一种掺加石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土 |
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| 申请号 | CN201610108719.6 | 申请日 | 2016-02-29 | 公开(公告)号 | CN105753394A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 同济大学; | 发明人 | 孙振平; 唐晓博; 刘毅; 蒋晓星; 冀言亮; 胡匡艺; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种掺 石蜡 微胶囊的高贝利特 水 泥 混凝土 (HBC)。本发明所用原材料包括：高贝利特 水泥 ，粗细 骨料 ，聚 羧酸 系 减水剂 ， 葡萄糖 酸钠，石蜡微胶囊和水。本发明产品中掺加石蜡微胶囊克服了传统方法在混凝土中直接掺石蜡可能导致的易燃、易 氧 化、易流失和体积变化大等缺点，充分利用了胶囊 比表面积 大的特征提高了 相变 材料 的吸 热能 力 。同时微小的胶囊分散性高，耐热性好，韧性也较好，稳定时间长，避免了微胶囊之间的粘连和团聚，也减小了对混凝土力学性能的影响，与 建筑材料 相容性更高。本发明产品为同时掺加高贝利特水泥与脲 醛 树脂 ?低熔点石蜡微胶囊，其对水化温升的降低比两种方法单独使用时水化温升降低量的线性加和要多，甚至可以达到无温升的水平。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，其特征在于由高贝利特水泥、粗细骨料、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠、石蜡微胶囊和水组成，各组分的重量比为： |
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| 说明书全文 | 一种掺加石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土技术领域背景技术[0002] 大体积混凝土广泛应用于水工混凝土、大跨度桥梁和现代超高层建筑，其浇筑施工过程中产生大量的水化热，但混凝土本身是热的不良导体，热在大体量的构件内部积聚不容易散发，核心区域温度可升高至(60-90)℃，与表面形成较大的温度梯度，阻碍外部收缩，形成温度应力。混凝土早期弹性模量较低，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时就会出现裂缝，严重影响工程质量，降低建筑物的使用寿命。 [0003] 国内外控制大体积混凝土的内部温升主要从以下三个方面考虑：(1) 原材料的性质。如使用中低热水泥，掺加掺合料，预冷骨料，掺加缓凝剂，冰水浇筑以及优化配合比设计等。(2) 施工角度。分段浇筑、预埋冷却水管和提高表面保温性能等。(3) 掺加相变材料(Phase Change Materials，PCM)。根据实际情况选择不同的无机和有机相变材料。 [0004] 目前各种混凝土温控方案和技术还存在很多问题。选择符合要求的原材料并对其进行预先的降温处理，优化配合比等都只是对现有材料的简单调整，因此只能一定程度上降低温升。分段、分层浇筑给大体积混凝土的施工带来了不便。工程中经常使用的预埋冷却水管方法会使混凝土在水管附近产生相当大的自生应力，产生新的裂缝，甚至在冷却的中后期造成贯穿性开裂，同时，这种方法会带来巨大的循环能耗。直接掺加PCM的方法只能发挥一次作用，不能重复使用，代价太高，封装填埋的方式对PCM的要求太高，选择范围窄。由此，任何一种单一的方法在解决混凝土温升问题上都存在一定的局限性，制备安全，高效，稳定的低温升甚至无温升混凝土是未来混凝土一个重要的发展方向。 [0005] 如何综合多种方案的优势更好的控制混凝土的水化温升成为亟待解决的问题。与普通硅酸盐水泥相比，高贝利特水泥具有水化热低、需水量少、流动性高及强度发展好等特点，适合应用于无温升混凝土中。PCM具有较大的相变潜热，在相变过程中能吸收和释放大量的热量，且温度变化小，将PCM首先由高分子聚合物外壳包裹形成微胶囊再分散在水中形成悬浮液，不易分层，与混凝土具有较好的相溶性。用于相变材料的石蜡一般是C数为14-30的支链烷烃，相变温度为(10-80)℃，相变焓为(200-300)kJ/kg，化学性质稳定，且来源广价格低，在相变储能建筑材料上具有广阔的发展前景。 [0006] 本发明主要从使用中低热水泥和掺加相变材料切入，以尿素、甲醛和低熔点的石蜡为原料，采用原位聚合法制备石蜡微胶囊，将适量的石蜡微胶囊在搅拌时掺入高贝利特水泥配制的混凝土中，同时选用级配优良的骨料，减小水泥用量，掺加一定数量的缓凝剂，制得低温升混凝土。 发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，本发明的产品使用高贝利特水泥和石蜡微胶囊，具有水化热低，水化温升慢，强度发展好等特点，是一种低温升混凝土。 [0008] 本发明提出的一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，由高贝利特水泥、石子、标准砂、水、聚羧酸系减水剂、葡萄糖酸钠缓凝剂和石蜡微胶囊组成，各组分的重量比为：高贝利特水泥 100 石子 160-180 标准砂 100-120 水 30-50 聚羧酸系减水剂 0.15-0.25 葡萄糖酸钠缓凝剂 0.05-0.20 石蜡微胶囊 0.5-2 所述石蜡微胶囊由原位聚合法制备，球形，粒径为(10-30)μm，密度为300kg/m³，微胶囊中石蜡的质量分数为50%-70%，相变温度为(24±3)℃，相变潜热为(110-135)J/g。 [0009] 各组份的较佳重量比为：高贝利特水泥 100 石子 170-180 标准砂 110-120 水 30-40 聚羧酸系减水剂 0.15-0.25 葡萄糖酸钠缓凝剂 0.10-0.15 石蜡微胶囊 0.5-1.5 本发明中，所述高贝利特水泥的化学组成如表1所示。 [0011] 本发明中，所述砂为ISO标准砂。 [0012] 本发明中，所述水为自来水。 [0013] 本发明中，所述聚羧酸系减水剂，固含量为40%。 [0014] 本发明中，所述葡萄糖酸钠缓凝剂为化学纯。 [0015] 本发明提出的一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土的制备方法，具体步骤如为：(1) 原位聚合法制备石蜡微胶囊：将尿素与37%的甲醛以3:2的质量比在带冷凝管的四口烧瓶中混合，滴加三乙醇胺调节pH至8-8.5,70℃恒温水浴环境下以400r/min搅拌1h，再加入适量的去离子水得到黏稠透明的尿素-甲醛预聚体。将低熔点石蜡、去离子水和芯材质量4%的乳化剂混合后，在3000r/min转速下乳化0.5h，制得石蜡水包油(O/W)乳液。滴加预聚体溶液至石蜡O/W乳液中，充分搅拌，70℃恒温条件滴加10%柠檬酸溶液直至pH值降低至 1.5-2.0。加热至80℃反应4h,，反应结束后升温至90℃恒温。最后分别用石油醚和去离子水洗涤若干次，真空烘箱60℃干燥后得到脲醛树脂-低熔点石蜡微胶囊。 [0016] (2) 按照配合比称取原材料，先将石蜡微胶囊与水泥混合均匀，按加料顺序倒入强制搅拌机中搅拌制得混凝土。 [0017] (3)将拌和好的一部分混凝土装入保温杯，在新拌混凝土内部布置热电偶温度监测点，选取特定时间点测试水化温升，拟合水化温升曲线。 [0018] (4) 将剩余的混凝土置于标准模具中，每组成型3个试件，常温放置24h后脱模，分别测量同批混凝土3d、7d和28d抗压强度。 [0019] 本发明产品为一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，其特点如下：1. 本发明中，所述石蜡微胶囊克服了传统方法在混凝土中直接掺加石蜡可能导致的易燃，易氧化，易流失和体积变化大等缺点，充分利用了胶囊比表面积大的特征提高了相变材料的吸热能力，同时微小的胶囊也减小了对混凝土力学性能的影响，与建筑材料相容性更高。 [0020] 2. 本发明中，所述脲醛树脂是微胶囊中性能较为优异的一种囊壁材料，分散性高，耐热性好，韧性也较好，稳定时间长，避免了微胶囊之间的粘连和团聚。为了保证粒径的细小均匀稳定，微胶囊在制作过程中先将石蜡芯材用超声乳化法分散成水包油(O/W)型的液滴，再用壳材料包裹。 [0021] 3. 本发明中，所述高贝利特水泥与所述脲醛树脂-低熔点蜡微胶囊都具有降低混凝土水化温升的效果，两者同时作用时对水化温升的降低比两种方法单独使用时水化温升降低量的线性加和要多，甚至可以达到无温升的水平。附图说明 [0022] 图1 混凝土水化温升图。 具体实施方式[0023] 下面通过实施例进一步说明本发明：本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程。 [0024] 空白组，一种基准混凝土，按普通硅酸盐水泥100，石子175，标准砂115，水35，聚羧酸系减水剂0.20，葡萄糖酸钠缓凝剂0.10。在每个试件的外表和中心分别布置热电偶温度监测点，记录1d内各记录点的水化温升如图1所示，并分别测量同批混凝土3d、7d和28d抗压强度如表2所示。 [0025] 实施例1，一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，按高贝利特水泥100，石子160，标准砂100，水30，聚羧酸系减水剂0.15，葡萄糖酸钠缓凝剂0.05和石蜡微胶囊0.5。在每个试件的外表和中心分别布置热电偶温度监测点，记录1d内各记录点的水化温升如图1所示，并分别测量同批混凝土3d、7d和28d抗压强度如表2所示。 [0026] 实施例2，一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，按高贝利特水泥100，石子180，标准砂120，水50，聚羧酸系减水剂0.25，葡萄糖酸钠缓凝剂0.20和石蜡微胶囊2。在每个试件的外表和中心分别布置热电偶温度监测点，记录1d内各记录点的水化温升如图1所示，并分别测量同批混凝土3d、7d和28d抗压强度如表2所示。 [0027] 实施例3，一种掺石蜡微胶囊的高贝利特水泥混凝土，按高贝利特水泥100，石子175，标准砂115，水35，聚羧酸系减水剂0.20，葡萄糖酸钠缓凝剂0.10和石蜡微胶囊1.2。在每个试件的外表和中心分别布置热电偶温度监测点，记录1d内各记录点的水化温升如图1所示，并分别测量同批混凝土3d、7d和28d抗压强度如表2所示。 [0028] 表2混凝土抗压强度表 |
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