CN109704695B - 早强型现浇活性粉末混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及早强型现浇活性粉末混凝土及其制备方法，原料为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、重钙粉、20‑40目石英砂、40‑80目石英砂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂HN、缓凝剂HS、促凝剂CN、消泡剂XP和水，经立轴强制搅拌机或卧式双轴强制型搅拌机拌和而成，流动性高，凝结时间可调，早期强度高，适用于现浇施工作业。

Description

早强型现浇活性粉末混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基建筑材料，具体涉及一种早强型现浇活性粉末混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土作为现代工程建设中最大宗的建筑材料，由于强度高、耐久性好、原料廉价易得，使用历史已百年有余，近年来我国基础设施建设力度不断加大，每年混凝土消费量高于15亿立方米，随着国家环保要求不断加强，节能减排力度不断加大，以及超高层、大跨度建构筑物施工难度的不断增加，高强高性能混凝土材料成为了混凝土领域研究新前沿。

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)即为新型高性能混凝土中的一种，其依据最紧密堆积理论进行配合比设计，剔除粗骨料，以级配石英砂作为细骨料，掺入适量钢纤维，经混合搅拌成型而得。活性粉末混凝土微裂纹和空隙缺陷少，力学性能高，抗碳化、抗腐蚀、抗冻抗渗、耐磨耐久性强，具有广泛的工程应用前景，国内外学者对其进行了热点关注和研究。何峰通过试验研究了原材料品种以及混凝土配合比对RPC力学性能的影响，在添加3％钢纤维时制备的活性粉末混凝土抗压强度可达298MPa，陈广智研究表明活性粉末混凝土的长期收缩率远小于普通混凝土，刘斯风采用天然细集料和外掺料替代了PRC中的石英粉和硅灰，施韬在RPC中添加矿渣，刘娟红通过调整不同养护制度对大掺量矿物微粉的活性粉末混凝土进行研究。

为提高活性粉末混凝土的力学性能从而满足施工中对于其高力学性能的要求，活性粉末混凝土配制过程中往往添加大量硅灰、S105级超细矿粉等活性掺合料，然而，在活性掺合料大量添加的同时也导致了活性粉末混凝土粘度大，流动性较差，只能用于预制构件或盖板等的生产，并且需要振捣达到密实，不能用于泵送工程的现浇作业的施工。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，特提供一种早强型现浇活性粉末混凝土及其制备方法，具体的，通过调节水泥、掺合料和外加剂的品种，制备得到具有高流动性、凝结时间可控、早期强度高，适用于现浇施工作业的早强型现浇活性粉末混凝土。

为实现上述目的，本发明的早强型现浇活性粉末混凝土，由以下重量份原料制备而成：

硅酸盐水泥1000－1100份；

硫铝酸盐水泥50－100份；

硅灰20－40份；

重钙粉10－30份；

镀铜钢纤维150－170份；

20－40目石英砂500－600份；

40－80目石英砂350－400份；

减水剂10－12份；

缓凝剂HN：3－4份；

缓凝剂HS：3－4份；

促凝剂CN：0.05－0.1份；

消泡剂XP：2－3份；

膨胀剂0.4－0.5份；

水200－300份。

优选的，本发明早强型现浇活性粉末混凝土，由以下重量份原料制备而成：

硅酸盐水泥1066份；

硫铝酸盐水泥80份；

硅灰36份；

重钙粉18份；

镀铜钢纤维157份；

20－40目石英砂540份；

40－80目石英砂360份；

减水剂11份；

缓凝剂HN：3份；

缓凝剂HS：3份；

促凝剂CN：0.05份；

消泡剂XP：3份；

膨胀剂0.4份；

水220份。

优选的，所述硅酸盐水泥为52.5级硅酸盐水泥。

优选的，所述缓凝剂HN为葡萄糖酸钠或白糖，其主要针对硅酸盐水泥的水化起到减缓作用，所述缓凝剂HS为柠檬酸、硼酸、硼砂的一种或几种，为硫铝酸盐水泥适应性缓凝剂。

优选的，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，更优选的，所述减水剂采用缓释型聚羧酸减水剂，由聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸作为不饱和单体聚合而成，更优选的，缓释型聚羧酸减水剂采用粉体形式。

优选的，所述促凝剂CN为碳酸锂、硫酸铝、硫酸锂的一种或几种，促凝剂可以显著缩短硫铝酸盐水泥的水化诱导期，提高硫铝酸盐水泥早期水化放热速率和水化放热量。

优选的，所述膨胀剂为UEA膨胀剂，其可以在水泥水化、硬化的过程中生成大量的膨胀性结晶水化物AFt，填充到混凝土微孔中，产生适度膨胀，抵消混凝土凝固时产生的收缩应力，从而起到补偿收缩的作用，避免出现收缩及裂缝。

助剂品种均可市购，原料廉价易得，来源广泛。

本发明还涉及早强型现浇活性粉末混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量份称取各原料；

2)将减水剂、缓凝剂HN、缓凝剂HS、促凝剂CN、消泡剂XP混合均匀制备成为外加剂备用；

3)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、重钙粉、20－40目石英砂、40－80目石英砂、膨胀剂加入搅拌机进行混拌，混拌均匀后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得干料；

4)将外加剂投入搅拌机与干料拌和均匀，得早强型现浇活性粉末混凝土干粉料；

5)使用时，将早强型现浇活性粉末混凝土干粉料与水在搅拌机中进行混拌，出料即得。

优选的，所述搅拌机为立轴强制搅拌机或卧式双轴强制型搅拌机，其可使活性粉末混凝土充分分散，原料混合过程中存在结团时，应适当延长搅拌时间。生产过程不宜采用单轴卧式搅拌机，其易导致钢纤维结团，不利于各原料充分分散。

本发明还涉及上述早强型现浇活性粉末混凝土在现浇施工中的应用。

本发明以硅酸盐水泥作为主要胶凝材料，并辅以硅灰提高活性粉末混凝土力学性能，为避免硅灰掺量过高导致的混凝土粘度提高流动性变差，添加部分硫铝酸盐水泥和重钙粉作为胶凝材料，从而降低硅灰掺量。硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和硅灰发生水化反应，共同促进力学强度的提高，通过掺入少量硫铝酸盐水泥，还会产生较好的微膨胀效应，确保工程后期不会出现离鼓等缺陷，本发明采用的重钙粉为重质碳酸钙粉末，是用优质的石灰石为原料，经石灰磨粉机加工成白色粉体，它的主要成分是CaCO₃，其主要作用与石英粉相似，作为填充料填充砂颗粒之间的堆积间隙，使集料之间有更好的密实堆积结构，通过调整颗粒级配使砂浆具有更好的流动性，并且，在水泥水化过程中，重钙粉可以作为成核场所，使溶解状态中的C－S－H遇到固相粒子并接着沉淀其上的概率有所增大，从而在早期加速水泥水化，提高活性粉末混凝土早期性能，此外，重钙粉可以与硫铝酸盐水泥熟料中无水硫铝酸钙矿物水化反应生成水化碳铝酸钙，改善微孔结构，避免了硫铝酸盐水泥强度的倒缩。

本发明针对硅酸盐和硫铝酸盐两大体系水泥，采用两种具有针对性的缓凝剂，同时添加促凝剂复配进行凝结时间调节，采用膨胀剂与具有膨胀效果的硫铝酸盐水泥防止活性粉末混凝土在强度快速增长过程中产生的收缩裂缝，本发明原料适应性广，优先采用高性能聚羧酸系减水剂提高浆料流动性和力学性能，更优选的，通过采用缓释型聚羧酸减水剂，其以聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸作为不饱和单体聚合而成，高酯基含量的聚羧酸减水剂大分子在水泥水化产生的强碱性条件下发生酯基逐步水解，释放出具有吸附性的小分子从而提高活性粉末混凝土流动性保持性能，该缓释型减水剂可以粉体形式进行应用。本发明活性粉末混凝土不需要蒸养即可达到较高强度，满足现场施工的使用要求，并不是现有技术中只能用于预制构件或盖板的生产的普通产品，本发明产品可广泛用于现浇施工的作业，可利用混凝土泵进行泵送施工。

本发明具有以下特点：

1)高流动性，高流动度保持性：通过采用聚羧酸系高性能减水剂，并添加重钙粉，降低硅灰掺量，实现活性粉末混凝土粘度适中，流动性好，可现浇灌注，可利用泵送进行现浇施工，无需振捣达到自密实效果，建筑结构填充效果饱满；

2)凝结时间可调：通过采用缓凝剂HN、缓凝剂HS和促凝剂CN进行调配，对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥进行凝结时间调控，可根据实际需要对凝结时间进行调节，满足现场施工作业时间要求；

3)早期强度高，后期强度无倒缩：采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和少量硅灰，并添加促凝剂，添加重钙粉对级配石英砂和水泥水化孔隙进行填充，使得活性粉末混凝土早期强度高，施工效率高，并添加UEA膨胀剂和具有膨胀特性的硫铝酸盐水泥，施工无裂缝，无需进行蒸汽养护，活性粉末混凝土后期强度无倒缩。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、重钙粉、20-40目石英砂、40-80目石英砂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂HN、缓凝剂HS、促凝剂CN、消泡剂XP和水作为原材料，采用如下步骤制备早强型现浇活性粉末混凝土：

1)按质量份称取各原料；

2)将减水剂、缓凝剂HN、缓凝剂HS、促凝剂CN、消泡剂XP混合均匀制备成为外加剂备用；

3)将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、重钙粉、20-40目石英砂、40-80目石英砂、膨胀剂加入搅拌机进行混拌，混拌均匀后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得干料；

4)将外加剂投入搅拌机与干料拌和均匀，得早强型现浇活性粉末混凝土干粉料；

5)使用时，将早强型现浇活性粉末混凝土干粉料与水在搅拌机中进行混拌，出料即得。

采用卧式双轴强制型搅拌机，减水剂为缓释型聚羧酸减水剂，由聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸作为不饱和单体聚合而成，通过调整各原料添加比例，制备成为10*10*10mm混凝土试块进行测试，配合比见表1，测试结果见表2。

表1活性粉末混凝土配合比

表2活性粉末混凝土性能

试验结果表明，通过采用52.5级硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥，并辅以硅灰和重钙粉，活性粉末混凝土呈现早期强度和后期强度均较高的效果，缓释型聚羧酸减水剂有助于流动性保持，便于施工现场时间控制，也可采用聚羧酸系高性能减水剂，从而对流动性和流动性保持度进行调整，硫铝酸盐水泥、重钙粉和膨胀剂的添加有助于产生微膨胀效应，避免产生微裂缝影响工程质量；传统仅仅通过提升硅灰作为掺合料活性粉末混凝土粘度大，流动性差，虽然强度较高，但存在收缩问题，虽能满足预制构件的生产，但无法满足长距离运输和现浇泵送施工的要求。

实施例2

将传统配合比5进行蒸汽养护，进行各龄期力学性能测试，结果如表3。

表3蒸汽养护强度发展规律

硅灰主要成分为活性SiO₂，活性高，水化过程快，蒸汽养护条件有利于硅灰发挥早期活性，活性粉末混凝土强度发展快，但过高硅灰掺量易导致蒸养条件下后期强度倒缩。因而，本发明通过合理调配胶凝材料、集料和外加剂的品种与比例，制备得到了流动性好、强度高、凝结时间可调，便于现浇泵送施工的早强型活性粉末混凝土。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种早强型现浇活性粉末混凝土，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：

硅酸盐水泥1000-1100份；

硫铝酸盐水泥50-100份；

硅灰20-40份；

重钙粉10-30份；

镀铜钢纤维150-170份；

20-40目石英砂500-600份；

40-80目石英砂350-400份；

减水剂10-12份；

缓凝剂HN：3-4份；

缓凝剂HS：3-4份；

促凝剂CN：0.05-0.1份；

消泡剂XP：2-3份；

膨胀剂0.4-0.5份；

水200-300份；

所述缓凝剂HN为葡萄糖酸钠或白糖，所述缓凝剂HS为柠檬酸、硼酸、硼砂的一种或几种；

所述减水剂为高性能聚羧酸系粉体减水剂，其以聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸作为不饱和单体聚合而成；

所述促凝剂CN为碳酸锂、硫酸铝、硫酸锂的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的早强型现浇活性粉末混凝土，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：

硅酸盐水泥1066份；

硫铝酸盐水泥80份；

硅灰36份；

重钙粉18份；

镀铜钢纤维157份；

20-40目石英砂540份；

40-80目石英砂360份；

减水剂11份；

缓凝剂HN：3份；

缓凝剂HS：3份；

促凝剂CN：0.05份；

消泡剂XP：3份；

膨胀剂0.4份；

水220份。

3.根据权利要求1所述的早强型现浇活性粉末混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为52.5级硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的早强型现浇活性粉末混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为UEA膨胀剂。

5.根据权利要求1-4任一所述的早强型现浇活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按重量份称取各原料；

2）将减水剂、缓凝剂HN、缓凝剂HS、促凝剂CN、消泡剂XP混合均匀制备成为外加剂备用；

3）将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、重钙粉、20-40目石英砂、40-80目石英砂、膨胀剂加入搅拌机进行混拌，混拌均匀后加入镀铜钢纤维搅拌均匀，得干料；

4）将外加剂投入搅拌机与干料拌和均匀，得早强型现浇活性粉末混凝土干粉料；

5）使用时，将早强型现浇活性粉末混凝土干粉料与水在搅拌机中进行混拌，出料即得。

6.根据权利要求5所述的早强型现浇活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，所述搅拌机为立轴强制搅拌机或卧式双轴强制型搅拌机。

7.权利要求1-4任一项所述的早强型现浇活性粉末混凝土在现浇施工中的应用。