一种高强抗裂混凝土及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强抗裂混凝土及其制备方法 (High-strength anti-crack concrete and preparation method thereof ) 是由 白云 李娟� 董有才 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本申请涉及混凝土技术领域,具体公开了一种高强抗裂混凝土及其制备方法,其由包括如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥28-36份,粉煤灰9-13份、硅灰2.5-4份、河砂29-33份、碎石55-75份、复配减水剂0.2-0.7份、抗裂结晶剂4-15份、单氟磷酸钠7-9份、水25-27份。本申请的高强抗裂混凝土提升了混凝土的抗裂性能和整体强度。(The application relates to the technical field of concrete, and particularly discloses high-strength anti-crack concrete and a preparation method thereof, wherein the high-strength anti-crack concrete is prepared from the following raw materials in parts by weight: 28-36 parts of portland cement, 9-13 parts of fly ash, 2.5-4 parts of silica fume, 29-33 parts of river sand, 55-75 parts of crushed stone, 0.2-0.7 part of a compound water reducing agent, 4-15 parts of an anti-cracking crystallizing agent, 7-9 parts of sodium monofluorophosphate and 25-27 parts of water. The high-strength anti-cracking concrete improves the anti-cracking performance and the overall strength of the concrete.)
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种高强抗裂混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土，是指由凝胶材料将集料胶结成整体的工程复合材料。其是以水泥作凝胶材料，砂石作集料，与水按一定比例混合，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种非匀质的多孔材料。
混凝土在建筑工程中最为常用，然而在混凝土浇筑完成后，经常出现很多质量问题，如强度较弱，荷载能力较差，出现断裂、坍落等现象。除此之外，混凝土在凝结过程中还容易出现收缩裂缝，从而形成不规则或贯穿的裂缝。
造成混凝土强度弱和开裂的原因有很多种：一，在混凝土凝结之前，水泥是水硬性材料，具有收缩性，在硬化初期会因为表面失水过快造成收缩而产生裂缝；二，混凝土拌合后会产生一些碱离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境的水而提及增大，造成混凝土膨胀开裂，产生碱骨料反应裂缝；三、混凝土是一种非匀质的多孔材料，其内部具有很多孔隙和毛细管，从而导致外界水分进入混凝土内部，削弱混凝土整体强度导致开裂。
发明内容
为了提高混凝土强度和抗裂性能，本申请提供了一种高强抗裂混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强抗裂混凝土，其采用如下技术方案：
一种高强抗裂混凝土及其制备方法，其由包括如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥28-36份，粉煤灰9-13份、硅灰2.5-4份、河砂29-33份、碎石55-75份、复配减水剂0.2-0.7份、抗裂结晶剂4-15份、单氟磷酸钠7-9份、水25-27份。
通过采用上述技术方案，在高强抗裂混凝土原料中加入了复配减水剂、抗裂结晶剂和单氟磷酸钠。复配减水剂的加入可在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，加入混凝土拌合物后对硅酸盐水泥有分散作用，改善硅酸盐水泥的性能，并改善混凝土拌合物的流动性，减少单位用水量，可减少因混凝土在硬化初期表面失水过快收缩产生的裂缝，起到一定的抗裂作用。抗裂结晶剂的加入，可减少因混凝土内部的孔隙和毛细管引发的裂缝，抗裂结晶剂可渗透至混凝土内部，从而与混凝土中的钙离子产生络合反应，形成易溶于水，不稳定的络合物，络合物随水在混凝土中扩散，会被更稳定的硅酸根、铝酸根等取代，发生结晶、沉淀反应，生成具有一定强度的结晶物质，填充于混凝土中的裂缝和毛细管中，具有一定的防水功能，可防止外界水分通过混凝土的毛细管和孔隙进入混凝土内部，从而在提高混凝土强度的同时，还可降低混凝土的抗裂性能。高强抗裂混凝土原料中添加的单氟磷酸钠能够与河砂和碎石中的钙磷等矿物盐形成含氟矿物盐，增强凝固后混凝土抗酸腐蚀的能力，提高混凝土的整体强度。另外，单氟磷酸钠具有明显的杀菌和抑制微生物生长的作用，从而也有利于防止真菌在该混凝土上生长而造成混凝土的疏松剥离，进一步提高了混凝土的整体强度。
作为优选：其由包括如下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥30-34份、粉煤灰10-12份、硅灰3-3.5、河砂30-32份、碎石60-70份、复配减水剂0.4-0.6份、抗裂结晶剂7-12份、单氟磷酸钠7.5-8.5份、水25.5-26.5份。
作为优选：所述复配减水剂由包括如下重量份的原料配制而成：聚羧酸高效减水剂4-10份、明胶1-5份、木质素磺酸钠0.05-0.1份、葡萄糖酸钠5-9份、水3-13份。
通过采用上述技术方案，复配减水剂原料中添加的聚羧酸高效减水剂含有羧基、羟基、胺基和聚氧烷基等与水亲和力强的极性基团主要通过吸附、分散、湿润、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能；同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，使硅酸盐水泥颗粒之间产生静电排斥作用，可抑制硅酸盐水泥浆体的凝聚倾向，增大水泥颗粒与水的接触面积，从而减少了拌水量。复配减水剂原料中添加的明胶在复配减水剂中作为保护胶体，其包覆在聚羧酸高效减水剂外表层，能够提高聚羧酸高效减水剂的分解热度，可大大提高复配减水剂的减水率。原料中在添加木质素磺酸钠后，混合搅拌会产生气泡，由于气泡具有阻隔作用，使混凝土拌合物中的自由水蒸发路线变的曲折、细小、分散、闭孔，固而改变了毛细管的特征和数量，减少了混凝土的渗水通路。复配减水剂原料中添加的葡萄糖酸钠作为缓凝剂，可提升复配减水剂的减水率，改进复配减水剂的塑料制品性，提升混凝土回弹。
作为优选：所述聚羧酸高效减水剂与明胶的重量份配比为1：(0.1-1)。
作为优选：所述抗裂结晶剂由包括如下重量份的原料配制而成：碳酸氢钾0.5-1.5份、甲基硅酸钠1-3份、柠檬酸钠0.5-2.5份、氢氧化钙1-3份、EDTA四钠0.5-1.5份、甲酸钙0.4-0.6份，水6-13份。
通过采用上述技术方案，抗裂结晶剂中添加的碳酸氢钾作为抗裂结晶剂的缓凝剂，可推迟水泥水化反应，相对延长混凝土的凝结时间，提高复配减水剂的分散性；甲基硅酸钠作为辅助沉淀剂，便于晶体阻塞或切断毛细孔隙，阻断渗水通道，堵塞混凝土内部的毛细管和裂缝；柠檬酸钠作为络合剂，与硅酸盐水泥内部的钙离子发生络合反应，从而产生晶体；甲酸钙作为晶体生长剂，可促进晶体的生长，便于堵塞混凝土内部的毛细管和细小裂缝；氢氧化钙作为钙离子补充剂，补充混凝土中缺失的钙离子；EDTA四钠作为可促进碳酸钙生成，同时还可与硅酸盐水泥中的钙离子形成配位化合物，以堵塞混凝土内部的裂缝和毛细管，减少混凝土裂缝的产生，同时提高混凝土整体强度。
作为优选：所述抗裂结晶剂通过如下方法制备得到：将抗裂结晶剂的各原料加入水中充分搅拌至溶解，混合均匀即得。
作为优选：所述抗裂结晶剂与硅酸盐水泥重量份配比为1：(3-5)。
通过采用上述技术方案，抗裂结晶剂主要和硅酸盐水泥中的钙离子发生络合反应产生晶体络合物，二者重量配比的设定可使产生的晶体络合物与硅酸盐水泥的含量相对应，便于晶体堵塞混凝土中的裂缝和毛细管，减少混凝土开裂，同时提升混凝土的整体性能。
第二方面，本申请提供一种上述任一项高强抗裂混凝土的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：
一种高强抗裂混凝土的制备方法，其包括以下操作步骤：
将硅酸盐水泥、河砂、碎石、粉煤灰、单氟磷酸钠和硅灰混合均匀，研磨过200目筛，得到混合干料；
在混合干料中加入复配减水剂和水，搅拌均匀，得到混合物A；
在混合物A中加入抗裂结晶剂，搅拌均匀，即得高强抗裂混凝土。
通过采用上述技术方案，将硅酸盐水泥、河砂、碎石、粉煤灰、单氟磷酸钠和硅灰混合均匀研磨过200目筛，使混凝土搅拌更加均匀；抗裂结晶剂和复配减水剂先加水溶解在与混凝土其他原料混合，便于抗裂结晶剂和复配减水剂各原料的充分溶解，提高复配减水剂和抗裂结晶剂的减水和抗裂性能，在提高混凝土整体强度的同时避免混凝土开裂。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)本申请的高强抗裂混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和吸水率等指标均优于对比例，其性能较为优良，抗压强度最高可达到89.5MPa，劈裂抗拉强度最高为6MPa，抗折强度高达8.5MPa，具有较高的强度，且其吸水率最低为1.5％，具有较好的抗渗和抗裂性能。
(2)本申请的高强抗裂混凝土具有不止具有提高混凝土强度和抗开裂的功能，还可使高强抗裂混凝土具有较高的防水性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，具体为：硅酸盐水泥选自三河鼎轩领晟商贸有限公司；粉煤灰选自石家庄驰霖矿产品有限公司；硅灰选自石家庄托玛琳矿产品有限公司，粒径为200目；河砂选自石家庄磊泰科技有限公司，粒径70-100目；碎石选自易县万源工贸建材销售有限公司；单氟磷酸钠选自济南汇锦川化工有限公司，有效物质含量为99％；聚羧酸高效减水剂选自济南英出化工科技有限公司，有效物质含量为99％；葡萄糖酸钠选自常州耀圣环保科技有限公司，有效物质含量98％；EDTA四钠选自常州耀圣环保科技有限公司，有效物质含量99％；柠檬酸钠选自常州耀圣环保科技有限公司；甲基硅酸钠选自济南鸿程化工有限公司；氢氧化钙选自辽宁鑫菲钙业有限公司，有效物质含量92％；碳酸氢钾选自武汉吉业升化工有限公司，有效物质含量99％；甲酸钙选自陕西欧标实业有限公司；明胶选自济南汇锦川化工有限公司；木质素磺酸钠选自济南汇锦川商贸有限公司。
以下为本申请中复配减水剂的制备例：
制备例1
本申请中的复配减水剂具体制备操作为：
1、按照表1的掺量，将聚羧酸高效减水剂和明胶加入水中，搅拌使之溶解，得到混合物A；2、在混合物A中加入木质素磺酸钠和葡萄糖酸钠，搅拌均匀，得到复配减水剂。
制备例2-3
制备例2-3的复配减水剂与制备例1的制备方法完全相同，区别在于各原料成分不同，具体详见表1所示。
表1制备例1-3的复配减水剂的各原料掺量(单位：g)
原料
制备例1
制备例2
制备例3
聚羧酸高效减水剂
400
700
1000
明胶
100
200
400
木质素磺酸钠
5
7
10
葡萄糖酸钠
500
700
900
水
300
800
1300
制备例4-6
制备例4-6的复配减水剂与制备例1的制备方法完全相同，区别在于各原料成分不同，具体详见表2所示。
表2制备例4-6的复配减水剂的各原料掺量(单位：g)
以下为本申请中抗裂结晶剂的制备例：
制备例7
本申请中抗裂结晶剂具体制备操作为：
按照表3的掺量，将抗裂结晶剂原料中的碳酸氢钾、甲基硅酸钠、柠檬酸钠、氢氧化钙、EDTA四钠和甲酸钙加入水中充分搅拌至溶解，混合均匀即得。
制备例8-9
制备例8-9的抗裂结晶剂与制备例7的制备方法完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表3所示。
表3制备例7-9的抗裂结晶剂的各原料掺量(单位：g)
原料
制备例7
制备例8
制备例9
碳酸氢钾
50
100
150
甲基硅酸钠
100
200
300
柠檬酸钠
50
150
250
氢氧化钙
100
200
300
EDTA四钠
50
100
150
甲酸钙
40
50
60
水
600
900
1300
实施例1
一种高强抗裂混凝土，其通过如下操作步骤制备得到：
按照表3的掺量，将硅酸盐水泥、河砂、碎石、粉煤灰、单氟磷酸钠和硅灰混合均匀，研磨过200目筛，得到混合干料；
在混合干料中加入相应重量份数的制备例1制备的复配减水剂和水，搅拌均匀，得到混合物A；
在混合物A中加入相应重量份数的制备例7制备的抗裂结晶剂，搅拌均匀，即得高强抗裂混凝土。
实施例2-5
实施例2-5的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表4所示。
表4实施例1-5的高强抗裂混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
硅酸盐水泥
28
30
32
34
36
粉煤灰
9
10
11
12
13
硅灰
2.5
3
3.3
3.5
4
河砂
29
30
31
32
33
碎石
55
60
65
70
75
复配减水剂
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
抗裂结晶剂
4
7
10
12
15
单氟磷酸钠
7
7.5
8
8.5
9
水
25
25.5
26
26.5
27
实施例6-8
实施例6-8的高强抗裂混凝土与实施例3的制备方法和原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表5所示。
表5实施例6-8的高强抗裂混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料
实施例6
实施例7
实施例8
硅酸盐水泥
32
32
32
粉煤灰
11
11
11
硅灰
3.3
3.3
3.3
河砂
31
31
31
碎石
65
65
65
复配减水剂
0.5
0.5
0.5
抗裂结晶剂
10.7
8
6.4
单氟磷酸钠
8
8
8
水
25
26
27
实施例9-13
实施例9-13的高强抗裂混凝土与实施例7的制备方法完全相同，区别在于，复配减水剂分别选用制备例2-6制备的复配减水剂。
实施例14-15
实施例14-15的高强抗裂混凝土与实施例11的制备方法完全相同，区别在于，抗裂结晶剂分别选用制备例8-9制备的抗裂结晶剂。
对比例1
对比例1的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：复配减水剂原料中仅添加聚羧酸高效减水剂，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例2
对比例2的高强抗裂混凝土与实施例1的原料种类及掺量完全相同，区别在于：在制备方法中，将硅酸盐水泥、河砂、碎石、粉煤灰、单氟磷酸钠和硅灰搅拌均匀，未进行研磨，其余制备操作与实施例1相同。
对比例3
对比例3的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高强抗裂混凝土原料中未添加单氟磷酸钠，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例4
对比例4的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：未添加复配减水剂，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例5
对比例5的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：未添加抗裂结晶剂，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例6
对比例6的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将复配减水剂原料中的明胶用等量的水替代，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例7
对比例7的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将复配减水剂原料中的木质素磺酸钠用等量的水替代，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例8
对比例8的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：抗裂结晶剂原料中的甲酸钙用等量的水替代，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例9
对比例9的高强抗裂混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：抗裂结晶剂原料中的碳酸氢钾用等量的水替代，其余原料及掺量与实施例1相同。
性能检测
采用GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》的检测方法及标准，分别对实施例1-15和对比例1-9的高强抗裂混凝土制作标准试块，并进行各标准试块28d时的抗压强度性能测试、劈裂抗拉强度和抗折强度，测试结果见表6所示。
采用DB32/T3696-2019附录F《混凝土吸水率测试方法》的检测方法及标准，分别对实施例1-15和对比例1-9的高强抗裂混凝土制作150mm×150mm×150mm的标准试块，每组3块，钻取直径75mm的混凝土芯样，切除上下表面后制备高度为75mm的圆柱体芯样，通过烘干-冷却称重-浸泡-擦表面水称重，以计算实施例1-15和对比例1-9平均吸水率(％)，测试结果见表6所示。
表6不同高强抗裂混凝土的性能检测结果
由表4的检测结果表明，实施例1-15的高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度以及吸水率均优于对比例1-9的高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度和吸水率。由此看出，本申请的高强抗裂混凝土在有效提高混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的同时，还提高了混凝土防渗透能力。
实施例1-5中，实施例3的高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度分别为79MPa、5MPa和7.5MPa，均高于实施例1-2和实施例4-5的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度；同时实施例3的高强抗裂混凝土的吸水率在3％，均低于实施例1-2和实施例4-5的吸水率。说明实施例3高强抗裂混凝土的原料重量份更为合适。
实施例6-8的高强抗裂混凝土的各项性能均优于实施例1-5的各项性能，且在实施例6-8中，实施例7高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度分别为79.5MPa、5.3MPa和7.8MPa，均高于实施例6和实施例8高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度，实施例7高强抗裂混凝土的吸水率为2.5％，低于实施例6和实施例8高强抗裂混凝土的吸水率，由此看出当高强抗裂混凝土原料中抗裂结晶剂与硅酸盐水泥的重量份配比为1:4时最为合适。
实施例9-13的高强抗裂混凝土的各项性能均优于实施例6-8的各项性能，且在实施例9-13中，实施例12高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度分别为85MPa、5.8MPa和8.3MPa，均高于实施例9-11和实施例13高强抗裂混凝土的抗压性能、劈裂抗拉强度、抗折强度，实施例12高强抗裂混凝土的吸水率为2％，低于实施例9-11和实施例12高强抗裂混凝土的吸水率，由此看出当高强抗裂混凝土原料中聚羧酸高效减水剂与明胶的重量份配比为1:0.5较优。实施例11和实施例14-15中，实施例14的各项性能均优于实施例11和实施例15的各项性能，表明实施例14高强抗裂混凝土中的抗裂结晶剂中的各原料配比最为合适，效果最优。
另外，从对比实施例1-15与对比例1-9的各项指标数据发现，本申请选用添加的复配减水剂和复配减水剂原料中加入的明胶和木质素磺酸钠均明显提高了高强抗裂混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度，强度的提高也相对降低了高强抗裂混凝土的吸水率。且高强抗裂混凝土原料中添加的单氟磷酸钠和碎石也相对提高了高强抗裂混凝土的各性能，抗裂结晶剂原料中选用的碳酸氢钾和甲酸钙在强度和抗裂方面均具有明显效果。从对比例6数据可知，未添加抗裂结晶剂的高强抗裂混凝土吸水率最高，达到16％，明显高于实施例1-15。与对比例1-9对比，实施例1-15的吸水率显著降低，表明本申请添加的抗裂结晶剂在混凝土中起到较优的防渗透和抗开裂的作用。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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