一种低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，特别涉及一种低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件及其制备方法。

背景技术：

1、当前预制混凝土构件在各种工程领域得到了越来越广泛的应用。但预制混凝土由于早期强度不够高，造成模具周转效率普遍偏低，大大减缓了生产效率，因此减小了经济效益，影响了预制混凝土制品的发展和应用。若混凝土成型速度越快，早期强度越高，则拆模时间越短，从而会提高钢模板的循环利用率。目前，预制构件厂家的常用对策是采用蒸汽养护法，以提高混凝土预制构件的早期强度。蒸汽养护是将浇筑完毕的混凝土构件进行3小时以内的预养护后，在90％以上的相对湿度、60-80℃的饱和水蒸汽中养护，时间不宜太长，通常为5-8h。通常混凝土通过蒸汽养护后，早期强度提升很快，混凝土强度在一昼夜后便能超过设计强度的70％以上，但往往会影响后期强度的发展。同时，蒸汽养护需要特定设备以及大量的燃料燃烧，这导致蒸汽养护成本较高，并存在环境污染，而且蒸汽养护对工艺控制较高，操作不当极易造成混凝土预制件(即预制pc构件)产生裂缝或影响后期强度。因此，在不影响混凝土后期强度的前提下，早强免蒸养混凝土预制件的研究越来越受到预制构件行业的重视。早强免蒸养技术不仅可以提高混凝土预制构件的生产效率，进而提高钢模板的周转率，还可以降低生产能耗，保护环境，帮助企业节约成本。

2、中国专利cn114368952a公开了一种免蒸养混凝土预制构件及其成型方法，其主要由早期强度提高成分，提高粘聚性成分和提高耐久性成分构成，其中，早期强度提高成分由硅酸盐水泥、晶核型早强剂、有机复合早强剂和脱硫石膏组成，该早强强度提高成分能够对未成型的原液进行早期加强，使其不用蒸养工序也能很结实，提高了混凝土预制构件的早期强度，同时通过粘聚性成分来提高各个成分之间的粘性，避免出现融合不到一块的问题，并通过粗骨料、细骨料、活性材料以及外加剂来提高预制构件的耐久度，综合作用下，最终达到免蒸养的效果。然而该专利技术未公开关于预制构件的任何性能数据，难以明白该专利技术能够取得何种效果。同时，在其说明书第0006段记载到：硅酸盐水泥200kg/m3，晶核型早强剂100kg/m3，有机复合早强剂110kg/m3，脱硫石膏85kg/m3，其早强剂用量超过了水泥用量，大大超出了本领域技术人员的认知(早强剂作为一种外加剂，其用量一般为水泥用量的2-4％，早强剂会对混凝土后期性能造成负面影响，因此其用量不会超过10％)，而且早强剂本身价格就较昂贵，产品单价要明显高于水泥材料，如此用量下，本领域技术人员难以相信该专利技术能够取得其声称的技术效果。

3、中国专利cn113060949a公开了一种基于晶胶比调控的预制构件用胶凝材料，其由硅酸盐水泥熟料，无水硫铝酸钙，煅烧石膏组成，c4a3s和煅烧石膏在硅酸盐水泥中能够与相应矿物生成钙矾石，钙矾石产生的体积膨胀在一定范围内可促进水泥基材料的强度发展和补偿水泥干燥收缩，由此解决蒸汽氧化和蒸压养护所存在的体积膨胀、存在收缩应力的问题，然而，该专利技术依然需要通过蒸养的方式来获得水泥基材料，不能做到免蒸养制备。

4、中国专利cn114573262a公开了一种用于预制混凝土构件的免蒸养剂及其制备方法，该免蒸养剂由含铝活性矿物和石膏为原料组成，含铝活性矿物经高温煅烧后，水化产生的晶体产物能够快速搭建起骨架结构，形成密实的浆体结构，使得混凝土早期性能增长迅速，并通过水化放热方式使预制混凝土浇注后产生自热养护效果，从而促进混凝土早期性能达发展，其与石膏复配后，能够加速混凝土的水化硬化速度，从而使预制混凝土在常温养护时间下就能达到与蒸养养护相同的效果，而且混凝土后期的强度和耐久性能都有显著提升。在该免蒸养护剂中，石膏占比为10-50％，将石膏和含铝活性矿物混合后在1200-1400℃高温下煅烧得到免蒸养剂，高温煅烧石膏与二水石膏(天然石膏)的区别较大，高温煅烧石膏的溶解度随着煅烧后温度的提高而减小(可参考现有文献《掺煅烧石膏提高水泥强度》，沈广才、郭守铭等著，水泥，1995年第1期第14-18页)，高温煅烧石膏可用于生产水泥，能够加速硅酸盐水泥的水化速度，提高水泥基材料的早期强度，以及后期强度稳定增长。然而，由于该免蒸养剂主要作为外加剂使用，其掺量仅能替换7％左右的水泥用量，其早强效果有限，不能降低混凝土预制构件的材料成本，而且由于高温煅烧石膏在水泥浆体中溶解度小，其掺量过多时反而会降低早强效果，并由于膨胀作用、水化热等问题而影响混凝土后期强度的发展。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件及其制备方法，本发明通过采用超细水泥、半水石膏、多元复合早强剂等材料，从多个方面同时增强混凝土预制件的早期强度，在免蒸养的同时，大幅降低了水泥的用量，降低了生产中的碳排放量和材料成本，稳定了混凝土后期强度的发展，提高了混凝土后期抗开裂的能力。

2、本发明采用的技术方案如下：一种低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件，所述低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件的配合比为：水泥200±20kg/m3，粉煤灰50±20kg/m3，半水石膏50±20kg/m3，细骨料844±40kg/m3，粗骨料1074±40kg/m3，聚羧酸减水剂5±3kg/m3，复合早强剂12±3kg/m3，水130±20kg/m3，水胶比为0.44，砂率44％。

3、在本发明中，主要创新点在于：采用超细水泥、半水石膏、复合早强剂等材料，从多个方面同时增强混凝土预制件的早期强度，进而替代蒸汽养护，达到提高混凝土预制件脱模效率的目的。

4、进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥中的一种，标号为52.5r。在本发明中，52.5r水泥与常规的42.5r水泥相比，具有比表面积更大、活性更高、早期水化速率更快等优点，通过使用适量的高标号水泥结合大掺量的半水石膏和粉煤灰，其成本比直接使用高掺量的42.5r水泥成本低，并且制备的混凝土预制件早期强度更高，有更有效的脱模效率，同时更低的水泥用量可以有效降低过高的水化热以及后期大量钙矾石的生成，对预制件的裂缝控制方面有很大的改善。

5、进一步，所述半水石膏为β型半水石膏(β型caso4·0.5h2o)，β型半水石膏是由生石膏经过水洗、150-200℃煅烧后制得。在建筑材料领域中，生石膏主要用作缓凝剂，具有缓凝效果，α型半水石膏结晶良好，制品具有较高的密实度和强度，主要用于抹灰工程、装饰制品和石膏板，高温(500℃以上或800℃以上)煅烧石膏具有加速水化硬化速度的能力，具有早强效果，β型半水石膏结晶很细且有裂纹，比表面积大，具有速凝特点，其常与缓凝剂复配拌和成石膏浆体，主要用于室内抹灰。在本发明中，β型半水石膏不仅可以替代粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，以作为成本更低的胶凝材料使用，同时大幅降低水泥的使用量，而且其水化硬化后的产物具有微膨胀效应，可以有效改善预制件的自收缩问题，提高预制件的耐久性。

6、更重要的是，由于β型半水石膏的溶解度大于生石膏、α型半水石膏以及高温煅烧石膏，利用此特点，β型半水石膏在本发明中能够起到活性激发的作用，在水泥水化初期就可以为水化硫铝酸钙的形成，较快较多地提供ca2+和so42-，促进了早期一次水化产物的形成和强度的提高。而且随着水化的进行，β型半水石膏不断溶出，与熟料水化产生的ca(oh)2共同对其余矿物掺合料起激发作用，形成二次水化产物填充空隙，并使钙矾石提前形成，减少了水泥水化后期钙矾石膨胀对水泥石结构的破坏作用，从而有效提高了预制件的后期强度。

7、进一步，所述半水石膏的标准稠度用水量为62±2％，初凝时间5±1min，终凝时间8±2min，2h抗折强度2.3±0.5mpa，2h抗压强度5.8±0.5mpa。

8、进一步，所述粉煤灰为风选粉煤灰、磨细粉煤灰中的一种，需水量比≤95％，烧失量≤5.0％，0.045mm方孔筛筛余≤12.0％。

9、进一步，所述减水剂为高性能聚羧酸早强型减水剂，含固量为18±5％，减水率为24±5％。

10、进一步，所述细骨料为ⅱ区中砂，石粉含量为6.5±0.5％，细度模数2.5±0.3；所述粗骨料为5-30mm连续级配的碎石，表观密度2.65±0.1kg/m3，压碎值指标为8±0.5％。

11、进一步，所述复合早强剂为硫代硫酸钠、硫氰酸钠、溴化钙、四水硝酸钙、偏硅酸钠、硅酸钠、硅酸镁、三乙醇胺、三异丙醇胺、尿素、甲酸钙中的至少3种复配而成，其含固量为40±5％，掺量为水泥用量的2.5-4.0％。本发明的复合早强剂优选为无机早强剂和有机早强剂的复合，利用无机早强剂中的无机盐组分(如硝酸盐、偏铝酸盐、硅酸盐等)在水泥浆体系中可发生盐效应和同离子效应的特点，通过改变水泥矿物掺合料的溶解度来加快水泥水化反应的进程，有机早强剂中的醇胺类物质由于其表面活性，能够增强水化硅酸钙凝胶的活性并使胶体粒子膨胀，通过提高混凝土的密实性和抗渗性来提高预制构件的强度。本发明的复合早强剂可对骨料表面的硅氧基团起到断键活化作用，形成活性支链，通过碱激发作用，提高骨料与水泥浆体之间的反应程度，降低动电电位，减薄交接双电层，加快凝聚反应发生，使得骨料表面更快形成c-s-h和c-al-h等产物包裹骨料，最终通过络合作用相互连接形成稳定的空间网状结构，增强骨料-水化产物的界面过渡区。

12、进一步，所述复合早强剂的制备方法为：按配方组成称取各组分，根据各组分溶解度的大小，按照溶解度由小到大依次加入水中进行搅拌溶解，溶解完成后即得。

13、进一步，本发明还包括一种低碳型多元复合早强免蒸养混凝土预制件的制备方法，包括以下步骤：

14、a、按配方组成称取各组分，先将粗骨料和细骨料加入搅拌机中搅拌混合，再加入水泥、粉煤灰和半水石膏继续搅拌，得到干混料；

15、b、向干混料中加入水、聚羧酸减水剂以及复合早强剂，搅拌均匀后浇注成型，即得。

16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

17、1、本发明通过采用超细水泥、半水石膏、复合早强剂等材料，从多个方面同时增强混凝土预制件的早期强度，可以有效替代蒸汽养护生产模式，生产工艺简单，节能环保，便于应用推广；

18、2、本发明采用低掺量水泥用量和β型半水石膏水化微膨胀技术，材料成本和生产成本更低，可有效降低预制件的水化热，减小了后期开裂风险，改善了预制件的自收缩问题，提高了预制件的耐久性，稳定了混凝土后期强度的发展；

19、3、本发明制备的混凝土预制件在冬季16h(夏季10h)内可达到15mpa，3d内达到25mpa，可完全满足预制构件脱模及产品出厂强度要求，为企业实现碳达峰、优化产业结构和能源结构提供了很好的技术支撑。