CN113336465B - Cf90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了CF90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂及其制备方法，利用掺合料、高性能超塑化剂、抗泥剂、增强剂、激化剂和粉煤灰、微硅灰配制CF90高强、高性能钢纤维混凝土外加剂，用于配制CF90高强高性能钢纤维混凝土，提高钢纤维混凝土抗压强度，产品用于配制CF90高强高性能钢纤维混凝土，硬化钢纤维混凝土抗压强度大于103.5MPa。
Description
技术领域
本发明涉及CF90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂及其制备方法，属于混凝土外加剂领域。
背景技术
混凝土外加剂通产指以氧化硅、氧化铝和其他有效矿物为主要成分，可替代部分水泥改善混凝土综合性能，混凝土外加剂在早期主要是为了节约水泥，从现代混凝土技术来说，特别是随着高强高性能钢纤维混凝土的使用，外加剂成为不可或缺的一部分，外加剂可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的流动性，可以降低混凝土的水化温度，提高早期强度或增进后期强度，改善内部结构提高抗腐蚀能力，提高混凝土的抗裂性，提高耐久性，在一定程度上降低缓凝图抗碳化的性能。
矿井中需要实现无轨轮车快速运输、工作面的快速安装、回撤，巷道的硬化是非常重要的条件，为了保证高产高效的矿井，矿井混凝土通常需要使用的是高强高性能钢纤维混凝土，保证矿井中巷道的彻底硬化。矿井的环境通常在地下1000米，使用的混凝土通常需要使用管道运输到矿井中进行使用，而在矿井的建设环境中通常温度比较低，平均温度在零下7度左右，在低温条件下纤维混凝土拌合物流动性较差、保水性差，从而造成运输困难，因此，为了保证顺利使用高强高性能钢纤维混凝土需要添加一定的外加剂改善混凝土的性能，但是大部分的常用外加剂不能保证防冻效果，强度要求达不到矿井混凝土需要，碎石压碎值偏高导致钢纤维混凝土强度不足，大坍落度和负温下导致混凝土早期强度增长缓慢。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供CF90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂及其制备方法，利用掺合料、高性能超塑化剂、抗泥剂、增强剂、激化剂和粉煤灰、微硅灰配制CF90高强、高性能钢纤维混凝土外加剂，用于配制CF90高强高性能钢纤维混凝土，提高钢纤维混凝土抗压强度。
一种CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂，包括如下组分，按重量份计：
掺合料30-71份，高性能超塑化剂2-8份，抗泥剂1-2份，增强剂1-10份，激化剂10-20份，粉煤灰5-10份，微硅灰(原灰90％以上)10-20份。
进一步的，上述抗泥剂包括如下组分，按重量份计：三聚磷酸钠50-70份、木质素磺酸钠20-45份、聚丙烯酸钠5-10重量份。
进一步的，上述掺合料为超细掺合料，购于厂家山东鲁碧建材有限公司，型号为S105。
进一步的，上述增强剂购于山东天赋化工有限公司，产品型号为YN-120。
进一步的，上述激化剂购于山东汶河化工有限公司，产品型号为FDN-A1。
进一步的，上述CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂的制备方法，包括如下步骤：
1)制备高性能超塑化剂；
2)按照上述重量份取掺合料、高性能超塑化剂、抗泥剂、增强剂、激化剂、粉煤灰、微硅灰(原灰90％以上)混合，混合后在100-300℃煅烧0.5-10h，煅烧后超细研磨到比表面积在1200-1500m2/kg。
进一步的，上述制备高性能超塑化剂的方法，包括如下步骤：
(1)苯酚和甲醛按质量比(0.5-1):(0.8-2.2)混合后在60-70℃下反应0.5-1.5h，获得溶液A；
(2)将磺胺酸钠和甲醛按质量比(0.5-1)：1.3混合在80-90℃下反应3-4h，获得溶液B；
(3)尿素和甲醛(37％)按质量比1：0.5混合，40-50℃反应1-2h，获得溶液C；
(4)将溶液A、溶液B和溶液C按2:4:1混合后得D，在溶液D中加入溶液D体积的20％的液碱，干燥获得获得高性能超塑化剂。
进一步的，上述甲醛指的是37％的甲醛水溶液。
进一步的，上述CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂在提高混凝土产品抗压强度方面的应用。
高性能超塑化剂YN-90主链是对水泥表面有吸附作用的羧基分子，侧链是对水泥颗粒起到水化和絮凝作用的位阻基团。粘土具有由铝质硅酸盐组成的插层结构，其表面能较大，为了降低其自身的表面能而趋于稳定，其趋向于吸引减水剂和小分子抑制剂。另外，粘土的网状结构会导致它的侧链基团中的氧原子与粘土层间的水分子形成氢键，这种氢键作用将会使自身插入粘土层间消耗体系减水剂，被泥土吸附之后，作用于混凝土拌和时的有效成分就会减少，减水剂利用率降低。为了有效地抑制减水剂优先吸附在粘土上，在外加剂中引入阳离子活性基团，制备两性YN-90。阳离子基团会抑制粘土的膨胀，粘土插层的间距小，不足以为减水剂侧链提供插层空间，减少减水剂进入粘土内部。增大分子的尺寸，其自身结构的改变使得减水剂分子不能对粘土优先吸附，而是吸附在水泥颗粒表面，大大提高了减水剂的利用。选用磺胺酸钠和苯酚为主要材料，将—SO3M、—NH2、—OH等官能团通过CH2O的桥连作用，将各种官能团连接成一齿轮状的柔性高分子。使其与水泥微粒成立体吸附，表面张力降低，增加其空间斥力，2eta电位随时下降减小，分散效果更好，坍落度损失小，并且能使拌合物粘聚性、流淌性增加，增稠保水效果理想。复配一定功能的早强、增稠、保塑、增粘组分使YN高强高性能混凝土减水剂具有超塑、保塑、抗离析、增稠、早强、增强等多功能。
此外，水泥激发剂主要成分为Na2SO4、CaO、Na2SiO3、Na2S2O3，激化水泥中C2S C4AF的活性,提高混凝土的力学及耐久性能；粉煤灰起到填充，润滑的作用，减少孔隙率，提高混凝土的力学及耐久性；超细超细掺合料主要化学成分为SiO2、MgO、Fe2O3 Al2O3、FeO、Na2O、CaO，增加其比表面积，比表面积大于1200m2/kg改善其粒型，加速反应，填充孔隙；玻璃微珠起润滑作用，改善和易性，减少单位用水量，提高其自身强度。
有益效果：
本申请产品用于配制CF90高强高性能钢纤维混凝土，钢纤维混凝土拌合物流动性好，抗泥效果好，用水量低，坍损小，粘聚性，保水性好，钢纤维分散性好，硬化钢纤维混凝土抗压强度可达到103.5MPa。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
一、制备高性能超塑化剂
(1)苯酚和37％甲醛水溶液按质量比(0.5-1):(0.8-2.2)混合后在60-70℃下反应0.5-1.5h，获得溶液A；
(2)将磺胺酸钠和37％甲醛水溶液按质量比(0.5-1)：1.3混合在80-90℃下反应3-4h，获得溶液B；
(3)尿素和37％甲醛水溶液按质量比1：0.5混合，40-50℃反应1-2h，获得溶液C；
(4)将溶液A、溶液B和溶液C按2:4:1混合后得溶液D，在溶液D中加入20％溶液D体积的液碱，干燥获得获得高性能超塑化剂。
2、制备CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂
取掺合料30-71份，高性能超塑化剂2-8份，抗泥剂1-2份，增强剂1-10份，激化剂10-20份，粉煤灰5-10份，微硅灰(原灰90％以上)10-20份混合，混合后在100-300℃煅烧0.5-10h，煅烧后研磨到比表面积在1200—1500m2/kg，获得CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂
二、效果验证
1、将水泥、碎石、砂、水和制备的CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂按照质量比1:2.5:1.67:0.35:0.06:0.38的比例混合，获得混凝土产品。
2、按照JGJ55-2011《普通水泥混凝土配合比设计规程》检测混凝土产品的产品性能，获得结果如下表所示：
表1混凝土产品性能
实施例2
CF90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂在内蒙古鄂尔多斯乌审旗营盘壕煤矿矿井(主井、副井)中应用
乌审旗营盘壕煤矿是由山东兖州矿物集团公司投资，年设计生产能力为1000万吨，主井、副井、内壁采用CF70-CF75混凝土，成功应用高强高性能外加剂配制C70-C75砼已达20000m3，混凝土和易性好，成型混凝土光洁，无麻面、裂纹，混凝土强度，抗渗，抗冻融全部满足设计要求，得到建设单位，施工单位，建设监理单位的高度评价。
CF90高强高性能钢纤维混凝土复合外加剂在山东菏泽万福煤矿矿井(主井、副井)CF90中应用
万福煤矿年设计生产能力为200万吨，矿井深1000米；混凝土内壁采用CF90混凝土，塌落度要求一小时后保持220mm；通过试验研究及砼配比设计，成功应用高强高性能外加剂配制CF90砼已达30000m3，通过精心施工，通过兖州71工程质量检测站检验，混凝土强度、抗渗均达到设计要求，混凝土光洁无裂缝取得了较好的技术经济效果。
Claims (5)
1.一种CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂，其特征在于，包括如下组分，按重量份计：超细掺合料S105 30-71份，高性能超塑化剂2-8份，抗泥剂1-2份，增强剂1-10份，激化剂10-20份，粉煤灰5-10份，微硅灰10-20份；
所述抗泥剂包括如下组分，按重量份计：三聚磷酸钠50-70份、木质素磺酸钠20-45份、聚丙烯酸钠5-10份；
所述激发剂主要成分为Na2SO4、CaO、Na2SiO3、Na2S2O3；
其中，CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂的制备方法，包括如下步骤：
1)制备高性能超塑化剂，包括如下步骤：
(1)苯酚和甲醛按质量比(0.5-1):(0.8-2.2)混合后在60-70℃下反应0.5-1.5h，获得溶液A；
(2)将磺胺酸钠和甲醛按质量比(0.5-1)：(0.5-1.3)混合在80-90℃下反应3-4h，获得溶液B；
(3)尿素和甲醛按质量比(0.5-1)：(0.1-0.5)混合，40-50℃反应1-2h，获得溶液C；
(4)将溶液A、溶液B和溶液C按(1-2):(2-4):(0.2-1)混合后得D，在溶液D中加入溶液D体积的10-20％的液碱，干燥获得高性能超塑化剂；
2)按照上述重量份，取掺合料、高性能超塑化剂、抗泥剂、增强剂、激化剂、粉煤灰、微硅灰混合，混合后煅烧、研磨，获得CF90高强高性能钢纤维混凝土的复合外加剂。
2.如权利要求1所述的复合外加剂，其特征在于，
所述的甲醛指的是37％的甲醛水溶液。
3.如权利要求1所述的复合外加剂，其特征在于，
所述的煅烧为在100-300℃煅烧0.5-10h。
4.如权利要求1所述的复合外加剂，其特征在于，
所述的研磨为超细研磨到比表面积在1200-1500m2/kg。
5.如权利要求1-4任一项所述的复合外加剂在提高混凝土产品抗压强度方面的应用。
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