一种便于施工的快硬早强混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及建筑材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种便于施工的快硬早强混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性强和使用寿命长等优点，所以被广泛用于高速公路、国道和地方公路等。但是随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展，交通量的迅速增长或公路老旧等种种原因，致使路面的损坏也日趋严重。路面一旦损坏，为减少对交通的影响，需要快速修复路面，恢复通车，然而修复工作并不容易。
3.在混凝土路面被局部损坏而养护维修工程中，现行的方法主要有预制拼装技术和采用特种材料修复，所述特种材料为特种水泥和/或特制外加剂。特种材料修复中，最普遍的是采用特种水泥修复，目前用于水泥混凝土路面修补的特种水泥主要有快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、快硬硫铝酸盐水泥和磷酸镁水泥。采用特种水泥虽然能在能在达到路面的设计强度要求，恢复通车，但是，发明人发现特种水泥或多或少都存在着一些缺陷：快硬硅酸盐水泥干缩大,新老混凝土粘结差；高铝水泥的水化产物在高温下不稳定,易发生晶型转变；磷酸镁水泥的研究还不深入，生产和应用均很有限；硫铝酸盐水泥的凝结时间不易调控，实际生产、运输后的工作性无法保证。
4.所以，为了在维修路面时尽可能将影响降到最小，须在最短的时间内完成道路的维修工作，同时保证施工质量必须达到通车要求。


技术实现要素：

5.本技术提供一种便于施工的快硬早强混凝土及其制备方法，本技术的混凝土具有硬化速度快、早期强度高且施工性好的优点。
6.第一方面，本技术提供一种便于施工的快硬早强混凝土，采用如下的技术方案：一种便于施工的快硬早强混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥17.0
‑
19.0份、碎石31.93
‑
49.25份、砂25
‑
29份、粉煤灰1.3
‑
2.0份、硅灰1.3
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2.0份、快硬早强剂5.0
‑
6.7份、硼酸0.05
‑
0.07份、外加剂0.6
‑
1.3份和水6.5
‑
8.0份；所述快硬早强剂的主要成分包括非晶质铝酸钙和硫酸钙；所述外加剂包括聚羧酸减水母液、聚羧酸保坍母液、缓凝剂、纤维素醚、引气剂、消泡剂和水。
7.非晶质铝酸钙、硫酸钙和水相互配合，能快速反应生成钙矾石，再配合以水泥，混凝土的初凝可在10min以内完成；但是，现有的混凝土一般不会现配现用，而是在搅拌站内混合好后通过搅拌车运输至施工现场，所以，在配方中添加硼酸和由包含聚羧酸减水母液、聚羧酸保坍母液、缓凝剂、纤维素醚、引气剂、消泡剂和水制成的外加剂，可在不损害混凝土早期强度的前提下，将混凝土的初凝时间控制在1h左右。本技术中，各组分相互配合，可制得具有良好的早强性能，同时能满足混凝土1h的施工性的混凝土，本技术混凝土的抗压强
度在4h能达到30mpa以上。使用本技术的混凝土，能在最短时间内完成路面修补且施工质量达到通车要求。
8.优选的，所述快硬早强剂中的主要成分为非晶质铝酸钙和硫酸钙，所述非晶质铝酸钙和硫酸钙的重量比为(7.5
‑
8.5)：(1.5
‑
2.5)。
9.通过采用上述技术方案，非晶质铝酸钙和硫酸钙相互配合，可使得混凝土在较短时间能快速硬化且硬化后的强度高，4h抗压强度可达到30mpa以上。
10.在另一个实施方案中，所述快硬早强剂还包括三乙醇胺，所述非晶质铝酸钙和硫酸钙的重量之和与三乙醇胺的重量比为1：(0.15
‑
0.2)。
11.通过采用上述技术方案，三乙醇胺、非晶质铝酸钙和硫酸钙复配，可得到快速硬化且早期强度较高的混凝土，与此同时，能改善混凝土的和易性。
12.优选的，以外加剂总量计，所述外加剂由以下重量份的原料制成：聚羧酸减水母液120
‑
160份、聚羧酸保坍母液100
‑
140份、缓凝剂200
‑
300份、纤维素醚0.2
‑
0.5份、引气剂0.5
‑
1.5份、亚硝酸钠5
‑
10份、消泡剂0.2
‑
0.4份和水730
‑
740份。
13.通过采用上述技术方案，由上述组分复配而成的外加剂应用到混凝土中，可改善混凝土的和易性，延长混凝土的初凝时间，且能增强混凝土的早期强度和后期强度。
14.外加剂中，亚硝酸钠主要功能为阻锈剂，同时，也具有一定的早强剂作用。使用本技术的外加剂，可减少混凝土对钢筋的腐蚀。
15.优选的，在所述外加剂中，聚羧酸减水母液与聚羧酸保坍母液的固含量之和为9.0％
‑
10.5％。进一步优选，所述聚羧酸减水母液与所述聚羧酸保坍母液的重量比为(12
‑
16)：(10
‑
14)。
16.优选的，所述聚羧酸减水母液的固含量为40％，所述聚羧酸减水母液主要成分选自聚羧酸高效减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂和超支化改性聚羧酸系减水剂中的一种或多种；进一步优选，所述聚羧酸减水母液的主要成分为聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂。更优选地，所述聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂按质量比为(1
‑
1.5)：1的比例复配。
17.优选的，所述聚羧酸保坍母液的固含量为50％，所述聚羧酸保坍母液的主要成分为聚羧酸保坍剂。
18.主要成分为聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂配制成固含量为40％的聚羧酸减水母液的减水率高。主要成分为聚羧酸保坍剂配成的固含量为50％的聚羧酸保坍母液可减少混凝土的坍落度。二者的相容性很好，与混凝土其他组分的相容性也很好，相互配合，可制得粘聚性好，不离析、不泌水、便于泵送施工的混凝土。此外，聚羧酸减水母液、聚羧酸保坍母液与粉煤灰、硅灰相互配合，能增强混凝土的强度：早期强度可提高35％
‑
50％，28天强度可提高10％
‑
15％。且混凝土的早期坍落度损失很小，几乎可忽略不计。
19.本技术中，聚羧酸减水母液与聚羧酸保坍母液的固含量之和等于聚羧酸减水母液占外加剂的重量比乘以聚羧酸减水母液的固含量加上聚羧酸保坍母液占外加剂的重量比乘以聚羧酸保坍母液的固含量。
20.优选的，所述缓凝剂选自白糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸和柠檬酸钠中的至少一种；进一步优选，所述缓凝剂为白糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸和柠檬酸钠；按重量比，白糖和葡萄糖酸钠的重量之和与柠檬酸和柠檬酸钠的重量之和的比值为(0.8
‑
2)：5。
21.由白糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸和柠檬酸钠复配的缓凝剂与硼酸相互配合，可将混凝土的初凝时间控制在50
‑
70min,与此同时，不会损害混凝体的塑性，也不会造成收缩影响。
22.优选的，所述引气剂为烷基酚环氧乙烷缩聚物引气剂。
23.所述消泡剂为聚醚改性硅消泡剂和有机硅消泡剂中的至少一种。
24.所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。
25.所述水泥为po42.5r普通硅酸盐水泥；粉煤灰为ⅱ级粉煤灰；碎石为粒径5
‑
25mm的连续级配碎石；砂为连续级配中砂。
26.第二方面，本技术提供一种便于施工的快硬早强混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种如上所述的便于施工的快硬早强混凝土的制备方法，包括如下步骤：按配方比例，将水泥、碎石、砂、粉煤灰、硅灰、快硬早强剂、硼酸和外加剂混合均匀，随后加入水，混合均匀，即可制得快硬早强混凝土。
27.优选的，所述外加剂的制备包括如下步骤：按外加剂配方，将纤维素醚、缓凝剂和亚硝酸钠混合均匀，得到混合物；在搅拌下，将混合物加入45％
‑
50％的水中，搅拌均匀；随后依次加入聚羧酸减水母液、聚羧酸保坍母液、引气剂、消泡剂和剩余50％
‑
55％的水。
28.首先，将纤维素醚、缓凝剂和亚硝酸钠在混合均匀，相对于单独在水中添加纤维素醚更加容易分散和溶解，随后，在搅拌下将三者的混合物加入40％
‑
50％水中，有利于三者快速分散；最后依次加入聚羧酸减水母液、聚羧酸保坍母液、引气剂、消泡剂和剩余50％
‑
55％的水，可制得均质且稳定的外加剂。本技术制得的外加剂可改善混凝土的基本性能。
29.综上所述，本技术具有以下有益效果：本技术中，各组分相互配合，制得的混凝土在1h内施工性好，与此同时，抗压强度在4h能达到30mpa以上，使用本技术的混凝土，能在最短时间内完成路面修补且施工质量达到通车要求。
具体实施方式
30.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
31.表1原料来源表原料来源和/或型号聚羧酸高效减水母液四川省永坚新型建筑材料有限责任公司聚醚型聚羧酸减水母液河北圣成隆化工有限公司超支化改性聚羧酸系减水剂山东腾维新型建材有限公司聚羧酸系保坍剂北京中安远大科技发展有限公司烷基酚环氧乙烷缩聚物引气剂引气剂新沂景尚建材有限公司聚醚改性硅消泡剂济南国邦化工有限公司gb
‑
120有机硅消泡剂济南国邦化工有限公司gb
‑
122水泥为po42.5r普通硅酸盐水泥；
粉煤灰为ⅱ级粉煤灰；碎石为粒径5
‑
25mm的连续级配碎石；砂为连续级配中砂。
32.制备例制备例1外加剂的制备如下：将0.005kg羟丙基甲基纤维素醚、4kg葡萄糖酸钠和0.1kg亚硝酸钠在混料系统内混合均匀，得到混合物；随后在搅拌系统内加入7.3kg水，在搅拌下，将混合物加入搅拌系统中，搅拌均匀；随后依次加入3.2kg聚羧酸减水母液、2.5kg聚羧酸保坍母液、0.01kg烷基酚环氧乙烷缩聚物引气剂、0.005kg聚醚改性硅消泡剂和7.3kg水，搅拌均匀，即可制得外加剂1。
33.其中，聚羧酸减水母液的主要成分为超支化改性聚羧酸系减水剂，且固含量为40％，聚羧酸保坍母液的主要成分为聚羧酸保坍剂且固含量为50％；在外加剂中，聚羧酸减水母液与聚羧酸保坍母液的固含量之和为9.95％。
34.制备例2
‑
4制备例2
‑
4与制备例1的区别仅在于：聚羧酸减水母液的主要成分及用量不同，具体的：制备例2中，聚羧酸减水母液由重量比为1:1聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂配制而成。
35.制备例3中，聚羧酸减水母液由重量比为1.5:1聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂配制而成。
36.制备例4中，聚羧酸减水母液由重量比为2:1聚羧酸高效减水剂和聚醚型聚羧酸减水剂配制而成。
37.制备例5
‑
6制备例5
‑
6与制备例3的区别仅在于：聚羧酸减水母液和聚羧酸保坍母液的用量不同，具体的：制备例5中，聚羧酸减水母液为3.5kg，聚羧酸保坍母液为2.2kg；此时，在外加剂中，聚羧酸减水母液与聚羧酸保坍母液的固含量之和为9.83％。
38.制备例6中，聚羧酸减水母液为1.4kg，聚羧酸保坍母液为4.3kg；此时，在外加剂中，聚羧酸减水母液与聚羧酸保坍母液的固含量之和为10.66％。
39.制备例7
‑
8制备例7
‑
8与制备例5的区别仅在于：缓凝剂组分和用量不同，具体如下表2所示。
40.表2实施例
41.实施例1一种便于施工的快硬早强混凝土的制备方法如下：
将18kg水泥、37.16kg碎石、27kg砂、1.4kg粉煤灰、1.4kg硅灰、6.4kg快硬早强剂(3.2kg非晶质铝酸钙和3.2kg硫酸钙)、0.06kg硼酸和1.08kg外加剂1(由制备例1制得)混合均匀，随后加入7.5kg水，混合均匀，即可制得混凝土。
42.实施例2一种便于施工的快硬早强混凝土的制备方法如下：将17kg水泥、40.444kg碎石、26kg砂、1.3kg粉煤灰、1.3kg硅灰、5.8kg快硬早强剂(2.9kg非晶质铝酸钙和2.9kg硫酸钙)、0.056kg硼酸和1.2kg外加剂1(由制备例1制得)混合均匀，随后加入6.9kg水，混合均匀，即可制得混凝土。
43.实施例3一种便于施工的快硬早强混凝土的制备方法如下：将16kg水泥、42.447kg碎石、26kg砂、1.2kg粉煤灰、1.2kg硅灰、5.5kg快硬早强剂(2.75kg非晶质铝酸钙和2.75kg硫酸钙)、0.053kg硼酸和1.1kg外加剂1(由制备例1制得)混合均匀，随后加入6.5kg水，混合均匀，即可制得混凝土。
44.实施例4
‑
8实施例4
‑
8与实施例1的区别仅在于：快硬早强剂中组分和/或用量不同，实施例4
‑
8中的快硬早强剂的具体配比如下表3所示。
45.表3实施例4
‑
8中的快硬早强剂的具体配比表实施例9
‑
15实施例9
‑
15与实施例4的区别仅在于：选择不同制备例制得的外加剂，实施例9
‑
15中外加剂的具体选择如下表4所示。
46.表4实施例9
‑
15外加剂的选用表实施例外加剂实施例9制备例2制得的外加剂2实施例10制备例3制得的外加剂3实施例11制备例4制得的外加剂4实施例12制备例5制得的外加剂5实施例13制备例6制得的外加剂6实施例14制备例7制得的外加剂7实施例15制备例8制得的外加剂8对比例对比例1对比例1与实施例1的区别仅在于：对比例1中，用白糖代替硼酸。
47.对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于：对比例2中，不添加硼酸。
48.对比例3对比例3与实施例1的区别仅在于：对比例3中，硼酸为0.14kg。
49.对比例4对比例4与实施例14的区别仅在于：对比例4中，快硬早强剂为非晶质铝酸钙。
50.对比例5对比例5与实施例14的区别仅在于：对比例5中，在外加剂中不使用缓凝剂。
51.性能检测试验按照标准gb/t 50080
‑
2016《普通混凝土拌合物性能检测方法标准》检测实施例1
‑
15和对比例1
‑
5制得混凝土的初始坍落度和扩展度，混凝土初始坍落度和初始扩展度检测完后，将混凝土试样静置1小时，检测混凝1小时的坍落度和扩展度，检测结果见下表5。
52.按照标准gb/t 50081
‑
2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测实施例1
‑
15和对比例1
‑
5制得混凝土试样的抗压强度和抗折强度，分别检测混凝土试件4小时抗压强度、抗折强度和28天抗压强度、抗折强度，检测结果见下表5。
53.检测抗压强度的试件规格100
×
100
×
100mm；检测抗折强度的试件规格100
×
100
×
400mm。
54.表5检测数据表表5检测数据表结合实施例1和对比例1
‑
3并结合表5，可以看出，用白糖替代硼酸，混凝土1h已凝结；不添加硼酸时，仅仅依靠外加剂中的缓凝成分，无法使混凝土1h具有流动性；硼酸掺量较高时，其缓凝作用增强，可保证混凝土1h良好的流动性，但同时也会导致混凝土4h抗折强度和抗压强度大幅度降低；也就是说，本技术的硼酸与外加剂相互配合，可极大的改善混凝
土的和易性，延长混凝土的凝结时间，即硼酸与外加剂相互配合可减缓胶凝材料的水化，极大改善混凝土的1h和易性，延长了混凝土的凝结时间，保证了混凝土1h的施工性能。
55.结合实施例14和对比例4，并结合表5，可以看出，快硬早强剂仅非晶质铝酸钙时，混凝土的损失较小，4h抗折强度和抗压强度较小。
56.结合实施例14和对比例5，并结合表5，可以看出，外加剂中不使用缓凝剂时，混凝土的1h和易性损失较大，可见外加剂中的缓凝剂可以和硼酸共同作用，保证混凝土1h和易性。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。