CN116177967A - 一种高强混凝土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强混凝土的制备方法，属于混凝土技术领域，所述制备方法由以下步骤组成：制备纳米空心球，制备改性晶须，混合；所述制备改性晶须，将硫酸钙晶须、硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至80‑85℃，搅拌，然后向硫酸钙晶须中雾化加入海藻酸钠水溶液，雾化结束后搅拌，继续雾化加入氯化钙水溶液，雾化结束后搅拌，然后过滤，将滤渣烘干，得到改性晶须；本发明能够在避免高强混凝土的坍落度损失快和水化热的问题，提高高强混凝土的延性的同时，避免高强混凝土出现泌水，避免对高强混凝土的抗压强度、耐久性、耐低温性的影响。

Description

一种高强混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高强混凝土的制备方法。

背景技术

高强混凝土是指强度等级为C60及其以上的混凝土，它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂，或同时外加粉煤灰、矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4-6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能，而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗震也有利，从而提高了经济效益。

高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面，结构自重减轻，这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义，而且，由于梁柱截面缩小，不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。此外，由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土，耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土，因此，除高层和大跨度工程外，高强混凝土还大量用于海洋和港口工程。

但是高强混凝土的质量容易受到生产、运输、浇注和养护过程中环境因素的影响，主要体现在坍落度损失快和水化热的问题，而且高强混凝土的延性比普通强度混凝土差。为了解决上述问题，目前最常用的方法为针对性的加入减水剂、抗裂剂、柔性材料，但是如果添加剂的添加量过少，则对混凝土的改善效果不大，如果加大添加剂的添加量，则会出现泌水，还会影响混凝土的抗压强度、耐久性、耐低温性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高强混凝土的制备方法，能够在避免高强混凝土的坍落度损失快和水化热的问题，提高高强混凝土的延性的同时，避免高强混凝土出现泌水，避免对高强混凝土的抗压强度、耐久性、耐低温性的影响。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种高强混凝土的制备方法，由以下步骤组成：制备纳米空心球，制备改性晶须，混合；

所述制备纳米空心球：将2,2-二羟甲基丙酸加入N-甲基吡咯烷酮、聚丙二醇600加入反应釜中，将反应釜抽真空，然后通入氮气至反应釜内的气体压力为0.25-0.3MPa，将反应釜的温度控制至70-75℃，搅拌，加入二月桂酸二丁基锡、六亚甲基二异氰酸酯，继续搅拌，滴加三乙胺，滴加结束后继续反应，然后将反应釜的温度控制至40-45℃，搅拌，加入去离子水，继续搅拌，然后加入乙二胺，继续搅拌，加入乙二醇、盐酸水溶液，继续搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠，继续搅拌，加入聚合氯化铝、氯化铁，继续搅拌，得到反应液，将反应液进行离心，离心结束得到纳米空心球；

所述制备纳米空心球中，2,2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚丙二醇600、二月桂酸二丁基锡、六亚甲基二异氰酸酯、三乙胺、去离子水、乙二胺、乙二醇、盐酸水溶液、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、聚合氯化铝、氯化铁的重量比为2.5-2.8:10-11:42-45:0.2-0.3:8-9:2-2.5:150-160:2-2.5:18-20:35-40:30-32:4-4.5:45-50:25-30；

所述制备纳米空心球中，盐酸水溶液中盐酸的质量分数为10-12%；

所述制备纳米空心球中，三乙胺的滴加速度为0.5-0.6g/min；

所述制备纳米空心球中，离心时的转速为8000-10000rpm，时间为7-9min；

所述制备改性晶须，将硫酸钙晶须、硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至80-85℃，搅拌，然后向硫酸钙晶须中雾化加入海藻酸钠水溶液，雾化结束后搅拌，继续雾化加入氯化钙水溶液，雾化结束后搅拌，然后过滤，将滤渣烘干，得到改性晶须；

所述制备改性晶须中，硫酸钙晶须、硫酸钠、海藻酸钠水溶液、氯化钙水溶液的重量比为200-220:20-25:40-50:40-45；

所述制备改性晶须中，海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的质量分数为2.5-3%；氯化钙水溶液中氯化钙的质量分数为10-12%；

所述制备改性晶须中，海藻酸钠水溶液的雾化速度为20-25g/min；氯化钙水溶液的雾化速度为10g/min；

所述混合，将52.5级普通硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣、纳米空心球、改性晶须、天然砂、碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；然后将聚羧酸减水剂与水混合均匀后，加入混凝土搅拌机中，继续搅拌均匀，得到高强混凝土；

所述混合中，52.5级普通硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣、纳米空心球、改性晶须、天然砂、碎石、聚羧酸减水剂、水的重量比为480-500:160-180:50-60:40-50:40-45:10-15:340-360:900-1000:20-25:200-220；

所述混合中，天然砂的细度模数为2.8-3.2。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入纳米空心球，能够避免高强混凝土的坍落度损失快的问题，本发明制备的高强混凝土的初始坍落度为225-235mm，1h后的坍落度为225-235mm，3h后的坍落度为220-235mm；

（2）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够避免高强混凝土出现水化热的问题，本发明制备的高强混凝土的混凝土中心最高温度为59.2-61.1℃,3d放热量为241.8-250.3J/g；

（3）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够提高高强混凝土的延性，本发明制备的高强混凝土的拉伸应变为5.11-5.37%，抗折强度为15.82-16.57MPa；

（4）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入纳米空心球和改性晶须，能够避免高强混凝土出现泌水问题，本发明制备的高强混凝土的泌水率为0%；

（5）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够提高高强混凝土的抗压强度，本发明制备的高强混凝土的3d抗压强度为23.5-25.4MPa，7d抗压强度为56.7-58.4MPa，28d抗压强度为78.1-79.8MPa；

（6）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够提高高强混凝土的耐久性，本发明制备的高强混凝土的抗渗等级为P10，28d碳化深度为0.5-0.7mm；

（7）本发明的高强混凝土的制备方法，通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够提高高强混凝土的耐低温性，本发明制备的高强混凝土的28d抗冻融性（循环300次）质量损失率为0%。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。

实施例1

一种高强混凝土的制备方法，具体为：

1.制备纳米空心球：将2.5kg 2,2-二羟甲基丙酸加入10kg N-甲基吡咯烷酮、42kg聚丙二醇600加入反应釜中，将反应釜抽真空至真空度为0.09MPa，然后通入氮气至反应釜内的气体压力为0.25MPa，将反应釜的温度控制至70℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至100rpm，搅拌10min后，加入0.2kg二月桂酸二丁基锡、8kg六亚甲基二异氰酸酯，继续搅拌3h，滴加2kg三乙胺，控制三乙胺的滴加速度为0.5g/min，滴加结束后继续反应50min，然后将反应釜的温度控制至40℃，搅拌速度控制至220rpm，加入150kg去离子水，继续搅拌5min，然后加入2kg乙二胺，继续搅拌15min，加入18kg乙二醇、35kg质量分数为10%的盐酸水溶液，继续搅拌10min，加入30kg聚乙烯吡咯烷酮、4kg氢氧化钠，继续搅拌20min，加入45kg聚合氯化铝、25kg氯化铁，继续搅拌45min，得到反应液，将反应液进行离心，控制离心时的转速为8000rpm，时间为7min，离心结束得到纳米空心球。

2.制备改性晶须：将200kg硫酸钙晶须、20kg硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至80℃，搅拌转速控制至100rpm，搅拌10min后向硫酸钙晶须中雾化加入40kg质量分数为2.5%的海藻酸钠水溶液，控制海藻酸钠水溶液的雾化速度为20g/min，雾化结束后搅拌20min，继续雾化加入40kg质量分数为10%的氯化钙水溶液，控制氯化钙水溶液的雾化速度为10g/min，雾化结束后搅拌40min，然后过滤，将滤渣置于110℃下烘干，得到改性晶须。

3.混合：将480kg 52.5级普通硅酸盐水泥、160kgⅠ级粉煤灰、50kg硅灰石粉、40kg高炉矿渣、40kg纳米空心球、10kg改性晶须、340kg细度模数为2.8的天然砂、900kg碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；然后将20kg聚羧酸减水剂与200kg水混合均匀后，加入混凝土搅拌机中，继续搅拌均匀，得到高强混凝土。

实施例2

一种高强混凝土的制备方法，具体为：

1.制备纳米空心球：将2.6kg 2,2-二羟甲基丙酸加入10.5kg N-甲基吡咯烷酮、44kg聚丙二醇600加入反应釜中，将反应釜抽真空至真空度为0.091MPa，然后通入氮气至反应釜内的气体压力为0.28MPa，将反应釜的温度控制至72℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至110rpm，搅拌11min后，加入0.2kg二月桂酸二丁基锡、8.5kg六亚甲基二异氰酸酯，继续搅拌3.2h，滴加2.2kg三乙胺，控制三乙胺的滴加速度为0.5g/min，滴加结束后继续反应52min，然后将反应釜的温度控制至42℃，搅拌速度控制至240rpm，加入155kg去离子水，继续搅拌8min，然后加入2.2kg乙二胺，继续搅拌18min，加入19kg乙二醇、38kg质量分数为11%的盐酸水溶液，继续搅拌12min，加入31kg聚乙烯吡咯烷酮、4.2kg氢氧化钠，继续搅拌22min，加入48kg聚合氯化铝、28kg氯化铁，继续搅拌48min，得到反应液，将反应液进行离心，控制离心时的转速为9000rpm，时间为8min，离心结束得到纳米空心球。

2.制备改性晶须：将210kg硫酸钙晶须、22kg硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至82℃，搅拌转速控制至110rpm，搅拌12min后向硫酸钙晶须中雾化加入45kg质量分数为2.8%的海藻酸钠水溶液，控制海藻酸钠水溶液的雾化速度为22g/min，雾化结束后搅拌25min，继续雾化加入42kg质量分数为11%的氯化钙水溶液，控制氯化钙水溶液的雾化速度为11g/min，雾化结束后搅拌42min，然后过滤，将滤渣置于112℃下烘干，得到改性晶须。

3.混合：将490kg 52.5级普通硅酸盐水泥、170kgⅠ级粉煤灰、55kg硅灰石粉、45kg高炉矿渣、42kg纳米空心球、12kg改性晶须、350kg细度模数为3的天然砂、950kg碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；然后将22kg聚羧酸减水剂与210kg水混合均匀后，加入混凝土搅拌机中，继续搅拌均匀，得到高强混凝土。

实施例3

一种高强混凝土的制备方法，具体为：

1.制备纳米空心球：将2.8kg 2,2-二羟甲基丙酸加入11kg N-甲基吡咯烷酮、45kg聚丙二醇600加入反应釜中，将反应釜抽真空至真空度为0.092MPa，然后通入氮气至反应釜内的气体压力为0.3MPa，将反应釜的温度控制至75℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至120rpm，搅拌12min后，加入0.3kg二月桂酸二丁基锡、9kg六亚甲基二异氰酸酯，继续搅拌3.5h，滴加2.5kg三乙胺，控制三乙胺的滴加速度为0.6g/min，滴加结束后继续反应55min，然后将反应釜的温度控制至45℃，搅拌速度控制至250rpm，加入160kg去离子水，继续搅拌10min，然后加入2.5kg乙二胺，继续搅拌20min，加入20kg乙二醇、40kg质量分数为12%的盐酸水溶液，继续搅拌15min，加入32kg聚乙烯吡咯烷酮、4.5kg氢氧化钠，继续搅拌25min，加入50kg聚合氯化铝、30kg氯化铁，继续搅拌50min，得到反应液，将反应液进行离心，控制离心时的转速为10000rpm，时间为9min，离心结束得到纳米空心球。

2.制备改性晶须：将220kg硫酸钙晶须、25kg硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至85℃，搅拌转速控制至120rpm，搅拌15min后向硫酸钙晶须中雾化加入50kg质量分数为3%的海藻酸钠水溶液，控制海藻酸钠水溶液的雾化速度为25g/min，雾化结束后搅拌30min，继续雾化加入45kg质量分数为12%的氯化钙水溶液，控制氯化钙水溶液的雾化速度为11g/min，雾化结束后搅拌45min，然后过滤，将滤渣置于115℃下烘干，得到改性晶须。

3.混合：将500kg 52.5级普通硅酸盐水泥、180kgⅠ级粉煤灰、60kg硅灰石粉、50kg高炉矿渣、45kg纳米空心球、15kg改性晶须、360kg细度模数为3.2的天然砂、1000kg碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；然后将25kg聚羧酸减水剂与220kg水混合均匀后，加入混凝土搅拌机中，继续搅拌均匀，得到高强混凝土。

对比例1

采用实施例1所述的高强混凝土的制备方法，其不同之处在于：省略第1步制备纳米空心球步骤，以及在第3步混合步骤中省略纳米空心球的加入。

对比例2

采用实施例1所述的高强混凝土的制备方法，其不同之处在于：省略第1步制备改性晶须步骤，以及在第3步混合步骤中省略改性晶须的加入。

试验例1

对实施例1-3和对比例1-2制备的高强混凝土的初始坍落度、1h后的坍落度、3h后的坍落度进行测试，测试结果如下：

由上述结果可知，通过在高强混凝土的制备中加入纳米空心球，能够避免高强混凝土出现坍落度损失快和泌水的问题，并提高混凝土的延性；通过在高强混凝土的制备中加入改性晶须，能够避免高强混凝土出现水化热和泌水的问题，并提高高强混凝土的抗压强度、耐久性、耐低温性。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种高强混凝土的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：制备纳米空心球，制备改性晶须，混合；

所述制备纳米空心球：将2,2-二羟甲基丙酸加入N-甲基吡咯烷酮、聚丙二醇600加入反应釜中，将反应釜抽真空，然后通入氮气至反应釜内的气体压力为0.25-0.3MPa，将反应釜的温度控制至70-75℃，搅拌，加入二月桂酸二丁基锡、六亚甲基二异氰酸酯，继续搅拌，滴加三乙胺，滴加结束后继续反应，然后将反应釜的温度控制至40-45℃，搅拌，加入去离子水，继续搅拌，然后加入乙二胺，继续搅拌，加入乙二醇、盐酸水溶液，继续搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠，继续搅拌，加入聚合氯化铝、氯化铁，继续搅拌，得到反应液，将反应液进行离心，离心结束得到纳米空心球；

所述制备改性晶须，将硫酸钙晶须、硫酸钠加入反应器中，将反应器的温度控制至80-85℃，搅拌，然后向硫酸钙晶须中雾化加入海藻酸钠水溶液，雾化结束后搅拌，继续雾化加入氯化钙水溶液，雾化结束后搅拌，然后过滤，将滤渣烘干，得到改性晶须。

2.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备纳米空心球中，2,2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚丙二醇600、二月桂酸二丁基锡、六亚甲基二异氰酸酯、三乙胺、去离子水、乙二胺、乙二醇、盐酸水溶液、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、聚合氯化铝、氯化铁的重量比为2.5-2.8:10-11:42-45:0.2-0.3:8-9:2-2.5:150-160:2-2.5:18-20:35-40:30-32:4-4.5:45-50:25-30。

3.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备纳米空心球中，盐酸水溶液中盐酸的质量分数为10-12%。

4.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备纳米空心球中，三乙胺的滴加速度为0.5-0.6g/min。

5.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备改性晶须中，硫酸钙晶须、硫酸钠、海藻酸钠水溶液、氯化钙水溶液的重量比为200-220:20-25:40-50:40-45。

6.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备改性晶须中，海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的质量分数为2.5-3%；氯化钙水溶液中氯化钙的质量分数为10-12%。

7.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备改性晶须中，海藻酸钠水溶液的雾化速度为20-25g/min；氯化钙水溶液的雾化速度为10g/min。

8.根据权利要求1所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合，将52.5级普通硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣、纳米空心球、改性晶须、天然砂、碎石投入混凝土搅拌机中，搅拌均匀；然后将聚羧酸减水剂与水混合均匀后，加入混凝土搅拌机中，继续搅拌均匀，得到高强混凝土。

9.根据权利要求8所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合中，52.5级普通硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣、纳米空心球、改性晶须、天然砂、碎石、聚羧酸减水剂、水的重量比为480-500:160-180:50-60:40-50:40-45:10-15:340-360:900-1000:20-25:200-220。

10.根据权利要求8所述的高强混凝土的制备方法，其特征在于，所述混合中，天然砂的细度模数为2.8-3.2。