CN114180890A - 一种补偿收缩自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种补偿收缩自密实混凝土及其制备方法。一种补偿收缩自密实混凝土，包括如下重量份原料：水泥100‑200份、矿粉10‑40份、粗骨料300‑400份、细骨料150‑300份、外加剂2‑10份、膨胀剂10‑20份、橡胶颗粒9‑15份、聚丙烯纤维10‑25份、水50‑90份；所述膨胀剂包括如下重量份原料：氧化钙10‑20份、氧化镁30‑40份、沸石15‑25份、磷渣粉5‑15份、FTC颗粒10‑20份；其制备方法为：先将膨胀剂原料混合，再与混凝土的其他原料混合，得到混凝土。本申请的混凝土其具有膨胀性能优越，抗压强度高的优点。

Description

一种补偿收缩自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种补偿收缩自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是使用最广泛的建筑材料，混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土。
在水泥凝结硬化初期，水分散失以及温度、湿度的变化容易引起体积收缩，在收缩受到限制而产生的拉应力超过混凝土自身的抗拉强度时，水泥混凝土易发生开裂，承载能力急剧降低，降低混凝土的使用性能。
为了降低混凝土开裂，一般会在混凝土中掺加膨胀剂，膨胀剂靠本身的化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀补偿混凝土硬化过程中的收缩，常用的膨胀剂有氧化钙、无水硫铝酸钙。
针对上述相关技术，申请人认为氧化钙的水化反应激烈、迅速，还会放出大量热量，对混凝土产生不利影响；无水硫铝酸钙的水化产物不稳定，影响混凝土强度，因此，在解决混凝土收缩开裂问题的同时，保证混凝土强度是亟待解决的问题。
发明内容
为了在解决混凝土收缩开裂问题的同时，保证混凝土强度，本申请提供一种补偿收缩自密实混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种补偿收缩自密实混凝土，采用如下的技术方案：
一种补偿收缩自密实混凝土，包括如下重量份原料：水泥100-200份、矿粉10-40份、粗骨料300-400份、细骨料150-300份、外加剂2-10份、膨胀剂10-20份、橡胶颗粒9-15份、聚丙烯纤维10-25份、水50-90份；
所述膨胀剂包括如下重量份原料：氧化钙10-20份、氧化镁30-40份、沸石15-25份、磷渣粉5-15份、FTC颗粒10-20份。
通过采用上述技术方案，在水泥水化初期，氧化钙进行水化反应，生成钙矾石，补偿混凝土的收缩，氧化镁在水泥水化中期进行反应，生成钙矾石，补偿混凝土的收缩，在水泥水化后期以及养护阶段，磷渣粉与水泥水化的氢氧化钙发生二次火山灰反应，产生微膨胀，进一步抵抗混凝土的收缩，氧化钙、氧化镁、磷渣粉的水化产物相互穿插，形成稳定的结构，提高混凝土的强度。对氧化钙、氧化镁、磷渣粉、水泥的配比进行限制，氧化钙、氧化镁与磷渣粉配合，保证可以在水泥水化中更大程度的对水泥的收缩进行补偿，降低混凝土开裂的几率。氧化钙在水化过程中产生热量，FTC颗粒吸收水化反应产生的热量，降低氧化钙水化反应产生的热量对混凝土体系带来的不利影响，同时，降低水在放热反应中升温的程度，也有利于减缓氧化钙的水化反应；沸石在水泥水化初期可以吸收一部分水分，降低氧化钙水化，随着水化的进行沸石中的水分放出，促进氧化镁的水化反应；另外，氧化钙与氧化镁在水泥水化过程中完成整个膨胀量的80％以上，在水泥水化完成后，还会发生轻微的膨胀，此时橡胶颗粒在膨胀挤压作用下发生一定的形变，来抵消这些膨胀，降低混凝土发生开裂的几率，保证混凝土强度。
优选的，其包括如下重量份原料：水泥130-180份、矿粉15-30份、粗骨料320-380份、细骨料200-280份、外加剂5-8份、膨胀剂13-18份、橡胶颗粒12-14份、聚丙烯纤维15-20份、水60-80份。
通过采用上述技术方案，进一步优化原料的配比，提升混凝土的整体性能。
优选的，所述膨胀剂包括如下重量粉原料：氧化钙15-18份、氧化镁32-37份、沸石18-23份、磷渣粉8-12份、FTC颗粒13-16份。
通过采用上述技术方案，优化膨胀剂的配比，使得膨胀剂之间的各原料之间发挥最大程度的协同作用，提高对混凝土收缩的补偿作用，提高混凝土强度。
优选的，所述氧化钙的粒径为120-150μm，氧化镁粒径为60-80μm。
通过采用上述技术方案，氧化钙在水化初期进行水化反应，初期混凝土体系中水含量相对较多，氧化钙粒径较大，降低氧化钙的表面积，有利于减缓氧化钙的水化反应，随着水化反应的进行，混凝土体系中水含量逐渐降低，氧化镁的粒径小，比表面积大有利于保证氧化镁水化反应的进行。
优选的，所述氧化钙经过硅烷偶联剂改性处理，其处理方法为：
将氧化硅颗粒在硅烷偶联剂中浸泡、过滤、干燥，得到硅烷偶联剂改性氧化钙。
通过采用上述技术方案，在氧化钙表面形成一层膜，一方面提高氧化钙颗粒在混凝土体系分散的均匀性，一方面可以减弱氧化钙的水化反应，控制水化速度，减缓膨胀速度，使大部分膨胀发生在混凝土产生强度之后的塑性阶段，提高膨胀作用。
优选的，所述硅烷偶联剂中掺加甲基纤维素，硅烷偶联剂与甲基纤维素的重量比为(2-3)：1。
通过采用上述技术方案，通过硅烷偶联剂将甲基纤维素连接在氧化钙表面，甲基纤维素具有保水作用，随着水化进行缓慢释放水分，为氧化钙提供水源，促进膨胀作用的持续发生。
优选的，所述沸石为经过吸水处理的沸石。
通过采用上述技术方案，对沸石进行预吸水处理，降低沸石在水化初期吸收水分，影响水灰比，从而保证混凝土的强度；而吸水后的沸石，随着水化反应的进行释放水分，为氧化镁提供水源，促进膨胀作用的发生。
优选的，所述橡胶颗粒经过改性处理，其改性处理方法为：
1)将橡胶颗粒浸于浓度为5-8wt％的碱液中浸泡1-2h；
2)将步骤1)中的橡胶颗粒取出，并用清水清洗至洗涤水呈中性后，得到改性橡胶颗粒。
通过采用上述技术方案，将橡胶颗粒浸泡在碱液中，碱液浓度为5-8wt％中任一浓度，浸泡时间为1-2h任一时间，碱液处理橡胶颗粒，消除橡胶颗粒表面的硬脂酸锌，并在橡胶颗粒表面留下空洞，使橡胶颗粒形成粗糙多孔的表面以吸附较多的水分，一方面，增强橡胶颗粒与水泥、骨料等的粘结作用，提高混凝土的强度；另一方面，橡胶颗粒在水泥水化初期吸收水分，随着水化反应的进行逐渐释放水分，促进膨胀作用的发生。
第二方面，本申请提供一种补偿收缩自密实混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种补偿收缩自密实混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.将氧化钙、氧化镁、沸石、磷渣粉、FTC颗粒混合均匀得到膨胀剂；
S2.将水泥、矿粉、粗骨料、细骨料、外加剂、膨胀剂、橡胶颗粒、聚丙烯纤维、水混合均匀，得到混凝土。
通过采用上述技术方案，先将膨胀剂原料混合，在与混凝土原料混合，有利于提高膨胀剂原料在混凝土体系中分散的均匀性，保证膨胀作用产生的均匀性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用氧化钙、氧化镁、沸石、磷渣粉、FTC颗粒复配作为膨胀剂，与橡胶颗粒以及聚丙烯纤维配合，制得的混凝土的7d强度达到37.2-42.5MPa，28d强度达到57.9-63.9MPa，在水中养护14d的限制膨胀收缩率达到0.037-0.063％，在水中氧化14d再在空气养护14d的限制膨胀收缩率达到0.010-0.030％，混凝土膨胀性能优越，抗压强度高。
2、本申请中优选采用硅烷偶联剂与甲基纤维素对氧化钙进行改性处理，减缓氧化钙的水化膨胀速率提高氧化钙的水化持续性，进一步提高了混凝土的膨胀性能与强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料和中间体的制备例
原料
粗骨料为碎石，粒径为8-16mm；
细骨料为机制砂，颗粒级配为II区中砂；
矿粉为S95级；
橡胶颗粒粒径为1-2mm；
FTC颗粒粒径为1-2mm
外加剂为聚羧酸减水剂。
制备例
制备例1
硅烷偶联剂改性氧化钙，制备方法为：
将氧化钙浸泡在硅烷偶联剂中，浸泡30min，过滤后在80℃下干燥，得到硅烷偶联剂改性氧化钙。
制备例2
甲基纤维素-硅烷偶联剂改性氧化钙，制备方法为：
将甲基纤维素加入到硅烷偶联剂中混合均匀，甲基纤维素为硅烷偶联剂的重量比为1:2，然后将氧化钙浸泡在甲基纤维素与硅烷偶联剂混合液中，浸泡40min，硅烷偶联剂改性氧化钙，得到甲基纤维素-硅烷偶联剂改性氧化钙。
制备例3
与制备例2不同的是，制备例3中甲基纤维素为硅烷偶联剂的重量比为1:3。
制备例4
与制备例2不同的是，制备例4中甲基纤维素为硅烷偶联剂的重量比为1:5。
制备例5
与制备例2不同的是，制备例5中甲基纤维素为硅烷偶联剂的重量比为1:1。
制备例6
改性橡胶颗粒，制备方法为：
1)将橡胶颗粒浸于浓度为5wt％的氢氧化钠溶液中浸泡2h；
2)将步骤1)中的橡胶颗粒取出，并用清水清洗至洗涤水呈中性后，得到改性橡胶颗粒。
实施例
实施例1-5
一种补偿收缩自密实混凝土，其制备方法为：
S1.将10kg氧化钙、40kg氧化镁、15kg沸石、15kg磷渣粉、10kgFTC颗粒混合均匀得到膨胀剂；其中氧化钙的粒径为120-150μm，氧化镁粒径为60-80μm；
S2.按照表1配比将水泥、矿粉、粗骨料、细骨料、外加剂、S1得到的膨胀剂、橡胶颗粒、聚丙烯纤维混合均匀，得到混凝土。
表1实施例1-5原料配比表(kg)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
水泥 100 130 150 180 200
矿粉 40 30 20 15 10
粗骨料 300 320 350 380 400
细骨料 300 280 250 200 150
外加剂 2 5 7 8 10
膨胀剂 20 18 15 13 10
橡胶颗粒 9 12 13 14 15
聚丙烯纤维 25 20 18 15 10
水 50 60 70 80 90
实施例6-9
与实施例3不同的是，实施例6-9中膨胀剂原料配比的不同，详见表2。
表2实施例3与实施例6-9中膨胀剂原料配比(kg)
实施例3 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
氧化钙 10 15 16 18 20
氧化镁 40 37 35 32 30
沸石 15 18 20 23 25
磷渣粉 15 12 10 8 5
FTC颗粒 10 13 15 16 20
实施例10
与实施例7不同的是，实施例10中氧化钙的粒径为60-80μm。
实施例11
与实施例7不同的是，实施例11中氧化镁的粒径为120-150μm。
实施例12
与实施例7不同的是，实施例12中用等量来自制备例1的硅烷偶联剂改性氧化钙替换氧化钙。
实施例13-16
与实施例7不同的是，实施例13-16中分别用等量来自制备例2-5的甲基纤维素-硅烷偶联剂改性氧化钙替换氧化钙。
实施例17
与实施例14不同的是，实施例17中的沸石经过预吸水处理：沸石在水中浸泡5小时进行预吸水之后再加入。
实施例18
与实施例17不同的是，实施例18中用等量来自制备例6的改性橡胶颗粒替换橡胶颗粒。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中用等量细骨料替换橡胶颗粒。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2中用等量氧化钙替换氧化镁。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3中用等量氧化镁替换氧化钙。
对比例4
与实施例1不同的是，对比例4中用等量氧化镁替换磷渣粉。
对比例5
与实施例1不同的是，用等量细骨料替换沸石。
对比例6
与实施例1不同的是，用等量细骨料替换FTC颗粒。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》[9]中的要求分别测试实施例1-18与对比例1-6中混凝土试件7d、28d的抗压强度。
按照《混凝土膨胀剂》(GB/T 23439—2017)中掺膨胀剂的混凝土限制膨胀和收缩试验方法A检测实施例1-18与对比例1-6中混凝土试件的限制膨胀率；试件尺寸为100mm×100mm×300mm，试件在20℃水中养护14天后，转入恒温恒湿中，温度20℃、相对湿度60％中继续养护14天，测定养护14天与28天的限制膨胀率。
性能检测结果见表3。
表3性能检测结果
Figure BDA0003419601430000071
结合实施例1-18和对比例1-3，并结合表3可以看出，实施例1-18中混凝土的7d强度、28d强度均优于对比例1-6，实施例1-18中混凝土在水中养护14d的限制膨胀收缩率与在水中氧化14d再在空气养护14d的限制膨胀收缩率均优于对比例1-6，这说明本申请的混凝土膨胀持续时间长，补偿收缩的效果好，且强度高。
结合实施例1与对比例1，并结合表3可以看出，混凝土不掺加橡胶颗粒，混凝土的强度与膨胀性能均下降，这可能是因为橡胶颗粒不仅影响膨胀剂的水化膨胀提高膨胀性能，还可以在混凝土养护后期抵消膨胀剂的膨胀，提高混凝土的强度。
结合实施例1与对比例2-4，并结合表3可以看出，对比例2中单掺氧化钙、对比例3中单掺氧化镁、对比例4中复掺氧化钙与氧化镁但是不掺加磷渣粉，对比例2-4中混凝土的抗压强度与膨胀性能均明显降低，这可能是因为氧化钙进行水化反应初期进行收缩补偿，氧化钙进行水化反应中期进行收缩补偿，磷渣粉在水泥水化后期以及养护阶段进行收缩补偿，提高了混凝土的膨胀性能，而且氧化钙、氧化镁、磷渣粉的水化产物相互穿插，形成稳定的结构，提高了混凝土的强度。
结合实施例1与对比例5，并结合表3可以看出，混凝土不掺加沸石，混凝土的强度与膨胀性能均下降，这可能是因为沸石在水泥水化初期可以吸收一部分水分，降低氧化钙水化，随着水化的进行沸石中的水分放出，促进氧化镁的水化反应，提高了混凝土的膨胀性能与抗压强度。
结合实施例1与对比例6，并结合表3可以看出，混凝土不掺加FTC颗粒，混凝土的强度与膨胀性能均下降，这可能是因为FTC颗粒吸收氧化钙水化反应产生的热量，降低氧化钙水化反应产生的热量对混凝土体系带来的不利影响，同时，降低水在放热反应中升温的程度，也有利于减缓氧化钙的水化反应，避免氧化钙水化反应过于激烈。
结合实施例7与实施例10-11，并结合表3可以看出，实施例7中混凝土的抗压强度与膨胀性能优于实施例10-11，这可能是因为氧化钙与氧化镁在本申请的粒径范围内可以相互配合最大程度的发挥作用。
结合实施例7与实施例12-16，并结合表3可以看出，实施例12-16中混凝土的抗压强度与膨胀性能优于实施例7，这可能是因为硅烷偶联剂改性处理后的氧化钙的水化反应速度减慢，膨胀速度减缓，使大部分膨胀发生在混凝土产生强度之后的塑性阶段，提高膨胀作用；而且甲基纤维素具有保水作用，随着水化进行缓慢释放水分，为氧化钙提供水源，促进膨胀作用的持续发生，提高水化产物的稳定性。
结合实施例14与实施例17，并结合表3可以看出，实施例17中混凝土的抗压强度与膨胀性能优于实施例14，这可能是因为对沸石进行预吸水处理，降低沸石在水化初期吸收水分造成的水灰比降低，从而保证混凝土的强度；而吸水后的沸石，随着水化反应的进行释放水分，为氧化镁提供水源，促进膨胀作用的持续发生，提高水化产物的稳定性，提高混凝土强度。
结合实施例17-18，并结合表3可以看出，施例18中混凝土的抗压强度与膨胀性能优于实施例17，这可能是因为对橡胶颗粒进行改性后，橡胶颗粒由憎水材料转变为吸水材料，橡胶颗粒在水泥水化初期吸收水分，随着水化反应的进行逐渐释放水分，促进膨胀作用的持续发生，提高水化产物的稳定性，提高混凝土强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于，包括如下重量份原料：水泥100-200份、矿粉10-40份、粗骨料300-400份、细骨料150-300份、外加剂2-10份、膨胀剂10-20份、橡胶颗粒9-15份、聚丙烯纤维10-25份、水50-90份；
所述膨胀剂包括如下重量份原料：氧化钙10-20份、氧化镁30-40份、沸石15-25份、磷渣粉5-15份、FTC颗粒10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：其包括如下重量份原料：水泥130-180份、矿粉15-30份、粗骨料320-380份、细骨料200-280份、外加剂5-8份、膨胀剂13-18份、橡胶颗粒12-14份、聚丙烯纤维15-20份、水60-80份。
3.根据权利要求1所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述膨胀剂包括如下重量粉原料：氧化钙15-18份、氧化镁32-37份、沸石18-23份、磷渣粉8-12份、FTC颗粒13-16份。
4.根据权利要求1所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述氧化钙的粒径为120-150μm，氧化镁粒径为60-80μm。
5.根据权利要求1所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述氧化钙经过硅烷偶联剂改性处理，其处理方法为：
将氧化硅颗粒在硅烷偶联剂中浸泡、过滤、干燥，得到硅烷偶联剂改性氧化钙。
6.根据权利要求5所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂中掺加甲基纤维素，硅烷偶联剂与甲基纤维素的重量比为（2-3）：1。
7.根据权利要求5所述的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述沸石为经过吸水处理的沸石。
8.根据权利要求1的一种补偿收缩自密实混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒经过改性处理，其改性处理方法为：
1）将橡胶颗粒浸于浓度为5-8wt%的碱液中浸泡1-2h；
2）将步骤1）中的橡胶颗粒取出，并用清水清洗至洗涤水呈中性后，得到改性橡胶颗粒。
9.一种权利要求1-8任一所述的补偿收缩自密实混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将氧化钙、氧化镁、沸石、磷渣粉、FTC颗粒混合均匀得到膨胀剂；
S2.将水泥、矿粉、粗骨料、细骨料、外加剂、膨胀剂、橡胶颗粒、聚丙烯纤维混合均匀，得到混凝土。
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