阅读说明：本技术 一种特种混凝土用内养护砂及其制备方法和应用 (Internal curing sand for special concrete and preparation method and application thereof ) 是由 秦鸿根 庞超明 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种特种混凝土用内养护砂及其制备方法和应用,该内养护砂是一种核壳无机球形颗粒,粒径1.0～6.0mm,饱和面干状态的湿堆积密度800～1200kg/m<Sup>3</Sup>,筒压强度＞6.0MPa,吸水率＞20％。本发明的内养护砂采用废弃材料制备,粒径小、强度高、堆积密度大,吸水率高。其在特种混凝土中的掺量为胶凝材料用量的10％～30％,且能改善和易性、减小泌水率、提高可泵性,促进混凝土中水泥的水化,显著减小高强混凝土的自收缩,提高膨胀混凝土的膨胀率,明显提高混凝土的抗裂性,改善中后期强度。本发明特别用于高强和超高强混凝土、膨胀混凝土、清水混凝土和难以养护的特种结构混凝土。(The invention discloses internal curing sand for special concrete and a preparation method and application thereof, wherein the internal curing sand is core-shell inorganic spherical particles with the particle size of 1.0-6.0 mm and the wet bulk density of a saturated surface dry state of 800-1200 kg/m 3 The cylinder pressure strength is more than 6.0MPa, and the water absorption is more than 20 percent. The internal curing sand is prepared from waste materials, and has the advantages of small particle size, high strength, large stacking density and high water absorption rate. The addition amount of the high-strength concrete admixture in special concrete is 10-30% of the dosage of the cementing material, and the high-strength concrete admixture can improve workability, reduce bleeding rate, improve pumpability, promote hydration of cement in concrete, obviously reduce self-shrinkage of high-strength concrete, improve expansion rate of expanded concrete, obviously improve crack resistance of concrete and improve middle and later stage strength. The invention is especially used for high-strength and ultra-high-strength concrete, expansive concrete, fair-faced concrete and special structural concrete which is difficult to maintain.)

一种特种混凝土用内养护砂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种特种混凝土用内养护砂及其制备方法和应用。

背景技术

随着建筑业的发展，我国的高层建筑、大型桥梁和大型预制构件越来越多，为了适应建筑要求，高强与超高性能混凝土、膨胀与自应力混凝土、高强自密实清水混凝土等特种混凝土应用也越来越多。

高强与超高强混凝土水胶比小，胶凝材料不能充分水化，混凝土自收缩随着水胶比的减小而增大，甚至高达总收缩量的50％以上，容易引起混凝土收缩裂缝，影响混凝土的耐久性，同时还会减小混凝土中后期强度增长。

膨胀与自应力混凝土近年来的应用也不断增多，其混凝土中需掺入不同掺量的混凝土膨胀剂，膨胀剂的水化使得混凝土产生所需要的膨胀率，但膨胀剂的水化需要较多的水分，对中高强混凝土配比中的水经常不能满足膨胀剂的水化需要，因此部分膨胀剂不能充分水化，造成混凝土膨胀率低，且还会引起膨胀剂的延迟反应，如果这种后期膨胀率过大，对混凝土的内部结构造成破坏，严重影响混凝土的长期耐久性。

对清水混凝土或自密实清水混凝土，采用泵送施工，需要流动性较大，因此混凝土中用水量也相对较高，成型后的混凝土，即使辅助振捣也会有泌水泌浆现象，造成混凝土表面的气孔和麻面，影响清水效果。

目前还没有关于内养护砂的专利技术产品的相关报道，有关文献指出过用陶砂或其他吸水渣做养护剂的，但其性能和作用效果均不甚理想。陶砂干堆积密度低于600kg/m³，吸水率一般小于15％，多数在8％～10％，而陶砂一般掺量较大，且由于吸水后的密度轻，在混凝土中分布不均、容易上浮，不能泵送，虽然能减少混凝土自收缩，但效果相对较差，还会降低混凝土强度。其它应用于固体养护剂的还有空心微珠、膨胀珍珠岩、碱渣、红砖粉等，这些总体上综合性能比陶砂还差。近年来，高吸水树脂(SAP)内养护剂研究和应用较多，这种有机内养护剂吸水率大，内养护和减少自收缩效果好，但其密度小，对大流动性混凝土容易产生上浮现象，且失水后形成的孔隙对对混凝土早期强度和后期强度均有不利影响，且成本高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种特种混凝土用内养护砂及其制备方法和应用，不仅可用于高强混凝土与超高性能混凝土、膨胀混凝土与自应力混凝土、清水混凝土，还可用于难以养护的特种混凝土结构，使之具有良好内养护效果。这种内养护砂粒径小、堆积密度大，强度高、吸水率大，在混凝土中分布均匀，用于上述特种混凝土具有良好的内养护、减小自收缩和干燥收缩、增大膨胀混凝土膨胀率，改善抗裂性的功能，解决了普通养护方法不能解决的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种特种混凝土用内养护砂，所述内养护砂为无机球形颗粒，其粒径为1.0～6.0mm，饱和面干状态的湿堆积密度为800～1200kg/m³，筒压强度＞6.0MPa，吸水率＞20％；所述内养护砂由固体高吸水轻质内核和高强水泥基材料的缓释壳层组成，其原料的重量配合比为：饱和面干状态的废弃吸水颗粒35％，水泥基材料45％，水20％。

优选地，所述废弃吸水颗粒为破碎至0.5～3mm的工业废弃尾粒，其吸水率≥30％；所述工业废弃尾粒包括蒸压轻质加气混凝土(ALC)破碎颗粒、电厂炉底渣、水泥发泡板破碎颗粒。

一种特种混凝土用内养护砂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)将吸水内核材料进行饱水；

步骤2)将用于壳层水泥基材料从前端第一个下料口放入卧式多功能搅拌机或粒料表面处理机中，从前端第二个下料口放入步骤1)得到的已吸满水的内核材料，并在多功能搅拌机或粒料表面处理机中，每隔1.2～1.5m设置水雾喷洒装置，各组份准确计量，进行裹壳和密实处理，通过选择机器长度，控制壳层厚度，从而控制产品粒径为1.0～6.0mm，即为内养护砂；

步骤3)将成型好的内养护砂进行保温保湿养护，使之产生强度，即制得所述特种混凝土用内养护砂。

一种特种混凝土用内养护砂在制备特种混凝土方面的应用。

优选地，所述特种混凝土包括强度等级≥C50的高强混凝土、掺膨胀剂的微膨胀和自应力混凝土、清水混凝土、大流动性自密实混凝土、难以养护且抗裂性要求较高的特殊结构混凝土。

优选地，在制备强度等级≥C50的高强混凝土或掺膨胀剂的微膨胀和自应力混凝土时，根据设计要求，按胶凝材料用量的10％～20％计算内养护砂掺量，并制备成饱和面干状态，掺入混凝土拌合料中，按常规方法搅拌和浇筑混凝土，即可实现促进胶凝组分的水化，显著减小高强混凝土的自收缩和干燥收缩、提高膨胀混凝土的膨胀率，改善中后期强度。

优选地，在制备清水混凝土或大流动性自密实混凝土时，根据设计要求，按每方混凝土中内养护砂体积用量0.1～0.2m³计算内养护砂掺量，采用自然干燥状态的内养护砂，掺入混凝土拌合料中，按常规方法搅拌和浇筑混凝土，即可实现改善和易性，提高可泵性，减少泌水率，改善混凝土表面质量。

优选地，在制备难以养护且抗裂性要求较高的特殊结构混凝土时，根据设计要求，按胶凝材料用量的15％～30％计算内养护砂掺量，并制备成饱和面干状态，掺入混凝土拌合料中，按常规方法搅拌和浇筑混凝土，即可实现低泵送时的压力泌水率，提高流动性，提供胶凝材料水化所需水分，显著减小混凝土的自收缩，明显提高混凝土的抗裂性，不降低中后期强度。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的特种混凝土用内养护砂，粒径适中、强度高、吸水后的堆积密度大，吸水率高。其饱和面干状态的湿堆积密度800～1200kg/m³，筒压强度＞6MPa，吸水率＞20％，在混凝土中所需掺量相对较低、分布均匀、内养护效果好。用本发明的内养护砂配制的高强混凝土和膨胀混凝土自收缩小，抗裂性好，早期强度不降低，后期强度有所提高；膨胀混凝土的限制膨胀率明显提高。

2、在高强与超高强混凝土加入内养护砂(饱水)可以促进胶凝材料的水化，显著降低自收缩率，提高抗裂性，并有利于中后期强度的发展，这就是内养护砂的减缩和改善抗裂性的作用。在膨胀与自应力混凝土中掺入适量的内养护砂(饱水)，可缓慢释放部分水分，有效地促进膨胀剂的水化，明显提高混凝土的膨胀率，提高抗裂性，并有利于中后期强度的发展，这就是内养护砂的协同膨胀作用。在清水混凝土或自密实清水混凝土中加入适量内养护砂(自然干燥)，能有效改善混凝土的和易性和可泵性，密实成型时，会吸取大流动性混凝土中部分游离水，减少振捣时表面泌水和气泡，提高混凝土的清水效果，后期水分的缓释同样可以降低自收缩率，提高抗裂性，促进中后期强度的发展。内养护砂均匀地分散在整个混凝土当中，起到了内部蓄水池的作用。一旦水泥水化过程中出现水分不足的情况时，内养护砂中的水分会依靠毛细管吸力传送至水泥浆体，并且通过水蒸汽扩散到四周，经过毛细冷凝作用变为水，继续支持着胶凝材料的的水化作用，新的水化产物填充混凝土中的孔隙和由于干燥作用产生的微裂缝，使混凝土对养护缺陷不再敏感，硬化水泥浆体结构更加密实，微裂缝更少。由于该方法依靠内养护砂的蓄水对混凝土内部进行养护，再辅以有效的密封保湿的覆盖或喷洒内养护砂，可形成有效的自养护效果，而取代反复的洒水养护，可节约水资源和人力资源，降低成本。本发明还可应用于很多竖向结构的混凝土如桥梁墩柱、索塔、现浇墙板、大型预制构件等难以养护的特种结构混凝土。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种特种混凝土用内养护砂，该内养护砂是一种免烧的无机球形颗粒，由固体高吸水轻质内核和高强水泥基材料的缓释壳层组成。将固体高吸水轻质内核放于转动的多功能搅拌机或粒料表面处理机中，均匀的加入水泥基材料并喷洒水雾，进行裹壳和密实处理，粒径范围为1.0～6.0mm，并经养护产生强度。

在特种混凝土配制时，根据实际要求，按胶凝材料用量计算内养护砂用量，并制备饱和面擀状态，掺入混凝土拌合料中，按常规方法搅拌和浇筑混凝土。由于该方法依靠内养护砂的蓄水对混凝土内部进行养护，再辅以有效的密封保湿的覆盖或喷洒内养护砂，可形成有效的自养护效果，而取代反复的洒水养护，可节约水资源和人力资源，降低成本。

实施例1

一种特种混凝土用内养护砂的制备方法，具体如下：

(1)特种混凝土用内养护砂的原料重量配合比如下：破碎至0.5～3mm的饱和面干状态的废弃ALC尾粒35％，水泥基材料45％，水20％。

(2)先将ALC碎粒进行饱水，再将水泥基材料从前端第一个下料口放入卧式多功能搅拌机中，从前端第二个下料口放入已吸满水的ALC碎粒，并在多功能搅拌机中，每隔1.5m设置水雾喷洒装置，各组份准确计量，进行裹壳和密实处理，控制搅拌机长度为8～10m，使产品粒径为1.0～5.0mm，即为内养护砂。

(3)将成型好的内养护砂进行保温保湿养护，使之产生强度，即制得所述特种混凝土用内养护砂。制得的内养护砂，湿堆积密度为1100kg/m³，干筒压强度为9.5MPa，具有高吸水性，吸水率为35％。

实施例2

一种特种混凝土用内养护砂的制备方法，具体如下：

(1)特种混凝土用内养护砂的原料重量配合比如下：破碎至1～3mm的饱和面干状态的发泡板尾粒35％，水泥基材料45％，水20％。

(2)先将发泡板尾粒进行饱水，将水泥基材料从前端第一个下料口放入粒料表面处理机中，从前端第二个下料口放入吸水发泡板尾粒，在粒料表面处理机中，每隔1.2m设置水雾喷洒装置，各组份准确计量，进行裹壳和密实处理，控制处理机长度为8～10m，使产品粒径为2.0～6.0mm，即为内养护砂。

(3)将成型好的内养护砂进行保温保湿养护，使之产生强度，即制得所述特种混凝土用内养护砂。制得的内养护砂，湿堆积密度为850kg/m³，筒压强度为8.0MPa，具有高吸水性，吸水率为45％。

实施例3

将实施例1制得的高吸水内养护砂应用于制备强度等级C80的高强混凝土，具体如下：

(1)强度等级C80高强混凝土的配合比：水泥438kg，I级粉煤灰72kg，S95矿渣粉90kg，中砂600kg，石子1050kg，饱和面干的内养护砂(实施例1制得，下同)72kg，PCA减水剂7.2kg，水140kg。

(2)按常规的方法称量配料、搅拌和养护，同时制作一组同配比、不掺内养护砂(中砂用量为700kg)的对比组混凝土，测试其高强混凝土的性能。

(3)按前述工艺制备得到的高强混凝土，其工作性能均满足设计的泵送施工要求，3天抗压强度为55MPa，与对比组相近，7天抗压强度为64.2MPa，比对比组高5.6％，28天抗压强度为92MPa，比对比组高7.5％，混凝土抗压弹性模量为45GPa，与对比组相近，28天自收缩率为120×10^-6，比对比组减小65％。

实施例4

将实施例2制得的高吸水内养护砂应用于制备强度等级C50的微膨胀混凝土，具体如下：

(1)强度等级C50微膨胀混凝土的配合比：水泥390kg，I级粉煤灰60kg，高效膨胀剂50kg，中砂735kg，石子946kg，饱和面干的内养护砂84kg，PCA减水剂4.1kg，水160kg。

(2)按常规的方法称量配料、搅拌和养护，同时制作一组同配比、不掺内养护砂(中砂用量为855kg)的对比组混凝土，测试其高强混凝土的性能。

(3)按前述工艺制备得到的微膨胀混凝土，其工作性能均满足设计的泵送施工要求，3天抗压强度为41MPa，与对比组相近，7天抗压强度为50.2MPa，比对比组高3.5％，28天抗压强度为63.2MPa，比对比组高5.4％。水中14天限制膨胀率为210×10^-6，比对比组增大45.8％，水中14天+空气中28天限制收缩率为110×10^-6，比对比组小1.55倍。

实施例5

将实施例2制得的高吸水内养护砂应用于制备强度等级C60的自密实清水混凝土，具体如下：

(1)强度等级C60自密实清水混凝土的配合比：水泥318kg，I级粉煤灰106kg，S95矿渣粉106kg，中砂768kg，碎石890kg，内养护砂(自干状态)53kg，PCA减水剂5.3kg，水170kg。

(2)按常规的方法称量配料，其内养护砂为自然干燥状态，同时制作一组同配比、不掺内养护砂(中砂用量为821kg)的对比组混凝土，按常规自密实混凝土成型方法进行搅拌和养护，测试其混凝土的性能。

(3)按前述工艺制备得到的C60自密实清水混凝土，和易性、可泵性和力学性能均满足设计和施工要求，混凝土和易性得到改善，无泌水和离析现象，外观质量达到清水混凝土指标要求，明显优于对比混凝土。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。