一种新型低水化热的水泥基复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种新型低水化热的水泥基复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代建筑工程的不断发展，大体积混凝土因使用方便和易于施工等优势，已经被广泛应用到土木工程领域的大规模建筑、超高层建筑以及一些大跨度桥梁工程中。混凝土中的主要成分水泥的水化反应是放热的，而混凝土自身较低的热传导往往会导致混凝土结构内外出现特别大的温度梯度，导致混凝土本身出现大量的温度裂缝。当前，解决该问题的方法主要有两种，一种是使用低热水泥作为原材料，以有效降低水化反应产生的热量，但因材质的自身特性，会造成混凝土强度损失；另一种是在混凝土内部加入一些散热装置和材料，以建立多条有效的散热通道，但这种方式受实际工程条件的限制，往往难以实现。


技术实现要素：

3.为克服上述缺点，本发明的目的之一在于提供一种新型低水化热的水泥基复合材料，能有效解决大体积混凝土因水化反应放热严重造成的温度裂缝的问题。
4.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种新型低水化热的水泥基复合材料，按重量份计，包括硅酸盐水泥160
‑
200份、水60
‑
100份、硅质细砂450
‑
600份、生物质组合酸0.25
‑
0.6份、硅质矿物外加剂20
‑
40份、聚羧酸减水剂1
‑
2份、硅铝质矿物掺合料16
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30份、有机缓凝剂0.08
‑
0.4份。其中，所述生物质组合酸由塔拉单宁、五倍子单宁复合而成。
5.进一步来说，所述塔拉单宁、五倍子单宁的重量比为1:2.4
‑
3.6。
6.丹宁主要存在于多种树木(如橡树和漆树)的树皮和果实中，五倍子单宁属于没食子单宁，在医药，冶金，合成纤维印染固色，石油钻井，金属防锈蚀等方面广泛运用供不应求，所以五倍子单宁的价格很高。塔拉单宁也属于没食子单宁，主要存在于塔拉果荚，塔拉粉的单宁含量在50％左右。塔拉树生命力强，没有五倍子对生长条件要求高，产量大，塔拉与五倍子有相似的结构，作用基团一致，价格相对低廉。
7.进一步来说，按重量份计，包括水泥180份、水80份、硅质细砂540份、生物质组合酸0.45份、硅质矿物外加剂30份、聚羧酸减水剂1.5份、硅铝质矿物掺合料22份、有机缓凝剂0.2份。
8.进一步来说，所述硅质细砂为70
‑
140目、细度模量为2.6
‑
2.8的河砂。
9.进一步来说，所述硅质矿物外加剂为二氧化硅含量不小于90％、比表面积不小于16000m2/kg的超细硅粉。
10.进一步来说，所述硅铝质矿物掺合料为二氧化硅含量不小于60％、比表面积不小于500m2/kg的粉煤灰。
11.进一步来说，所述有机缓凝剂为具有羟基或羧基的酸及其衍生盐。
12.进一步来说，所述有机缓凝剂为柠檬酸、水杨酸、葡萄糖酸、酒石酸及其它们的钠盐、钾盐、镁盐中的一种。
13.本发明的目的之二在于提供一种新型低水化热的水泥基复合材料的制备方法，操作简单，能提高水泥基复合材料的强度和长期稳定性。
14.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之二是：一种新型低水化热的水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按重量份分别称取水泥、水、硅质细砂、生物质组合酸、硅质矿物外加剂、聚羧酸减水剂、硅铝质矿物掺合料、有机缓凝剂，并放置好备用；(2)将步骤(1)中称取的水泥、硅质细砂、硅质矿物外加剂、生物质组合酸和硅铝质矿物掺合料加入到搅拌机中干搅一段时间后；(3)依次加入水、聚羧酸减水剂，在搅拌状态下，缓慢加入有机缓凝剂，得到水泥基复合材料拌合物；(4)将水泥基复合材料拌合物灌入模具中，灌满后抹平并用保鲜膜覆盖，经养护后拆模，即制得新型低水化热的水泥基复合材料。
15.本发明的有益效果在于：
16.1、本发明通过在配方中添加由塔拉单宁、五倍子单宁复配而成的生物质组合酸，实现了良好的水化热抑制效果；该生物质组合酸利用单宁酸分子具有的大量酚羟基能够提供很多位点，易于水泥中的钙离子螯合，吸附在铝酸三钙(c3a)的表面，阻碍钙矾石的形成，进而降低水泥产生的水化热并延长放热时间；此外，该生物质组合酸与水泥反应能形成较为细小而规整的结晶体，从而有助于填充混凝土内部的空隙并抑制裂缝的生成，使得混凝土的密实性得到改善，进而大幅提升混凝土的力学性能和使用寿命；再配合有机缓凝剂的使用，以延缓水泥水化速率，降低水泥水化放热速度，同时改善混凝土结构的稳定性，延长混凝土在较高温度下的可塑性，提高混凝土强度；
17.2、本发明使用的硅质矿物掺和料为工业废料，环保节能，能解决工业废料无法得到有效利用的问题，而且在保证力学性能的前提下，节约了本发明的水泥基复合材料制备成本；此外，生物质组合酸和有机缓凝剂均为绿色无害的物质，进一步提高本发明的水泥基复合材料的环保性能；
18.3、本发明的制作方法操作简单，实用性高；在搅拌时分两次进行，第一次是将水泥、硅质细砂、硅质矿物外加剂、生物质组合酸和硅铝质矿物掺合料进行干搅，使前期水泥基材料中的干料框架先混匀，以确保再加入其他原料后流动顺畅；第二次是将依次加入水、聚羧酸减水剂，并在搅拌状态下，缓慢加入有机缓凝剂，使其与第一次搅拌制得的干料框架均匀混合反应，确保整个搅拌过程中浆体的流动性和均匀性，以提高最终的水泥基复合材料的强度和长期稳定性。
具体实施方式
19.下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
20.本发明的一种新型低水化热的水泥基复合材料，按重量份计，包括硅酸盐水泥160
‑
200份、水60
‑
100份、硅质细砂450
‑
600份、生物质组合酸0.25
‑
0.6份、硅质矿物外加剂20
‑
40份、聚羧酸减水剂1
‑
2份、硅铝质矿物掺合料16
‑
30份、有机缓凝剂0.08
‑
0.4份。其中，所述生物质组合酸由重量比为1:2.4
‑
3.6的塔拉单宁、五倍子单宁复合而成。
21.所述硅质细砂为70
‑
140目、细度模量为2.6
‑
2.8的河砂。所述硅质矿物外加剂为二
氧化硅含量不小于90％、比表面积不小于16000m2/kg的超细硅粉。所述硅铝质矿物掺合料为二氧化硅含量不小于60％、比表面积不小于500m2/kg的粉煤灰。所述有机缓凝剂为具有羟基或羧基的酸及其衍生盐，优选地，所述有机缓凝剂为柠檬酸、水杨酸、葡萄糖酸、酒石酸及其它们的钠盐、钾盐、镁盐中的一种。
22.本发明的一种新型低水化热的水泥基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
23.(1)按重量份分别称取水泥、水、硅质细砂、生物质组合酸、硅质矿物外加剂、聚羧酸减水剂、硅铝质矿物掺合料、有机缓凝剂，并放置好备用；(2)将步骤(1)中称取的水泥、硅质细砂、硅质矿物外加剂、生物质组合酸和硅铝质矿物掺合料加入到搅拌机中干搅一段时间后；(3)依次加入水、聚羧酸减水剂，在搅拌状态下，缓慢加入有机缓凝剂，得到水泥基复合材料拌合物；(4)将水泥基复合材料拌合物灌入模具中，灌满后抹平并用保鲜膜覆盖，经养护后拆模，即制得新型低水化热的水泥基复合材料。
24.需要注意的是，本发明所有原材料均为市售建筑材料或工业助剂，或者采用市售的同类型原料。以下实施例和对比例中：
25.水泥购自张家港海螺水泥厂，型号为p.o425，强度等级为42.5；
26.硅质细砂购自凤阳顺泰石英砂有限公司，型号为qy
‑
2600；
27.硅质矿物外加剂购自朗天硅灰，型号为hn
‑
92；
28.硅铝质矿物掺合料购自灵寿县兰祥矿产品加工厂，型号为lx
‑
f6；
29.聚羧酸减水剂购自苏州兴邦减水剂有限公司，型号为pc
‑
1026；
30.五倍子单宁购自五峰赤诚生物股份科技有限公司，纯度≥81％；
31.塔拉单宁购自贵州遵义化工厂，纯度≥50％。
32.实施例1
33.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、生物质组合酸0.18g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g、葡萄糖酸钠(有机缓凝剂)0.2g。
34.实施例2
35.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、生物质组合酸0.36g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g、葡萄糖酸钠(有机缓凝剂)0.2g。
36.实施例3
37.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、生物质组合酸0.45g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g、葡萄糖酸钠(有机缓凝剂)0.2g。
38.实施例4
39.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、生物质组合酸0.54g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g、葡萄糖酸钠(有机缓凝剂)0.2g。
40.对比例1
41.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g、葡萄糖酸钠(有机缓凝剂)0.2g。
42.对比例2
43.称取水泥180g、水80g、硅质细砂540g、硅质矿物外加剂30g、聚羧酸减水剂1.5g、硅铝质矿物掺合料22g。
44.将实施例1
‑
4及对比例1
‑
2中的各组分按如下制作方法制得对应的水泥基复合材
料，其具体步骤包括：将水泥、硅质细砂、硅质矿物外加剂、生物质组合酸(对比例1
‑
2中无需添加生物质组合酸)、硅铝质矿物掺合料加入到搅拌机中干搅一段时间后；依次加入水、聚羧酸减水剂，在搅拌状态下，缓慢加入葡萄糖酸钠(对比例2中无需添加葡萄糖酸钠)，得到水泥基复合材料拌合物；将水泥基复合材料拌合物灌入模具中，灌满后抹平并用保鲜膜覆盖，经养护后拆模，即制得对应的水泥基复合材料。
45.按照gb/t50081
‑
2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》标准和gb/t12959
‑
2008《水泥水化热测定办法》标准，检测实施例1
‑
4及对比例1
‑
2的各水泥基复合材料的各项性能，结果见表1。
46.表1水泥基复合材料水化热及力学性能检测结果
[0047][0048]
从表1可以看出：
[0049]
1、实施例1
‑
4与对比例1相比，在添加了生物质组合酸后，实施例1
‑
4制得的水泥基复合材料的水化热、最大温差与对比例1相比有显著降低，而抗压强度与对比例1相比变化不大；其中，实施例3的水化热、最大温差下降最明显，而且抗压强度最优；因此，可以验证本发明的水泥基复合材料在添加生物质组合酸后，其抑制水化热的效果有明显的提升；
[0050]
2、对比例1与对比例2相比，添加缓凝剂对水化热有一定的抑制效果，但并不明显，因此，可以进一步验证在实施例1
‑
4中，对降低水化热起决定性作用的是生物质组合酸。
[0051]
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。