CN113620671A - 一种补偿收缩混凝土的制备方法及补偿收缩混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种补偿收缩混凝土的制备方法及补偿收缩混凝土，该方法将膨胀剂注入吸水球，并控制吸水球破裂时间，从而精准控制的膨胀剂释放到混凝土基体融合并发生化学膨胀的时间，实现膨胀剂产生的膨胀与混凝土自身体积收缩同步产生并相互抵消。吸水珠常作为儿童水枪子弹或者装饰品，其所具有的吸水特性，最多能吸收自身重量200倍左右的水分。同时，吸水珠在不同吸水率下的强度特征表现为：吸水少时强度高在外力作用下不易发生破裂，随着吸水增加强度降低易破裂。基于此，吸水珠在本发明中用来作为膨胀剂的载体，通过控制其吸水程度、温度和外界荷载来控制吸水珠破裂，内部膨胀剂释放并与混凝土反应的过程。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制备工艺技术领域，具体涉及一种补偿收缩混凝土的制备方法及补偿收缩混凝土。
背景技术
混凝土在混凝土拌合物凝结硬化过程中会产生体积收缩。对于大体积混凝土如堆石坝面板混凝土，混凝土收缩是造成其开裂的主要因素，并影响结构物的正常使用及其耐久性能。因此，补偿收缩混凝土是工程人员研发的重点。
现有的补偿收缩混凝土是增加膨胀剂组分，如硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂和复合膨胀剂。这些膨胀剂与水泥水化产物进一步反应生成钙矾石等产物，其体积膨胀抵消水泥水化过程中的体积收缩，从而避免收缩开裂。
膨胀剂的加入在避免混凝土收缩开裂的同时，存在体积膨胀量超过自身体积收缩量过多及膨胀过程与收缩过程不同步的情况，这又可能造成混凝土的膨胀开裂。对于反应产物钙矾石体积膨胀量超过混凝土自身体积收缩量过多的情况，相关规范中明确限定了膨胀剂掺量的上限值。通常情况下，混凝土自身体积收缩主要发生在龄期3-7天至14天范围，一般在28天时即可保持自身体积稳定。而膨胀剂根据其活性高低，要么在龄期14天内甚至7天内即可完成整个膨胀量的80％亦或膨胀历程长达数月甚至数年之久，很难实现膨胀过程与混凝土自身体积收缩过程同步并相互抵消的准确控制。膨胀剂产生的体积膨胀和混凝土自身体积收缩不同步是限制膨胀剂大规模应用的主要因素，学术界对于膨胀剂使用的争论也与此密切相关。
中国发明专利201910149539.6和中国发明专利201910149540.9提出在混凝土中掺加一定比例的环氧树脂颗粒和沥青颗粒，在混凝土成型后加热处理使得环氧树脂和沥青软化填充混凝土内部孔隙。这可以改善混凝土的抗渗性能但对于降低混凝土体积收缩没有作用。同时，这两专利的热处理条件在100℃左右甚至更高，需要有较高的施工要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种补偿收缩混凝土的制备方法及补偿收缩混凝土，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。
针对常规补偿收缩混凝土中膨胀剂产生膨胀和混凝土自身体积收缩不同步的问题，本发明提出了一种将膨胀剂注入吸水球，并控制吸水球破裂时间的方法，从而精准控制的膨胀剂释放到混凝土基体融合并发生化学膨胀的时间，实现膨胀剂产生的膨胀与混凝土自身体积收缩同步产生并相互抵消。吸水珠常作为儿童水枪子弹或者装饰品，其所具有的吸水特性，最多能吸收自身重量200倍左右的水分。同时，吸水珠在不同吸水率下的强度特征表现为：吸水少时强度高在外力作用下不易发生破裂，随着吸水增加强度降低易破裂。基于此，吸水珠在本专利中用来作为膨胀剂的载体，通过控制其吸水程度、温度和外界荷载来控制吸水珠破裂，内部膨胀剂释放并与混凝土反应的过程。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一种补偿收缩混凝土的制备方法及混凝土，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，将干燥的吸水珠放入液态膨胀剂溶液中，当吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加后将吸水珠取出待用；
步骤2，制作混凝土拌合物；
步骤3，按质量分数比计，取混凝土拌合物1000份、钢纤维0-50份，吸水珠2-10份，加入搅拌机中搅拌一定时间，使得各物料混合，得到混合均匀的浆料；钢纤维的作用是增加混凝土抵抗体积膨胀或收缩引起开裂的能力；
步骤4，将混合均匀的浆料倒入模具中，轻微振荡密实，成型混凝土试件，在试件两端或间隔2-10米放置钢筋并露出混凝土表面；
步骤5，将成型后的混凝土试件洒水养护2-3天，使得混凝土试件内的吸水珠进一步吸水膨胀；
步骤6，将露出混凝土表面的钢筋连接电源通电一定时间对混凝土试件进行加温；
步骤7，在加温的基础上，混凝土表面用夯机进行压夯，使得混凝土内部吸水珠在温升和振动冲击共同作用下破裂，吸水珠内部的膨胀剂释放与混凝土基体融合并发生化学膨胀，补偿混凝土的自身体积收缩。
进一步的，制备的吸水珠有以下要求：
吸水珠用淀粉混合丙烯腈或丙烯酸酯制成。
吸水珠的质量分数的组分：淀粉50-100份、丙烯腈或丙烯酸酯600-800份。
吸水珠半径在0.5-2mm，使其不影响混凝土的强度性能。
吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加为吸水珠初始质量的2-10倍，将其从膨胀剂溶液中取出备用。此时控制吸水率保证吸水珠强度高，不会在混凝土振捣浇筑的过程中破裂。
进一步的，被吸水珠带入混凝土中的膨胀剂其用量与传统补偿收缩混凝土中的膨胀剂用量保持一致。
进一步的，对混凝土表面的钢筋连接电源通电有以下要求：
通电电压控制在24-36v，电流控制在5-10a，当混凝土内部温度达到40℃时，切断电流。电流及电压的选择既能保证使用安全，同时能保证加温速度在可以接受范围以内。
进一步的，混凝土表面用夯机进行压夯有以下要求：
夯机进行压夯的激振力控制在35-100kN，同一位置压夯2-5次。通过步骤4的洒水养护，吸水珠处于极限吸水状态；加上步骤5的加温处理，使得吸水珠处于破坏的临界状态，再经过轻量的冲击使得其破裂。夯机进行压夯的激振力控制原则是不破坏混凝土的表面。
进一步的，对所用混凝土的配合比有以下要求：
混凝土拌合物由以下质量分数的组成制成：水100-200份、水泥200-500份、砂300-600份、石子600-1400份、粉煤灰10-300份。
此外，本发明还提供下述技术方案：
一种补偿收缩混凝土，由以下质量分数的组成制成：水100-200份、水泥200-500份、砂300-600份、石子600-1400份、粉煤灰10-300份、钢纤维0-50份、吸纳液体膨胀剂的吸水珠2-10份。
进一步的，吸水珠有以下要求：
吸水珠用淀粉混合丙烯腈或丙烯酸酯制成。
吸水珠的质量分数的组分：淀粉50-100份、丙烯腈或丙烯酸酯600-800份。
吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加为吸水珠初始质量的2-10倍。
本发明的优点在于：
1、制备工艺简单，无需复杂设备即可实施；
2、将膨胀剂注入吸水珠，通过控制吸水珠含水量、温度和外荷载从而控制吸水珠破裂，控制膨胀剂释放到混凝土基体融合并发生化学膨胀的时间，解决了以往补偿收缩混凝土中无法精确控制膨胀剂发生膨胀反应进程的难题。
3.本发明制备方法制得的补偿收缩混凝土有效避免混凝土收缩开裂。
附图说明
图1为本发明实施例1中不同混凝土的体积变化图。
图2为本发明实施例2中不同混凝土的体积变化图。
图3为本发明实施例3中不同混凝土的体积变化图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1C30面板混凝土
实验时间：2021年3月26日。
实施地点：实验室；
实验温度：15-20℃。
实验器材：搅拌器，100mm×100mm×300mm试模，千分表，夯机。
实验周期：90天。
原料：P.O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂(细度模数2.7)、石子(粒径5-20mm)、Ⅰ级粉煤灰。
步骤1、确定混凝土拌合物各组分的质量分数：水175份、水泥180份、砂630份、石子1320份、粉煤灰175份；
步骤2、用步骤1获得的混凝土拌合物制备不添加膨胀剂的标准组试件(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图1；
步骤3、在步骤1获得混凝土拌合物中添加湖北砼源建材有限公司Y-P型液体膨胀剂，掺量为0.6％，充分搅拌后制作常规内掺膨胀剂的参考组试件(常规内掺组试件)(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图1；
步骤4、选用半径在0.5-2mm的吸水珠，将其浸泡在Y-P型液体膨胀剂溶液中，放置30分钟后取出备用，此时吸水珠吸水膨胀质量约为原来的6倍；吸水珠和混凝土拌合物搅拌过程不会发生吸水珠的破裂。
步骤4-1、选用半径在0.5-2mm的吸水珠，将其浸泡在Y-P型液体膨胀剂溶液中，放置15分钟后取出备用，此时吸水珠吸水膨胀质量约为原来的3倍；吸水珠和混凝土拌合物搅拌过程不会发生吸水珠的破裂。
步骤4-2、选用半径在0.5-2mm的吸水珠，将其浸泡在Y-P型液体膨胀剂溶液中，放置45分钟后取出备用，此时吸水珠吸水膨胀质量约为原来的9倍；吸水珠和混凝土拌合物搅拌过程不会发生吸水珠的破裂。
步骤5、按质量分数比计，取步骤1获得的混凝土拌合物1000份，再分别加入钢纤维10份和步骤4吸水珠6份，充分搅拌后制作本专利提出的新型补偿收缩混凝土试件(100mm×100mm×300mm)，并在试件长度方向两端放置钢筋并露出试件表面。
步骤5-1、按质量分数比计，取步骤1获得的混凝土拌合物1000份，再分别加入钢纤维10份和步骤4-1吸水珠6份，充分搅拌后制作本专利提出的新型补偿收缩混凝土试件(100mm×100mm×300mm)，并在试件长度方向两端放置钢筋并露出试件表面。
步骤5-2、按质量分数比计，取步骤1获得的混凝土拌合物1000份，再分别加入钢纤维10份和步骤4-2吸水珠6份，充分搅拌后制作本专利提出的新型补偿收缩混凝土试件(100mm×100mm×300mm)，并在试件长度方向两端放置钢筋并露出试件表面。
步骤5、步骤5-1和步骤5-2的试件洒水养护2天后，表面的钢筋连接电源，控制电压为24v、电流为5a，通电时间10分钟后混凝土温度达到40℃后断开电源。用夯机在试件表面压夯5次，激振力为35kN。得到专利组1试件、专利组2试件和专利组3试件。通过加温和和振动冲击共同作用使得吸水珠破裂，吸水珠内部的膨胀剂释放与混凝土基体融合并发生化学膨胀，补偿混凝土的自身体积收缩。之后用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图1。
从图1中可以明显看出，未添加膨胀剂的标准组试件在7-14天期间发生较多的体积收缩，当龄期达到28天时，体积收缩达到0.43‰，后续体积变形较小可以忽略不计。采用常规内掺膨胀剂的参考组试件(常规内掺组试件)在3-7天期间开始发生体积膨胀，14天达到0.26‰的体积膨胀，一般在28天时即可保持自身体积稳定体积膨胀约为0.29％。本专利方法制备的混凝土试件(专利组1试件、专利组2试件和专利组3试件)在3天时体积有可忽略不计的微小收缩(约0.03‰)，之后发生体积膨胀，主要发生在14天时间内，也仅发生不超过0.10‰的体积膨胀，养护90天时的体积膨胀也未超过0.15‰，不超过常规内掺膨胀剂试件膨胀量的50％，体积变化明显降低，说明膨胀剂与混凝土基体反应并产生膨胀的过程可以有效抵消混凝土凝结硬化过程中的自身体积收缩，最终体现为微量的体积膨胀，使得混凝土不易发生膨胀开裂。与此同时，标准组、常规内掺组和专利组的混凝土试件强度分别为35.4MPa、36.7MPa和35.8MPa，36.2MPa，35.4MPa，说明膨胀剂添加以及膨胀剂添加形式对混凝土的强度没有明显影响。
实施例2C25面板混凝土
实验时间：2021年3月26日。
实施地点：实验室；
实验温度：15-20℃。
实验器材：搅拌器，100mm×100mm×300mm试模，千分表，夯机。
实验周期：90天。
原料：P.O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂(细度模数2.7)、石子(粒径5-20mm)、Ⅰ级粉煤灰。
步骤1、确定混凝土拌合物各组分的质量分数：水175份、水泥162份、砂620份、石子1308份、粉煤灰198份；
步骤2、用步骤1获得的混凝土拌合物制备不添加膨胀剂的标准组试件(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图2；
步骤3、在步骤1获得混凝土拌合物中添加湖北砼源建材有限公司Y-P型液体膨胀剂，掺量为0.5％，充分搅拌后制作常规内掺膨胀剂的参考组试件(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图2；
步骤4、选用半径在1mm的吸水珠，将其浸泡在Y-P型液体膨胀剂溶液中，放置30分钟后取出备用，此时吸水珠吸水膨胀质量约为原来的6倍；
步骤5、按质量分数比计，取步骤1获得的混凝土拌合物1000份，再加入钢纤维10份和吸水珠5份，充分搅拌后制作本专利提出的新型补偿收缩混凝土试件(100mm×100mm×300mm)，并在试件长度方向两端放置钢筋并露出试件表面。试件洒水养护2天后，表面的钢筋连接电源，控制电压为24v、电流为5a，通电时间10分钟后混凝土温度达到40℃后断开电源。用夯机在试件表面压夯5次，激振力为35kN。通过加温和和振动冲击共同作用使得吸水珠破裂，吸水珠内部的膨胀剂释放与混凝土基体融合并发生化学膨胀，补偿混凝土的自身体积收缩。之后用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图2。
可以看出，采用专利方法制备的混凝土试件(专利组)在整个过程中体积变化(收缩和膨胀)均在较小范围内，不易引起混凝土开裂。标准组、常规内掺组和专利组的混凝土试件强度分别为29.6MPa、29.9MPa和28.8MPa，说明膨胀剂的添加以及本专利的膨胀剂添加形式对混凝土的强度没有明显影响。
实施例3C35面板混凝土
实验时间：2021年3月26日。
实施地点：实验室；
实验温度：15-20℃。
实验器材：搅拌器，100mm×100mm×300mm试模，千分表，夯机。
实验周期：90天。
原料：P.O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂(细度模数2.7)、石子(粒径5-20mm)、Ⅰ级粉煤灰。
步骤1、确定混凝土拌合物各组分的质量分数：水175份、水泥235份、砂651份、石子1342份、粉煤灰210份；
步骤2、用步骤1获得的混凝土拌合物制备不添加膨胀剂的标准组试件(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图3；
步骤3、在步骤1获得混凝土拌合物中添加湖北砼源建材有限公司Y-P型液体膨胀剂，掺量为0.7％，充分搅拌后制作常规内掺膨胀剂的参考组试件(100mm×100mm×300mm)，用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图3；
步骤4、选用半径在0.5-1mm的吸水珠，将其浸泡在Y-P型液体膨胀剂溶液中，放置30分钟后取出备用，此时吸水珠吸水膨胀质量约为原来的6倍；
步骤5、按质量分数比计，取步骤1获得的混凝土拌合物1000份，再加入钢纤维10份和吸水珠7份，充分搅拌后制作本专利提出的新型补偿收缩混凝土试件(100mm×100mm×300mm)，并在试件长度方向两端放置钢筋并露出试件表面。试件洒水养护2天后，表面的钢筋连接电源，控制电压为24v、电流为5a，通电时间10分钟后混凝土温度达到40℃后断开电源。用夯机在试件表面压夯5次，激振力为50kN。通过加温和和振动冲击共同作用使得吸水珠破裂，吸水珠内部的膨胀剂释放与混凝土基体融合并发生化学膨胀，补偿混凝土的自身体积收缩。之后用千分表测定其在不同龄期时的体积变化，其结果见图3。
可以看出，采用专利方法制备的混凝土试件(专利组)在整个过程中体积变化(收缩和膨胀)均远小于标准组和常规内掺组，说明专利提出的补偿收缩混凝土的制备方法能控制其内膨胀剂与混凝土基体反应并产生膨胀的过程，与混凝土凝结硬化过程中的自身体积收缩相同步，起到有效的抵消作用，不易引起混凝土开裂。与此同时，标准组、常规内掺组和专利组的混凝土试件强度分别为41.5MPa、42.2MPa和41.2MPa，说明膨胀剂的添加以及本专利的膨胀剂添加形式对混凝土的强度没有明显影响。
Claims (10)
1.一种补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将干燥的吸水珠放入液态膨胀剂溶液中，吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加后将吸水珠取出备用；
制作混凝土拌合物；
按质量分数比计，取混凝土拌合物1000份、钢纤维0-50份，吸水珠2-10份，搅拌使得各物料混合，得到混合均匀的浆料；
将混合均匀的浆料倒入模具中，轻微振荡密实，成型混凝土试件，在混凝土试件两端或间隔2-10米放置钢筋并露出混凝土表面；
将成型后的混凝土试件洒水养护2-3天，使得混凝土试件内的吸水珠进一步吸水膨胀；
将露出混凝土表面的钢筋连接电源通电对混凝土试件进行加温；
在加温的基础上，混凝土表面用夯机进行压夯，使得混凝土内部吸水珠在温升和振动冲击共同作用下破裂，吸水珠内部的膨胀剂释放与混凝土基体融合并发生化学膨胀，补偿混凝土的自身体积收缩。
2.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，吸水珠用淀粉混合丙烯腈或丙烯酸酯制成。
3.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，吸水珠半径控制在0.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加为吸水珠初始质量的2-10倍后，从膨胀剂溶液中取出备用。
5.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，通电电压控制在24-36v，电流控制在5-10a，当混凝土内部温度达到40℃时，切断电流。
6.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，夯机进行压夯的激振力控制在35-100kN，同一位置压夯2-5次。
7.根据权利要求1所述的补偿收缩混凝土的制备方法，其特征在于，混凝土拌合物由以下质量分数的组成制成：水100-200份、水泥200-500份、砂300-600份、石子600-1400份、粉煤灰10-300份。
8.一种补偿收缩混凝土，其特征在于，由以下质量分数的组成制成：水100-200份、水泥200-500份、砂300-600份、石子600-1400份、粉煤灰10-300份、钢纤维0-50份、吸纳液体膨胀剂的吸水珠2-10份。
9.根据权利要求1所述的具有补偿收缩的混凝土，其特征在于，吸水珠用淀粉混合丙烯腈或丙烯酸酯制成。
10.根据权利要求1所述的具有补偿收缩的混凝土，其特征在于，吸水珠的质量分数的组分：淀粉50-100份、丙烯腈或丙烯酸酯600-800份；
吸水珠吸纳液体膨胀剂质量增加为吸水珠初始质量的2-10倍。
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