一种抗水分散混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土，具体涉及一种抗水分散混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.迄今为止，在水下工程中，混凝土仍然是最主要和用量最大的建筑材料之一。混凝土的性能将直接影响到水下工程的质量和进度。普通混凝土在水环境中直接浇筑时，会受到水的影响而产生分离、水泥流失、强度下降的后果并且会引起环境污染。通常采用围堰隔水法来解决混凝土的水下浇筑问题，但此方法会使施工工艺变得复杂，工期变长，工程成本大大增加，且难以保证水下混凝土的质量。
3.有鉴于上述现有的水下混凝土中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种抗水分散混凝土及其制备方法，实现对混凝土的改性，使其在水环境中，仍能够使水泥将骨料胶结在一起并持续水化，从而实现混凝土在水中的直接浇灌，遇水不离析、水泥不流失、入水能够自流平、自密实，无需振捣、对施工水域无环境污染、混凝土质量均匀、可靠，对水下混凝土耐久性、工作性及成本控制有显著的积极影响。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的是提供一种抗水分散混凝土，通过在混凝土搅拌过程中增加一定量的抗分散添加剂，从而实现对混凝土的改性，使在水环境中，仍能够使水泥将骨料胶结在一起并持续水化，从而实现混凝土在水中的直接浇灌，遇水不离析、水泥不流失、入水能够自流平、自密实，无需振捣、对施工水域无环境污染、混凝土质量均匀、可靠，对水下混凝土耐久性、工作性及成本控制有显著的积极影响。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.本发明提供的一种抗水分散混凝土及其制备方法，由以下各组分按照相应的重量配比均匀混合而成：水泥300～600份；粉煤灰60～200份；再生细骨料600～800份；再生粗骨料800～1100份；再生微粉100～200份；减水剂5～15份；偏高岭土100～200份；改性纳米氧化硅分散液160～240份；有机硅烷3～10份；聚乙烯醇1～5份；聚丙烯酸甲酯5～15份；三乙醇胺3～5份；聚丙烯酰胺1～3份；聚乙二醇1～5份；合成纤维0～6份。本发明采用再生粗细骨料和再生微粉，同时采用偏高岭土、改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、合成纤维和三乙醇胺在水下成型条件下可获得强度高、耐久性好、密实性好的抗水分散混凝土。改性纳米氧化硅分散液中，改性纳米氧化硅不但含有亲水基团，使改性纳米氧化硅与水泥的相容性更好，避免团聚；改性纳米氧化硅表面还含有大量的si-oh键，聚乙烯醇和聚丙烯酸甲酯之间能够形成氢键，氢键与硅氧键共同形成网络结构，使体系的流动性受到限制，体系的粘度增加，使水泥将骨料胶结在一起并持续水化，而在剪切力的作用下，氢键和硅氧键之间的网络结构受到破坏，体系粘度下降，发生触变效
应，达到自流平、无需振捣的目的，而当剪切力消除，氢键与硅氧键之间的网络重新生成，避免水泥和骨料分散，达到自密实的效果。
7.进一步的，再生粗骨料的最大粒径不大于25mm连续级配，含泥量不大于0.5％，表观密度不低于2200kg/m3，吸水率不大于8％。
8.进一步的，再生细骨料的泥块含量不大于1.0％，表观密度不低于2200kg/m3，吸水率不大于10％。
9.进一步的，再生微粉的需水量比不大于105％，45μm筛余不大于30％。
10.进一步的，偏高岭土平均粒径范围不大于80μm。
11.进一步的，改性纳米氧化硅分散液，含固量10～20％，粒子平均直径5～10nm，比表面积300～1200m2/g。
12.进一步的，本发明中提供的改性纳米氧化硅分散液中对纳米氧化硅进行改性的改性剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷。由于纳米氧化硅表面含有大量的亲水基团，导致其与无机材料之间的相容性不好，容易造成团聚的现象，因此本发明中采用十三氟辛基三乙氧基硅烷对纳米氧化硅进行改性，但是改性会占用纳米氧化硅表面的si-oh，若占用过多会影响体系中聚丙烯酸甲酯与纳米氧化硅之间的氢键的形成，使体系粘度下降，无法达到水泥与骨料结合而不散的粘度。因此，本发明中对改性纳米氧化硅的改性率进行了精确的控制，使改性纳米氧化硅既可以保持与无机材料良好的相容性，还能够提升体系粘度。为了确保体系粘度，改性纳米氧化硅的改性率的计算公式如下：
13.其中c是十三氟辛基三乙氧基硅烷对纳米氧化硅的改性率；w1是体系中聚丙烯酸甲酯的重量份数；w2是体系中再生粗骨料和再生细骨料的重量份数的和；w3是体系中改性纳米二氧化硅的加入量；η1是40℃时本发明体系中聚丙烯酸甲酯的运动粘度；η2是40℃时本发明体系中硅酸盐水泥的运动粘度；a为系数，b为改性纳米二氧化硅的固含量。
14.进一步的，a由聚丙烯酸甲酯的分子量确定，具体为：a＝聚丙烯酸甲酯分子量/1000。聚丙烯酸甲酯的分子量越高，则其粘度越大，因此当其粘度更大时，即使改性纳米二氧化硅中si-oh的占用率高，也同样能够使体系的粘度达到水下混凝土的要求。
15.进一步的，可根据改性率选择十三氟辛基三乙氧基硅烷的用量。
16.进一步的，有机硅烷为液态，分散性好，含量不低于99％，可水解氧化物含量不大于100ppm。
17.进一步的，聚乙烯醇的分子量不低于150000。
18.进一步的，聚丙烯酸甲酯的分子量为10000～30000。
19.进一步的，聚丙烯酰胺为阴离子类别，分子量不低于12000000。
20.进一步的，聚乙二醇，分子量为400～2000。
21.进一步的，合成纤维是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维的一种或多种组成，合成纤维长度6～30mm。
22.本发明的第二个目的是提供一种抗水分散混凝土的制备方法，具有同样的技术效果。
23.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
24.一种抗水分散混凝土的制备方法，包括以下步骤：
25.(1)按原材料配比称量各组分，先加入称量好的水泥、粉煤灰、再生细骨料、再生粗骨料、再生微粉、偏高岭土、合成纤维，搅拌2～3min；
26.(2)向步骤(1)所得的产物中再加入减水剂、改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇，搅拌3～5min；
27.(3)向步骤(2)所得的产物中再加入聚丙烯酸甲酯、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇，搅拌5～10min，充分混合后，形成抗水分散混凝土拌合物；
28.(4)将步骤(3)所得的拌合物在水下环境装模成型，并在水下环境中常温养护不少于3d；养护到规定龄期后即形成成品混凝土，抗水分散混凝土标准养护28d龄期试件的抗压强度可到50mpa以上。
29.本发明的上述技术方案中，通过步骤(1)可预先将胶凝材料、骨料、矿物添加剂及纤维等占比较大的原材料进行充分预混合，确保抗水分散混凝土整体材料的均匀性，避免因原材料混合不均匀导致的强度忽高忽低，抗水分散效果不一致等问题。
30.通过步骤(2)可在步骤(1)充分混合均匀的基础上，通过减水剂的加入使得混凝土拌合物具有良好的流动性，同时加入的改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇等使得混凝土同时具有良好的疏水效果和良好的流动性。
31.在步骤(2)混凝土具有良好流动性的基础上，加入聚丙烯酸甲酯、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇可使得混凝土具有良好的抗水分散性能，由于步骤(3)所属原材料的加入会降低混凝土的流动性，通过先进行步骤(2)使得混凝土流动性提高，然后在进行步骤(3)提升混凝土抗水分散性能同时降低一定流动度的方式，更易确保混凝土拌合物的均匀性。
32.综上所述，本发明具有以下有益效果：
33.本发明通过采用改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇对再生细骨料和再生粗骨料进行表面改性，降低再生粗细骨料的吸附性能，并使混凝土拌合物具有一定的憎水性能；同时通过分别采用聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、合成纤维和三乙醇胺使得混凝土拌合物增稠增粘、抗水分散性能和早期强度得到明显提升。本发明将再生粗细骨料和再生细粉作为部分原材料用于制备抗水分散混凝土，并开拓性的通过改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇、聚丙烯酸甲酯方式可达到较高的憎水性能和耐久性能，技术途径新颖，减少了成本，便于工程真正推广。
具体实施方式
34.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种抗水分散混凝土及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
35.本具体实施方式中采用的原材料规格如下：
36.再生粗骨料的最大粒径不大于25mm连续级配，含泥量不大于0.5％，表观密度不低于2200kg/m3，吸水率不大于8％。
37.再生细骨料的泥块含量不大于1.0％，表观密度不低于2200kg/m3，吸水率不大于10％。
38.再生微粉的需水量比不大于105％，45μm筛余不大于30％。
39.偏高岭土平均粒径范围不大于80μm。
40.改性纳米氧化硅分散液，含固量10～20％，粒子平均直径5～10nm，比表面积300～1200m2/g。
41.有机硅烷为液态，纯度不低于99％，可水解氧化物含量不大于100ppm。
42.聚乙烯醇的分子量不低于150000。
43.聚丙烯酸甲酯的分子量为10000～30000。
44.聚丙烯酰胺为阴离子类别，分子量不低于12000000。
45.聚乙二醇，分子量为400～2000。
46.合成纤维长度6～30mm。
47.实施例1
48.一种抗水分散混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥300份；粉煤灰60份；再生细骨料600份；再生粗骨料800份；再生微粉100份；减水剂5份；偏高岭土100份；改性纳米氧化硅分散液160份；有机硅烷3份；聚乙烯醇1份聚丙烯酸甲酯5份；三乙醇胺3份；聚丙烯酰胺1份；聚乙二醇1份和聚丙烯纤维6份。
49.其制备方法如下：
50.(1)按原材料配比称量各组分，先加入称量好的水泥、粉煤灰、再生细骨料、再生粗骨料、再生微粉、偏高岭土、合成纤维，搅拌2min；
51.(2)向步骤(1)所得的产物中再加入减水剂、改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇，搅拌3min；
52.(3)向步骤(2)所得的产物中再加入聚丙烯酸甲酯、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇，搅拌5min，充分混合后，形成抗水分散混凝土拌合物；
53.(4)将步骤(3)所得的拌合物，按照标准gb/t 37990-2019分别成型水中和陆上混凝土试块，养护不少于3d；养护到规定龄期后即形成成品混凝土。
54.实施例2
55.一种抗水分散混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥600份；粉煤灰200份；再生细骨料800份；再生粗骨料1100份；再生微粉200份；减水剂15份；偏高岭土200份；改性纳米氧化硅分散液240份；有机硅烷10份；聚乙烯醇5份聚丙烯酸甲酯15份；三乙醇胺5份；聚丙烯酰胺3份；聚乙二醇5份和聚乙烯醇纤维6份。
56.(1)按原材料配比称量各组分，先加入称量好的水泥、粉煤灰、再生细骨料、再生粗骨料、再生微粉、偏高岭土、合成纤维，搅拌2min；
57.(2)向步骤(1)所得的产物中再加入减水剂、改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇，搅拌3min；
58.(3)向步骤(2)所得的产物中再加入聚丙烯酸甲酯、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇，搅拌5min，充分混合后，形成抗水分散混凝土拌合物；
59.(4)将步骤(3)所得的拌合物，按照标准gb/t 37990-2019分别成型水中和陆上混凝土试块，养护不少于3d；养护到规定龄期后即形成成品混凝土。
60.实施例3
61.一种抗水分散混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥400份；粉煤灰100份；再生细骨料750份；再生粗骨料1000份；再生微粉150份；减水剂10份；偏高岭土150份；改
性纳米氧化硅分散液180份；有机硅烷6份；聚乙烯醇3份；聚丙烯酸甲酯10份；三乙醇胺4份；聚丙烯酰胺23份；聚乙二醇3份和合成纤维6份。
62.(1)按原材料配比称量各组分，先加入称量好的水泥、粉煤灰、再生细骨料、再生粗骨料、再生微粉、偏高岭土、合成纤维，搅拌2min；
63.(2)向步骤(1)所得的产物中再加入减水剂、改性纳米氧化硅分散液、有机硅烷、聚乙烯醇，搅拌3min；
64.(3)向步骤(2)所得的产物中再加入聚丙烯酸甲酯、三乙醇胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇，搅拌5min，充分混合后，形成抗水分散混凝土拌合物；
65.(4)将步骤(3)所得的拌合物，按照标准gb/t 37990-2019分别成型水中和陆上混凝土试块，养护不少于3d；养护到规定龄期后即形成成品混凝土。
66.其中，改性纳米二氧化硅的改性剂为，十三氟辛基三乙氧基硅烷，改性率由公式计算，其中c是十三氟辛基三乙氧基硅烷对纳米氧化硅的改性率；w1是体系中聚丙烯酸甲酯的重量份数；w2是体系中再生粗骨料和再生细骨料的重量份数的和；w3是体系中改性纳米二氧化硅的加入量；η1是40℃时本发明体系中聚丙烯酸甲酯的运动粘度；η2是40℃时本发明体系中硅酸盐水泥的运动粘度；a为系数，具体是聚丙烯酸甲酯的分子量/1000，b为改性纳米二氧化硅的固含量，其中η1和η2可现场测试获得。
67.对比实施例1
68.一种普通水下浇筑混凝土，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥420份；粉煤灰100份；再生细骨料700份；再生粗骨料1000份；再生微粉100份；水180份，减水剂5份。
69.其制备方法如下：
70.(1)按原材料配比称量各组分，先加入称量好的水泥、粉煤灰、再生细骨料、再生粗骨料、再生微粉，搅拌2min；
71.(2)向步骤(1)所得的产物中再加入减水剂、水，搅拌3min，形成抗水分散混凝土拌合物；
72.(3)将步骤(2)所得的拌合物，按照标准gb/t 37990-2019分别成型水中和陆上混凝土试块，养护不少于3d；养护到规定龄期后即形成成品混凝土。
73.将对比实施例1和实施例1～3中养护到规定龄期后即形成成品混凝土，按照gb/t 37990-2019规定的试验测试其水中成型试块7d、28d抗压强度及陆上成型试块的7d、28d抗压强度，并计算28d水陆强度比，具体测试结果见下表。
74.性能测试结果
[0075][0076]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。