一种具有高工作性的C30混凝土及制备方法

摘要

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种具有高工作性的C30混凝土及制备方法，具有高工作性的C30混凝土包括以下重量份的原料：水泥198‑233份，粉煤灰78‑103份，矿粉25‑35份，中砂835‑960份，水164‑174份，粘度调节剂3.6‑5.8份，泵送剂4‑9份，减水剂5‑5.7份，皂苷类引气剂3.6‑4.8份，碎石980‑1060份。其制备方法包括以下步骤：步骤一，将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂和适量水搅拌；步骤二，再加入泵送剂、粘度调节剂、减水剂和引气剂和剩余水搅拌；步骤三，最后加入碎石搅拌均匀。本申请的混凝土具有优异的工作性，可泵送性强，混凝土成型后具有良好的力学性能。

权利要求

1.一种具有高工作性的C30混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥198‑233份，粉煤灰78‑103份，矿粉25‑35份，中砂835‑960份，水164‑174份，粘度调节剂3.6‑5.8份，泵送剂4‑9份，减水剂5‑5.7份，皂苷类引气剂3.6‑4.8份，碎石980‑1060份；泵送剂包括木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙；粘度调节剂包括滑石粉、偏硅酸钠和醇醚；所述木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为(0.5‑1):(1.7‑2.6):(2‑2.7):(1‑1.8)；

所述泵送剂经由以下步骤制得：

步骤1，将微孔分子筛进行充分球磨，加入乙醇溶液中一边搅拌一边升温，直至形成固含量为70‑85%的浆料，随后进行微波改性，微波改性条件为：微波为50‑150GHz的电磁波，空气相对湿度在60‑80%、温度为45‑60℃，制得干燥的改性微孔分子筛；

步骤2，将抗坏血酸钙溶于水中配成质量分数为30‑45%的水溶液，加入改性微孔分子筛混匀后进行焙烧，制得干燥的混料；

步骤3，将混料、木质素磺酸钠和硅酸镁铝加水进行捏合形成母料，团聚成块时停止加水，将捏合好的母料挤压造粒并干燥，制得颗粒状的泵送剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有高工作性的C30混凝土，其特征在于：所述醇醚为二乙二醇甲醚或二乙二醇丁醚。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有高工作性的C30混凝土，其特征在于：以重量份计，粘度调节剂包括滑石粉2‑2.5份、偏硅酸钠1‑2份和醇醚0.6‑1.3份。

4.根据权利要求1所述的一种具有高工作性的C30混凝土，其特征在于：所述中砂细度模数2.3‑3.0，平均粒径为0.35‑0.5mm。

5.根据权利要求1或4所述的一种具有高工作性的C30混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、萘系减水剂中的一种。

6.权利要求1‑5任一项所述的一种具有高工作性的C30混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂和适量水搅拌1‑2min；

步骤二，向步骤一中的混合物中加入泵送剂、粘度调节剂、减水剂和引气剂和剩余水搅拌2‑3min；

步骤三，向步骤二中的混合物中加入碎石，搅拌1‑2min。

说明书

一种具有高工作性的C30混凝土及制备方法

技术领域

[0001] 本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种具有高工作性的C30混凝土及制备方法。

背景技术

[0002] 混凝土具有强度高、耐久性好、工艺简单、原料丰富的优点，是现在必不可缺少的建筑材料，混凝土一般由水泥、辅料、外加剂、矿物料和水根据需要配比掺和而成的，目前，C30混凝土是目前各类建设中用量最大的一类混凝土。

[0003] 在施工场地，混凝土一般都是利用混凝土泵的压力将混凝土拌合物通过管道输送到浇筑施工地点，混凝土的长距离输送需要用到输送管，大都选用碎石作为粗骨料，但是碎石的流动性差，和易性也不佳，容易在泵送过程中堵塞管道，以使得混凝土的工作性能欠佳。

发明内容

[0004] 为了有效改善混凝土的工作性能，提高其泵送性，本申请提供一种具有高工作性的C30混凝土及制备方法。

[0005] 第一方面，本申请提供的一种具有高工作性的C30混凝土采用如下的技术方案：一种具有高工作性的C30混凝土，包括以下重量份的原料：水泥198‑233份，粉煤灰78‑103份，矿粉25‑35份，中砂835‑960份，水164‑174份，粘度调节剂3.6‑5.8份，泵送剂4‑9份，减水剂5‑5.7份，皂苷类引气剂3.6‑4.8份，碎石980‑1060份；泵送剂包括木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙；粘度调节剂包括滑石粉、偏硅酸钠和醇醚。

[0006] 通过采用上述技术方案，优化混凝土的配合比，采用中砂和作为骨料填充，并采用粉煤灰和矿粉进一步激发活性，促进胶凝材料的形成，矿粉一般为S95级以上的粉料，粉煤灰一般一级粉煤灰，保证混凝土硬化成型后具有优异的力学性能。

[0007] 改性微孔分子筛具有优异的孔结构和更优的表面活性及吸附性能，抗坏血酸钙中的钙离子可有效吸附在微孔分子筛的孔道内，为后续混凝土的硬化提供钙离子，促进其成型过程中的水化作用，且抗坏血酸钙能够赋予改性微孔分子筛具备一定的缓凝性能，在一定程度上延缓混凝土的凝结时间，减少混凝土因在管道内硬化而堵塞输送管，改善混凝土的工作性能，提高其可泵送性。而在水泥水化过程中，体系的碱性逐渐增强，改性微孔分子筛周围的氢氧根离子越来越多，诱导改性微孔分子筛中吸附的钙离子渐释放出来，此时粘度调节剂中还存在偏硅酸钠，在改性微孔分子筛还未释放出钙离子的时候，可调节体系的粘度，减少出现骨料分离的情况，在后期又与钙离子发生反应，生成具有一定胶凝作用的物质，改善混凝土的内部结构，以使得混凝土更加密实，从而改善混凝土的力学性能。

[0008] 泵送剂中的硅酸镁铝遇水后具有良好的崩解性能，可有效促进原料组分的悬浮和分散，减少原料沉降，使得浆体在前期保持良好的流动性和悬浮性，木质素磺酸钠有助于增强各组分的分散均匀程度，协助硅酸镁铝的效用发挥，同时粘度调节剂中的醇醚组分，具有良好的润湿力，可降低各分子之间在泵送期间的摩擦阻力，起到良好的润滑作用，改善混凝土的可泵送性，与硅酸镁铝配合后，能进一步加强浆体的流动性，减少原料沉降，进一步加强混凝土的可泵送性，提高其工作性能。

[0009] 采用泵送剂和粘度调节剂复配，共同改善混凝土的流动性和塑性粘度，以使得混凝土在前期的可泵送性强，工作性能佳，而且在混凝土后期水化过程中能有效改善混凝土的密实性，提高其力学性能。

[0010] 优选的，所述泵送剂经由以下步骤制得：

[0011] 步骤1，将微孔分子筛进行充分球磨，加入乙醇溶液中一边搅拌一边升温，直至形成固含量为70‑85％的浆料，随后进行微波改性，制得干燥的改性微孔分子筛；

[0012] 步骤2，将抗坏血酸钙溶于水中配成质量分数为30‑45％的水溶液，加入改性微孔分子筛混匀后进行焙烧，制得干燥的混料；

[0013] 步骤3，将混料、木质素磺酸钠和硅酸镁铝加水进行捏合形成母料，团聚成块时停止加水，将捏合好的母料挤压造粒并干燥，制得颗粒状的泵送剂。

[0014] 通过采用上述技术方案，将微孔分子筛进行球磨，以利于改善微孔分子筛的表面性能，提升其对离子的吸附作用，在乙醇溶液中搅拌升温，以利于促进微孔分子筛的亲水性能，能够与水泥等亲水性物质更好的结合。经过微波改性后的微孔分子筛具有优良的附着性，能够对抗坏血酸钙的钙离子进行有效负载，且经过抗坏血酸钙的浸润，在焙烧过程中能够赋予微孔分子筛一定的缓凝性能，能够在一定程度上延缓水泥的凝结时间，提高其工作性，使得混凝土具有良好的可泵送性能。

[0015] 优选的，所述步骤1中，微波改性条件为：微波为50‑150GHz的电磁波，空气相对湿度在60‑80％、温度为45‑60℃。

[0016] 通过采用上述技术方案，进一步优化微波改性的条件，以使得微孔分子筛内部的孔道结构具有良好的吸附性，能够有效负载钙离子且具备一定的表面活性。

[0017] 优选的，所述木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为(0.5‑1):(1.7‑2.6):(2‑2.7):(1‑1.8)。

[0018] 通过采用上述技术方案，优化木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙之间的质量比，改善泵送性的组成，促进其效用发挥，从而提高混凝土的可泵送性，进而提高其工作性能。

[0019] 优选的，所述醇醚为二乙二醇甲醚或二乙二醇丁醚。

[0020] 通过采用上述技术方案，优化醇醚的选择，改善各分子之间在泵送期间的摩擦阻力，起到良好的润滑作用，改善混凝土的可泵送性，通过还能够与硅酸镁铝配合，进一步增强混凝土的工作性能。

[0021] 优选的，以重量份计，粘度调节剂包括滑石粉2‑2.5份、偏硅酸钠1‑2份和醇醚0.6‑1.3份。

[0022] 通过采用上述技术方案，优化粘度调节剂的各原料组分用量，有效改善混凝土内的塑性粘度，进一步优化混凝土的工作性能。

[0023] 优选的，所述中砂细度模数2.3‑3.0，平均粒径为0.35‑0.5mm，所述矿粉为S95级以上的粉料。

[0024] 通过采用上述技术方案，选用合适细度的中砂和矿粉，与水泥复配后，能够与碎石形成良好的握裹力，减少骨料分离，保证混凝土后期成型后的力学性能。

[0025] 优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、萘系减水剂中的一种。

[0026] 通过采用上述技术方案，优化减水剂的组分，能够有效降低需水量，提高材料流动性并改善混凝土的力学性能。

[0027] 第二方面，本申请提供的一种具有高工作性的C30混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

[0028] 一种具有高工作性的C30混凝土的制备方法，包括以下步骤：

[0029] 步骤一，将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂和适量水搅拌1‑2min；

[0030] 步骤二，向步骤一中的混合物中加入泵送剂、粘度调节剂、减水剂和引气剂和剩余水搅拌2‑3min；

[0031] 步骤三，向步骤二中的混合物中加入碎石，搅拌1‑2min。

[0032] 通过采用上述技术方案，将各原料组分分批混匀，碎石最后加入，以利于对碎石形成良好的握裹，既能够减少骨料分离，又能够有效避免因碎石流动性、和易性不佳带来的问题，改善混凝土前期的流动性和塑性粘度，有效提高其可泵送性，提高混凝土的可工作性能。

[0033] 综上所述，本申请具有以下有益效果：

[0034] 1.采用泵送剂和粘度调节剂复配，共同改善混凝土的流动性和塑性粘度，以使得混凝土在前期的可泵送性强，工作性能佳，而且在混凝土后期水化过程中能有效改善混凝土的密实性，提高其力学性能。

[0035] 2.优化混凝土的配合比以及各物料的混合顺序，让碎石最后加入体系，以利于对碎石形成良好的握裹，改善混凝土前期的流动性和塑性粘度，有效提高其可泵送性，提高混凝土的可工作性能。

具体实施方式

[0036] 以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

[0037] 制备例

[0038] 制备例1

[0039] 所述泵送剂经由以下步骤制得：

[0040] 步骤1，将微孔分子筛进行充分球磨，加入质量分数为80％的乙醇溶液中一边搅拌一边升温至70℃，直至形成固含量为70％的浆料，随后进行微波改性，微波改性条件为：微波为50GHz的电磁波，改性条件为空气相对湿度在60％、温度为60℃，制得干燥的改性微孔分子筛；

[0041] 步骤2，将抗坏血酸钙溶于水中配成质量分数为45％的水溶液，加入改性微孔分子筛混匀后，在温度为135℃的条件下进行焙烧，制得干燥的混料；

[0042] 步骤3，将混料、木质素磺酸钠和硅酸镁铝加水进行捏合形成母料，团聚成块时停止加水，将捏合好的母料挤压造粒，并在烘箱中于50℃的温度下进行干燥，制得粒径为0.15mm以下的颗粒状泵送剂；

[0043] 其中木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为0.5:1.7:2:1。

[0044] 制备例2

[0045] 步骤1，将微孔分子筛进行充分球磨，加入质量分数为80％的乙醇溶液中一边搅拌一边升温至70℃，直至形成固含量为85％的浆料，随后进行微波改性，微波改性条件为：微波为130GHz的电磁波，改性条件为空气相对湿度在70％、温度为50℃，制得干燥的改性微孔分子筛；

[0046] 步骤2，将抗坏血酸钙溶于水中配成质量分数为30％的水溶液，加入改性微孔分子筛混匀后，在温度为135℃的条件下进行焙烧，制得干燥的混料；

[0047] 步骤3，将混料、木质素磺酸钠和硅酸镁铝加水进行捏合形成母料，团聚成块时停止加水，将捏合好的母料挤压造粒，并在烘箱中于50℃的温度下进行干燥，制得粒径为0.15mm以下的颗粒状泵送剂；

[0048] 其余均与制备例1相同。

[0049] 制备例3

[0050] 与制备例2的区别在于，木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为1:2.6:2.7:1.8；其余均与制备例2相同。

[0051] 制备例4

[0052] 与制备例3的区别在于，木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为0.8:2.2:2.5:1.4；其余均与制备例3相同。

[0053] 制备例5

[0054] 与制备例4的区别在于，木质素磺酸钠、硅酸镁铝、改性微孔分子筛和抗坏血酸钙的质量比为1.7:3:1.4:0.8；其余均与制备例3相同。

[0055] 实施例

[0056] 实施例1

[0057] 一种具有高工作性的C30混凝土，包括以下原料：水泥198kg，粉煤灰78kg，S95级矿粉35kg，中砂835kg，水164kg，粘度调节剂3.6kg，制备例1制得的泵送剂4kg，聚羧酸减水剂5kg，三萜皂苷引气剂3.6kg，连续级配碎石980kg；其中中砂细度模数2.3‑3.0，平均粒径为
0.35‑0.5mm，粘度调节剂包括滑石粉2kg、偏硅酸钠1kg和二乙二醇甲醚0.6kg；

[0058] 具有高工作性的C30混凝土的制备方法，包括以下步骤：

[0059] 步骤一，将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂和适量水搅拌1min；

[0060] 步骤二，向步骤一中的混合物中加入泵送剂、粘度调节剂、减水剂和引气剂和剩余水搅拌3min；

[0061] 步骤三，向步骤二中的混合物中加入碎石，搅拌1min。

[0062] 实施例2

[0063] 一种具有高工作性的C30混凝土，包括以下原料：水泥233kg，粉煤灰103kg，S95级矿粉25kg，中砂960kg，水174kg，粘度调节剂3.6kg，制备例1制得的泵送剂9kg，HSN萘系减水剂5.7kg，三萜皂苷引气剂4.8kg，连续级配碎石1060kg；其中中砂细度模数2.3‑3.0，平均粒径为0.35‑0.5mm，粘度调节剂包括滑石粉2kg、偏硅酸钠1kg和二乙二醇丁醚0.6kg；具有高工作性的C30混凝土的制备方法，包括以下步骤：

[0064] 步骤一，将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂和适量水搅拌2min；

[0065] 步骤二，向步骤一中的混合物中加入泵送剂、粘度调节剂、减水剂和引气剂和剩余水搅拌3min；

[0066] 步骤三，向步骤二中的混合物中加入碎石，搅拌2min。

[0067] 实施例3

[0068] 与实施例2的区别在于，具有高工作性的C30混凝土，包括以下原料：水泥215kg，粉煤灰93kg，S95级矿粉30kg，中砂880kg，水170kg，粘度调节剂3.6kg，制备例1制得的泵送剂6.2kg，氨基磺酸钠5.4kg，三萜皂苷引气剂4kg，连续级配碎石998kg；其余均与实施例2相同。

[0069] 实施例4

[0070] 与实施例3的区别在于，粘度调节剂包括滑石粉2.5kg、偏硅酸钠2kg和二乙二醇丁醚1.3kg；其余均与实施例3相同。

[0071] 实施例5

[0072] 与实施例3的区别在于，粘度调节剂包括滑石粉2.3kg、偏硅酸钠1.4kg和二乙二醇丁醚1kg；其余均与实施例3相同。

[0073] 实施例6

[0074] 与实施例3的区别在于，粘度调节剂包括滑石粉1.4kg、偏硅酸钠3kg和二乙二醇丁醚0.3kg；其余均与实施例3相同。

[0075] 实施例7

[0076] 与实施例5的区别在于，选用制备例2制得的泵送剂，其余均与实施例5相同。

[0077] 实施例8

[0078] 与实施例5的区别在于，选用制备例3制得的泵送剂，其余均与实施例5相同。

[0079] 实施例9

[0080] 与实施例5的区别在于，选用制备例4制得的泵送剂，其余均与实施例5相同。

[0081] 实施例10

[0082] 与实施例5的区别在于，选用制备例5制得的泵送剂，其余均与实施例5相同。

[0083] 实施例11

[0084] 具有高工作性的C30混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、矿粉、中砂、泵送剂、粘度调节剂、减水剂、引气剂、碎石和水混合搅拌均匀。

[0085] 对比例

[0086] 对比例1

[0087] 与实施例9的区别在于，泵送剂中不加入改性微孔分子筛，泵送剂经由以下步骤制得：将木质素磺酸钠、硅酸镁铝和抗坏血酸钙搅拌混合均匀，其余均与实施例9相同。

[0088] 对比例2

[0089] 与实施例9的区别在于，不加入泵送剂，其余均与实施例9相同。

[0090] 对比例3

[0091] 与实施例9的区别在于，泵送剂中不加入硅酸镁铝，其余均与实施例9相同。

[0092] 对比例4

[0093] 与实施例9的区别在于，粘度调节剂中不加入偏硅酸钠，其余均与实施例9相同。

[0094] 性能检测试验

[0095] 将实施例1‑11和对比例1‑4制得的混凝土试块根据GB/T50080‑2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行28d强度、V型漏斗流速、坍落度和扩展度试验，试验结果如表1所示。

[0096] 表1试验结果

[0097]  28d强度/MPa V型漏斗流速/s 坍落度/mm 扩展度/mm
实施例1 42.3 14.65 235 575
实施例2 43.1 15.31 230 560
实施例3 43.8 14.84 235 575
实施例4 43.5 16.41 230 565
实施例5 43.9 18.33 225 550
实施例6 42.4 16.55 230 560
实施例7 43.6 14.72 235 570
实施例8 44.7 13.28 240 590
实施例9 45.6 17.16 225 565
实施例10 41.7 15.38 230 565
实施例11 40.4 17.65 220 550
对比例1 38.6 22.08 210 540
对比例2 35.5 27.32 195 525
对比例3 40.1 25.37 210 545
对比例4 39.2 24.21 200 530

[0098] 通过实施例1‑11并结合表1可以看到，本申请制得的混凝土具有合适的流动性，坍落度和扩展度合适，混凝土成型后也具有良好的强度，力学性能佳。实施例1‑11制得的混凝土从V型漏斗流出的时间在10‑20s范围内，浆体的粘度良好，而对比例1‑4制得的混凝土从V型漏斗流出的时间均超过20s，粘度过大，使得对比例1‑4制得的混凝土在流动过程中已经发生了离析现象而导致骨料在漏斗的瓶颈处堆积，对比例1‑4制得的混凝土工作性能差。

[0099] 结合实施例9和对比例1并结合表1可以看到，对比例1中缺少改性微孔分子筛，其余原料直接混合使用，每个物质单独作用，发挥固有效能，组发协同增效。对比例1制得的混凝土从V型漏斗流出的时间超过20s，表明混凝土在流动过程中已经出现了一些离析现象，部分碎石堆积在瓶颈处，从而以使得对比例1制得的混凝土成型后的强度降低，坍落度和扩展度不在合适的范围，产品的可泵送性差，工作性能不佳。这是由于改性微孔分子筛能够将抗坏血酸钙中的钙离子进行吸附储存，为后续混凝土的硬化提供钙离子，促进其成型过程中的水化作用，在后期释放出钙离子又与偏硅酸钠发生反应，生成具有一定胶凝作用的物质，改善混凝土的内部结构，以使得混凝土更加密实，从而改善混凝土的力学性能。

[0100] 结合实施例9和对比例2并结合表1可以看到，对比例2中直接不加入泵送剂，导致混凝土的V型漏斗流出的时间更长，产品的综合性能均明显下降。这是由于复合剂中的组分能够与体系中的粘度调节剂配合，共同改善混凝土的流动性和塑性粘度，以使得混凝土在前期的可泵送性强，工作性能佳，而且在混凝土后期水化过程中能有效改善混凝土的密实性，提高其力学性能。

[0101] 结合实施例9和对比例3并结合表1可以看到，对比例3中缺少硅酸镁铝，其制得的混凝土的流动性和可泵送性明显降低，这是由于硅酸镁铝遇水后具有良好的崩解性能，可有效促进原料组分的悬浮和分散，减少原料沉降，使得浆体在前期保持良好的流动性和悬浮性，木质素磺酸钠又能增强硅酸镁铝的效用发挥，同时粘度调节剂中的醇醚组分，与硅酸镁铝配合后，能进一步加强浆体的流动性，减少原料沉降，进一步加强混凝土的可泵送性，提高其工作性能。

[0102] 结合实施例9和对比例4并结合表1可以看到，粘度调节剂中缺少偏硅酸钠，产品的强度有所下降，且流动度欠佳，混凝土的工作性能不佳，这是由于偏硅酸钠不仅能够在前期调节体系的粘度，减少出现骨料分离的情况，改善混凝土的粘度和流动性，提高混凝土的可泵送性和工作性能；在后期又能与改性微孔分子筛释放出的钙离子发生反应，生成具有一定胶凝作用的物质，改善混凝土的内部结构，以使得混凝土更加密实，从而改善混凝土成型后的强度。

[0103] 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。