备的盾构管片采用硅烷浸渍剂喷洒表面,改善混凝土外观。
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