一种快硬无收缩混凝土的制作方法

本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种快硬无收缩混凝土。
背景技术：
：众所周知，装配式混凝土结构与现浇混凝土结构相比具有一系列优势，包括：节省大量的人力、物力，节约能耗与材料消耗，可大幅度提高构件、房屋的精度和质量，减少现场湿作业、简化了施工工艺，与传统工艺相比，大大缩短了施工周期等。其是今后住宅产业发展的方向，对转变建筑业生产方式，实现节能减排、推进绿色施工、改善人居环境以及促进产业结构调整。装配式混凝土结构依靠节点及拼缝将预制构件连接成为整体，连接节点合理的连接，保证了构件的连续性和结构的整体稳固性，使整个结构具有必要的承载能力、刚性和延性，以及良好的抗风、抗震和抗偶然荷载的能力，避免结构体系因偶然因素出现连续倒塌(1976年唐山大地震时，大量预制拼装结构因节点连接的可靠性和结构整体性差而破坏严重，几乎全部倒塌)。因此，节点连接的可靠性和整体性是影响装配式结构施工的关键技术。虽然，湿式连接是目前装配式结构最主要采用的连接方法，但是，湿式连接这种方式在使装配式建筑达到与全现浇建筑相似的结构性能同时，却也存在明显的不足：其一，这种连接需要后浇混凝土，由于现浇混凝土的施工及凝结硬化需要较长的周期，使装配式结构施工速度快的特点无法发挥；其二、节点后浇混凝土需要模板支撑及养护，使装配式结构的建造成本增加；第三，后浇水泥混凝土的体积收缩大，易出现开裂现象，从而影响装配式结构的连接效果，甚至关系到整个框架结构的安全可靠。节点连接区域后浇混凝土的这些缺陷已影响到装配式结构的发展与推广，因此，急需开发适用装配式结构节点连接的专用混凝土。技术实现要素：本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种快硬无收缩混凝土作为适用装配式结构节点连接的专用混凝土。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种快硬无收缩混凝土，包括水泥、掺和料、细骨料、粗集料、水；并添加复合胶凝材料，膨胀剂，减水剂；水泥选用50％硫铝酸盐水泥；掺和料进行矿物复合掺和；细骨料采用机制砂和天然砂混合；粗集料由5～10mm，10mm～20mm的卵碎石按3∶7或4∶6的比例混合；膨胀剂选用膨胀源为氢氧化钙的生石灰-cao系∶膨胀源为钙矾石的硫铝酸＝2∶1复配；减水剂选用pca作为复合胶凝材料体系。进一步，硫铝酸盐水泥原料采用铝质原料(主要提供al2o3，也提供sio2和fe2o3)石灰质原料(主要提供cao)硫系原料(主要提供so3)燃料：烟煤；原料和燃料要求：矾土：al2o3＞60％，sio2＜15％石灰石：cao＞50％，sio2＜3.5％；二水石膏：so3＞38％。硬石膏：so3＞38％工业烟煤：发热量＞23826kj/kg，灰分＜3.5％，挥发分＞25％原料总有害成分：r2o＜0.5。进一步，所述al2o3利用碱石灰烧结法。相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过试配试验进行验证和调整并最终确定，其中：硫铝酸盐水泥用量不超过20％；使用聚羧酸高性能减水剂；使用混合砂，细度模数满足中砂要求；使用混合砂，矿物掺合料用量不宜超过20％；所配制混凝土的1d强度30.3mpa、28d强度50.4mpa，28d空气中限制膨胀率为0.005％，抗渗和抗碳化性能好，满足要求。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本发明硫铝酸盐水泥对胶凝材料凝结时间的影响。图2为本发明硫铝酸盐水泥对胶凝材料胶砂强度的影响。图3为本发明不同膨胀剂的14d水中限制膨胀率。图4为本发明不同膨胀剂的28d胶砂强度。图5为本发明不同掺量pca时净浆流动度。图6为本发明pca掺量为1％时净浆流动度经时损失。图7为本发明不同掺量fdn时净浆流动度。图8为本发明fdn掺量为2.5％时净浆流动度经时损失。图9为本发明掺和料复掺对混凝土抗压强度的影响。图10为本发明掺和料种类对混凝土抗压强度的影响。图11为本发明水胶比对混凝土抗压强度的影响。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：本发明提出了一种快硬无收缩混凝土，包括水泥、掺和料、细骨料、粗集料、水；并添加复合胶凝材料，膨胀剂，减水剂；水泥选用50％硫铝酸盐水泥；起表面积为360m2/kg，密度为2.9/g·cm-3，将50％硫铝酸盐水泥添加到、掺和料、细骨料、粗集料、水中然后添加复合胶凝材料，膨胀剂，减水剂从而得出其初凝时间为25min，终凝时间为50min；掺和料进行矿物复合掺和；选用一级粉煤灰和矿渣粉复合掺和，其中一级粉煤灰的性能指标为细度∶需水量∶烧失量∶含水率＝7.5∶92∶1.79∶0.03，矿渣粉性能要求比表面积396m2/kg，密度92％，7d活性指数79％，28d活性指数98％；掺和料的化学成分比表1作为具体实施例，细骨料采用机制砂和天然砂混合；作为具体实施例，凝胶材料针对不同的复合比例，采用凝结时间和胶砂强度等指标来确定二者最佳比例，按照gb/t1346-2001《水泥标准稠度用水量，凝结时间，安定性检验方法》中水泥凝结时间的测定方法结果件附图1(硫铝酸盐水泥对胶凝材料凝结时间的影响)和表2(复合胶凝材料的凝结时间)；表2由图1和表2可知硫铝酸盐水泥对复合胶凝材料的凝结时间影响很大，随着硫铝酸水泥掺量的增加，复合胶凝材料的凝结时间急剧减少，在0-20％之时，大大缩短了硅酸盐水泥的凝结时间，延长了硫铝酸盐水泥的凝结时间，在掺量在30％-100％之间，同时缩短了两种水泥的凝结时间，当掺量达到50％时，出现快速凝结；当硫铝酸盐水泥的含量低20％的时候，复合胶凝材料净浆的性质与硅酸盐水泥净浆性质还比较接近。当硫铝酸盐水泥达到30％时，由于硫铝酸盐水泥中含有水化极快的硫铝酸钙，硫铝酸钙和硅酸盐水泥中硅酸三钙相互促进水化，水化产物相互促进消耗生成钙矾石和氢氧化钙晶体。此时硅酸盐水泥的掺量大于硫铝酸盐水泥的掺量，碱度高，所以水化逐渐加快，随着硫铝酸盐水泥掺量的增大，复合胶凝材料的凝结时间逐渐缩短，均低于纯硅酸盐水泥的凝结时间，当硫铝酸盐水泥掺量达到50％时，当胶凝材料净浆的性质与硫铝酸盐水泥净浆的性质相类似，硅酸盐水泥的加入加速了硫铝酸盐水泥的水化，缩短了复配水泥的凝结时间；硅酸盐水泥0-50％，随着硅酸盐水泥掺量的增多，碱度逐渐升高，相互促进作用增强，水化速度加快，复配水泥的凝结时间随着硅酸盐水泥掺量的增加逐渐缩短，均低于纯硫铝酸盐水泥的凝结时间，在硅酸盐水泥50％时，凝结时间很短；因此，硫铝酸盐水泥掺量不超过20％时复合胶凝材料的凝结时间有明显缩短。作为具体实施例，复合胶凝材料胶砂强度随着硫铝酸盐水泥掺量的变化和龄期的不同呈现出不同的发展趋势；由表3(胶砂强度)和图2(硫铝酸盐水泥对胶凝材料胶砂强度的影响)可知a、对于1d龄期，随着硫铝酸盐水泥掺量的增加，复合胶凝材料的胶砂强度持续提高，这是因为硫铝酸盐水泥本身具有快硬早强的性质，在水化早期就生成了大量的钙矾石，给浆体提供了较大的抗压强度，据研究表明，纯硫铝酸盐水泥的1d水化程度占28d水化程度的76％。但在掺量达到50％时，1d强度有明显的回落，这主要是由于此时的胶凝材料的凝结时间很短，对试件的成型质量有明显影响；b、对于28d龄期，当硫酸酸盐水泥10％以内变化，对强度是有利的，大于纯硅酸盐水泥的强度；但随着硫铝酸盐水泥掺量的进一步增加，胶凝材料的胶砂强度逐渐降低至50％掺量达到低谷，这是由于两种水泥各一半凝结时间太快，造成部分水泥来不及正常水化，且大量生成的钙矾石晶体粗大，随着龄期增加，水化的进行，一部分生成的凝胶填充了钙矶石的孔隙，但是不能均匀分布，加上部分水泥未正常水化形成很多薄弱点，后期强度明显降低；因此，硫铝酸盐水泥掺量不超过20％时复合胶凝材料的1d强度和28d强度均可达到较好的效果表3作为具体实施例，膨胀剂选用膨胀源为氢氧化钙的生石灰-cao系∶膨胀源为钙矾石的硫铝酸＝2∶1复配；因目标混凝土要求要抑制收缩，甚至在有一定的膨胀变化。因此需选用一种一种膨胀剂，它的加入不仅使混凝土具有适当的膨胀以补偿混凝土的收缩，同时对混凝土的力学性能也不能产生较大影响，也就是所说的膨胀性能与力学性能具有较好协调性。试验选择市面上不同膨胀源的膨胀剂进行复配，拟设计出一种适用于硅酸盐与硫铝酸盐复合胶凝体系的，具有较高的膨胀率同时对砂浆的力学性能也不能产生较大影响的膨胀剂。为了得到这种膨胀剂，购买了各种膨胀剂原材料进行复配，复配原材料为如下三种a(膨胀源为氢氧化钙的生石灰-cao系)、b(膨胀源为钙矾石的硫铝酸)。二者按照1∶1、1∶2、2∶1不同比例混合得到3中膨胀剂，然后按照gb23439《混凝土膨胀剂》中限制膨胀剂的要求测定测试不同膨胀剂的作用效果，其中胶凝材料为复合胶凝材料，硫铝酸盐水泥掺量20％。14d水中限制膨胀率的测试结果见图3(不同膨胀剂的14d水中限制膨胀率)；从图4(不同膨胀剂的28d胶砂强度)结果可知，三种膨胀剂均满足标准规定的要求(14d水中膨胀率大于等于0.025％)，说明都有一定的膨胀效果，但以a∶b＝2∶1的效果最好，这是因为复合胶凝体系中掺有20％的硫铝酸盐水泥，体系中的三氧化硫含量较高，含氧化钙的膨胀剂除了氧化钙水化产生的体积膨胀外，其水化产物还为胶凝体系中提高了钙含量，对硫铝酸盐膨胀剂起到了促进作用，二者产生了较好的叠加效益。于此同时，还必须考察膨胀剂对胶凝材料强度的影响，图4表明：虽然三种膨胀剂对强度的影响稍有差异，但差异不大，均满足膨胀剂规范的要求，所以综合膨胀和力学两方面的性能，选取a∶b＝2∶1的样品作为膨胀剂。作为具体实施例，减水剂选用pca作为复合胶凝材料体系；选用萘系减水剂和聚羧酸减水剂；根据图5～图8可知，减水剂的饱和点掺量是指一定水胶比条件下，水泥浆体的流动度不再随减水剂掺量提高而明显增大时减水剂的掺量；实验结果表明：掺有pca减水剂的水泥浆体初始流动度较大，饱和点为1.0％左右，且饱和点明显；30min后pca减水剂饱和掺量净浆流动度损失小，pca减水剂可以使复合胶凝材料水泥浆体具有良好的流动性；图7和8是fdn的实验结果，该减水剂的饱和，掺量为2.5％，初始流动度很小，30分钟后净浆流动度损失很大，几乎失去流动性，这种情况是水泥和高效减水剂不相容的典型症状；综合以上的结果分析认为：高效减水剂的饱和点掺量和浆体的初始流动度、经时损失都与相容性密切相关，pca的饱和点掺量较低，流动度经时损失较小，可以认为pca和复合胶凝材料是相容的；而减水剂fdn的饱和点掺量较高，流动度经时损失较大，可以认为fdn与复合胶凝材料是不相容的。通过对水泥的水化原理和高效减水剂的作用机理分析认为，以上结果主要是因为硫铝酸盐水泥水化速度快，水化初期快速形成的钙矾石会迅速将吸附在水泥粒子表面上的减水剂包裹，减少了高效减水剂的有效含量。而钙矾石表面积远大于水泥粒子，对高效减水剂也产生强烈的吸附，因此导致了高效减水剂饱和点掺量提高。高效减水剂pca是目前市场上效果最好的高分子表面活性剂，有很多活性支链，具有一定的缓凝性和较高的引气性，这在一定程度上抑制了sac的水化速度，所以pca饱和点掺量变化不大。而减水剂fdn不能有效抑制硫铝酸盐水泥的水化速度，其饱和点掺量就会明显提高；因此，选用pca作为复合胶凝材料体系的减水剂。作为具体实施例，粗集料由5～10mm，10mm～20mm的卵碎石按3∶7或4∶6的比例混合；根据(砂的筛分结果)表4以及表5(砂的主要技术指标)进行检测表4类别堆积密度kg/m3表观密度kg/m3吸水率％含泥量％泥块含量％mb值机制砂153026901.01.00.80.35特细砂135026201.20.20/表5表6根据表4和表5检测结果，将不同比例的特细砂和机制砂进行混掺，结果见表6(不同比例特细砂和机制砂的筛分结果)，并对级配、细度模数检验，结果表明：30％特细砂+70％机制砂，35％特细砂+65％机制砂，40％特细砂+60％机制砂混掺后的细度模数分别为2.5、2.4和2.3，达到中砂要求，可用于配制混凝土；粗集料采用两级配复合，由5～10mm，10mm～20mm的卵碎石按3∶7或4∶6的比例混合。在相同的水胶比条件下，保持胶凝材料的总量不变，比较掺和料的掺加量对混凝土性能的影响，结果如表7所示表7作为具体实施例，从掺和料的掺量和种类对新拌混凝土的坍落度影响来看，粉煤灰对坍落度的影响比较明显，这是粉煤灰的球形颗粒对流动性贡献的反映；矿渣次之；复合以后的效果，随着掺和料掺量的增加，坍落度逐步提高，新拌混凝土的施工性能得到改善；图9(掺和料复掺对混凝土抗压强度的影响)是掺和料复掺时不同掺量对复合胶凝材料混凝土抗压强度的影响结果。从图中可以看出，在复合胶凝材料混凝土中，加入掺和料后，强度都有所降低，特别是早期强度降低比较明显；且掺量越高降低幅度越大；图10(掺和料种类对混凝土抗压强度的影响)是掺和料单掺时不同种类对复合胶凝材料混凝土抗压强度的影响结果。从图中可以看出，在复合胶凝材料混凝土中，复掺时的效果比单掺的效果好；单掺矿渣的效果比单掺粉煤灰的效果好，这一结果与掺和料在普通硅酸盐水泥混凝土中的结果一致；这主要是因为掺和料矿渣和粉煤灰在复合胶凝材料混凝土中的作用机理不同造成的。复合胶凝材料混凝土的主要水化产物为水化硫铝酸钙(钙矾石)和铝凝胶，少量氢氧化钙；掺和料主要填充在水化产物颗粒之间及浆体与骨料之间，其物理填充作用占主导地位，而化学作用次之。因此，在复合胶凝材料混凝土中加入掺和料后，早期强度有较大幅度降低，后期强度降低的幅度有所减小，但也达不到纯水泥的后期强度；从单一掺和料的效果看，磨细矿渣的效果比粉煤灰的好，主要原因在于矿渣的小颗粒比粉煤灰的小颗粒多，且矿渣的活性较粉煤灰的好；因而表现出矿渣在复合胶凝材料混凝土中的微集料效应、火山灰效应等好于粉煤灰；当矿渣与粉煤灰复掺时，两者具有性能优势互补效应，因此，复掺时的效果最好，这一结果与开始依据性能优势互补原则选择的复掺方案一致。作为具体实施例，表8是水胶比的变化对复合胶凝材料基混凝土性能的影响，水胶比确定为0.49、0.38、0.35、0.33。在胶凝材料总量中，掺和料的比例为20％，矿渣粉和粉煤灰的比例为2比1；从表8(不同水胶比的复合胶凝材料混凝土配合比及初始坍落度)数据看出，聚羧酸高效减水剂能较好地控制混凝土的水胶比，并且其坍落度都达到设计要求。序号胶凝材料/kg掺合料/％水胶比砂率减水剂/％坍落度/mm1450200.490.40.81852450200.380.41.21953450200.350.41.42004450200.330.41.6200表8图11(水胶比对混凝土抗压强度的影响)为水胶比对混凝土抗压强度的影响结果。从图中可以看出，复合胶凝材料混凝土抗压强度随着水胶比的降低，早期和后期强度都显著提高，水胶比越低其强度提高越明显，水胶比0.33时的ld强度达到水胶比0.49时的两倍。在不同的水胶比下，复合胶凝材料混凝土都显示出较高的早期强度，低水胶比时早强效果更明显，如水胶比为0.33的4#样，ld强度达到28d的70％以上，3d强度达到28d的80％以上；而水胶比为0.49的1#试样，1d强度仅达到28d的50％以上，3d强度仅达到28d的65％以上；以上结果说明，水胶比对复合胶凝材料混凝土的强度影响是非常显著的。作为具体实施例，根据胶凝材料设计的结果，硫铝酸盐水泥用量不超过20％；根据膨胀剂设计的结果，该混凝土应使用膨胀剂来保证体积稳定，膨胀剂掺量应根据试验确定；根据外加剂选择试验的结果，该混凝土应使用聚羧酸高性能减水剂来改善混凝土工作性能；根据集料设计的结果使用混合砂，混合砂细度模数满足中砂要求；根据矿物掺合料的试验结果，矿物掺合料用量不宜超过20％；比如以以c40混凝土为对象，设计配合比如下：配制强度：48.2mpa；目标坍落度：210±30mm；硫铝酸盐水泥用量：20％；膨胀剂掺量：8％；矿物掺合料：20％从而得出混凝土配合比如表9。表9对比计算普通混凝土与快硬无收缩混凝土的的原材成本，见表5.1-1。经计算，快硬无收缩混凝土因使用了硫铝酸盐水泥和膨胀剂，其原材料成本较普通混凝土有一定幅度提高，单方成本增加约40元如表10。表10虽然快硬无收缩混凝土在原材成本上有所增加，其且能缩短工期，减轻劳动强度，间接降低工程建设的管理成本，综合考虑还是有一定经济效益。作为具体实施例，对所设计的快硬无收缩混凝土，14d水中的限制膨胀率为0.026％，然后放入温度20℃，湿度大于60％的环境中至28d龄期，测定体积变形结果为+0.005％，说明混凝土早期具有微膨胀性能，且随着龄期的增长，混凝土的膨胀没有发生倒缩，这就有利于提高混凝土与预制构件间的粘结力，从而提高结构的整体受力。作为具体实施例，硫铝酸盐水泥在使用时，通过全部随水泥袋一起搬入桶装内，桶装上开有一个孔，一个带刺的旋转轴伸入孔不断的搅拌把水泥袋撕破然后拉出，避免直接通过开封水泥袋分水泥时水泥灰乱飞，然后桶装内的水泥使用时，再从孔内伸入一个轴到桶装内腔内，轴上绕有离心叶轮，通过旋转轴带动离心叶轮旋转从而将水泥从桶装内抽出。作为具体实施例，硫铝酸盐水泥原料采用铝质原料(主要提供al2o3，也提供sio2和fe2o3)石灰质原料(主要提供cao)硫系原料(主要提供so3)燃料：烟煤；原料和燃料要求：矾土：al2o3＞60％，sio2＜15％石灰石：cao＞50％，sio2＜3.5％；二水石膏：so3＞38％。硬石膏：so3＞38％工业烟煤：发热量＞23826kj/kg，灰分＜3.5％，挥发分＞25％原料总有害成分：r2o＜0.5；在生产快硬无收缩混凝土的时候，可以直接采用生产硫铝酸盐水泥原料的设备，因为工地上需求的水泥量比较大，而且以后还会用于下一工地，所以可以直接采购生产设备，然后就工地最近的地方采购生产硫铝酸盐水泥的原料；考虑到生产硫铝酸盐水泥原料有很多种，需要到各地进行采购，所以可以通过计算运输成本而选择折中的方案；例如原料包括a、b、c和d，路程分别为e、f、g和h，运输成本为k，通过线性算法得出最优解。作为具体实施例，所述al2o3利用碱石灰烧结法；将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，回转窑在工地最考角落的地方，在回转窑内烧结成由铝酸钠(na2o·al2o3)、铁酸钠(na2o·fe2o3、原硅酸钙(2cao·sio2)和钛酸钠(cao·tio2组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的naoh也进入溶液；如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、fe2o3·h2o等组成赤泥排出；溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，sio2o形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3cao·al2o3·xsio2·(6-2x)h2o沉淀(其中x≈0.1)，而使溶液提纯；把co2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液；氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12