CN110183184A - 一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，属于建筑材料技术领域。本发明由400~500份水泥、810~880份粗骨料、650~750份细骨料、1.5~3份减水剂、150~200份水组成；粗骨料为碎石和陶粒；其中陶粒可以为吸水润湿的圆球形污泥陶粒和非圆球型页岩陶粒。本发明在混凝土中掺杂不同类型的湿陶粒，改变混凝土内部水分的存在状态，延长混凝土水化周期。陶粒内储存的水分释放缓慢，为水泥二次水化提供条件，当裂缝产生时，混凝土内的陶粒放水对裂缝处的水泥再水化结晶提供一定的水分，有利于自愈合。本发明的混凝土自愈合性能强，其性能可以满足C60混凝土的要求，具有广阔的应用前景。

Description

一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土。

背景技术

混凝土是典型的脆性材料，在使用过程中极易产生裂纹，导致其服役时间短，如果裂纹在早期得到控制或修复，就能避免裂纹扩展、保障建筑的安全与耐久性。

混凝土结构定期的检查、维护与修补是非常有必要的。然而，由于混凝土结构的复杂性以及微小裂缝检测的困难性，修补裂缝变得耗时费力且费用庞大。如果混凝土裂缝在一定宽度范围内能够自愈合，那么就可以降低庞大的维护与修补费用，同时可以大大提高混凝土结构的可持续性，延长基础设施的服役寿命，具有重大的经济效益和社会效益。

目前自愈合混凝土材料的自愈合能力有限，且自愈合速度慢，无法满足实际工程的要求。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土。

本发明的技术方案为：

一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，按照重量份数计，由400~500份水泥、810~880份粗骨料、650~750份细骨料、1.5~3份减水剂、150~200份水组成；所述粗骨料为碎石和陶粒；陶粒为污泥陶粒或页岩陶粒；陶粒为污泥陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为9:1~12:1；陶粒为页岩陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为6:1~8:1。

作为优选方案，粗骨料中碎石的直径或宽度最大为16mm。

作为优选方案，粗骨料中陶粒的直径或宽度直为5~10mm。

作为优选方案，页岩陶粒为非圆球型页岩陶粒；其密度等级为800级，筒压强度为6.8~8.2MPa，1小时的吸水率为6%~7%。所谓的非圆球型页岩陶粒是未经造粒直接煅烧而成的页岩陶粒，煅烧温度为1100℃~1200℃。

作为优选方案，污泥陶粒为圆球型污泥陶粒；其密度等级为400级，筒压强度为1.2~2.1MPa，1小时的吸水率为19%~20%。圆球型污泥陶粒是经造粒后煅烧而成的，煅烧温度为1100℃~1300℃。

作为优选方案，所述陶粒为干陶粒浸泡在水中吸水0.5~1.5小时后表面风干的润湿陶粒。作为优选方案，所述细骨料为连续级配河沙，细度模数为2.5~3.0。

作为优选方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

作为优选方案，水灰比为0.30~0.38。润湿陶粒中的水不计入水灰比。

所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土的制备方法，包括步骤：

1）将陶粒浸润在水中0.5~1.5小时，浸泡后风干1~5小时，去除表面水分，得到润湿陶粒；

2）将水泥、碎石、润湿陶粒、细骨料、减水剂、水按照配比混合，搅拌均匀后得到混凝土拌合物，经过浇筑、振实、养护后制得掺杂陶粒的自愈合混凝土。

本发明的有益效果为：

本发明的自愈合混凝土与现有混凝土相比，碎石粗骨料的一部分由一定量润湿陶粒取代，改变混凝土内部水分的存在状态，延长混凝土水化周期。陶粒内储存的水分释放缓慢，为水泥二次水化提供条件，当裂缝产生时，混凝土内的陶粒放水对裂缝处的水泥再水化结晶提供一定的水分，有利于自愈合。本发明的混凝土自愈合性能强，其性能可以满足C60混凝土的要求，具有广阔的应用前景。

本发明的自愈合混凝土，陶粒体积占比较小，不影响混凝土的强度。适量掺入陶粒可以保证混凝土结构完善，性能成长更好。倘若破坏产生的裂缝较小，则在破坏-愈合循环作用下，混凝土可以一直保持结构完整，大大增强混凝土的耐久性，不会发展成为破坏混凝土性能的恶性裂缝。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为圆球型污泥陶粒和非圆球型页岩陶粒的吸水性能图；该图中，圆点曲线为非圆球型页岩陶粒的吸水性能曲线；方点曲线为圆球型污泥陶粒的吸水性能曲线；

图2为实施例中所用的污泥陶粒（图2左）和页岩陶粒（图2右）的实物照片；

图3为陶粒对混凝土自愈合影响的原理示意图；

图4为混凝土制造裂缝前后的超声波脉冲波速图；

图5为实施例1愈合前后裂缝对比图；其中，左侧为愈合前4mm量程智能裂缝显微镜观测图；右侧为愈合后4mm量程智能裂缝显微镜观测图；

图6为实施例2愈合前后裂缝对比图；其中，左侧为愈合前4mm量程智能裂缝显微镜观测图；右侧为愈合后4mm量程智能裂缝显微镜观测图；

图7为对比例愈合前后裂缝对比图；其中，左侧为愈合前4mm量程智能裂缝显微镜观测图；右侧为愈合后4mm量程智能裂缝显微镜观测图。

具体实施方式

一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，按照重量份数计，由400~500份水泥、810~880份粗骨料、650~750份细骨料、1.5~3份减水剂、150~200份水组成；所述粗骨料为碎石和陶粒；陶粒为污泥陶粒或页岩陶粒；陶粒为污泥陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为9:1~12:1；陶粒为页岩陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为6:1~8:1；。

作为优选方案，粗骨料中碎石的直径或宽度最大为16mm。

作为优选方案，粗骨料中陶粒的直径或宽度直为5~10mm。

作为优选方案，页岩陶粒为非圆球型页岩陶粒；其密度等级为800级，筒压强度为6.8~8.2MPa，1小时的吸水率为6%~7%。

作为优选方案，污泥陶粒为圆球型污泥陶粒；其密度等级为400级，筒压强度为1.2~2.1MPa，1小时的吸水率为19%~20%。

作为优选方案，所述陶粒为干陶粒浸泡在水中吸水0.5~1.5小时后表面风干的润湿陶粒。作为优选方案，所述细骨料为连续级配河沙，细度模数为2.5~3.0。

作为优选方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

作为优选方案，水灰比为0.30~0.38。润湿陶粒中的水不计入水灰比。

所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土的制备方法，包括步骤：

1）将陶粒浸润在水中0.5~1.5小时，浸泡后风干1~5小时，去除表面水分，得到表面近干燥的湿陶粒；

2）将水泥、碎石、润湿陶粒、细骨料、减水剂、水按照配比混合，搅拌均匀后得到混凝土拌合物，经过浇筑、振实、养护后制得掺杂陶粒的自愈合混凝土。

本发明通过改变加入陶粒的种类，可在混凝土成型前预先控制陶粒内养护所释放的水的量；混凝土内部存在动态湿度平衡，当陶粒外部湿度大于内部湿度，则陶粒会将水分储存，否则将进行释水养护。

当加入污泥陶粒时，由于污泥陶粒的吸水率较高，其释放水分的能力相对较强，加入污泥陶粒的混凝土，初期自愈能力强。当加入页岩陶粒时，其释放水分的能力相对较弱，加入页岩陶粒的混凝土，初期自愈能力比加入污泥陶粒的混凝土自愈能力弱一些；但是最终，加入页岩陶粒的混凝土自愈能力非常好，而且由于释水缓慢，具有更长的自愈合周期。

但是从混凝土强度上，加入页岩陶粒的混凝土比加入污泥陶粒的混凝土强度高；因此，本领域技术人员可以根据不同需求选择页岩陶粒还是污泥陶粒来提升混凝土的自愈能力。

下述实施例仅仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定，可以根据混凝土性能的需要灵活选用外加的吸水骨料。

实施例1

一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，由500kg水泥、825kg粗骨料、710kg细骨料、2.24kg减水剂、165kg水组成，水灰比设置为0.367。

其中，水泥为强度等级为42.5以上的普通硅酸盐水泥，初凝时间为145min，终凝时间340min，其具体性能参数如表1所示：

表1 本实施例所用水泥的性能参数表

减水剂为聚羧酸减水剂，固含量大于或等于25%，减水效率大于或等于25%。

粗骨料由750kg连续级配碎石子（该石子种类为青石）和75kg润湿陶粒组成。

连续级配碎石子的具体性能如表2所示。

表2 本实施例所用连续级配碎石子的性能参数表

陶粒为圆球形污泥陶粒，粒径在5~8mm之间，1小时的吸水率为19.3%。该圆球形污泥陶粒在使用前，浸润在水中1小时，浸泡后风干3小时，去除表面水分，得到的表面近干燥的润湿陶粒。

细骨料为连续级配河沙，细度模数在2.3以上，石粉含量为3%；

以上内部湿度可控的高自愈合性能混凝土的制备方法，包括步骤：

1）将陶粒浸润在水中1小时，浸泡后风干3小时，去除表面水分，得到表面近干燥的润湿陶粒；

2）将水泥、碎石、润湿陶粒、细骨料、减水剂、水按照配比混合，搅拌均匀后得到混凝土拌合物，经过浇筑、振实、养护后制得掺杂陶粒的自愈合混凝土。

这种混凝土被应用于混凝土路面，因粗细骨料比例较小，混凝土中砂浆浆体体积大，具有较好的流动性和自密实性能。内部水分大，具有更加长久的愈合能力。其具体增益效果为耐久性更高，不易开裂，具有更长的使用寿命。

实施例2

一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，由450kg水泥、800kg粗骨料、705kg细骨料、2.24kg减水剂、150kg水组成，水灰比设置为0.33。

该实施例中所用水泥、减水剂、连续级配碎石子均与实施例1相同。

粗骨料由700kg连续级配碎石子和100kg润湿陶粒组成。

陶粒为非圆球型页岩陶粒，陶粒宽度在5~10mm之间，1小时的吸水率为6.4%；该非圆球型页岩陶粒在使用前，浸润在水中1小时，浸泡后风干3小时，去除表面水分，得到的表面近干燥的润湿陶粒。

细骨料为连续级配河沙，细度模数在2.5以上，石粉含量为3%；

以上内部湿度可控的高自愈合性能混凝土的制备方法，包括步骤：

1）将陶粒浸润在水中1小时，浸泡后风干3小时，去除表面水分，得到表面近干燥的润湿陶粒；

2）将水泥、碎石、润湿陶粒、细骨料、减水剂、水按照配比混合，搅拌均匀后得到混凝土拌合物，经过浇筑、振实、养护后制得掺杂陶粒的自愈合混凝土。

这种混凝土被应用于混凝土桥梁，粗细骨料比例大，后期强度可达72MPa，硬化速度较快。

对比例

与实施例2相比，100kg湿陶粒等体积替换为连续级配碎石子，其余同实施例2。

性能测试

将实施例1、实施例2和对比例按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行制备，测试其性能，各项性能均满足标准。制样并养护28天后断裂，继续测试其愈合，监测至其制样后120天，其具体愈合性能测试结果如表3所示。详情见附图5、图6、图7。

表3 愈合性能测试结果

由表3以及附图5、图6、图7可知，本发明的自愈合混凝土自愈合性能显著优于现有混凝土。

Claims (10)

1.一种内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：按照重量份数计，由400~500份水泥、810~880份粗骨料、650~750份细骨料、1.5~3份减水剂、150~200份水组成；所述粗骨料为碎石和陶粒；陶粒为污泥陶粒或页岩陶粒；陶粒为污泥陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为9:1~12:1；陶粒为页岩陶粒时，粗骨料中碎石与陶粒的重量比为6:1~8:1。

2.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：粗骨料中碎石的直径或宽度最大为16mm。

3.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：粗骨料中陶粒的直径或宽度直为5~10mm。

4.如权利要求1或2所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：页岩陶粒为非圆球型页岩陶粒；其密度等级为800级，筒压强度为6.8~8.2MPa，1小时的吸水率为6%~7%。

5.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：污泥陶粒为圆球型污泥陶粒；其密度等级为400级，筒压强度为1.2~2.1MPa，1小时的吸水率为19%~20%。

6.如权利要求1或4所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：所述陶粒为干陶粒浸泡在水中吸水0.5~1.5小时后表面风干的润湿陶粒。

7.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：所述细骨料为连续级配河沙，细度模数为2.5~3.0。

8.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。

9.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土，其特征在于：水灰比为0.30~0.38。

10.如权利要求1所述内部湿度可控的高自愈合性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1）将陶粒浸润在水中0.5~1.5小时，浸泡后风干1~5小时，去除表面水分，得到润湿陶粒；

2）将水泥、碎石、润湿陶粒、细骨料、减水剂、水按照配比混合，搅拌均匀后得到混凝土拌合物，经过浇筑、振实、养护后制得掺杂陶粒的自愈合混凝土。