CN110937842A

CN110937842A - 一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂

Info

Publication number: CN110937842A
Application number: CN201911308046.9A
Authority: CN
Inventors: 刘凯; 王军; 赵日煦; 张恒春; 黄汉洋; 谯理格; 包明; 陈晓润
Original assignee: China West Construction Group Co Ltd; China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Current assignee: China West Construction Group Co Ltd; China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: CN110937842B

Abstract

本发明属建筑材料领域，具体涉及一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂。所述外加剂由硅灰、粉煤灰微珠、超细石灰石粉、改性蒙脱土和微晶纤维素改性高吸水树脂纤维组成。本发明基于颗粒紧密堆积理论，采用硅灰、粉煤灰微珠及超细石灰石粉，优化了超高层泵送混凝土胶凝材料的颗粒组成，利用改性蒙脱土的强吸水缓渗透释水功能和微晶纤维素改性高吸水树脂纤维的表面亲水和超强吸附特性，提高混凝土的触变性能和抗裂性能，降低混凝土泵送堵管风险和施工难度。

Description

一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂

技术领域

本发明属建筑材料领域，具体涉及一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂。

背景技术

超高层建筑中混凝土的泵送距离远，且结构布筋密集、部分构筑物截面尺寸大。需要高层泵送混凝土具有优良的流动性能、触变性能和抗裂性能。

然而目前超高层泵送混凝土普遍存在以下问题：(1)超高层泵送混凝土胶凝材料用量较高，胶凝材料体系颗粒级配不合理，混凝土绝热温升大，收缩大，易开裂；(2)由于泵送距离远，混凝土泵送过程中工作性能损失较大，长时间停泵，极易造成堵管，出泵后混凝土流动性差，部分如钢筋密集、具有一定坡度及异形的施工部位无法满足工程施工要求，且工作性能损失较大的混凝土浇筑后，易出现蜂窝、麻面及露筋等质量问题；(3)超高层建筑混凝土由于其结构和服役环境，要求混凝土具有良好的抗裂性能和耐久性能，然而目前普遍采用的抗裂方式为纤维阻裂，但单纯掺入纤维，在低水胶比高强混凝土中分散不均匀，严重影响混凝土的工作性能，难以实现其自密实和超高层泵送。

针对上述问题，需要开发出一种混凝土外加剂，采用不同粒径的胶凝材料颗粒完善混凝土粉料颗粒级配，使混凝土在泵送、浇筑及振捣等动态处理过程中，具有优良的自密实性能；在坡度及异形部位浇筑结束静态放置过程中，具有良好的形状保持能力，不易流淌变形，避免反复抹坡、收坡处理等费工、费力工作，使混凝土具有优良的触变性能；将纤维进行改性，使其具有表面吸水和超强吸附特性，易于在胶凝浆体中分散，同时起到纤维阻裂和内养护减缩作用，改善混凝土的抗裂性能。

发明内容

本发明目的是提供一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，该外加剂可改善高层泵送混凝土的可泵性、触变性和抗裂性能，降低特殊结构的施工难度和混凝土堵管风险。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，各组分所占质量百分比为：硅灰49％～52％，粉煤灰微珠24％～29％，超细石灰石粉5％～7％，改性蒙脱土10％～12％，微晶纤维素改性高吸水树脂纤维3％～5％。

上述方案中，所述硅灰中活性二氧化硅含量＞95％，活性指数≥110％。

上述方案中，所述粉煤灰微珠为分选后平均粒径＜1.4μm，比表面积≥1200m²/kg，活性系数＞95％。

上述方案中，所述超细石灰石粉为1000～1200目。

上述方案中，所述改性蒙脱土的制备方法为：

1)选取过200目筛的蒙脱土，加入去离子水，固液比为1:3，搅拌20～30min后超声10～15min，得到蒙脱土悬浮液；

2)将聚乙烯吡咯烷酮滴加到聚丙烯酰胺溶液中，边滴加边搅拌，搅拌40～50min后制成高分子溶液；

3)将步骤1)所述的蒙脱土悬浮液和步骤2)所述的高分子溶液分别静置12～14h后混合搅拌20～25min，制得复合悬浮液；

4)将直径15～30nm，长度150～250nm的脱脂棉纤维放入1％的NaOH溶液中浸泡30～35min，再用冰醋酸调节溶液pH到9～10，而后采用去离子水冲洗抽滤后烘干；

5)将步骤4)制备的脱脂棉纤维放于步骤3)所述的复合悬浮液中浸泡25～30min，然后置于80℃的干燥箱中烘干得到改性蒙脱土。

上述方案中，所述改性蒙脱土制备时的各原料重量组分为：蒙脱土30～35份、聚丙烯酰胺2～5份、聚乙烯吡咯烷酮1～2份、脱脂棉纤维10～15份。

上述方案中，所述微晶纤维素改性高吸水树脂纤维的制备方法为：将95～100份吸水纤维、35～40份复合吸水树脂粉末、0.03～0.04份乙二醇二缩水甘油醚和0.05～0.07份浓度20％的硫酸铝溶液充分混合均匀，然后在105～110℃的恒温鼓风干燥箱中进行表面交联反应，冷却后得到微晶纤维素改性高吸水树脂纤维。

上述方案中，所述吸水纤维的制备方法为：将20～25份长度1～1.2cm的聚丙烯腈短纤维放入45～52份浓度10％的氢氧化钠溶液中，在90～92℃条件下水解反应6～6.5h；滴加盐酸溶液，调节溶液pH至7～8，加入12～15份浓度0.5％的戊二醛溶液，在80～85℃条件下交联反应1～1.2h；冷却至室温后过滤，经无水乙醇洗涤后得到吸水纤维。

上述方案中，所述复合吸水树脂粉末的制备方法为：室温条件下，将95～100份丙烯酸与氢氧化钠溶液进行中和反应，中和度为80％，加入适量去离子水，将溶液浓度调节至45％～50％，待溶液降至室温后，加入8～12份微晶纤维素，搅拌3～5min后得到混合溶液；向溶液中加入1.2～1.5份聚二丙烯酸乙二醇酯、0.8～1份2,2，-偶氮二异丁腈和0.8～1份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，搅拌均匀后，放入340nm紫外光聚合反应器中辐照15～18min；然后在温度为100～105℃的烘箱中干燥8～10h，将其粉碎过200目筛，得到复合吸水树脂粉末。

本发明的原理为：

1)无机粉料颗粒选择与匹配机理为：硅灰、粉煤灰微珠和超细石灰石粉三种无机粉体颗粒粒径不同，可对胶凝材料体系进行逐级密实填充，实现超高层泵送混凝土高力学性能、优良工作性能和耐久性能。硅灰比表面积大、活性高，可显著提高浆体的保水性能，有利于降低浆体的动态屈服应力，改善浆体的触变性能。混凝土泵送的动态过程中，浆体受剪切作用后，粉煤灰微珠发挥出优良的“滚珠效应”显著提高胶凝浆体的流动性能。超细石灰石粉具有较低的表面能和良好的分散性，具有其它矿物外加剂不具备的“微晶核效应”和“分散效应”，可显著降低胶凝浆体黏度，改善浆体的泵送性能。

2)改性蒙脱土的作用机理为：蒙脱土是一种具有层状结构的硅酸盐矿物，可吸附混凝土中的水及减水剂，对浆体及骨料起到一定的束缚和限位作用，可提高其静态保持能力，但动态条件下，混凝土工作性能无法恢复。因此需要对蒙脱土进行改性，使其具有强吸水缓渗透释水功能。使混凝土静态放置过程中，吸收浆体的水分及减水剂。在泵送及施工动态过程中，缓慢释放吸附的水分及减水剂，调控混凝土的工作性能。

将聚丙烯酰胺与蒙脱土复合，并利用聚乙烯吡咯烷酮提高蒙脱土的分散性能，使蒙脱土在聚丙烯酰胺高分子网状物中分散均匀，经高温烘干后高分子网状物收缩，蒙脱土颗粒桥接形成水分传输通道，可迅速吸收浆体中的水分至饱和状态。在动态情况下，高分子网状物打破，导致蒙脱土颗粒断桥，水分传输通道打破，水分缓慢渗透释放回浆体中使混凝土工作性能恢复。

在蒙脱土中复合脱脂棉纤维，主要是因为，混凝土静态时，脱脂棉纤维在浆体中交叉分布，对浆体及骨料起到束缚和限位作用，浆体的静态屈服应力明显增高，且脱脂棉纤维表面亲水，可诱导打破的高分子网状物重新聚集，使蒙脱土颗粒恢复桥接。

3)微晶纤维素改性高吸水树脂纤维的作用机理为：聚丙烯腈纤维经水解及交联反应后，分子链上的羧基被戊二醛相互连接，形成空间网络结构，使其具有保水性能，分子链上未交联的酰胺基和羧基具有强亲水性，使其具有吸水性能的基础，但吸水能力较差，因此引入复合吸水树脂粉末，增强纤维的吸水保水能力。微晶纤维素在吸水树脂中为三维网络结构提供耦合点，可增加吸水树脂表面微孔数量，增强了复合吸水树脂表面积使水分传输至聚合物内部，提高其吸水能力。

微晶纤维素改性高吸水树脂纤维可在胶凝浆体中形成空间网络结构，纤维表面亲水和超强吸附特性使C-S-H凝胶依附在其表面生长，同时起到一定的内养护作用，交叉分布的纤维诱导C-S-H凝胶交联融生，传递和分散胶凝浆体水化程度差异而引起的不均匀内应力，从而提高胶凝浆体抗拉强度和抗裂性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用硅灰、粉煤灰微珠和超细石灰石粉对胶凝材料体系进行逐级密实填充，与普通超高层泵送混凝土相比，达到相同力学性能的情况下，可减少混凝土胶凝材料用量，降低混凝土收缩，并显著改善其工作性能，更具经济性和环保性。

2)改性蒙脱土具有强吸水缓渗透释水功能，混凝土在泵送及施工动态过程中，改性蒙脱土中的高分子网状物打破，蒙脱土颗粒断桥，缓慢释放吸附的水分及减水剂，混凝土流动性增加。混凝土静态放置过程中，改性脱脂棉纤维促使高分子网状物重新聚集，蒙脱土恢复桥接，吸收浆体中的水分及减水剂，对浆体及骨料起到一定的束缚和限位作用，提高其静态保持定型能力，显著改善了高层泵送混凝土的触变性能。

3)微晶纤维素改性高吸水树脂纤维可在胶凝浆体中形成空间网络结构，纤维表面亲水和超强吸附特性使C-S-H凝胶依附在其表面生长，同时起到一定的内养护作用，交叉分布的纤维诱导C-S-H凝胶交联融生，传递和分散胶凝浆体水化程度差异而引起的不均匀内应力，从而提高胶凝浆体抗拉强度和抗裂性能。

4)本发明外加剂为有机无机复合外加剂，可提高高层泵送混凝土触变和抗裂性能，降低混凝土泵送堵管风险和施工难度，并显著提高其耐久性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实例中，所述硅灰中活性二氧化硅含量99％，活性指数114％；所述粉煤灰微珠分选后平均粒径为1.0μm，比表面积1380m²/kg，活性系数100％；所述超细石灰石粉为1000目。

实施例1

选取30份过200目筛的蒙脱土，加入去离子水，固液比为1:3，搅拌20min后超声15min，得到蒙脱土悬浮液；将1份聚乙烯吡咯烷酮滴加到3份聚丙烯酰胺溶液中，边滴加边搅拌，搅拌42min后制成高分子溶液；将蒙脱土悬浮液和高分子溶液分别静置12h后混合搅拌25min，制得复合悬浮液；将直径30～40nm，长度150～250nm的脱脂棉纤维放入1％的NaOH溶液中浸泡30min，再用冰醋酸调节溶液pH到9，而后采用去离子水冲洗抽滤后烘干，放于复合悬浮液中浸泡30min，然后置于80℃的干燥箱中烘干得到改性蒙脱土。

将20份长度1～1.2cm的聚丙烯腈短纤维放入50份浓度10％的氢氧化钠溶液中，在90℃条件下水解反应6h；滴加盐酸溶液，调节溶液pH至7，加入12份浓度0.5％的戊二醛溶液，在80℃条件下交联反应1.2h；冷却至室温后过滤，经无水乙醇洗涤后得到吸水纤维。

室温条件下，将95份丙烯酸与氢氧化钠溶液进行中和反应，中和度为80％，加入适量去离子水，将溶液浓度调节至50％，待溶液降至室温后，加入8份微晶纤维素，搅拌5min后得到混合溶液；向溶液中加入1.2份聚二丙烯酸乙二醇酯、0.8份2,2，-偶氮二异丁腈和0.8份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，搅拌均匀后，放入340nm紫外光聚合反应器中辐照15min；然后在温度为105℃的烘箱中干燥8h，将其粉碎过200目筛，得到复合吸水树脂粉末。

将95份吸水纤维、35份复合吸水树脂粉末、0.03份乙二醇二缩水甘油醚和0.05份浓度20％的硫酸铝溶液充分混合均匀，然后在105℃的恒温鼓风干燥箱中进行表面交联反应，冷却后得到微晶纤维素改性高吸水树脂纤维。

将50份硅灰，28份粉煤灰微珠，6份超细石灰石粉，12份改性蒙脱土，4份微晶纤维素改性高吸水树脂纤维混合得到提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂。

将本实施例制备的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂应用于C60混凝土，其配合比及相关性能测试结果分别见表1和表2。

表1混凝土配合比(kg/m³)

表2混凝土性能测试结果

实施例2

本实施例中，改性蒙脱土制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：蒙脱土35份，聚丙烯酰胺5份，聚乙烯吡咯烷酮1份，脱脂棉纤维10份。

微晶纤维素改性高吸水树脂纤维制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：高吸水纤维95份、复合吸水树脂粉末40份、乙二醇二缩水甘油醚0.04份、浓度20％的硫酸铝溶液0.05份。

将52份硅灰，25份粉煤灰微珠，7份超细石灰石粉，11份改性蒙脱土，5份微晶纤维素改性高吸水树脂纤维混合得到提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂。

将本实施例制备的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂应用于C35混凝土，其配合比及相关性能测试结果分别见表3和表4。

表3混凝土配合比(kg/m³)

表4混凝土性能测试结果

实施例3

本实施例中所述改性蒙脱土和微晶纤维素改性高吸水树脂纤维制备方法与实施例2相同。

将49份硅灰，29份粉煤灰微珠，7份超细石灰石粉，10份改性蒙脱土，5份微晶纤维素改性高吸水树脂纤维混合得到提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂。

将本实施例制备的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂应用于C80混凝土，其配合比及相关性能测试结果分别见表5和表6。

表5混凝土配合比(kg/m³)

表6混凝土性能测试结果

上述结果表明，本发明所述提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂应用于混凝土后，混凝土泵送至300m以及400m时，不同强度等级的混凝土坍落度、扩展度均有不同幅度的提升，而不掺加该外加剂，混凝土工作性能损失明显。说明本发明可有效提高混凝土的触变性能。从测得的混凝土7d、28d抗压强度、平板抗裂性能测试结果可以看出，本发明可有效提高混凝土的早期强度及抗裂性能。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，各组分所占质量百分比为：硅灰49％～52％，粉煤灰微珠24％～29％，超细石灰石粉5％～7％，改性蒙脱土10％～12％，微晶纤维素改性高吸水树脂纤维3％～5％。

2.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述硅灰中活性二氧化硅含量＞95％，活性指数≥110％。

3.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述粉煤灰微珠为分选后平均粒径＜1.4μm，比表面积≥1200m²/kg，活性系数＞95％。

4.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述超细石灰石粉为1000～1200目。

5.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述改性蒙脱土的制备方法为：

6.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述改性蒙脱土制备时的各原料重量组分为：蒙脱土30～35份、聚丙烯酰胺2～5份、聚乙烯吡咯烷酮1～2份、脱脂棉纤维10～15份。

7.根据权利要求1所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述微晶纤维素改性高吸水树脂纤维的制备方法为：将95～100份吸水纤维、35～40份复合吸水树脂粉末、0.03～0.04份乙二醇二缩水甘油醚和0.05～0.07份浓度20％的硫酸铝溶液充分混合均匀，然后在105～110℃的恒温鼓风干燥箱中进行表面交联反应，冷却后得到微晶纤维素改性高吸水树脂纤维。

8.根据权利要求1～7所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述吸水纤维的制备方法为：将20～25份长度1～1.2cm的聚丙烯腈短纤维放入45～52份浓度10％的氢氧化钠溶液中，在90～92℃条件下水解反应6～6.5h；滴加盐酸溶液，调节溶液pH至7～8，加入12～15份浓度0.5％的戊二醛溶液，在80～85℃条件下交联反应1～1.2h；冷却至室温后过滤，经无水乙醇洗涤后得到吸水纤维。

9.根据权利要求1～7所述的提高超高层泵送混凝土抗裂、触变性能的外加剂，其特征在于，所述复合吸水树脂粉末的制备方法为：室温条件下，将95～100份丙烯酸与氢氧化钠溶液进行中和反应，中和度为80％，加入适量去离子水，将溶液浓度调节至45％～50％，待溶液降至室温后，加入8～12份微晶纤维素，搅拌3～5min后得到混合溶液；向溶液中加入1.2～1.5份聚二丙烯酸乙二醇酯、0.8～1份2,2，-偶氮二异丁腈和0.8～1份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，搅拌均匀后，放入340nm紫外光聚合反应器中辐照15～18min；然后在温度为100～105℃的烘箱中干燥8～10h，将其粉碎过200目筛，得到复合吸水树脂粉末。