一种超缓凝混凝土及其制备方法与流程

本技术涉及混凝土的，具体涉及一种超缓凝混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、由于我国土地资源日益紧张，城市高层建筑及轨道交通建设的高速发展，地下空间开发工程不断增长，地下室基坑深度不断拓展。盖挖逆作法是普遍采用的一种施工方法，其工艺特点是围护结构变形小，对地面影响小，可快速恢复原有地面交通；该方法的原理是先施工围护体系(桩、地连墙)和顶板的承重体系(钢管柱)，再施工顶板结构，并在顶板上预留出土口，自上而下完成土方开挖和边墙、中板及底板结构施工，最后进行顶板预留孔洞封闭、防水层铺设及顶板以上土方回填，最终形成完整的永久结构。

2、顶板的承重体系一般采用液压垂直插入法(hpe)，利用全液压套管机和自动定位器完成钢管柱的吊装、垂直插入和核心混凝土浇筑，并对钢管柱进行适时保护的整套工法。

3、目前，液压垂直插入法对于混凝土有较高的质量要求，混凝土需要具有良好的和易性和流动性，这是由于水下灌注混凝土施工不具备振捣条件，靠混凝土自身重量产生流动在桩基底部摊平和捣实，若流动性较差则造成灌注困难、堵管，无法正常灌注，甚至会出现断桩，引发重大质量事故；同时，水下灌注的混凝土要有良好的粘聚性和保水性，以防止混凝土的离析、泌水在灌注过程中出现碎石在导管中局部集结，造成“卡管”，引发质量事故；灌注时混凝土和易性良好，坍落度200±20mm；在混凝土灌注完成后，插入钢管柱时，混凝土无大量泌水，匀质性良好，不分层。其二，混凝土需要具有良好的抗压强度，随着缓凝剂的加入，混凝土强度会有所降低，配合比设计必须满足28天抗压强度要求。其三，混凝土需要具有较长的凝结时间，考虑到灌注桩插入钢管柱的需要，灌注桩的混凝土要有不低于48h的初凝时间，同时要求混凝土运输至插入钢管柱时间段内的混凝土坍落度不小于16cm。若未达到这一要求，永久性钢管柱不能顺利的压进去，该桩基作废，需重新设计施工，造成巨大损失。同时凝结时间也不能过长，否则造成钢管柱稳定设备占用时间过长，影响工程进度。

技术实现思路

1、为了延长混凝土的凝结时间、改善坍落度保留效果，同时保证混凝土的抗压强度，本技术提供一种超缓凝混凝土及其制备方法。

2、本技术一种超缓凝混凝土，包括以下重量份的组分：胶凝材料390-450份；砂720-840份；碎石920-1080份；减水剂9-13份；缓凝剂8-12份；水150-200份；

3、其中，胶凝材料包括重量比为(280-320)：(70-90)：(37-57)的水泥、粉煤灰和矿渣粉。

4、本技术利用合适重量比的水泥、粉煤灰、矿渣粉作为胶凝材料，与砂、碎石、减水剂、缓凝剂作为超缓凝混凝土的原料，通过控制各原料的用量，制备得到的超缓凝混凝土具备较长的凝结时间和较低的泌水率，坍落度保留效果较好，并且在终凝后的抗压强度较高。

5、优选地，所述水泥为p·o 42.5水泥。

6、优选地，所述粉煤灰采用f类ⅱ级粉煤灰，细度15.0％，需水量比98％，烧失量3.8％。

7、优选地，所述矿渣粉的规格参数为：比表面积442m2/kg，流动度比99％，7d活性指数77％，28d活性指数96％。

8、在一个具体的实施方案中，所述水泥、粉煤灰和矿渣粉的重量比可以为280：90：57、280：70：51、280：80：37、295：81：51、295：70：57、295：90：37、320：70：37、320：80：57、320：90：51。

9、在一些具体的实施方案中，所述水泥、粉煤灰和矿渣粉的重量比还可以为280：(70-80)：57、280：(80-90)：51、280：(70-90)：37、(280-295)：81：51、295：(70-81)：57、295：90：(37-51)、320：(70-80)：37、320：80：(37-51)、320：90：(51-57)。

10、本技术选择上述优质的砂和粉煤灰与水泥作为胶凝材料，可以有效降低混凝土的屈服应力和塑性粘度，提高流动性；在保证混凝土和易性的前提下，可以有效降低混凝土拌合物的单方用水量，提高混凝土强度的保证率。同时，本技术通过控制水泥、粉煤灰和矿渣粉的重量比，进一步地提高了超缓凝混凝土的综合性能。

11、优选地，所述砂包括重量比为(400-460)：(320-380)的人工砂和天然砂。

12、优选地，所述人工砂的细度模数为2.8，石粉含量5.0％，泥块含量0％，mb值0.75。

13、优选地，所述天然砂的细度模数为2.4，含泥量2.7％，泥块含量0％。

14、在一个具体的实施方案中，所述人工砂和天然砂的重量比可以为400：320、400：355、400：380、433：320、433：355、433：380、460：320、460：355、460：380。

15、在一些具体的实施方案中，所述人工砂和天然砂的重量比还可以为400：(320-355)、400：(355-380)、400：380、(400-433)：320、433：(355-380)、433：(320-355)、(433-460)：320、(433-460)：355、460：(355-380)。

16、细集料作为混凝土中一种主要的骨架材料，其质量的优劣将直接影响混凝土的性能。本技术的发明人发现天然砂作为细集料时，天然砂中的粉体对聚羧酸减水剂的吸附量大，人工砂中的粉体对聚羧酸减水剂的吸附量比水泥低，在降低外加剂掺量方面，人工砂具有明显的优势，但人工砂对外加剂吸附量小，对外加剂掺量波动较为敏感，实际生产过程中容易造成离析。经过试验分析，本技术选择上述重量比的人工砂和天然砂作为细集料，可以降低泌水率，进而提高超缓凝混凝土在hpe法施工中的使用性能。

17、优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

18、在一个具体的实施方案中，所述减水剂的重量份可以为9份、11份、13份。

19、减水剂影响混凝土材料的吸附性，引起流动性损失，聚羧酸减水剂具有超长的支链，能够保证超缓凝混凝土在长时间缓凝状态下不泌水、水分不散失；本技术调节聚羧酸减水剂自身的用量，与其他原料相互配合使用，从而提高了超缓凝混凝土的保水能力。

20、优选地，所述缓凝剂包括重量比为(7-9)：(1-3)的葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠。

21、进一步地，所述缓凝剂包括重量比为(7-9)：(1-3)：(0.5-1.5)的葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠和甲基纤维素。

22、在一个具体的实施方案中，所述葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠和甲基纤维素的重量比可以为7：1：0.5、7：2：1、7：3：1.5、8：1：0.5、8：2：1、8：3：1.5、9：1：0.5、9：2：1、9：3：1.5。

23、在一些具体的实施方案中，所述葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠和甲基纤维素的重量比还可以为7：(1-2)：0.5、7：(2-3)：1、7：3：(0.5-1.5)、8：(1-2)：0.5、8：2：(1-1.5)、8：(2-3)：1.5、(7-8)：1：0.5、(8-9)：2：1、9：(1-3)：1.5。

24、进一步地，所述甲基纤维素的粘度为350-550mpa.s。

25、羟基羧酸盐、多糖作为缓凝剂，对水泥熟料中的铝酸三钙，硅酸三钙，铁铝酸四钙可以形成全方位水化抑制，使水泥在24小时内水化得到极大抑制，极大降低了自由水消耗，并阻碍水泥水化，延缓水泥的水化速度，进而起到缓凝的作用，提升了流动性保持能力。

26、本技术的发明人发现加入甲基纤维素与葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠配合使用作为缓凝剂，可以有效推迟凝胶材料的水化时间，进一步促进缓凝的作用，并降低混凝土的凝结时间。

27、优选地，所述碎石为5-25mm的连续级配碎石，含泥量0.7％，泥块含量0％，针片状含量5％。

28、优选地，所述超缓凝混凝土还包括重量份为5-8份的保水剂；所述保水剂包括聚山梨醇酯40和聚乙烯亚胺。

29、进一步地，所述保水剂包括重量比为(2-4)：(3-5)的聚山梨醇酯40和聚乙烯亚胺。

30、砂石与减水剂使用后，超缓凝混凝土存在的离析、泌水现象；本技术使用聚山梨醇酯40和聚乙烯亚胺作为保水剂，可以解决因掺入大量缓凝剂的混凝土产生的离析及泌水问题，进而提高新拌混凝土的使用过程的稳定性。

31、进一步地，比表面积420-460m2/kg，流动度比99％，7d活性指数77％，28d活性指数96％。

32、另一方面，本技术还提供了上述超缓凝混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：

33、将所述水泥、所述粉煤灰、所述矿渣粉、所述砂、所述碎石和所需用水的70-80wt％进行混合搅拌均匀，得到初混物料；

34、将其他原料组分和剩余的水进行混合搅拌均匀，得到预混物料；

35、将所述预混物料投放至所述初混物料中进行搅拌，得到所述超缓凝混凝土。

36、本技术提供的超缓凝混凝土的制备方法中，将水泥、粉煤灰和矿渣粉作为凝胶材料，并与砂、碎石混合，得到初混物料；再加入其他原料组成的预混物料；能够使减水剂完全分散在凝胶材料的外表面，有利于缓凝剂渗入原料组分，进而使新拌混凝土的流动性增强、保水性增加、稳定性更好，有效延长了超缓凝混凝土的初凝时间，同时保证了超缓凝混凝土的抗压强度。

37、综上所述，本技术的技术方案具有以下效果：

38、本技术利用合适重量比的水泥、粉煤灰、矿渣粉作为胶凝材料，与砂、碎石、减水剂、缓凝剂作为超缓凝混凝土的原料，通过控制各原料的用量，制备得到的超缓凝混凝土具备较长的凝结时间和较低的泌水率，坍落度保留效果较好，并且在终凝后的抗压强度较高。

39、本技术通过选择合适重量比的人工砂与天然砂，同时筛选缓凝剂的种类和配比，并加入保水剂，进一步提高了超缓凝混凝土的性能。