一种轻质高耐久性混凝土及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于轻质混凝土技术领域，尤其涉及一种轻质高耐久性混凝土及其制备方法。
背景技术
轻集料混凝土具有自重轻、强度高、保温隔热、防震抗渗等特点，与同标号的普通混凝土相比，可减轻自重20～30％以上。
公开号为CN112356917A的专利申请文件公开了一种高耐久混凝土，该技术在混凝土组分中添加了复合抗裂防渗外加剂，大幅度提高了混凝土的抗氯离子渗透性和耐久性，但混凝土的表观密度较大，缺乏抗冻与碳化耐久性。
公开号为CN114409344A的专利申请文件公开了一种高耐久混凝土，该技术使用的凝胶材料包括粉煤灰、S95矿粉和防水剂，提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能、再起抗裂缝性能和抗氯离子渗透性能，增强了自身耐久性，但混凝土表面密度较大，不便于施工应用。
公开号为CN109503067A的专利申请文件公开了一种轻集料混凝土，该轻集料混凝土具有良好的和易性和匀质性，适合高远程泵送，且具有较好的强度和韧性。虽然其混凝土表面密度可进一步降低，但耐久性较低，难以满足实际应用中长期需求。
发明内容
为解决现有轻集料混凝土无法同时兼顾轻质和耐久性的问题，本发明提供了一种轻质高耐久性混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：水泥260～300份、水130～160份、细骨料640～780份、轻粗骨料570～630份、掺合料120～140份、减水剂4～10份、引气剂0.11～0.21份、聚丙烯腈纤维0.8～1.1份和玄武岩纤维2.2～2.8份。
进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
进一步的，所述细骨料为中砂，所述轻粗骨料为页岩陶粒，所述页岩陶粒的粒径为5～26.5mm，所述页岩陶粒的堆积密度为700～900kg/m
进一步的，所述掺合料的组分为粉煤灰和/或矿渣粉，当掺合料为粉煤灰和矿渣粉时，两者为任意比例混合。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率不低于25％；所述引气剂为SJ-2引气剂，掺入后混凝土的含气量为3～5％。
进一步的，所述聚丙烯腈纤维的长度为6mm、直径为12.7μm；所述玄武岩纤维的长度为12mm、直径为17μm。
一种轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将轻粗骨料放入水中进行预湿处理，使所述轻粗骨料达到一定的含水率；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌充分混合后加入轻粗骨料；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌充分混合后加入水和减水剂，振动搅拌充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
进一步的，步骤1所述轻粗骨料的含水率为2.5％～5.0％。
本发明的有益效果：
本发明提供的轻质高耐久性混凝土强度等级达到LC20-LC35，表观密度达到1600～1669kg/m
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥280份、水140份、细骨料747份、轻粗骨料597份、掺合料为粉煤灰120份、聚羧酸减水剂8.0份、SJ-2引气剂0.12份、聚丙烯腈纤维0.9份和玄武岩纤维2.8份。
本实施例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本实施例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本实施例提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
实施例2
本实施例提供了一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥300份、水140份、细骨料747份、轻粗骨料597份、掺合料为粉煤灰120份、聚羧酸减水剂6.7份、SJ-2引气剂0.13份、聚丙烯腈纤维0.9份和玄武岩纤维2.8份。
本实施例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本实施例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本实施例提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
实施例3
本实施例提供了一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥300份、水140份、细骨料747份、轻粗骨料597份、掺合料为矿渣粉120份、聚羧酸减水剂8.4份、SJ-2引气剂0.13份、聚丙烯腈纤维0.9份和玄武岩纤维2.8份。
本实施例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本实施例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本实施例提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
实施例4
本实施例提供了一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥300份、水140份、细骨料693份、轻粗骨料627份、掺合料为粉煤灰120份、聚羧酸减水剂9.2份、SJ-2引气剂0.13份、聚丙烯腈纤维0.9份和玄武岩纤维2.8份。
本实施例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本实施例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本实施例提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
实施例5
本实施例提供了一种轻质高耐久性混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥300份、水140份、细骨料693份、轻粗骨料627份、掺合料为粉煤灰60份和矿渣粉60份、聚羧酸减水剂9.7份、SJ-2引气剂0.13份、聚丙烯腈纤维0.9份和玄武岩纤维2.8份。
本实施例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本实施例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本实施例提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后缓慢分散加入聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，搅拌均匀使得浆体充分包裹细骨料、轻粗骨料、聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维，得到轻质高耐久性混凝土。
对比例1
本对比例提供了一种混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥280份、水140份、细骨料747份、轻粗骨料597份、掺合料为粉煤灰120份、减水剂6.4份和引气剂0.12份。
本对比例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本对比例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本对比例提供的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后得到混凝土。
对比例2
本实施例提供了一种混凝土，包括如下质量份的组分：
水泥265份、水140份、细骨料776份、轻粗骨料577份、掺合料为粉煤灰105份、减水剂4.5份和引气剂0.11份。
本对比例中水泥为普通硅酸盐水泥，型号为P·O 42.5。本对比例中细骨料为中砂；轻粗骨料为粒径5～26.5mm的页岩陶粒，页岩陶粒的堆积密度为880kg/m
本对比例提供的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将页岩陶粒放入水中进行预湿处理，时间为1h，将页岩陶粒取出后干燥至含水率为2.5％；
步骤2、将水泥、掺合料、细骨料和引气剂置于搅拌机中，振动搅拌30s充分混合后加入页岩陶粒；
步骤3、步骤2所得混合体系振动搅拌30s充分混合后加入水和聚羧酸减水剂，振动搅拌120s充分混合后得到混凝土。
对实施例1-实施例5以及对比例1和对比例2制得的混凝土的抗压强度和表观密度进行测试，得到表1所示28d、56d抗压强度和表观密度。
表1
由对比例1与实施例1的数据对比可以看出，通过添加玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维，其28d强度从33.7MPa提升至35.2MPa，提升4.5％；56d强度从40.1MPa提升至43.3MPa，提升8.0％。实施例2、实施例3和实施例5的数据对比可以看出，矿渣粉的活性优于粉煤灰，矿渣粉和粉煤灰的复合掺合料较单掺粉煤灰对强度更有利。本发明混凝土由于胶凝材料中水泥用量的减少，使得混凝土的体积密度大幅降低。本发明制备的轻质高耐久性混凝土的离子抗渗性电通量均小于1200库仑；抗冻性均大于F300；28d碳化深度均小于12mm。本发明中玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维在混凝土中起到桥接作用，具有抑制和延缓裂纹扩展的能力，并降低裂纹尖端的应力集中水平，提升了混凝土断裂韧度和断裂能，抑制了裂纹的扩展，提高了抗冲击性能。并提高砂浆的粘结强度，减少混凝土干缩率，提高混凝土耐久性与强度。本发明提供的轻质高耐久性混凝土的制备方法对于混凝土各项耐久性指标均有明显提升作用。