CN112358262B - 抗泛碱混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗泛碱混凝土及其制备方法。涉及建筑材料领域。以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括；水泥8‑25份；集料60‑90份；掺合料2‑6份；丙烯酸盐功能剂0.01‑0.4份减水剂0.1‑0.3份；水；所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物。本发明所述的抗泛碱混凝土，能够在不影响混凝土的抗压强度的基础上，有效改善混凝土泛碱现象，同时，施工性能好。

Description

抗泛碱混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及抗泛碱混凝土及其制备方法。
背景技术
泛碱是混凝土普遍存在的一个问题，它影响了混凝土制品的美观，限制了水泥基装饰混凝土的推广应用，使混凝土耐久性能降低，造成结构安全隐患。
有科研工作者总结了水泥基装饰混凝土的表面泛碱过程：混凝土内部可溶性盐溶解在水中，随混凝土内部的毛细孔向表面迁移，并在混凝土表面析出白色晶体，或与空气中的 CO2 等作用生成白色沉淀。混凝土中的可溶性盐包括两种类型：一是水泥、砂、石子及外加剂等原材料本身所含有的可溶性盐，如CaCO3、CaSO4·2H2O、Na2O、K2O等，在混凝土表面析出白色晶体，形成泛碱；另一种是由水泥水化生成的，如 Ca(OH)2，其在微量水中即能溶解，与空气中的CO2 反应形成白色 CaCO3沉淀，进而形成泛碱现象。CaCO3 是混凝土表面泛白物质的主要成分。
传统的抗泛碱措施是在混凝土中加入可再分散乳胶粉、纤维素醚等，如可再分散乳胶粉通过络合部分游离的钙离子，减少游离的钙离子数量，从而减少泛碱现象的发生；纤维素醚通过增稠和黏聚的作用，阻碍混凝土内部游离钙离子的自由扩散，进而起到抑制混凝土泛碱的作用；但是，传统的抗泛碱措施的效果不太理想，一方面，对混凝土泛碱现象的改善作用有限，即使加入了可再分散乳胶粉和纤维素醚，加湿养护一段时间后，仍然会产生明显的泛碱现象，这种现象，在彩色混凝土中更明显；另一方面，加入可再分散乳胶粉和纤维素醚等会影响混凝土的抗压强度。
发明内容
针对这一现状，本发明提供一种抗泛碱混凝土，能够在不影响混凝土的抗压强度的基础上，有效改善混凝土泛碱现象。
以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括；
水泥 8-25份；
集料 60-90份；
掺合料 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.4份；
减水剂 0.1-0.3份；
水；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物。
在一个优选的实施例中，以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括；
水泥 8-20份；
集料 65-82份；
掺合料 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.2份；
减水剂 0.1-0.3份；
水 3-8份。
在一个优选的实施例中，所述丙烯酸盐单体选自丙烯酸钙和/或丙烯酸镁。
在一个优选的实施例中，所述丙烯酸盐聚合物选自聚丙烯酸钙和/或聚丙烯酸镁。
在一个优选的实施例中，所述掺合料的粒径为0.1μm-30μm。有利于进一步降低混凝土的孔隙率，协同提高混凝土的抗泛碱性能。
在一个优选的实施例中，所述掺合料选自硅灰、矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土中的一种或几种。其具有水化活性或多孔吸附能力。一方面通过吸附游离的钙离子降低混凝土的泛碱作用，另一方面通过和水泥水化产物Ca(OH)2发生二次反应形成凝胶，降低了混凝土的游离钙离子的数量，从而降低了泛碱现象的发生。
在一个优选的实施例中，所述水泥为硅酸盐水泥。
在一个优选的实施例中，所述集料选自砂和/或石子。
在一个优选的实施例中，所述抗泛碱混凝土的制备原料还包括颜料。
在一个优选的实施例中，所述掺合料为硅灰；所述水泥为硅酸盐水泥；所述集料为砂和石子；所述抗泛碱混凝土的制备原料还包括颜料；
以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括：
硅酸盐水泥 8-20份；
砂 30-40份；
石子 33-43份；
硅灰 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.2份；
减水剂 0.1-0.3份；
颜料 0.01-1份；
水 3-8份。
本发明还提供一种抗泛碱混凝土的制备方法。
所述抗泛碱混凝土的制备方法包括以下步骤：
混合水泥、集料和掺合料，制备干料；
混合丙烯酸盐功能剂、减水剂和水，制备液料；
混合所述干料和液料；
所述水泥的重量份为8-25份；所述集料的重量份为60-90份；所述掺合料的重量份为2-6份；所述丙烯酸盐功能剂的重量份为0.01-0.4份；所述减水剂的重量份为0.1-0.3份；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的抗泛碱混凝土，加入了丙烯酸盐功能剂、掺合料和减水剂，丙烯酸盐功能剂（丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物）兼具纤维素醚的增稠和黏聚的作用和可再分散乳液络合部分游离的钙离子的作用，通过物理和化学作用降低游离的钙离子的数量，从而可以有效抑制泛碱现象的发生；同时，无论是丙烯酸盐单体还是丙烯酸盐聚合物，都与水泥有良好的结合效果，填充于水泥水化产物之间的孔隙；且能与水泥紧密结合，并形成三维网状结构，加入后，不会影响混凝土的抗压强度。而且，由于丙烯酸盐功能剂水溶液具有假塑性流体的性质，加入混凝土后通过机械搅拌，可以一定程度改变流动性，不会对混凝土的工作性能造成较大影响。在此基础上，配合加入掺合料和减水剂，掺合料能够减少了混凝土的孔隙率，协同提高混凝土的抗泛碱性能。减水剂能够减少混凝土的用水量，有利于增强混凝土的抗压强度，还能极大地增加混凝土的流动性。本发明的混凝土放入温度20℃、湿度98%的标准养护室加湿养护后，表面无明显泛碱现象，且抗压强度并无明显降低，同时，混凝土还具有良好的施工性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种抗泛碱混凝土，以重量份计，其制备原料包括；
水泥 8-25份；
集料 60-90份；
掺合料 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.4份；
减水剂 0.1-0.3份；
水；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物。
丙烯酸盐功能剂（丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物）兼具纤维素醚的增稠和黏聚的作用和可再分散乳液络合部分游离的钙离子的作用，通过物理和化学作用降低游离的钙离子（例如氢氧化钙）的数量，从而可以有效抑制泛碱现象的发生；同时，无论是丙烯酸盐单体还是丙烯酸盐聚合物，都与水泥有良好的结合效果，填充于水泥水化产物之间的孔隙；且能与水泥紧密结合，并形成三维网状结构，加入后，不会影响混凝土的抗压强度。而且，由于丙烯酸盐功能剂水溶液具有假塑性流体的性质，加入混凝土后通过机械搅拌，可以一定程度改变流动性，不会对混凝土的工作性能造成较大影响。
优选地，所述丙烯酸盐单体选自丙烯酸钙和/或丙烯酸镁。
优选地，所述丙烯酸盐聚合物选自聚丙烯酸钙和/或聚丙烯酸镁。
以聚丙烯酸钙为例，所述聚丙烯酸钙结构式为：
Figure 168739DEST_PATH_IMAGE001
，其中n为2.3万-2.7万。
可以理解地，聚丙烯酸钙为白色粉末，易溶于水，聚丙烯酸钙的水溶液呈现假塑性流体性质，在高剪切力下溶液的粘度会显著下降，聚合度越高以及溶液浓度越大，该种流变性质越明显，并表现出较强的触变性。
同时，在加入丙烯酸盐功能剂的基础上，配合加入掺合料和减水剂。掺合料能够减少了混凝土的孔隙率，协同提高混凝土的抗泛碱性能。减水剂能够减少混凝土的用水量，有利于增强混凝土的抗压强度，还能极大地增加混凝土的流动性。本发明的混凝土放入温度20℃、湿度98%的标准养护室加湿养护7d后，表面无明显泛碱现象，说明混凝土的抗泛碱性能得到有效的提高。且与空白对照对比，28d抗压强度并无明显降低，说明并未影响混凝土的强度。同时，混凝土还具有良好的施工性能。
优选地，所述掺合料的粒径为0.1μm-30μm。更优选地，所述掺合料选自硅灰、矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土中的一种或几种。其具有水化活性或多孔吸附能力。一方面通过吸附游离的钙离子降低混凝土的泛碱作用，另一方面通过和水泥水化产物Ca(OH)2发生二次反应形成凝胶，降低了混凝土的游离钙离子的数量，从而降低了泛碱现象的发生。
其中，硅灰可以是白色硅灰，其是一类具有火山灰活性的工业废弃物。一方面由于硅灰具有较大的比表面积，能吸附部分游离的钙离子，从而抑制混凝土的泛碱性能；另一方面硅灰颗粒是微纳米级，其粒径(平均粒径为0.1μm)远小于水泥颗粒的粒径(平均粒径为30μm)，因此硅灰的掺入可以降低混凝土内部的毛细孔，“堵塞”游离的钙离子向混凝土表面析出的途径。且硅灰具有较高的活性，能与水泥水化产物Ca(OH)2进行二次反应，降低Ca(OH)2的含量，从而降低游离的钙离子的数量，起到抑制混凝土泛碱的作用。掺入5%硅灰（占混凝土总用量）的混凝土，28d的孔隙量可由0.20mL/g下降至0.13mL/g。
其中，矿渣粉优选为超细矿渣粉，粒径为10μm -20μm。性能与硅灰相似。
其中，粉煤灰优选为磨细粉煤灰，粒径为18μm-25μm。性能与硅灰相似。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥。在一个实施例中，水泥是白色硅酸盐水泥，即白水泥。
优选地，所述集料选自砂和/或石子。
在一个实施例中，所述砂为河砂，细度模数为2-3。
在一个实施例中，所述石子为5mm-25mm的连续级配石子。
优选地，所述抗泛碱混凝土的制备原料还包括颜料。可以理解地，加入颜料后，获得彩色混凝土，此时，也不会产生明显的泛碱现象。优选地，颜料为无机颜料。
在一个优选的实施例中， 以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括：
硅酸盐水泥 8-20份；
砂 30-40份；
石子 33-43份；
硅灰 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.2份；
减水剂 0.1-0.3份；
颜料 0.01-1份；
水 3-8份。
本发明的混凝土无明显泛碱，且抗压强度高，同时，混凝土还具有良好的施工性能。
一种抗泛碱混凝土的制备方法，包括以下步骤：
混合水泥、集料和掺合料，制备干料；
混合丙烯酸盐功能剂、减水剂和水，制备液料；
混合所述干料和液料；
所述水泥的重量份为8-25份；所述集料的重量份为60-90份；所述掺合料的重量份为2-6份；所述丙烯酸盐功能剂的重量份为0.01-0.4份；所述减水剂的重量份为0.1-0.3份；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物。
优选地，混合所述干料和液料后，强制搅拌，形成流动性好的拌合物。
使用时，将拌合物注入模具。
可以理解地，强制搅拌可在强制式搅拌机中进行，强制式搅拌机中，搅拌筒是固定不动的，由筒内转轴上的叶片旋转来搅拌材料(也有搅拌筒与叶片作相对旋转来强制拌合的)，其搅拌作用是强烈的。除了强制式搅拌机，还有自落式搅拌机，这种搅拌机的搅拌筒是垂直放置的，随着搅拌筒转动，混凝土拌合料在搅拌筒内做自由落体式翻转搅拌，从而达到搅拌的目的。一般来说，混凝土搅拌站采用强制搅拌机进行混凝土搅拌。
可以理解地，本发明所述抗泛碱混凝土可用于预制外墙，或用作为清水混凝土、装饰混凝土等。
以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售。下述实施例和对比例所用原料或其供应商为：
所述水泥为阿尔伯牌白水泥，标号为42.5；所述减水剂为聚羧酸减水剂，取自广东碧鸿腾建材科技有限公司碧鸿腾搅拌站，减水率为25%；所述砂为河砂，细度模数为2.4，含泥量1%，取自广东碧鸿腾建材科技有限公司碧鸿腾搅拌站；所述石子为5-25mm的连续级配石子，取自广东碧鸿腾建材科技有限公司碧鸿腾搅拌站；所述白色硅灰目数为8000-12500目（粒径范围为1μm -1.6μm），硅含量94%以上，购买自山东博肯硅材料有限公司；所述聚丙烯酸钙白色粉末，密度为1.62g/cm3，购买自郑州荣跃化工产品有限公司；所述丙烯酸镁为白色粉末，购买自淮安鑫旭源新材料商行生产，密度为1.15g/cm3。
实施例1
本实施例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，步骤如下：
以重量份计，称量15份白水泥，0.5份无机颜料，3份白色硅灰，35份砂，39份石子，7份水，0.2份聚丙烯酸钙，0.3份减水剂。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合减水剂、水和聚丙烯酸钙，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
实施例2
本实施例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，步骤如下：
以重量份计，称量12份白水泥，0.2份无机颜料，2份白色硅灰，38份砂，42份石子，4.5份水，0.1份丙烯酸镁，0.1份减水剂。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合减水剂、水和丙烯酸镁，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
实施例3
本实施例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，步骤如下：
以重量份计，称量18份白水泥，1份无机颜料，4份白色硅灰，32份砂，35份石子，9.5份水，0.1份聚丙烯酸钙，0.1份丙烯酸镁，0.3份减水剂。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合减水剂、水、丙烯酸镁和聚丙烯酸钙，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
对比例1
本对比例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，与实施例3基本相同，区别仅在于，未加入聚丙烯酸钙和丙烯酸镁，并相应增加水的用量，步骤如下：
以重量份计，称量18份白水泥，1份无机颜料，4份白色硅灰，32份砂，35份石子，9.7份水，0.3份减水剂。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合减水剂和水，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
对比例2
本对比例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，与实施例3基本相同，区别仅在于，增加丙烯酸镁的用量，并相应减少水的用量，步骤如下：
以重量份计，称量18份白水泥，1份无机颜料，4份白色硅灰，32份砂，35份石子，8.6份水，0.1份聚丙烯酸钙，1份丙烯酸镁，0.3份减水剂。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合减水剂、水、丙烯酸镁和聚丙烯酸钙，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
对比例3
本对比例提供一种抗泛碱混凝土及其制备方法和使用方法，与实施例3基本相同，区别仅在于，未加入减水剂，并相应增加水的用量，步骤如下：
以重量份计，称量18份白水泥，1份无机颜料，4份白色硅灰，32份砂，35份石子，9.8份水，0.1份聚丙烯酸钙，0.1份丙烯酸镁。
混合水泥、无机颜料、白色硅灰、砂和石子，得干料。
混合水、丙烯酸镁和聚丙烯酸钙，得液料。
将干料和液料混合，强制搅拌，形成流动性好的拌合物，即为抗泛碱混凝土。
使用时，将上述抗泛碱混凝土注入模具。
测试
将上述实施例和对比例制备的抗泛碱混凝土放入温度20℃、湿度98%的标准养护室进行加湿养护7d。观察和记录产品的表面泛碱现象，结果如表1所示。测试上述实施例和对比例制备的抗泛碱混凝土28d的抗压强度，测试方法参照国家标准GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，将达到养护龄期的试件从标准养护室取出，检查尺寸和形状合格后以试件成型时的侧面为承压面，将上下承压面擦拭干净，将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心应与试验机下压板中心对准，启动试验机，试件表面与上下承压板或垫板均匀接触。试验过程中连续均匀加荷，加荷速度应取0.3-1.0MPa/s，当试件接近破坏开始急剧变形时，手动停止加压（或机器自动停止），记录破坏荷载，并按照公式fcc=F/A计算抗压强度，其中fcc为混凝土立方体试件的抗压强度（MPa）；F为试件破坏荷载（N）；A为试件承压面积（mm2），计算结果精确至0.1MPa。结果如表1所示。
表1
Figure 355001DEST_PATH_IMAGE002
由表1可知，实施例1-3制备的抗泛碱混凝土放入温度20℃、湿度98%的标准养护室加湿养护7d后，表面无明显泛碱现象，说明混凝土的抗泛碱性能得到有效的提高。且与对比例1未加入聚丙烯酸钙和丙烯酸镁的空白对照对比，28d抗压强度并无明显降低，说明适量的聚丙烯酸钙和丙烯酸镁的加入并未影响混凝土的强度。而且，实施例1-3的混凝土流动性好，可正常施工。而对比例2增加丙烯酸镁的用量至1份后，施工性变差，虽然混凝土泛碱现象得到改善，但是成型后存在大量气泡，导致28d抗压强度显著降低，继续增加丙烯酸镁的用量，有可能导致混凝土失去流动性，无法正常施工。对比例3未加入减水剂，需要增加更多的水量保持工作性能，而水分挥发会留下孔隙，给游离的氢氧化钙留下通道，不利于改善泛碱现象。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抗泛碱混凝土，其特征在于，以重量份计，其制备原料包括：
水泥 8-25份；
集料 60-90份；
掺合料 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.4份；
减水剂 0.1-0.3份；
水；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物；
所述丙烯酸盐单体选自丙烯酸钙和/或丙烯酸镁；
所述丙烯酸盐聚合物选自聚丙烯酸钙和/或聚丙烯酸镁；
所述掺合料选自硅灰、矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，以重量份计，其制备原料包括：
水泥 8-20份；
集料 65-82份；
掺合料 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.2份；
减水剂 0.1-0.3份；
水 3-8份。
3.根据权利要求2所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，丙烯酸盐功能剂为聚丙烯酸钙和丙烯酸镁。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述掺合料的粒径为0.1μm-30μm。
5.根据权利要求4所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述掺合料选自白色硅灰。
6.根据权利要求1-3任一项所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1-3任一项所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述集料选自砂和/或石子。
8.根据权利要求1-3任一项所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述抗泛碱混凝土的制备原料还包括颜料。
9.根据权利要求1-3任一项所述的抗泛碱混凝土，其特征在于，所述掺合料为硅灰；所述水泥为硅酸盐水泥；所述集料为砂和石子；所述抗泛碱混凝土的制备原料还包括颜料；
以重量份计，所述抗泛碱混凝土的制备原料包括：
硅酸盐水泥 8-20份；
砂 30-40份；
石子 33-43份；
硅灰 2-6份；
丙烯酸盐功能剂 0.01-0.2份；
减水剂 0.1-0.3份；
颜料 0.01-1份；
水 3-8份。
10.一种抗泛碱混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
混合水泥、集料和掺合料，制备干料；
混合丙烯酸盐功能剂、减水剂和水，制备液料；
混合所述干料和液料；
所述水泥的重量份为8-25份；所述集料的重量份为60-90份；所述掺合料的重量份为2-6份；所述丙烯酸盐功能剂的重量份为0.01-0.4份；所述减水剂的重量份为0.1-0.3份；
所述丙烯酸盐功能剂选自丙烯酸盐单体和/或丙烯酸盐聚合物；
所述丙烯酸盐单体选自丙烯酸钙和/或丙烯酸镁；
所述丙烯酸盐聚合物选自聚丙烯酸钙和/或聚丙烯酸镁。
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