技术领域
[0001] 本
发明属于
土木工程领域，具体涉及一种低温快速固化混凝土及其制备方法。
背景技术
[0002] 大规模混凝土浇筑施工作业是我国
基础设施建设中的重要环节。混凝土由
水泥(主要成分为
硅酸盐、
铝酸盐)和
骨料(砂、石)搅拌制成，
水泥遇水后其主要成分
硅酸盐、铝酸盐迅速发生水化反应最终胶联硬化，从而把砂石等骨料牢固的胶结在一起。混凝土的硬化是水泥水化反应的结果，水泥的水化反应快慢直接体现在混凝土的初、终凝时间上。水泥水化反应速率不仅受水泥成分(硅、铝酸盐含量比)的影响，更易受施工环境，特别是
温度的影响。当施工
环境温度由21℃降低至4℃时，混凝土的终凝时间会从6小时延长至14小时。当施工温度低于零度时，不仅会使混凝土终凝时间大幅度延长至19小时，而且会出现拌和水反常性质，导致混凝土失效。
[0003] 因此，低温或超低温条件下进行混凝土项目施工时，低温不但不利于混凝土的
凝结，也会直接影响混凝土的结构强度，从混凝土施工的工期和
质量两个方面对工程的施工造成直接而严重的影响。而在实际生产过程中，部分工程如水利工程的冬季施工、极地施工，无法规避低温甚至超低温条件。因而亟需一种能够在低温或超低温条件下快速凝结的混凝土及其制备方法。
发明内容
[0004] 本发明解决了现有混凝土在低温或超低温条件下终凝时间长、结构强度低的技术问题，而提供了一种低温快速固化混凝土及其制备方法。
[0005] 本发明的一种低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为(10～14):1混合而成；
[0006] 所述固相材料由水泥、砂、石、
相变储能矿物材料和
硫酸铝混合而成；其中所述水泥与砂的质量比为1：(1～4)；所述水泥与石的质量比为1：(2～3)；所述水泥与相变储能矿物材料的质量比为1：(0.015～0.035)；所述水泥与硫酸铝的质量比为1：(0.045～0.15)；
[0007] 所述液相材料由二
乙醇胺、
减水剂、引气剂和水制备而成；其中所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：(0.2～3)；所述减水剂与引气剂的质量比为1：(0.5～1)；所述减水剂与水的质量比为1：(50～160)。
[0008] 进一步限定，所述相变储能矿物材料为蒙脱土复合
相变材料、珍珠岩复合相变材料或
硅藻土复合相变材料。
[0009] 进一步限定，所述砂的细度模数为2～3。
[0010] 进一步限定，所述砂的细度模数为2.6。
[0011] 进一步限定，所述石的细度模数为1.8～4.0。
[0012] 进一步限定，该低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为(11.06～13.5)：1混合而成。
[0013] 进一步限定，该低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为(12～12.57)：1混合而成。
[0014] 进一步限定，所述水泥与砂的质量比为1：(1.06～1.38)。
[0015] 进一步限定，所述水泥与砂的质量比为1：1.32。
[0016] 进一步限定，所述水泥与石的质量比为1：(2.51～2.83)。
[0017] 进一步限定，所述水泥与石的质量比为1：2.68。
[0018] 进一步限定，所述水泥与相变储能矿物材料的质量比为1：(0.02～0.03)。
[0019] 进一步限定，所述水泥与硫酸铝的质量比为1：(0.136～0.147)。
[0020] 进一步限定，所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：(0.76～2.67)。
[0021] 进一步限定，所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：1.52。
[0022] 进一步限定，所述减水剂与引气剂的质量比为1：0.8。
[0023] 进一步限定，所述减水剂与水的质量比为1：(54～156)。
[0024] 进一步限定，所述减水剂与水的质量比为1：133。
[0025] 制备上述的一种低温快速固化混凝土的方法按以下步骤进行：
[0026] 一、按质量比将水泥、砂、石、相变储能矿物材料和硫酸铝搅拌均匀，所述搅拌参数为：转速为150rpm～500rpm，时间为10min～30min，得到固相材料；
[0027] 二、按质量比将二乙醇胺、减水剂和引气剂溶解于水中，得到液相材料；
[0028] 三、按质量比将步骤一得到的固相材料和步骤二得到的液相材料在转速为300rpm～500rpm和温度为-40℃～0的条件下混合均匀，静置10min～15min，得到低温快速固化混凝土。
[0029] 进一步限定，步骤一中所述转速为200rpm～400rpm。
[0030] 进一步限定，步骤一中所述转速为350rpm。
[0031] 进一步限定，步骤一中所述时间为25min。
[0032] 进一步限定，步骤三中在转速为400rpm和温度为-8℃的条件下混合均匀。
[0033] 进一步限定，步骤三中静置12min～13min。
[0034] 本发明的混凝土材料通过相变储能材料如蒙脱土复合PCM、珍珠岩复合PCM、硅藻土复合PCM等调控水泥在水化过程中水化热的释放，一方面防止混凝土内部“
过热”导致混凝土材料形变程度不一致，而引起混凝土裂缝，另一方面防止混凝土外部因环境吸热造成“
过冷”导致混凝土材料固化不完全或混凝土失效。
[0035] 本发明通过混凝土掺拌料组成与比例，直接实现低温条件下混凝土的快速固化，解决低温条件混凝土施工的难题。同时，该混凝土适用于
泵送和喷射施工方式，可在温度≤-5℃的条件下实现混凝土快速
凝固，终凝时间≤15分钟，固化时间≤4小时，混凝度强度≥C20。
[0036] 本发明与
现有技术相比具有的显著效果，具体如下：
[0037] 1)本发明的混凝土适用于低温环境施工，环境温度≥-40℃，均可进行施工；
[0038] 2)本发明的混凝土在低温环境下可实现快速固化，终凝时间≤15分钟，固化时间≤4小时，无需额外养护；
[0039] 3)本发明的混凝土同时适用于泵送、喷射施工方式。
具体实施方式
[0040] 具体实施方式一：本实施方式中的一种低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为11.06：1混合而成；
[0041] 所述固相材料由水泥、砂、石、蒙脱土复合相变材料和硫酸铝混合而成；其中所述水泥与砂的质量比为1：1.38；所述水泥与石的质量比为1：2.83；所述水泥与蒙脱土复合相变材料的质量比为1：0.02；所述水泥与硫酸铝的质量比为1：0.045；
[0042] 所述液相材料由二乙醇胺、减水剂、引气剂和水制备而成；其中所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：0.2；所述减水剂与引气剂的质量比为1：0.8；所述减水剂与水的质量比为1：156。
[0043] 本实施方式中所述水泥为华新水泥PO42.5。
[0044] 本实施方式中所述砂的细度模数为2.6。
[0045] 本实施方式中所述石的细度模数为1.8。
[0046] 本实施方式中所述蒙脱土复合相变材料为市售商品。
[0047] 本实施方式中所述减水剂为市售万山高效
萘系减水剂。
[0048] 本实施方式中所述引气剂为市售
砂浆精。
[0049] 制备具体实施方式一所述的一种低温快速固化混凝土的方法按以下步骤进行：
[0050] 一、按质量比将水泥、砂、石、蒙脱土复合相变材料和硫酸铝搅拌均匀，所述搅拌参数为：转速为200rpm，时间为30min，得到固相材料；
[0051] 二、按质量比将二乙醇胺、减水剂和引气剂溶解于水中，得到液相材料；
[0052] 三、按质量比将步骤一得到的固相材料和步骤二得到的液相材料在转速为400rpm和温度为-20℃的条件下混合均匀，静置10min，得到低温快速固化混凝土。
[0053] 本实施方式所得混凝土初凝时间为6分19秒，终凝时间为9分21秒，固化4小时后，混凝土强度为C20。
[0054] 具体实施方式二：本实施方式中的一种低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为12.57：1混合而成；
[0055] 所述固相材料由水泥、砂、石、珍珠岩复合相变材料和硫酸铝混合而成；其中所述水泥与砂的质量比为1：1.32；所述水泥与石的质量比为1：2.68；所述水泥与珍珠岩复合相变材料的质量比为1：0.02；所述水泥与硫酸铝的质量比为1：0.147；
[0056] 所述液相材料由二乙醇胺、减水剂、引气剂和水制备而成；其中所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：2.67；所述减水剂与引气剂的质量比为1：1；所述减水剂与水的质量比为1：133。
[0057] 本实施方式中所述水泥为华新水泥PO42.5。
[0058] 本实施方式中所述砂的细度模数为3.0。
[0059] 本实施方式中所述石的细度模数为2.0。
[0060] 本实施方式中所述珍珠岩复合相变材料为市售商品。
[0061] 本实施方式中所述减水剂为市售万山高效萘系减水剂。
[0062] 本实施方式中所述引气剂为市售砂浆精。
[0063] 制备具体实施方式一所述的一种低温快速固化混凝土的方法按以下步骤进行：
[0064] 一、按质量比将水泥、砂、石、珍珠岩复合相变材料和硫酸铝搅拌均匀，所述搅拌参数为：转速为400rpm，时间为10min，得到固相材料；
[0065] 二、按质量比将二乙醇胺、减水剂和引气剂溶解于水中，得到液相材料；
[0066] 三、按质量比将步骤一得到的固相材料和步骤二得到的液相材料在转速为500rpm和温度为-15℃的条件下混合均匀，静置12min，得到低温快速固化混凝土。
[0067] 本实施方式所得混凝土初凝时间为6分26秒，终凝时间为9分11秒，固化4小时后，混凝土强度为C30。
[0068] 具体实施方式三：本实施方式中的一种低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为13.5：1混合而成；
[0069] 所述固相材料由水泥、砂、石、硅藻土复合相变材料和硫酸铝混合而成；其中所述水泥与砂的质量比为1：1.38；所述水泥与石的质量比为1：2.83；所述水泥与硅藻土复合相变材料的质量比为1：0.02；所述水泥与硫酸铝的质量比为1：0.147；
[0070] 所述液相材料由二乙醇胺、减水剂、引气剂和水制备而成；其中所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：1.52；所述减水剂与引气剂的质量比为1：1；所述减水剂与水的质量比为1：54。
[0071] 本实施方式中所述水泥为华新水泥PO42.5。
[0072] 本实施方式中所述砂的细度模数为2.6。
[0073] 本实施方式中所述石的细度模数为2.0。
[0074] 本实施方式中所述硅藻土复合相变材料为市售商品。
[0075] 本实施方式中所述减水剂为市售万山高效萘系减水剂。
[0076] 本实施方式中所述引气剂为市售砂浆精。
[0077] 制备具体实施方式一所述的一种低温快速固化混凝土的方法按以下步骤进行：
[0078] 一、按质量比将水泥、砂、石、硅藻土复合相变材料和硫酸铝搅拌均匀，所述搅拌参数为：转速为350rpm，时间为25min，得到固相材料；
[0079] 二、按质量比将二乙醇胺、减水剂和引气剂溶解于水中，得到液相材料；
[0080] 三、按质量比将步骤一得到的固相材料和步骤二得到的液相材料在转速为450rpm和温度为-5℃的条件下混合均匀，静置13min，得到低温快速固化混凝土。
[0081] 本实施方式所得混凝土初凝时间为5分08秒，终凝时间为6分44秒，固化4小时后，混凝土强度为C20。
[0082] 具体实施方式四：本实施方式中的一种低温快速固化混凝土由固相材料和液相材料按质量比为12：1混合而成；
[0083] 所述固相材料由水泥、砂、石、蒙脱土复合相变材料和硫酸铝混合而成；其中所述水泥与砂的质量比为1：1.06；所述水泥与石的质量比为1：2.51；所述水泥与蒙脱土复合相变材料的质量比为1：0.03；所述水泥与硫酸铝的质量比为1：0.136；
[0084] 所述液相材料由二乙醇胺、减水剂、引气剂和水制备而成；其中所述减水剂与二乙醇胺的质量比为1：0.76；所述减水剂与引气剂的质量比为1：0.5；所述减水剂与水的质量比为1：54。
[0085] 本实施方式中所述水泥为华新水泥PO42.5。
[0086] 本实施方式中所述砂的细度模数为2.1。
[0087] 本实施方式中所述石的细度模数为3.8。
[0088] 本实施方式中所述蒙脱土复合相变材料为市售商品。
[0089] 本实施方式中所述减水剂为市售万山高效萘系减水剂。
[0090] 本实施方式中所述引气剂为市售砂浆精。
[0091] 制备具体实施方式一所述的一种低温快速固化混凝土的方法按以下步骤进行：
[0092] 一、按质量比将水泥、砂、石、蒙脱土复合相变材料和硫酸铝搅拌均匀，所述搅拌参数为：转速为200rpm，时间为30min，得到固相材料；
[0093] 二、按质量比将二乙醇胺、减水剂和引气剂溶解于水中，得到液相材料；
[0094] 三、按质量比将步骤一得到的固相材料和步骤二得到的液相材料在转速为450rpm和温度为-30℃的条件下混合均匀，静置11min，得到低温快速固化混凝土。
[0095] 本实施方式所得混凝土初凝时间为5分37秒，终凝时间为10分37秒，固化4小时后，混凝土强度为C40。
