一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件及其制造方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种预制混凝土构件，尤其涉及一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件及其制造方法。

背景技术

装配式建筑不仅具有坚固、稳定、节能、隔音、防火和抗震等方面的明显优势，而且是实现建筑工业化和现代化的重要途径之一，建筑构配件工厂化预制和装配产业化施工是世界发达国家建筑现代化的重要标志和社会发展成果。近几年，随着我国出台一系列装配式建筑发展政策，装配式建筑在我国得到了快速发展。当前我国流行的装配式混凝土建筑用预制构件，主要有预制混凝土梁、柱和叠合板等，都是采用普通硅酸盐水泥混凝土制造的，强度发展慢，抗拉强度低，如中国发明申请201610074901.4和201911327169.7、中国实用新型专利申请201821180561.4和201920203914.6等。对于普通硅酸盐水泥混凝土预制构件，由于采用少肢数、大直径钢筋，抗裂性受到考验，必将导致装配式建筑存在安全隐患，反而会制约建筑工业化和现代化进展。碱式硫酸镁水泥是由活性MgO、矿物掺合料、MgSO

发明内容

本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件及其制造方法，是一种具有轻质、早强、高强、不碳化、不锈蚀钢筋、无需蒸汽养护、节约能源、装配施工便捷快速的装配式建筑用新型预制混凝土预制构件，以解决现有预制混凝土构件技术存在的普通硅酸盐水泥混凝土凝固慢、早期强度低、需要蒸汽养护和装配施工繁琐的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，具有这样的特征：包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土；所述碱式硫酸镁水泥混凝土由碱式硫酸镁水泥、矿物掺合料、砂、石子、钢纤维、高效减水剂、阻锈剂和水经过搅拌而成；碱式硫酸镁水泥混凝土的原料以质量份计包括：100份碱式硫酸镁水泥、10～60份矿物掺合料、120～240份砂、150～300份石子、5～35份钢纤维、0.3份～3份高效减水剂、0.5份～3份阻锈剂和25～80份水。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述矿物掺合料为粉煤灰或磨细矿渣粉的一种或两种的混合物。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述砂为天然河砂、山砂、海砂或人工砂的一种或两种以上的混合物。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述石子为碎石、卵石、珊瑚礁石或烧结陶粒。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述钢纤维为普通钢纤维或超细钢纤维。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述高效减水剂为三聚氰胺高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂和脂肪酸磺酸盐高效减水剂中的一种。

进一步，本发明提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，还可以具有这样的特征：所述阻锈剂为亚硝酸钙、亚硝酸钠、乙醇胺、复合氨基醇的一种或两种以上的混合物。

本发明提供该碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，具有这样的特征：包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护或干燥养护，完成后，即在达到规定的强度和养护时间之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

本发明的有益效果在于：

一、由于本发明采用了以长径比为20～100的不溶性碱式硫酸镁晶须(5Mg(OH)

二、由于本发明碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件所用的碱式硫酸镁水泥混凝土，其长径比为20～100的纳米级碱式硫酸镁5·1·7晶须水化产物和毫米～厘米级钢纤维在混凝土结构的微观层次和细观层次逐级发挥增强增韧作用，因此，既提高了预制构件的承载能力，又显著提高了梁柱装配式节点的抗震能力。

三、由于本发明所用的碱式硫酸镁水泥混凝土不碳化，预制混凝土构件中的钢筋不会受到大气中二氧化碳气体的影响而脱钝，因此，具有更好的大气稳定性、耐久性和抗钢筋锈蚀能力，建筑物的使用寿命更长。

四、由于本发明所用的碱式硫酸镁水泥混凝土具有早强作用，不需要蒸汽养护，因此，本发明的预制混凝土构件生产模具周转快，节水节能，属于可持续发展的新型建筑结构材料。

五、本发明属于一种装配式建筑构件，生产工艺简单，装配方便快捷，适用于民用住宅、办公楼、工业建筑厂房、体育场馆和影视剧院等装配式建筑工程。

附图说明

图1是实施例1-3的碱式硫酸镁水泥混凝土本构关系的示意图；

图2是实施例4-6的碱式硫酸镁水泥混凝土本构关系的示意图；

图3是实施例1-6的碱式硫酸镁水泥混凝土强度发展曲线图；

图4为实施例4-6的碱式硫酸镁水泥混凝土与同强度等级的普通硅酸盐水泥混凝土的劈拉强度对比图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、35份矿物掺合料、200份砂、220份石子、1.5份高效减水剂、2份阻锈剂，通过加入70份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为5.83MPa，抗拉强度为2.54MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为32.36μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C30，其本构关系示意图如图1所示，强度发展曲线如图3所示。

实施例2

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、30份矿物掺合料、180份砂、220份石子、1.2份高效减水剂、1.5份阻锈剂，通过加入50份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定的养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为6.05MPa，抗拉强度为3.42MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为21.24μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C50，其本构关系示意图如图1所示，强度发展曲线如图3所示。

实施例3

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、40份矿物掺合料、150份砂、200份石子、1份高效减水剂、1份阻锈剂，通过加入30份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为7.07MPa，抗拉强度为5.96MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为10.38μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C70，其本构关系示意图如图1所示，强度发展曲线如图3所示。

实施例4

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、35份矿物掺合料、200份砂、220份石子、30份钢纤维、1.5份高效减水剂、2份阻锈剂，通过加入70份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；钢纤维为普通钢纤维；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为6.21MPa，抗拉强度为2.97MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为29.37μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C30，其本构关系示意图如图2所示，强度发展曲线如图3所示。

实施例5

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、30份矿物掺合料、180份砂、220份石子、20份钢纤维、1.2份高效减水剂、1.5份阻锈剂，通过加入50份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；钢纤维为普通钢纤维；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为6.95MPa，抗拉强度为4.01MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为18.64μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C50，其本构关系示意图如图2所示，强度发展曲线如图3所示。

实施例6

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、40份矿物掺合料、150份砂、200份石子、10份钢纤维、1份高效减水剂、1份阻锈剂，通过加入30份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为粉煤灰；砂为天然河砂；石子为碎石；钢纤维为普通钢纤维；高效减水剂为萘系高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钙。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行自然养护，完成后，即在达到规定养护时间(28d)之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)中规定的试验方法，测得本实施例中28d时碱式硫酸镁水泥混凝土的抗折强度为7.47MPa，抗拉强度为6.89MPa，碳化深度为0mm(不碳化)，钢筋锈蚀速率为8.92μm/a(不锈蚀钢筋)，碱式硫酸镁水泥混凝土的强度等级为C70，其本构关系示意图如图2所示，强度发展曲线如图3所示。

图1为实施例1-3的碱式硫酸镁水泥混凝土本构关系的示意图，图2为实施例4-6的碱式硫酸镁水泥混凝土本构关系的示意图，对比图1和2可以看出，掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土，其曲线增长较为迅速，说明其早期强度较大且增长较快；而下降段较为缓和，说明峰值后的脆性不明显，有利于结构的延性。具体的，首先，在相同强度等级的情况下，掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土比未掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土的抗压强度更高，基本力学性能明显优异；其次，在相同强度等级差值的情况下，掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土的差异性比未掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土明显，强度等级的上升值也更高，说明掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土随着强度等级的提高，相较于未掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土体现出来的强度优异性更显著；再次，在强度等级相同的情况下，掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土的下降段比未掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土的下降段更缓一些，说明掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土比未掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土延性更好。

图3为实施例1-6的碱式硫酸镁水泥混凝土强度发展曲线，从图3可以看出，掺加钢纤维的碱式硫酸镁水泥混凝土具有早强、高强的特征。

图4为实施例4-6的碱式硫酸镁水泥混凝土与同强度等级的普通硅酸盐水泥混凝土的劈拉强度对比图。

实施例7

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、10份矿物掺合料、120份砂、150份石子、5份钢纤维、0.3份高效减水剂、0.5份阻锈剂，通过加入25份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为磨细矿渣粉；砂为山砂；石子为卵石；钢纤维为超细钢纤维；高效减水剂为三聚氰胺高效减水剂；阻锈剂为亚硝酸钠。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行干燥养护，完成后，即在达到规定的强度和养护时间之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。

实施例8

本实施例提供一种碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件，包括钢筋笼及浇注在钢筋笼上的碱式硫酸镁水泥混凝土。混凝土强度等级、钢筋强度等级、构件规格尺寸和钢筋保护层厚度均采用现行的钢筋混凝土结构设计规范。碱式硫酸镁水泥混凝土包括100份碱式硫酸镁水泥、60份矿物掺合料、240份砂、300份石子、35份钢纤维、3份高效减水剂、3份阻锈剂，通过加入80份水搅拌而成。钢筋笼按常规方法制作。

本实施例中，矿物掺合料为磨细矿渣粉；砂为海砂和人工砂；石子为珊瑚礁石；钢纤维为超细钢纤维；高效减水剂为氨基磺酸盐高效减水剂；阻锈剂为乙醇胺和复合氨基醇。

碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、制造预制混凝土构件的钢筋笼；

步骤二、将所述钢筋笼安放于预制构件的模具里，采用保护层定位块准确定位钢筋笼的各个面的钢筋保护层厚度，然后浇注碱式硫酸镁水泥混凝土，进行干燥养护，完成后，即在达到规定的强度和养护时间之后，拆模即制成碱式硫酸镁水泥混凝土装配式构件。