CN115057667B - 一种自密实混凝土及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土领域，具体公开了一种自密实混凝土及其生产工艺，自密实混凝土由以下质量份数的组分制得：水泥315‑325份、矿粉75‑85份、水173‑178份、改性粉煤灰50‑70、碎石945‑955份、机制砂380‑390份；改性粉煤灰主要由以下质量份数的组分组成：粉煤灰100份、碱溶液5‑8份、顺丁基二酸酐22‑28份和端羟基超支化聚酯15‑20份。本申请制备的自密实混凝土材料的流动性较佳且不易出现离析现象，可以明显克服机制砂使用带来的流动性降低和易离析的缺陷，自密实混凝土干燥收缩明显小于常规粉煤灰的自密实混凝土，抗拉强度和抗压强度明显超过常规粉煤灰混凝土。

Description

一种自密实混凝土及其生产工艺
技术领域
本发明涉及混凝土领域，尤其是涉及一种自密实混凝土及其生产工艺。
背景技术
自密实混凝土流动阻力小，其在自身重力的作用下就能够流平，不需要进行振捣即可实现填充模板空间，硬化后可形成密实均匀的结构主体，能很好地结合实际工作的需要,改善普通混凝土容易产生的蜂窝或者空洞等结构问题，能很好地适应配筋密实、结构复杂、薄壁、钢管混凝土等施工空间受限制的工程结构。
自密实混凝土的实现主要依靠体系中大量的胶体材料，但大量的硅酸盐材料掺入会导致浇筑后的混凝土具有极高的水化热，相对于普通混凝土更容易造成混凝土开裂的风险。
粉煤灰是一种火山灰质材料，能代替部分水泥，提高自密实混凝土的流动性，降低自密实混凝土开裂的风险。但发明人认为，当粉煤灰加入后，自密实混凝土的抗压强度依然不高。
发明内容
为了提高自密实混凝土的抗压强度，本申请提供一种自密实混凝土及其生产工艺。
一种自密实混凝土，由以下质量份数的组分制得:
水泥315-325份
矿粉75-85份
水173-178份
改性粉煤灰50-70
碎石945-955份
机制砂380-390份
所述改性粉煤灰主要由以下质量份数的组分组成：
粉煤灰100份
碱溶液5-8份
顺丁基二酸酐22-28份
端羟基超支化聚酯15-20份。
本申请通过粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯配合组成改性粉煤灰，自密实混凝土材料的流动性较佳且不易出现离析现象，可以明显克服机制砂使用带来的流动性降低和易离析的缺陷，自密实混凝土干燥收缩明显小于常规粉煤灰的自密实混凝土，抗拉强度和抗压强度明显超过常规粉煤灰混凝土。这是因为改性粉煤灰在水化过程中发生二次水化反应，生成的凝胶能更好的填充混凝土内部的孔隙，随着混凝土内部不断密实，混凝土内部水分迁移的难度增大，最终减少混凝土干燥收缩应变，另外，当自密实混凝土水化反应过程时，混凝土内部温度升高，促使活化粉煤灰表面的羟基与端羟基超支化聚酯的端羟基反应，而顺丁基二酸酐升温则水解生成顺丁烯二酸，顺丁烯二酸同时与活化粉煤灰表面的羟基和端羟基超支化聚酯的端羟基反应，生成复杂无机-有机复合网络骨架，在破坏面处起到传递荷载的作用，混凝土的抗拉强度和抗压强度增强。
优选的，所述碱溶液为质量浓度为1-2mol/L的氢氧化钙溶液。
少量氢氧化钙的加入有利于提高活化粉煤灰的活性，同时还能在一定程度上提高混凝土的流动性，因此本申请改性粉煤灰加入后，自密实混凝土的流动性不易下降。
优选的，粉煤灰为Ⅰ级或者Ⅱ级粉煤灰。
本申请对Ⅰ级或者Ⅱ级粉煤灰的活化性能较佳，其作为改性粉煤灰的原料，能在较大程度上提高混凝土的抗拉强度和抗压强度。
优选的，所述端羟基超支化聚酯的羟基数为5-7/mol。
上述端羟基超支化聚酯与活化粉煤灰的结合效果较佳，使得水泥水化升温产生的网络结构能更好地传递荷载，对于改善混凝土的收缩性，提高混凝土的抗压强度具有明显效果。
优选的，所述改性粉煤灰的制备方法，步骤如下：
步骤1，取干燥粉煤灰，在70-80℃研磨15-20min，之后边搅拌边加入碱溶液，得到活化粉煤灰；
步骤2，将活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯混合，得到改性粉煤灰。
干燥粉煤灰先研磨后与碱溶液混合以提高粉煤灰的表面活性，接着将活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯混合得到改性粉煤灰，接着将改性粉煤灰均匀分散在自密实混凝土中，活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯在自密实混凝土中更好地结合，形成均匀稳定的有机-无机复合网络骨架结构，从而降低混凝土的收缩性，增强混凝土的抗拉强度和抗压强度。
优选的，所述自密实混凝土中还加入有5-10份减水剂。
减水剂的加入有利于提高自密实混凝土浆料的流动性，提高自密实混凝土的流动性。
优选的，所述减水剂为质量份数为6-8份的聚羧酸减水剂缓凝型。
上述聚羧酸减水剂缓凝型加入能很好地改善机制砂与改性粉煤灰加入后，流动性在一定程度上降低的缺陷，同时使自密实混凝土保持较佳的抗离析性，使得自密实混凝土流动性和抗离析性能同步提高。
一种自密实混凝土的生产工艺，包括以下步骤：
将水泥、矿粉、改性粉煤灰和砂混合，搅拌均匀，接着的加入碎石和水，搅拌均匀，得到自密实混凝土浆料；浇筑、养护后，得到自密实混凝土。
通过上述简单的述自密实混凝土的制备方法，各组分均匀分散在混凝土中，各组分结合效果较佳。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯配合组成改性粉煤灰，自密实混凝土流动性在一定程度上提高，自密实混凝土干燥收缩明显小于常规粉煤灰的自密实混凝土，抗拉强度和抗压强度明显超过常规粉煤灰混凝土。
2、干燥粉煤灰先研磨后与碱溶液混合以提高粉煤灰的表面活性，接着将活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯混合得到改性粉煤灰，活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯在自密实混凝土中更好地结合，形成均匀稳定的有机-无机复合网络骨架结构，从而降低混凝土的收缩性，增强混凝土的抗拉强度和抗压强度。
3、上述聚羧酸减水剂缓凝型加入能很好地改善机制砂与改性粉煤灰加入后，流动性在一定程度上降低的缺陷，同时使自密实混凝土保持较佳的抗离析性，使得自密实混凝土流动性和抗离析性能同步提高。
具体实施方式
以下实施例以及对比例中采用的原料均可通过市售得到。
实施例1
一种自密实混凝土，由P·O42.5R级水泥、S95矿粉、自来水、粒径为10-20mm碎石、细度模数为2.4的机制砂、改性粉煤灰制得，各组分用量详见表1，用量单位为kg。
上述自密实混凝土的生产工艺包括以下步骤：
步骤S1，制备改性粉煤灰：
步骤1，取100kgⅡ级粉煤灰，在50℃干燥1h，接着加入研磨机中，调整温度为70℃，研磨10min，将粉煤灰转移至搅拌缸中，边搅拌边加入1mol/L的5kg氢氧化钙溶液，搅拌5min，得到活化粉煤灰。
步骤2，加入22kg顺丁基二酸酐和15kg端羟基超支化聚酯(羟基数5-7/mol，羟基670mgKOH/g，酸值<15mgKOH/g，分子量500g/mol)与活化粉煤灰混合，搅拌2min，得到改性粉煤灰。
步骤S2，制备自密实混凝土：
将325kgP·O42.5R级水泥、85kg S95矿粉、50kg改性粉煤灰和380kg机制砂混合，搅拌30s，接着加入945kg碎石和178kg自来水，搅拌50s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
实施例2
一种自密实混凝土，由P·O42.5R级水泥、S95矿粉、自来水、粒径为10-20mm碎石、细度模数为2.4的机制砂、改性粉煤灰制得，各组分用量详见表1，用量单位为kg。
上述自密实混凝土的生产工艺包括以下步骤：
步骤S1，制备改性粉煤灰：
步骤1，取100kgⅡ级粉煤灰，在50℃干燥1h，接着加入研磨机中，调整温度为70℃，研磨10min，将粉煤灰转移至搅拌缸中，边搅拌边加入1mol/L的8kg氢氧化钙溶液，搅拌5min，得到活化粉煤灰。
步骤2，加入28kg顺丁基二酸酐和20kg端羟基超支化聚酯(羟基数5-7/mol，羟基670mgKOH/g，酸值<15mgKOH/g，分子量500g/mol)与活化粉煤灰混合，搅拌2min，得到改性粉煤灰。
步骤S2，制备自密实混凝土：
将315kgP·O42.5R级水泥、75kg S95矿粉、70kg改性粉煤灰和390kg机制砂混合，搅拌30s，接着加入955kg碎石和173kg自来水，搅拌50s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
实施例3
一种自密实混凝土，与实施例2的区别在于：加入聚羧酸减水剂缓凝型，且其他组分用量不同，具体详见表1，用量单位为kg。
上述自密实混凝土的生产工艺包括以下步骤：
步骤S1，制备改性粉煤灰：
步骤1，取100kgⅡ级粉煤灰，在50℃干燥1h，接着加入研磨机中，调整温度为70℃，研磨10min，将粉煤灰转移至搅拌缸中，边搅拌边加入1mol/L的6kg氢氧化钙溶液，搅拌5min，得到活化粉煤灰。
步骤2，加入25kg顺丁基二酸酐和18kg端羟基超支化聚酯(羟基数5-7/mol，羟基670mgKOH/g，酸值<15mgKOH/g，分子量500g/mol)与活化粉煤灰混合，搅拌2min，得到改性粉煤灰。
步骤S2，制备自密实混凝土：
将320kgP·O42.5R级水泥、70kg S95矿粉、50kg改性粉煤灰和385kg机制砂混合，搅拌30s，接着加入950kg和175kg自来水，搅拌50s，再加入6kg聚羧酸减水剂缓凝型，搅拌40s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
实施例4
一种自密实混凝土，与实施例3的区别在于：加入聚羧酸减水剂缓凝型，各组分的用量具体详见表1，用量单位为kg。
上述自密实混凝土的生产工艺包括以下步骤：
步骤S1，制备改性粉煤灰：
步骤1，取100kg粉煤灰，在50℃干燥1h，接着加入研磨机中，调整温度为70℃，研磨10min，将粉煤灰转移至搅拌缸中，边搅拌边加入1mol/L的6kg氢氧化钙溶液，搅拌5min，得到活化粉煤灰。
步骤2，加入25kg顺丁基二酸酐和18kg端羟基超支化聚酯与活化粉煤灰混合，搅拌2min，得到改性粉煤灰。
步骤S2，制备自密实混凝土：
将320kg水泥、70kg S95矿粉、50kg改性粉煤灰和385kg机制砂混合，搅拌30s，接着加入950kg碎石和175kg自来水，搅拌50s，再加入8kg聚羧酸减水剂缓凝型，搅拌40s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
表1
Figure BDA0003687733810000051
对比例1
一种自密实混凝土，与实施例3的区别在于：粉煤灰不经过活化处理，具体为：步骤S1，制备改性粉煤灰：将25kg顺丁基二酸酐和18kg端羟基超支化聚酯与活化粉煤灰混合，搅拌2min，得到改性粉煤灰。
步骤S2，制备自密实混凝土：将320kg水泥、70kg矿粉、50kg改性粉煤灰和385kg机制砂、6kg聚羧酸减水剂缓凝型混合，搅拌30s，接着加入950kg碎石和175kg自来水，搅拌50s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
对比例2
一种自密实混凝土，与实施例3的区别在于：顺丁基二酸酐、端羟基超支化聚酯与活化粉煤灰直接加入自密实混凝土中。具体为：
取100kg粉煤灰，在50℃干燥1h，接着加入研磨机中，调整温度为70℃，研磨10min，将粉煤灰转移至搅拌缸中，边搅拌边加入1mol/L的6kg氢氧化钙溶液，搅拌5min，得到活化粉煤灰。
将320kg水泥、70kg矿粉、60kg活化粉煤灰、385kg机制砂、25kg顺丁基二酸酐、6kg聚羧酸减水剂缓凝型和18kg端羟基超支化聚酯混合，搅拌30s，接着加入950kg碎石和175kg自来水，搅拌50s，得到自密实混凝土浆料，浇筑，养护后，得到自密实混凝土。
实验1
坍落扩展度
参见JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，对以上实施例以及对比例的自密实混凝土的坍落扩展度进行测试。
实验2
28d抗压强度
参见GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，分别制备以上实施例以及对比例的自密实混凝土抗压强度试块，尺寸为150mm×150mm×150mm，养护28d，测试自密实混凝土试块的抗压强度。
实验3
干燥收缩应变参见GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，制备以上实施例以及对比例自密实混凝土干燥收缩试块，尺寸为100mm×100mm×515mm，在室内环境下养护24h后，将试块置于养护温度为(20±2)℃且相对湿度为(60±5)％的养护室进行养护，测试100d的干燥收缩应变。
实验4
劈裂抗拉强度参见GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》，制备以上实施例以及对比例自密实混凝土劈裂抗拉强度试块，尺寸为150mm×150mm×150mm，从混凝土试样中钻取100mm×100mm芯样的端面劈裂抗拉强度。
以上实验的测试结果见表2。
表2
Figure BDA0003687733810000071
由表2中实施例3与对比例1的测试数据对比可以看出，实施例3采用活化处理后的粉煤灰，且粉煤灰与顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯的预先混合，对比例1采用常规粉煤灰，对比例2采用活化粉煤灰，但并未将活化粉煤灰与顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯的预先混合而是直接加入混凝土中，实施例3的坍落扩展度相对于对比例1-2的增加，28d抗压强度和劈裂抗拉强度相对于对比例1-2显著提高，100d干燥收缩应变相对于对比例1-2显著降低，且实施例3的坍落扩展度、抗压强度、干燥收缩应变以及劈裂抗拉强度与对比例1的区别最大，证明对粉煤灰活化处理是实现自密实混凝土工作性能和力学强度提高的关键，同时将粉煤灰、顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯预先混合也对于提高粉煤灰、顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯之间的反应效果也具有重要作用，因此实施例3的活化粉煤灰与顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯的反应效果较佳，从而形成十分复杂的有机-无机网络支撑结构，对自密实混凝土起到稳定的支撑作用，使自密实混凝土的力学性能增强，收缩性下降，对比例1常规粉煤灰与顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯的反应效果较差，对比例2没有预先将活化粉煤灰与顺丁烯二酸酐、端羟基超支化聚酯混合，均难以形成稳定的网络骨架为混凝土结构提供支撑，对于自密实混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度增强、混凝土收缩降低的效果明显降低。
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 (7)

1.一种自密实混凝土，其特征在于：由以下质量份数的组分制得：
水泥315-325份
矿粉75-85份
水173-178份
改性粉煤灰50-70
碎石945-955份
机制砂380-390份
所述改性粉煤灰主要由以下质量份数的组分组成：
粉煤灰100份
碱溶液5-8份
顺丁基二酸酐22-28份
端羟基超支化聚酯15-20份;
所述端羟基超支化聚酯的密度为0.9-1g/mol；
所述改性粉煤灰的制备方法，步骤如下：
步骤1，取干燥粉煤灰，在70-80℃研磨15-20min，之后边搅拌边加入碱溶液，得到活化粉煤灰；
步骤2，将活化粉煤灰、顺丁基二酸酐和端羟基超支化聚酯混合，得到改性粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于：所述碱溶液为质量浓度为1-2mol/L的氢氧化钙溶液。
3.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅰ级或者Ⅱ级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于：所述端羟基超支化聚酯的密度为0.9-1g/mol。
5.根据权利要求1所述的一种自密实混凝土，其特征在于：所述自密实混凝土中还加入有5-10份减水剂。
6.根据权利要求5所述的一种自密实混凝土，其特征在于：所述减水剂为质量份数为6-8份的缓 凝型聚羧酸减水剂。
7.一种如权利要求1-6任一所述的自密实混凝土的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：将水泥、矿粉、改性粉煤灰和砂混合，搅拌均匀，接着加入碎石和水，搅拌均匀，得到自密实混凝土浆料；浇筑、养护后，得到自密实混凝土。
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