CN111410471A - 一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法，轻骨料混凝土包括：浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水；浸渍轻骨料为通过浸渍液进行浸渍改性的轻骨料，浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。制备方法包括：制备浸渍轻骨料：将轻骨料浸泡在浸渍液中，浸泡预设的时间进行增强改性，得到浸渍轻骨料；制备轻骨料混凝土：将浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水进行混合搅拌，得到轻骨料混凝土。本发明具有流动性好、工作性能能够长期保持、轻骨料不易上浮、抗压强度高、收缩徐变小的特点，可用于简支箱梁、大跨度桥梁及艰险山区有减震要求的结构。

Description

一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法。

背景技术

为满足我国经济和社会的快速发展，以及人们便捷出行的需要，近年来铁路尤其是高速铁路得到了蓬勃发展。为减少铁路建设用地，我国高速铁路普遍采用“以桥代路”的建设模式，并且桥梁的跨度也逐渐增加，目前，我国高速铁路桥梁建设正在由32m简支箱梁向40m跨度简支箱梁迈进，桥梁跨度增加至40m之后，可以减少20％的墩柱建设费用，节约20％的桥梁占地，增加桥梁跨度的技术经济性十分显著。然而，桥梁跨度增加后，桥梁自重势必会同比例增加，这给现场施工运输及桥梁结构设计带来了较大的困难；为此，必须采用轻质高强类材料以降低结构自重。混凝土作为桥梁建设用量最大的建筑材料，其重量的变化对桥梁结构自重的影响最大；另外，桥梁结构自重降低后，其抗震性能也相应得到了提升，因此，采用大流态轻质高强混凝土配制技术是实现桥梁跨度增加的主要技术途径。

轻骨料混凝土是指密度小于1950kg/m³的混凝土，通常采用容重较轻的轻骨料配制，轻骨料混凝土除能降低容重之外，还具有保温、耐火、隔声、抗震性能好等特点，具有普通混凝土无法比拟的性能，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。目前应用最多的为C50强度等级以下的轻骨料混凝土，且由于大流态混凝土中轻骨料易上浮，对于大流态、强度超过C60的高强泵送混凝土应用较少。大流态高强轻骨料混凝土的水胶比相对较低，而轻骨料容易吸收水分造成工作性能保持十分困难，同时流动性增大后轻骨料的上浮问题显得尤为突出，在泵送过程中，轻骨料上浮会造成泵压增大，容易造成堵管现象；另外，通常轻骨料混凝土的收缩和徐变较大，且随着强度的增加，脆性逐渐增大，难以满足桥梁结构的需要。

对于混凝土工作性能难以保持的难题，现有技术主要通过骨料浸泡的方式，但是浸泡通常难以控制饱和程度，未吸水饱和的轻骨料在混凝土拌和时仍然会吸水，造成工作性能降低；另外，对于多孔轻骨料，一旦吸水饱和后，轻骨料强度降低，难以配制出高强轻骨料混凝土。

对于抑制轻骨料上浮的技术难题，现有技术主要通过添加纤维素醚、高分子聚合物纤维等增稠组分，但是增稠组分除了造成混凝土强度和流动性降低、收缩徐变会增大外，添加增稠组分通常需要增加用水量，这对混凝土配制高强轻骨料混凝土十分不利；

对于高强轻骨料配制的技术难题，由于轻骨料强度降低，现有技术主要为采用较低的水胶比和较高的胶材用量提高浆体强度，配制出的轻骨料混凝土工作性能较差，另外，胶凝材料用量高也会增加混凝土的收缩徐变。

发明内容

针对现有轻骨料混凝土中存在的工作性能保持困难、轻骨料易上浮、收缩徐变大的问题，本发明提供一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法，其具有流动性好、工作性能能够长期保持、轻骨料不易上浮、抗压强度高、收缩徐变小的特点，可用于简支箱梁、大跨度桥梁及艰险山区有减震要求的结构。

为实现上述目的，本发明的第一目的在于提供一种大流态高强轻骨料混凝土，包括：浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水；

所述浸渍轻骨料为通过浸渍液进行浸渍改性的轻骨料，所述浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；

所述胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。

作为本发明的进一步改进，按重量份计，所述浸渍轻骨料为500～650份，所述细骨料为640～800份，所述胶凝材料为480～580份，所述减水剂为5～8份，所述水为145～200份。

作为本发明的进一步改进，配制的轻骨料混凝土容重为1800kg/m³～1950kg/m³。

作为本发明的进一步改进，所述轻骨料包括页岩陶粒和粉煤灰陶粒的一种或多种；

浸渍前，所述轻骨料的堆积密度为700kg/m³～800kg/m³，陶粒的筒压强度为4MPa～5MPa，陶粒的1d吸水率为6％～9％；

浸渍后，所述浸渍轻骨料的筒压强度为9MPa～12MPa，1d吸水率为0.3％～0.6％。

作为本发明的进一步改进，在所述浸渍液中，

所述高分子树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的一种，所述高分子树脂的粘度为50mPa.s～100mPa.s；

所述超细水泥占所述浸渍液总重量的5％～25％，所述超细水泥为超细硅酸盐水泥，粒径为0.1μm～20μm。

作为本发明的进一步改进，所述细骨料包括河砂和机制砂的一种或多种，所述河砂的细度模数为2.1～2.3。

作为本发明的进一步改进，在所述胶凝材料中，

所述水泥包括P.O42.5水泥或P.O52.5水泥中的一种或多种；

所述纳米玻璃粉占所述胶凝材料总重量的10％～30％，所述纳米玻璃粉的粒径为10nm～100nm；

所述超细矿粉占所述胶凝材料总重量的10％～20％，所述超细矿粉的粒径为0.5μm～20μm。

作为本发明的进一步改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

本发明的第二目的在于提供一种大流态高强轻骨料混凝土的制备方法，包括：

制备浸渍轻骨料：

将轻骨料浸泡在浸渍液中，浸泡预设的时间进行增强改性，得到所述浸渍轻骨料；其中，所述浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；

制备轻骨料混凝土：

将所述浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水进行混合搅拌，得到所述轻骨料混凝土；其中，所述胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。

作为本发明的进一步改进，浸泡时间为1.5～2.5h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、轻质高强性能：采用浸渍液改性轻骨料，提高轻骨料强度，配制出轻质高强轻骨料混凝土；

2、大流态、工作性能保持好：浸渍液封堵轻骨料内部孔洞，大幅减少轻骨料的吸水率，采用浸渍轻骨料配制出大流态轻骨料混凝土；

3、轻骨料不易上浮：轻骨料经浸渍后，部分浸渍轻骨料可黏连为一体，轻骨料的上浮阻力增大，在大流态混凝土中轻骨料难以上浮；

4、低收缩徐变性能：浸渍轻骨料的内部孔洞被浸渍液封堵后，吸水量降低，收缩徐变减小；

5、优异的抗冻性能。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。

为了实现轻质高强、大流动性、工作性能能够长期保持、轻骨料不易上浮、收缩徐变小的特点，本发明提供了一种大流态高强轻骨料混凝土及其制备方法。

本发明从轻骨料改性入手，采用低粘度高分子树脂和超细水泥组成的浸渍液，对轻骨料进行增强改性；改性的过程为：浸渍液浸入轻骨料内部封堵了轻骨料容易吸水的孔，并在轻骨料表面形成包覆层；浸渍液硬化后，可提高轻骨料的强度，从而进一步提高轻骨料混凝土的强度，解决了轻骨料易吸水造成工作性能难以保持以及轻骨料自身强度低的问题。采用增加改性后的浸渍轻骨料与细骨料、胶凝材料等混合能够配制出高强、高韧轻骨料混凝土，轻骨料后期不易吸水进而减少了轻骨料混凝土的收缩徐变；另外，轻骨料浸渍后部分轻骨料间黏连在一起，在大流态混凝土中黏连在一起的轻骨料不易上浮。本发明制备的轻骨料混凝土具有大流态、工作性能保持好、轻骨料不易上浮、高抗压强度及收缩徐变小的特点，适用于具有泵送要求的桥梁结构和建筑结构。

下面对本发明做进一步的详细描述：

本发明提供一种大流态高强轻骨料混凝土，包括：浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水；浸渍轻骨料为轻骨料通过浸渍液进行浸渍后得到的，浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。

上述各组分的加入量为：按重量份计，浸渍轻骨料为500～650份，细骨料为640～800份，胶凝材料为480～580份，减水剂为5～8份，水为145～200份；进一步，以每方轻骨料混凝土为例，每方轻骨料混凝土中轻骨料用量为500kg～650kg，细骨料用量为700kg～800kg，胶凝材料为480kg～580kg，减水剂用量为5kg～8kg，用水量为150kg～200kg，配制的轻骨料混凝土容重为1800kg/m³～1950kg/m³。

具体的：

本发明的浸渍轻骨料所采用的轻骨料包括页岩陶粒和粉煤灰陶粒的一种或多种；浸渍液中的高分子树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的一种，高分子树脂的粘度为50mPa.s～100mPa.s；浸渍液中的超细水泥占浸渍液总重量的5％～25％，优选为5％～10％，粒径为0.1μm～20μm。其中，浸渍前，轻骨料的堆积密度为700kg/m³～800kg/m³，陶粒的筒压强度为4MPa～5MPa，陶粒的1d吸水率为6％～9％；浸渍后，浸渍轻骨料的筒压强度为9MPa～12MPa，1d吸水率为0.3％～0.6％。

本发明的细骨料包括河砂和机制砂的一种或多种，河砂的细度模数为2.1～2.3。

本发明胶凝材料中的水泥包括P.O42.5水泥或P.O52.5水泥中的一种或多种，胶凝材料中的超细矿粉占胶凝材料总重量的10％～20％，超细矿粉的粒径为0.5μm～20μm，胶凝材料中的纳米玻璃粉占胶凝材料总重量的10％～30％，纳米玻璃粉的二氧化硅含量在99％以上，粒径为10nm～100nm。

本发明的减水剂为聚羧酸减水剂，减水剂固含量为40％，减水率为35％。

本发明还提供一种上述大流态高强轻骨料混凝土的制备方法，包括：

S1、制备浸渍轻骨料：

将轻骨料浸泡在浸渍液中，浸泡预设的时间进行增强改性，得到浸渍轻骨料；其中，浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液，浸泡时间为1.5～2.5h，优选为2h。

S2、制备轻骨料混凝土：

将浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水进行混合搅拌，得到轻骨料混凝土。

进一步，在制备过程中，按上述轻骨料混凝土中各组分的原料以及配比进行适宜的选择。

本发明的工作机理为：

现有的轻骨料通常为多孔材料，轻骨料的强度相对较低、吸水率较大，本发明充分利用低粘度高分子树脂与超细水泥组成的浸渍液浸渍轻骨料，浆液浸入轻骨料内部孔洞，高分子树脂和水泥复合反应凝结硬化后封堵轻骨料的孔洞，降低轻骨料的吸水率，轻骨料烘干后大幅提高其筒压强度，且轻骨料强度随着超细水泥用量的越多而增加；采用纳米玻璃粉和超细矿粉复合提高浆体强度，另外利用纳米玻璃粉的憎水性，减少混凝土用水量，保持混凝土的工作性能。

本发明所制备的大流态高强轻骨料混凝土所具有的性能为：

轻骨料混凝土的密度≤1900kg/m³，出机坍落度为180mm～200mm，出机1h坍落度为160mm～180mm，28d混凝土抗压强度≥65MPa，28d混凝土弹性模量为31GPa～34GPa，56d混凝土干燥收缩≤400με，56d混凝土徐变应变0.6mm/m，300次冻融循环动弹性模量保持率≥75％。

下述以具体实施例验证其上述性能：

下述列举了3个实施例对各组分的具体配比及加入量进行试验及说明，同理基于本申请各组分的工作机理，在各组分对应范围内的加入量均可达到上述性能，故在此不做一一列举。

实施例1

本发明采用低粘度高分子树脂与超细水泥混合液浸泡轻骨料，超细水泥用量为5％，浸泡时间为2h，热风干燥，干燥时间为4h，采用的陶粒为页岩陶粒，陶粒1d吸水率为6.8％，筒压强度为5MPa。

基于改性后的页岩陶粒制备的轻骨料混凝土的配方，如表1所示。

表1

表1配方的实施效果如表2所示。

表2

实施例2

本发明采用采用低粘度高分子树脂与超细水泥组成的混合液浸泡轻骨料，超细水泥用量为8％，浸泡时间为2h，热风干燥，干燥时间为4h，采用的陶粒为页岩陶粒，陶粒1d吸水率为6.8％，筒压强度为5MPa。

基于改性后的页岩陶粒制备的轻骨料混凝土的配方，如表3所示。

表3

表3配方的实施效果如表4所示。

表4

实施例3

本发明采用低粘度高分子树脂与超细水泥组成的混合液浸泡轻骨料，超细水泥用量为10％，浸泡时间为2h，热风干燥，干燥时间为4h，采用的陶粒为页岩陶粒，陶粒1d吸水率为6.8％，筒压强度为5MPa。

基于改性后的页岩陶粒制备的轻骨料混凝土的配方，如表5所示。

表5

表5配方的实施效果如表6所示。

表6

通过实施例1-3可以看出，在本发明中，通过低粘度高分子树脂与超细水泥组成的浆液浸渍轻骨料，可以降低轻骨料的吸水率，提升轻骨料的筒压强度，通过纳米玻璃粉可以减少混凝土用水量，降低水胶比，提升浆体强度，匹配超细矿粉、减水剂、细骨料和水，可得到大流态、高工作性能保持性能、轻骨料不易上浮、高抗压强度、低收缩徐变、高耐久性的轻骨料混凝土，因此，本发明中所得到的大流态高强轻骨料混凝土能够较好地适用于大跨度桥梁及建筑结构，能够满足泵送混凝土施工的需要。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，包括：浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水；

所述浸渍轻骨料为通过浸渍液进行浸渍改性的轻骨料，所述浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；

所述胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。

2.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，按重量份计，所述浸渍轻骨料为500～650份，所述细骨料为640～800份，所述胶凝材料为480～580份，所述减水剂为5～8份，所述水为145～200份。

3.如权利要求2所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，配制的轻骨料混凝土容重为1800kg/m³～1950kg/m³。

4.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料包括页岩陶粒和粉煤灰陶粒的一种或多种；

浸渍前，所述轻骨料的堆积密度为700kg/m³～800kg/m³，陶粒的筒压强度为4MPa～5MPa，陶粒的1d吸水率为6％～9％；

浸渍后，所述浸渍轻骨料的筒压强度为9MPa～12MPa，1d吸水率为0.3％～0.6％。

5.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，在所述浸渍液中，

所述高分子树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的一种，所述高分子树脂的粘度为50mPa.s～100mPa.s；

所述超细水泥占所述浸渍液总重量的5％～25％，所述超细水泥为超细硅酸盐水泥，粒径为0.1μm～20μm。

6.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，所述细骨料包括河砂和机制砂的一种或多种，所述河砂的细度模数为2.1～2.3。

7.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，在所述胶凝材料中，

所述水泥包括P.O42.5水泥或P.O52.5水泥中的一种或多种；

所述纳米玻璃粉占所述胶凝材料总重量的10％～30％，所述纳米玻璃粉的粒径为10nm～100nm；

所述超细矿粉占所述胶凝材料总重量的10％～20％，所述超细矿粉的粒径为0.5μm～20μm。

8.如权利要求1所述的大流态高强轻骨料混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的大流态高强轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括：

制备浸渍轻骨料：

将轻骨料浸泡在浸渍液中，浸泡预设的时间进行增强改性，得到所述浸渍轻骨料；其中，所述浸渍液为高分子树脂与超细水泥的混合浆液；

制备轻骨料混凝土：

将所述浸渍轻骨料、细骨料、胶凝材料、减水剂和水进行混合搅拌，得到所述轻骨料混凝土；其中，所述胶凝材料包括水泥、纳米玻璃粉和超细矿粉。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，浸泡时间为1.5～2.5h。