一种超缓凝抗裂混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种超缓凝抗裂混凝土及其制备方法。

背景技术

超缓凝混凝土，是指添加有缓凝成分的外加剂(减水剂、泵送剂等)的混凝土，延缓混凝土的初凝和终凝的凝结时间。其主要特点是凝结时间很长，且28d强度也要满足标号要求，一般用于需要推迟混凝土凝结时间的工程中，例如，在咬合桩的工程施工中，要求混凝土的凝结时间控制在24h-72h之间，并且没有不良影响。

相关技术中公开了一种超缓凝混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：水泥185kg，矿粉70kg，粉煤灰50kg，砂子970kg，石子960kg，外加剂5.8kg，水160kg，外加剂选用市售的聚羧酸系高性能缓凝减水剂，固体含量8％，减水率为20％，水泥净浆流动度240mm，初凝时间62h，终凝时间70h；混凝土缓凝时间为42h，初凝时间达到60h，3d强度值不大于3MPa，28天强度值满足设计要求。

针对上述相关技术，发明人认为虽然上述超缓凝混凝土的缓凝时间较长，但是其抗裂性能有待提高。

发明内容

为了同时提高超缓凝混凝土的缓凝时间和抗裂性能，本申请提供一种超缓凝抗裂混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种超缓凝抗裂混凝土，采用如下的技术方案：

一种超缓凝抗裂混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：

水泥180-200份；

粉煤灰60-80份；

矿粉50-70份；

机制砂950-1050份；

碎石900-950份；

减水剂4-5份；

第一缓凝剂2-3份；

水160-170份；

缓凝抗裂改性秸秆纤维8-15份；

所述缓凝抗裂改性秸秆纤维的制备方法包括以下步骤：

秸秆纤维制备，取干燥的小麦秸秆，破碎，筛分，投入至低氧密闭环境中，升温至170-180℃，保持8-12min，在惰性气体中冷却至常温，得到表面碳化秸秆纤维；

负载缓凝剂，将第二缓凝剂充分溶解在溶剂中，配制成第二缓凝剂溶液，将表面碳化秸秆纤维投入至第二缓凝剂溶液中，搅拌，超声震荡，过滤，干燥，得到负载有第二缓凝剂的秸秆纤维；

缓释包衣制备，配制缓释包衣涂料，将缓释包衣涂料喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，干燥，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

通过采用上述技术方案，由于先把小麦秸秆纤维进行表面碳化处理，使其表面形成具有疏松多孔结构的碳化层，但是小麦秸秆纤维内部还没有碳化，仍然保留了植物纤维的韧性，提高了混凝土的抗裂性能；在负载缓凝剂步骤，第二缓凝剂吸附在碳化层的孔内，从而负载在表面碳化秸秆纤维上，能够增加第二缓凝剂的分散性和缓释性；缓释包衣将表面碳化秸秆纤维包裹，碳化层和缓释包衣互相配合，增强了第二缓凝剂的缓释效果，第一缓凝剂在初期起到缓凝效果，第二缓凝剂在中后期持续释放，从而大幅延长了混凝土的凝结时间。

可选的，所述第二缓凝剂选自葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和木质素磺酸钠中的任意一种。

通过采用上述技术方案，上述的缓凝剂水溶性好，而且容易进入碳化层的孔内，从而负载在碳化层内。

可选的，所述缓释包衣涂料的原料包括如下重量份数的组分：

环氧树脂6-8份；

聚氨酯树脂4-6份；

聚丙烯酸树脂2-5份；

偶联剂1-2份；

石英粉1.5-2份；

有机溶剂15-25份。

通过采用上述技术方案，环氧树脂耐碱性好，附着力强；聚氨酯树脂强度高、抗撕裂和耐磨性好；聚丙烯酸树脂耐候性好、耐腐蚀性能好，三种树脂复配使用，能够反应形成三维网状结构，获得力学性能好且缓释效果好的缓释包衣；石英粉作为增强填料，起到耐磨的作用；偶联剂能够改善各个组分之间的相容性，促进交联形成缓释包衣。

可选的，所述缓释包衣制备步骤具体包括：配制缓释包衣涂料，将缓释包衣涂料喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，在缓释包衣涂料固化之前，在缓释包衣涂料表面黏附间隔分布的沸石颗粒，干燥，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

通过采用上述技术方案，由于缓释包衣属于有机物，与混凝土等无机物的相容性有待提升，因此，在缓释包衣涂料表面黏附间隔分布的沸石颗粒，使沸石颗粒的一部分位于缓释包衣层内，沸石颗粒的另一部分凸出于缓释包衣层表面；一方面，能够改善缓释包衣与混凝土的相容性；另一方面，沸石颗粒也具有多孔结构，增强缓释包衣的缓释性能，延长混凝土的凝结时间。

可选的，所述表面碳化秸秆纤维的长度为3-5mm，直径为50-70μm。

通过采用上述技术方案，采用合适长度和直径的秸秆纤维，在加入混凝土后，有利于提高混凝土的抗裂性能和抗压强度。

可选的，所述缓释包衣涂料固化后得到厚度为20-30μm的缓释包衣层。

通过采用上述技术方案，缓释包衣层太薄，缓释效果较差；缓释包衣层太厚，缓释时间过长，因此，缓释包衣层的厚度优选为20-30μm。

可选的，所述沸石颗粒的粒径为10-15μm。

通过采用上述技术方案，沸石颗粒太小，容易被缓释包衣层包裹；沸石颗粒太大，容易从缓释包衣层上脱落，因此，沸石颗粒的粒径优选为10-15μm。

可选的，所述机制砂由干法机制砂和湿法机制砂组成，所述干法机制砂和湿法机制砂的质量比为(6.5-7.5)：(2.5-3.5)。

通过采用上述技术方案，干法机制砂中含有一定的石粉，可一定程度上使混凝土更加密实，但砂中较细和较粗的颗粒占比较高，级配较差；湿法机制砂表面洁净，粒径适中和较大的颗粒占比较高，级配相对较好，但成本较高。本申请采用干法机制砂和湿法机制砂复配使用，可配制出符合中砂指标要求的混合砂，综合考虑成本的同时，也增强了混土的力学性能与工作性能。

可选的，所述第一缓凝剂选自葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和木质素磺酸钠中的任意一种。

第二方面，本申请提供一种超缓凝抗裂混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种超缓凝抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将水泥、粉煤灰和矿粉混合均匀，得到混合粉；

步骤二，将机制砂、碎石混合均匀，得到混合骨料；

步骤三，将减水剂、第一缓凝剂和水混合均匀，得到混合液；

步骤四，将混合粉、混合骨料、混合液和缓凝抗裂改性秸秆纤维混合均匀，得到超缓凝抗裂混凝土。

通过采用上述技术方案，由于加入了第一缓凝剂和缓凝抗裂改性秸秆纤维，第一缓凝剂在初期起到缓凝效果，第二缓凝剂在中后期持续释放，从而大幅延长了混凝土的凝结时间，同时提高了混凝土的抗裂性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请加入了第一缓凝剂和缓凝抗裂改性秸秆纤维，第一缓凝剂在初期起到缓凝效果，第二缓凝剂在中后期持续释放，从而大幅延长了混凝土的凝结时间，同时提高了混凝土的抗裂性能。

2、本申请在缓释包衣涂料表面黏附间隔分布的沸石颗粒，一方面，能够改善缓释包衣与混凝土的相容性，另一方面，沸石颗粒也具有多孔结构，增强缓释包衣的缓释性能，延长混凝土的凝结时间。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

缓凝抗裂改性秸秆纤维的制备例

制备例1

缓凝抗裂改性秸秆纤维，其制备方法包括以下步骤：

秸秆纤维制备，取干燥的小麦秸秆，破碎，筛分，投入至含氧量为1％的密闭环境中，升温至170℃，保持12min，在氮气气氛中冷却至常温，得到10kg表面碳化秸秆纤维，表面碳化秸秆纤维的长度为3mm，直径为50μm；

负载缓凝剂，将3kg第二缓凝剂充分溶解在水中，第二缓凝剂是葡萄糖酸钠，配制成第二缓凝剂溶液，将表面碳化秸秆纤维投入至第二缓凝剂溶液中，搅拌，超声震荡，过滤，干燥，得到负载有第二缓凝剂的秸秆纤维；

缓释包衣制备，配制缓释包衣涂料，缓释包衣涂料的原料包括如下重量份数的组分：

环氧树脂6kg，环氧树脂采用环氧树脂E51；

聚氨酯树脂6kg；

聚丙烯酸树脂2kg；

偶联剂1kg，偶联剂是3-氨基丙基三甲氧基硅烷；

石英粉1.5kg；

有机溶剂15kg，有机溶剂是甲苯；

将缓释包衣涂料的上述原料混合，搅拌均匀，取5kg搅拌均匀的缓释包衣涂料均匀喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，干燥，缓释包衣涂料固化后得到厚度为20μm的缓释包衣层，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

制备例2

缓凝抗裂改性秸秆纤维，其制备方法包括以下步骤：

秸秆纤维制备，取干燥的小麦秸秆，破碎，筛分，投入至含氧量为1％的密闭环境中，升温至175℃，保持10min，在氮气气氛中冷却至常温，得到10kg表面碳化秸秆纤维，表面碳化秸秆纤维的长度为4mm，直径为60μm；

负载缓凝剂，将3kg第二缓凝剂充分溶解在水中，第二缓凝剂是柠檬酸钠，配制成第二缓凝剂溶液，将表面碳化秸秆纤维投入至第二缓凝剂溶液中，搅拌，超声震荡，过滤，干燥，得到负载有第二缓凝剂的秸秆纤维；

缓释包衣制备，配制缓释包衣涂料，缓释包衣涂料的原料与制备例1相同，取5kg搅拌均匀的缓释包衣涂料均匀喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，干燥，缓释包衣涂料固化后得到厚度为25μm的缓释包衣层，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

制备例3

缓凝抗裂改性秸秆纤维，其制备方法包括以下步骤：

秸秆纤维制备，取干燥的小麦秸秆，破碎，筛分，投入至含氧量为1％的密闭环境中，升温至180℃，保持8min，在氮气气氛中冷却至常温，得到10kg表面碳化秸秆纤维，表面碳化秸秆纤维的长度为5mm，直径为70μm；

负载缓凝剂，将3kg第二缓凝剂充分溶解在水中，第二缓凝剂是木质素磺酸钠，配制成第二缓凝剂溶液，将表面碳化秸秆纤维投入至第二缓凝剂溶液中，搅拌，超声震荡，过滤，干燥，得到负载有第二缓凝剂的秸秆纤维；

缓释包衣制备，配制缓释包衣涂料，缓释包衣涂料的原料包括如下重量份数的组分：

环氧树脂6kg，环氧树脂采用环氧树脂E51；

聚氨酯树脂6kg；

聚丙烯酸树脂2kg；

偶联剂1kg，偶联剂是3-氨基丙基三甲氧基硅烷；

石英粉1.5kg；

有机溶剂15kg，有机溶剂是丙酮；

将缓释包衣涂料的原料混合，搅拌均匀，取5kg搅拌均匀的缓释包衣涂料均匀喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，干燥，缓释包衣涂料固化后得到厚度为30μm的缓释包衣层，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

制备例4

缓凝抗裂改性秸秆纤维，与制备例2的不同之处在于，缓释包衣涂料的原料包括如下重量份数的组分：

环氧树脂7kg；

聚氨酯树脂5kg；

聚丙烯酸树脂3kg；

偶联剂1.5kg；

石英粉1.8kg；

有机溶剂20kg。

制备例5

缓凝抗裂改性秸秆纤维，与制备例2的不同之处在于，缓释包衣涂料的原料包括如下重量份数的组分：

环氧树脂8kg；

聚氨酯树脂4kg；

聚丙烯酸树脂5kg；

偶联剂2kg；

石英粉2kg；

有机溶剂25kg。

制备例6

缓凝抗裂改性秸秆纤维，与制备例4的不同之处在于，缓释包衣制备步骤具体包括：配制缓释包衣涂料，将缓释包衣涂料均匀喷涂至负载有第二缓凝剂的秸秆纤维表面，在缓释包衣涂料固化之前，在缓释包衣涂料表面黏附1kg间隔分布的沸石颗粒，沸石颗粒的粒径为10μm，沸石颗粒的一部分位于缓释包衣层内，沸石颗粒的另一部分凸出于缓释包衣层表面，干燥，得到缓凝抗裂改性秸秆纤维。

制备例7

缓凝抗裂改性秸秆纤维，与制备例6的不同之处在于，沸石颗粒的粒径为12μm。

制备例8

缓凝抗裂改性秸秆纤维，与制备例6的不同之处在于，沸石颗粒的粒径为15μm。

实施例

实施例1

一种超缓凝抗裂混凝土，其原料包括如下重量份数的组分：

水泥180kg；

粉煤灰80kg；

矿粉50kg；

机制砂950kg；

碎石900kg；

聚羧酸减水剂4kg；

第一缓凝剂2kg，第一缓凝剂为葡萄糖酸钠；

水160kg；

缓凝抗裂改性秸秆纤维8kg；

缓凝抗裂改性秸秆纤维由制备例1制得；机制砂由干法机制砂和湿法机制砂组成，干法机制砂和湿法机制砂的质量比为6.5：3.5；水泥为生态P.O42.5级低碱水泥；粉煤灰是II级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；

超缓凝抗裂混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将水泥、粉煤灰和矿粉混合均匀，得到混合粉；

步骤二，将机制砂、碎石混合均匀，得到混合骨料；

步骤三，将减水剂、第一缓凝剂和水混合均匀，得到混合液；

步骤四，将混合粉、混合骨料、混合液和缓凝抗裂改性秸秆纤维混合均匀，得到超缓凝抗裂混凝土。

实施例2-8

一种超缓凝抗裂混凝土，与实施例1的不同之处在于，缓凝抗裂改性秸秆纤维依次由制备例2-8制得。

实施例9

一种超缓凝抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

水泥190kg；

粉煤灰70kg；

矿粉60kg；

机制砂1000kg；

碎石920kg；

聚羧酸减水剂4.5kg；

第一缓凝剂2.5kg，第一缓凝剂为葡萄糖酸钠；

水165kg；

缓凝抗裂改性秸秆纤维10kg；机制砂由干法机制砂和湿法机制砂组成，干法机制砂和湿法机制砂的质量比为7：3。

实施例10

一种超缓凝抗裂混凝土，与实施例7的不同之处在于，其原料包括如下重量份数的组分：

水泥200kg；

粉煤灰60kg；

矿粉70kg；

机制砂1050kg；

碎石950kg；

聚羧酸减水剂5kg；

第一缓凝剂3kg，第一缓凝剂为葡萄糖酸钠；

水170kg；

缓凝抗裂改性秸秆纤维15kg；机制砂由干法机制砂和湿法机制砂组成，干法机制砂和湿法机制砂的质量比为7.5：2.5。

对比例

对比例1

一种超缓凝抗裂混凝土，与实施例2的不同之处在于，未加入缓凝抗裂改性秸秆纤维，且第一缓凝剂加入量为5kg。

对比例2

一种超缓凝抗裂混凝土，与实施例2的不同之处在于，将缓凝抗裂改性秸秆纤维替换为等重量和等尺寸的秸秆纤维，秸秆纤维的制备方法为：取干燥的小麦秸秆，破碎，筛分，即得。

性能检测试验

检测方法

(1)初凝时间和终凝时间：依据CB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测实施例1-10和对比例1-2的初凝时间和终凝时间，记录数据；

(2)抗压强度检测：分别采用实施例1-10和对比例1-2制备超缓凝抗裂混凝土，按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》制作标准试块，检测其养护7d、28d的抗压强度，记录数据；

(3)抗裂性能测试：按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》将实施例1-10和对比例1-2制作成标准试块，混凝土浇注72h后，测量得到单位面积上的裂缝总开裂面积，记录数据。

表1测试结果

结合实施例1-10和对比例1-2并结合表1可以看出，对比例1没有加入缓凝抗裂改性秸秆纤维，且将缓凝剂一次性加入到混凝土中，初凝时间和终凝时间最短，且72h裂缝总开裂面积最大，对比例2在对比例1的基础上加入普通的秸秆纤维后，初凝时间和终凝时间基本没有变化，72h裂缝总开裂面积大幅减少，7d和28d抗压强度有所增加，说明加入秸秆纤维，能够提高混凝土的抗压强度和抗裂性能，对凝结时间基本没有影响；实施例1-3将一部分缓凝剂直接加入混凝土，另一部分缓凝剂负载在表面碳化秸秆纤维上，并以缓凝抗裂改性秸秆纤维的形式加入混凝土，初凝时间和终凝时间大幅提升，72h裂缝总开裂面积大幅减少，7d和28d抗压强度有所增加，其中，以实施例2的效果最好，说明缓凝抗裂改性秸秆纤维能够提高混凝土的凝结时间和抗裂性能。

实施例4-5分别改变了缓释包衣涂料的原料配比，初凝时间和终凝时间增加，72h裂缝总开裂面积减少，7d和28d抗压强度略有增加，其中，以实施例4的效果最好。

实施例6-8在制备缓凝抗裂改性秸秆纤维过程中，在缓释包衣涂料固化之前黏附有间隔分布的沸石颗粒，初凝时间和终凝时间进一步增加，72h裂缝总开裂面积进一步减少，7d和28d抗压强度进一步增加，其中，以实施例7的效果最好，可能是因为沸石颗粒改变了缓释包衣层的表面极性，提高了缓释包衣层与混凝土的相容性，提高抗裂性能，且沸石颗粒为多孔材料，提高了缓释包衣的缓释性能，缓凝剂在中后期能够缓慢释放，延长缓凝时间。

实施例9-10分别改变了混凝土的原料配比，初凝时间和终凝时间进一步增加，72h裂缝总开裂面积进一步减少，7d和28d抗压强度进一步增加，其中，以实施例9的效果最好。

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。