CN116040995A - 一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土及制备方法，包括高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料以及分散在粗骨料和细骨料周围水中的柔性生物骨料；所述高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为(2至4)：(2至4)：(6至8)：(6至8)：(1至2)；随着所述混凝土凝结硬化，柔性生物骨料参与水泥的水化反应；所述高粘接高强度水泥中包含有矿粉，矿粉与柔性生物骨料填充在高粘结高强度水泥、粗骨料和细骨料之间形成紧密堆积；本发明还公开了高粘接高强度混凝土的制备方法；本发明利用多级骨料的配合利于形成混凝土连续的均匀的内部结构，同时兼顾所得混凝土的粘接性能，改善所得地坪的性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土及制备方法。
背景技术
普通的水泥基复合材料如普通混凝土或水泥砂浆是非均质、多相无机脆性材料，这种多孔材料在外界侵蚀性介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等侵蚀作用下，会加速破坏，使用寿命大大缩短。随着工业的发展，人们尝试将具有韧性和弹粘性的高分子聚合物加入水泥混凝土和砂浆中。加入聚合物材料后，水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善。
在CN104986981A、CN110183127A以及CN113860797B多是通过进一步增加轻质的填料或者骨料提升所得混凝土凝固后的强度，物料之间内部多是简单的物理混合，其粘接度和强度的改善有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土，本发明利用多级骨料的配合利于形成混凝土连续的均匀的内部结构，同时兼顾所得混凝土的粘接性能，改善所得地坪的性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土，包括高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料以及分散在粗骨料和细骨料周围水中的柔性生物骨料；
所述高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为(2至4)：(2至4)：(6至8)：(6至8)：(1至2)；
随着所述混凝土凝结硬化，柔性生物骨料分散在粗骨料和细骨料周围参与高粘结高强度水泥的水化反应；
所述高粘接高强度水泥中包含有矿粉，矿粉与柔性生物骨料填充在高粘结高强度水泥、粗骨料和细骨料之间形成紧密堆积。
优选所述高粘接高强度水泥包括以下物料：
本发明在利用聚丙烯纤维和环氧树脂加强内部短程连接强度的同时，配合矿粉均匀的参与水化加强长程连接强度，提升水化反应均匀程度，进一步提升所得混凝土凝结硬化后整体的力学性能。
优选所述矿粉包括二氧化硅和三氧化二铝。本发明利用矿粉中的二氧化硅和三氧化二铝配合柔性生物骨料的分布进一步补充内部结构中的空隙，形成粗骨料-细骨料-柔性生物骨料以及作为填补孔隙的矿粉的多级骨架结构，构建紧密的，层次分明的，相互支撑的内部结构，利于水化反应发生的均匀和完整。
优选所得混凝土浆料在水化凝固的过程中，柔性生物骨料和矿粉中的SiO2和Al2O3围绕着粗骨料和细骨料的均匀分布形成填充，柔性生物骨料中木质素上的二氧化硅以及矿粉中的SiO2和Al2O3参与高粘接高强度水泥的水化反应。伴随着水化反应的诱导期，该阶段反应缓慢，在该阶段氢氧化钙晶体的形成由于木质素作为成核中心的促进得以加快，初凝的时间较短，即进入加速期，反应重新加快，终凝，硬化，随后进入减速期，反应速率随时间下降的阶段，水化反应持续进行完成凝结。
水泥在水化过程中形成水化硅酸钙C-S-H、氢氧化钙晶体、水石榴石、三硫型水化硫铝酸钙、单硫型水化硫铝酸钙，受限于物料分散，尤其是水分的分散性，分散在碱液中的柔性生物骨料由于其在水性良好分散性以及表面附着了受限于生物生长过程中生长于木质素的二氧化硅伴，随着C3S与水接触后发生水解时，溶解在水中的钙离子和氢氧根进入至溶液，混凝土中钙离子和氢氧根在诱导期不断的低速率溶解，液相中氢氧化钙形成过饱和溶液时氢氧化钙晶体晶核迅速形成附着在木质素表面，由于木质素以及二氧化硅的存在促进了氢氧化钙晶体的成核，促进了钙离子和氢氧根的再溶解和化学传质，在上述氢氧化钙晶体成核的基础上再次成核，提高成核的速度，同时木质素的二氧化硅也参与水泥的水化反应形成结构的相互限位和连接，混凝土凝结硬化后力学性能提升。
优选所述柔性生物骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、粉碎清洁的稻壳，干燥备用；
步骤二、将干燥的稻壳置硫酸去除稻壳中的碳水化合物，保持稻壳具有木质素和二氧化硅的连接结构，清洗至中性，干燥；
步骤三、球磨步骤二所得粉末，裸露木质素表面的二氧化硅，得柔性生物骨料。本发明中的柔性生物骨架由于在水中具有良好的分散性，因此混凝土在混合搅拌的过程中对于混凝土体系中各种物料均匀分散，尤其是粗骨料和细骨料分散的有序性进行调整，具体的调整方式如下：由于粗骨料和细骨料其颗粒相对较重，在分散的过程中容易出现分层或者是施工的过程中存在分布不均匀，造成同一平面内各处的结构强度不一致；本发明由于向混凝土中进入了在水中分散性好的生物柔性骨料，其生物柔性骨料对粗骨料和细骨料存在一定的包裹行为，结合水的表面张力，加强了对粗骨料和细骨料的空间位阻作用，利于混凝土中各组成成份的均匀分散，利于获得均匀性好的地坪。同时，矿粉中包含有二氧化硅和三氧化二铝，配合柔性生物骨架的连接在木质素上的二氧化硅形成水化反应，粗骨料和细骨料均匀分散在混凝土浆料中，水化反应的发生是均匀的；另外浆料在水化的过程中不可避免的存在未水化颗粒的紧密堆积和水化硬化体的颗粒填充，因此本发明中连接于木质素的二氧化硅配合矿粉有效在浆料的分散中还利于无法有效水化的孔隙填充，避免内部空洞的出现，提升结构强度。
优选所述柔性生物骨料使用碱性溶液分散均匀后加入至混凝土浆料混合形成均匀分散。
本发明的另一目的在于提供一种制备用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土的方法，所得混凝土施工均匀，水化充分，内部结构连续，力学性能均匀。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种制备本发明中高粘接高强度混凝土的方法，包括以下步骤：
步骤一、混合高粘接高强度水泥；
将硅烷偶联剂分散至水中，而后按照质量份数加入水泥基胶凝材料、聚丙烯纤维、环氧树脂、环氧活性稀释剂、除泡剂、缓凝剂和矿粉搅拌混合得高粘接高强度水泥；
步骤二、将柔性生物骨料与水按照所述重量比混合，调节混合体系为碱性，柔性生物骨料均匀分散在碱性溶液中；
步骤三、将高粘接高强度水泥、粗骨料和细骨料按照重量比加入至柔性生物骨料的分布散体系中，搅拌均匀得目标混凝土。
优选柔性生物骨料为片状结构。
本发明中经过强酸处理的柔性生物骨料具有片状结构利于其对粗骨料和细骨料对于包覆，形成空间结构的配合。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明构建粗骨料-细骨料-生物柔性骨料-矿粉颗粒的多级多维连接填充配合硅酸盐水泥的水化反应，柔性生物骨料在水中分散性良好，在混料中形成对粗骨料和细骨料的包围和包覆，利于混凝土在施工的过程中形成粗骨料和细骨料在自重的作用下形成有序的均匀的流动，具有良好的自流平性能的同时混凝土自流平过程中物料分散有序性的保持使得混凝土在凝结固化后其形成固体结构各处均匀，内部结构紧密完整，力学性能好。
从而实现本发明的上述目的。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土，包括高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料以及分散在粗骨料和细骨料周围水中的柔性生物骨料；
所述高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为2:2:6:6:1；
随着所述混凝土凝结硬化，柔性生物骨料分散在粗骨料和细骨料周围参与高粘结高强度水泥的水化反应；
所述高粘接高强度水泥中包含有矿粉，矿粉与柔性生物骨料填充在高粘结高强度水泥、粗骨料和细骨料之间形成紧密堆积。
本实施例中所述高粘接高强度水泥物料组成详见表1所示。
所述矿粉包括二氧化硅和三氧化二铝。
所得混凝土浆料在水化凝固的过程中，柔性生物骨料和矿粉中的SiO2和Al2O3围绕着粗骨料和细骨料的均匀分布形成填充，柔性生物骨料中木质素上的二氧化硅以及矿粉中的SiO2和Al2O3参与高粘接高强度水泥的水化反应。
本实施例中所述柔性生物骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、粉碎清洁的稻壳，干燥备用；
步骤二、将干燥的稻壳置硫酸去除稻壳中的碳水化合物，保持稻壳具有木质素和二氧化硅的连接结构，清洗至中性，干燥；
步骤三、球磨步骤二所得粉末，裸露木质素表面的二氧化硅，得柔性生物骨料。
柔性生物骨料为片状结构，本实施例中柔性生物骨料尺寸为1mm左右；
所述柔性生物骨料使用碱性溶液分散均匀后加入至混凝土浆料混合形成均匀分散。
本实施例还公开了制备本实施例中所述高粘接高强度混凝土的方法，包括以下步骤：
步骤一、混合高粘接高强度水泥；
将硅烷偶联剂分散至水中，而后按照质量份数加入水泥基胶凝材料、聚丙烯纤维、环氧树脂、环氧活性稀释剂、除泡剂、缓凝剂和矿粉搅拌混合得高粘接高强度水泥；
步骤二、将柔性生物骨料与水按照所述重量比混合，调节混合体系为碱性，柔性生物骨料均匀分散在碱性溶液中；
步骤三、将高粘接高强度水泥、粗骨料和细骨料按照重量比加入至柔性生物骨料的分布散体系中，搅拌均匀得目标混凝土。
实施例2
本实施例与实施例1的主要区别：
高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为2：2：7：7：2；
高粘接高强度水泥的物料组成详见表1所示。
实施例3
本实施例与实施例1的主要区别：
高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为4：4：8：8：1；
高粘接高强度水泥的物料组成详见表1所示。
实施例4
本实施例与实施例1的主要区别：
高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为3：3：6：8：2；
高粘接高强度水泥的物料组成详见表1所示。
表1实施例1至4中高粘接高强度水泥的物料组成(质量份数)
| 原料组成 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 水泥基胶凝材料 | 45 | 50 | 55 | 60 |
| 聚丙烯纤维 | 20 | 22 | 25 | 30 |
| 环氧树脂 | 0.1 | 0.3 | 0.5 | 0.3 |
| 环氧活性稀释剂 | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0.2 |
| 除泡剂 | 0.8 | 0.5 | 0.5 | 0.3 |
| 缓凝剂 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.4 |
| 矿粉 | 2 | 4 | 6 | 4 |
| 硅烷偶联剂 | 3 | 5 | 7 | 5 |
| 水 | 20 | 30 | 40 | 50 |
对比例
本对比例公开一种混凝土，包括高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料；
所述高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料重量比为4:1:8:8；
本实施例中所述高粘接高强度水泥按照质量份数物料组成如下：
优选所述高粘接高强度水泥包括以下物料：
所述矿粉包括二氧化硅和三氧化二铝。
所得混凝土浆料在水化凝固的过程中，矿粉中的SiO2和Al2O3围绕着粗骨料和细骨料的均匀分布形成填充，矿粉中的SiO2和Al2O3参与高粘接高强度水泥的水化反应。
将实施例1至4以及对比例所得的混凝土进行了新拌混凝土的塌落度测试、凝固时间测试、力学性能测试以及采用超声波的振幅分析水泥内部结构缺陷，详细测试说明如下：
1、新拌混凝土的塌落度测试根据GB/T 50080-2016；
2、凝固时间测试根据GB/T 1346-2011测量；
3、混凝土力学性能测试按照GB/T 50081-2002测定，计算抗压强度如公式：
P(MPa)＝F(N)/S(mm2)；
4、水泥内部的结构缺陷利用超声波进行分析，一般来说，超声波振幅越大，混凝土越致密；
具体测试数据如表2和表3所示。
表2实施例1至4以及对比例所得混凝土的性能指标测试数据
表3实施例1至4以及对比例所得混凝土的凝结时间
| 项目 | 初凝时间(min) | 终凝时间(min) |
| 实施例1 | 183 | 215 |
| 实施例2 | 197 | 226 |
| 实施例3 | 204 | 231 |
| 实施例4 | 199 | 227 |
| 对比例 | 252 | 291 |
结合表1、表2和表3的数据可知，本发明中利用分散在水中的柔性生物骨料配合粗骨料、细骨料构建粗骨料-细骨料-生物柔性骨料-矿粉颗粒的多级多维连接填充配合硅酸盐水泥的水化反应，柔性生物骨料在水中分散性良好，在混料中形成对粗骨料和细骨料的包围和包覆，利于混凝土在施工的过程中形成粗骨料和细骨料在自重的作用下形成有序的均匀的流动，具有良好的自流平性能的同时混凝土自流平过程中有序性的保持使得混凝土在凝结固化后其形成固体结构的各处均匀，内部结构紧密完整，力学性能好。
所得混凝土浆料在水化凝固的过程中，柔性生物骨料和矿粉中的SiO2和Al2O3围绕着粗骨料和细骨料的均匀分布形成填充，柔性生物骨料中木质素上的二氧化硅以及矿粉中的SiO2和Al2O3参与高粘接高强度水泥的水化反应。伴随着水化反应的诱导期，受限于物料的分散性，尤其是水分的分散，分散在碱液中的柔性生物骨料由于其在水性良好分散性以及表面附着了受限于生物生长过程中生长于木质素的二氧化硅，伴随着C3S与水接触后发生水解,，溶解在水中的钙离子和氢氧根进入至溶液，混凝土中钙离子和氢氧根在诱导期不断的低速率溶解，液相中氢氧化钙形成过饱和溶液时氢氧化钙晶体晶核迅速形成附着在木质素表面，由于木质素以及二氧化硅的存在促进了氢氧化钙晶体的成核，促进了钙离子和氢氧根的再溶解和化学传质，在上述氢氧化钙晶体成核的基础上再次成核，提高成核的速度，宏观看，所得混凝土的初凝时间和终凝时间均得以缩短，同时木质素的二氧化硅也参与水泥的水化反应形成结构的相互限位和连接，混凝土凝结硬化后内部结构致密均匀，力学性能提升。
Claims (8)
1.一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土，其特征在于：
包括高粘接高强度水泥、水、粗骨料和细骨料以及分散在粗骨料和细骨料周围水中的柔性生物骨料；
所述高粘接高强度水泥、水、粗骨料、细骨料和柔性生物骨料的重量比为(2至4)：(2至4)：(6至8)：(6至8)：(1至2)；
随着所述混凝土凝结硬化，柔性生物骨料分散在粗骨料和细骨料周围参与高粘结高强度水泥的水化反应；
所述高粘接高强度水泥中包含有矿粉，矿粉与柔性生物骨料填充在高粘结高强度水泥、粗骨料和细骨料之间形成紧密堆积。
2.如权利要求1所述的一种用于自流平型地坪的高粘接高强度混凝土，其特征在于：
所述高粘接高强度水泥包括以下物料：
3.如权利要求1所述的高粘接高强度混凝土，其特征在于：所述矿粉包括二氧化硅和三氧化二铝。
4.如权利要求3所述的高粘接高强度混凝土，其特征在于：所得混凝土浆料在水化凝固的过程中，柔性生物骨料和矿粉中的SiO2和Al2O3围绕着粗骨料和细骨料的均匀分布形成填充，柔性生物骨料中木质素上的二氧化硅以及矿粉中的SiO2和Al2O3参与高粘接高强度水泥的水化反应。
5.如权利要求1所述的高粘接高强度混凝土，其特征在于：
所述柔性生物骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、粉碎清洁的稻壳，干燥备用；
步骤二、将干燥的稻壳置硫酸去除稻壳中的碳水化合物，保持稻壳具有木质素和二氧化硅的连接结构，清洗至中性，干燥；
步骤三、球磨步骤二所得粉末，裸露木质素表面的二氧化硅，得柔性生物骨料。
6.如权利要求5所述的高粘接高强度混凝土，其特征在于：所述柔性生物骨料使用碱性溶液分散均匀后加入至混凝土浆料混合形成均匀分散。
7.一种制备权利要求1至6任一项所述高粘接高强度混凝土的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、混合高粘接高强度水泥；
将硅烷偶联剂分散至水中，而后按照质量份数加入水泥基胶凝材料、聚丙烯纤维、环氧树脂、环氧活性稀释剂、除泡剂、缓凝剂和矿粉搅拌混合得高粘接高强度水泥；
步骤二、将柔性生物骨料与水按照所述重量比混合，调节混合体系为碱性，柔性生物骨料均匀分散在碱性溶液中；
步骤三、将高粘接高强度水泥、粗骨料和细骨料按照重量比加入至柔性生物骨料的分布散体系中，搅拌均匀得目标混凝土。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：柔性生物骨料为片状结构。
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