一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂及其制备方法
阅读：583发布：2023-01-23
专利汇可以提供一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 建筑材料 技术领域，具体涉及一种高流动性高强超缓凝型 钢 管 混凝土 添加剂，它由偏 高岭土 与复合改性剂混合而成，偏高岭土与复合改性剂的 质量 比为（50-20）：1，其中所述的复合改性剂由 氨 基类 硅 烷、环 氧 基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为70%-90%、5%-15%和5%-15%混合配制而成，各组分的百分比之和为100%。本添加剂作为钢管混凝土的外加剂，能改善钢管混凝土的工作性能和延缓 凝结 时间，显著提高钢管混凝土各龄期的强度，尤其是 早期强度 ，同时，能够有效地改善钢管混凝土的体积 稳定性 。，下面是一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，其特征在于它由偏高岭土与复合改性剂混合而成，偏高岭土与复合改性剂的质量比为（50-20）：1，其中所述的复合改性剂由氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为70%-90%、5%-15%和5%-15%混合配制而成，各组分的百分比之和为100%；所述的偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之
2
和大于等于50wt%，比表面积大于等于2300m/kg。
2.根据权利要求1所述的一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，其特征在于所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得的。
3.权利要求1所述的高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，其特征在于它包括有以下步骤：
（1）按照质量百分数依次为70%-90%、5%-15%和5%-15%将氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油混合均匀，得到复合改性剂；
（2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为（50-20）：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨30-120min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
4.根据权利要求3所述的高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，其特征在于所述的偏高岭土为高岭土经过粉磨在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得的。
5.根据权利要求3所述的高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，其特征在于所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/mL。
一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂及其制备方
法
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，随着国家对交通基础设施建设的大力发展，我国公路建设网迅速发展起来。在此期间，由于我国存在着大量的山河、峡谷等地势，这必然就需要成千上万的桥梁建设连通。钢管混凝土由于其结构具有承载能力高、自重轻、塑性好、耐疲劳、抗震性能好等优点，而广泛地应用与大跨度桥梁工程建设中。相比其它类型桥梁而言，钢管混凝土拱桥具有造型美观、受力合理、材料用量少、经济效益显著等优势，同时，它更适应于多山、多峡谷地区的桥梁建设。因此，钢管混凝土的应用将越来越受到人们的关注。
[0003] 目前，对于钢管混凝土的研究主要以其结构力学性能为主，而对于钢管混凝土中的核心混凝土材料的研究尤其是核心混凝土的材料设计、膨胀行为的可控性设计及其施工技术，则相对较少。近年来，围绕钢管混凝土工程应用中所普遍存在的混凝土与钢管脱粘问题、密实性问题以及大跨度结构工程中的施工问题，已经展开了相应的研究。由于大跨径钢管混凝土的施工工艺多采用泵送顶升法，从而对混凝土材料有了更高的要求，具有良好的可泵性、超缓凝特性以及自密实性能，同时还需具备一定的早强特性。此外，混凝土材料硬化后则会出现收缩、徐变等，导致核心混凝土与钢管之间产生间隙，因此，则需要材料体系具有良好的体积稳定性。
[0004] 然而，单一的混凝土材料体系显然无法满足上述要求。为了保证偏高岭土混凝土的工作性能和硬化特性，有研究在体系中加入高效减水剂和超缓凝剂作为复合型外加剂，但这类复合外加剂有可能跟水泥之间出现适应性不良的问题，并且有可能跟施工过程中使用的外加剂出现相互干扰的作用。同时，为了保证混凝土材料良好的体积稳定性，大多数研究通过掺入膨胀剂或硫铝酸盐水泥等方法加以解决。因此，复合外加剂以及膨胀剂的共同使用混凝土体系更为复杂，由于各种添加剂之间的相互干扰以及与体系中其它材料之间的适应性问题的影响，使得其在实际应用过程中仍然存在问题。故如何实现钢管混凝土的优异工作性能、超缓凝、自密实以及早强、良好的体积稳定性，有待进一步研究，应用于实际工程之中。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂及其制备方法，作为钢管混凝土的外加剂，能改善钢管混凝土的工作性能和延缓凝结时间，显著提高钢管混凝土各龄期的强度，尤其是早期强度，同时能够有效地改善钢管混凝土的体积稳定性。
[0006] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0007] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土与复合改性剂混合而成，偏高岭土与复合改性剂的质量比为（50-20）：1，其中所述的复合改性剂由氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为70%-90%、5%-15%和5%-15%混合配制而成，各组分的百分比之和为100%。
[0010] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0011] （1）按照质量百分数依次为70%-90%、5%-15%和5%-15%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0013] 按上述方案，所述的偏高岭土为高岭土经过粉末在500-1000℃的温度下煅烧0.5-6.0小时后冷却制得的。
[0014] 按上述方案，所述的偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于2
50wt%，比表面积大于等于2300m/kg。
50wt%，比表面积大于等于2300m/kg。
[0015] 按上述方案，所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为1.010±0.005g/ml。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] 1)本发明能明显提高混凝土的早期强度，当本发明所述钢管混凝土添加剂在普通砂浆中的掺量为3wt%-15wt%，能显著提高砂浆7d强度20%以上，且28d强度增长率仍能保持在15%以上；当本发明所述钢管混凝土添加剂的掺量为8%时，7d抗压强度增长30%以上，相对于同等掺量的偏高岭土而言，其增长率为20%。本发明所述钢管混凝土添加剂中活性氧化铝和二氧化硅与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，其产物(CSH凝胶和水化铝酸钙等)有效地增强了体系的密实度；而结合在偏高岭土表面的改性剂的相互作用，改性剂的水化反应产物形成空间位置效应使得偏高岭土更有效地分散于胶凝材料中，同时，改性剂提高了偏高岭土、水泥和水化产物之间的键合作用。因此，本发明所述钢管混凝土添加剂能够显著提高混凝土的早期强度。
[0018] 2)本发明显著延缓混凝土的凝结时间，当胶凝材料中本发明所述钢管混凝土添加剂的掺量为8%时，凝结时间延缓17h左右。由于改性剂在水化过程中生成大量的羟基，被2-
水泥粒子表面的钙离子吸附形成吸附膜阻碍水化进行，或与水泥粒子表面的O 形成氢键阻碍水化反应，因而能够有效地延缓混凝土的凝结时间。
水泥粒子表面的钙离子吸附形成吸附膜阻碍水化进行，或与水泥粒子表面的O 形成氢键阻碍水化反应，因而能够有效地延缓混凝土的凝结时间。
[0019] 3)本发明显著改善混凝土的工作性能，普通混凝土中偏高岭土的掺量为5wt%-10wt%时，聚羧酸减水剂掺量为0.5%时，其坍落度下降在40mm-100mm左右。然而，掺入同等掺量的本发明所述钢管混凝土添加剂时，其流动度基本能够维持不变，且无需外加减水剂。偏高岭土颗粒表面由于与改性剂发生化学结合或物理吸附作用，改性剂在水化过程中形成低聚物的笼式结构，使其表面形成空间位阻，从而有效地改善流变性能。
[0020] 4)本发明能提高混凝土的体积稳定性，普通混凝土中加入偏高岭土后，由于偏高岭土的火山灰效应以及微填充效应，能够大大提高混凝土的致密性，从而有效地降低混凝土体积收缩。然而，本发明所述钢管混凝土添加剂的加入，改善了混凝土的工作性能和提高了偏高岭土的活性反应率，更有利于降低混凝土的体积收缩。因此，本发明所述钢管混凝土添加剂能够显著的提高混凝土的体积稳定性，改善混凝土的耐久性能。
[0021] 5)本发明对不同种类的水泥和混凝土添加剂适应性良好，工程实际中常常会出现减水剂与水泥出现相容性不良的现象，而本发明所述钢管混凝土添加剂对于各种外加剂和水泥的种类不会出现适应性不良的问题。附图说明
[0022] 图1是应用测试（二）中测试基准样、偏高岭土样和实施例2试样的砂浆试件干缩应变图。
[0023] 图2是应用测试（三）中测试基准样、偏高岭土样和实施例4试样的7天和28天抗压强度，其中A-基准样；B-偏高岭土样；C-实施例4试样。
[0024] 图3是应用测试（三）中测试基准样、偏高岭土样和实施例4试样的混凝土干燥收缩图。
具体实施方式
[0025] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0026] 实施例1：
[0027] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土、复合改性剂在球磨机中研磨30min制备得到的，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，所述的改性剂有氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为90%、5%和5%混合配制而成。其中，所述偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于50wt%，比表面积2
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
[0028] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0029] （1）按照质量百分数依次为90%、5%和5%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0030] （2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨30min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
[0031] 实施例2：
[0032] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土、复合改性剂在球磨机中研磨75min制备得到的，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，所述的改性剂有氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为90%、5%和5%混合配制而成。其中，所述的偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于50wt%，比表面积2
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
[0033] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0034] （1）按照质量百分数依次为90%、5%和5%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0035] （2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨75min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
[0036] 实施例3：
[0037] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土、复合改性剂在球磨机中研磨120min制备得到的，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，所述的改性剂有氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为90%、5%和5%混合配制而成。其中，所述偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于50wt%，比表面积2
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
[0038] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0039] （1）按照质量百分数依次为90%、5%和5%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0040] （2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为20：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨120min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
[0041] 实施例4：
[0042] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土、改性剂在球磨机中研磨90min制备得到的，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为30：1，所述的改性剂有氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为80%、15%和5%混合配制而成。其中，所述偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于50wt%，比表面积2
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
[0043] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0044] （1）按照质量百分数依次为80%、15%和5%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0045] （2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为30：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨90min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
[0046] 实施例5：
[0047] 一种高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂，它由偏高岭土、改性剂在球磨机中研磨90min制备得到的，其中，偏高岭土与复合改性剂的质量比为50：1，所述的改性剂有氨基类硅烷、环氧基硅烷和甲基硅油按照质量百分数依次为70%、15%和15%混合配制而成。其中，所述偏高岭土中SiO2与Al2O3的质量百分含量之和大于等于50wt%，比表面积2
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
大于等于2300m/kg；所述的氨基类硅烷为无色至浅黄色透明液体，含量≥95.0%，密度为
1.010±0.005g/ml。
[0048] 上述高流动性高强超缓凝型钢管混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0049] （1）按照质量百分数依次为70%、15%和15%，将氨基类硅烷、环氧基硅烷和有机硅油混合均匀，得到复合改性剂；
[0050] （2）按照偏高岭土与复合改性剂的质量比为50：1，将经过烘干的偏高岭土放入陶瓷球磨机中，加入复合改性剂，研磨90min，即得到超缓凝型高流动性高强钢管混凝土添加剂。
[0051] 应用测试（一）
[0052] 以砂浆试件作为考察对象，偏高岭土以及实施例1-3所制备得到的添加剂均以6%、8%、10%等量取代胶凝材料配置砂浆。选取河砂(过2.36mm筛)，水灰比均为0.45，胶砂比均为1:3，减水剂为木质磺酸钠粉剂减水剂。按照GB/T 2429—2005《水泥胶砂流动度测定方法》测试基准样、偏高岭土样、实施例1-3试样的流动度；按照GB/T 17671-1999 《水泥胶砂强度检验方法》，用万能压力试验机测试基准样和实例的7天和28天抗压强度。砂浆试件的流动度和强度测试结果见表1。
[0053]
[0054] 由表1可知，第一，实施例1-3试样中减水剂用量降低到0.2%时，砂浆试件的流动度相比同等掺量的偏高岭土样而言，均仍有一定的提高，说明本发明所述添加剂对工作性能有较大的改善作用；第二，实施例1-3试样与偏高岭土样相对于基准样而言，7d和28d强度均表现出明显的增长；而对比实施例1-3试样与同等掺量偏高岭土样的7d强度而言，强度增长率分别为11.6%、20.2%和10.4%，说明本发明所述的添加剂对早期强度有较强促进作用，同时28d强度表明对后期强度发展并无影响。
[0055] 应用测试（二）
[0056] 选择实施例2的配合比，以净浆作为考察对象，参照GB/T1346－2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中水泥凝结时间的测定方法，分别测定基准样(华新P.I 52.5水泥)、偏高岭土样和实施例2 试样的初、终凝时间，测定结果如表2所示，其中偏高岭土样中偏高岭土按照掺量为8%等质量取代水泥，实施例2 试样中所述添加剂按照掺量为8%等质量取代水泥。
[0057]
[0058] 由表2可知偏高岭土的掺入使得浆体的初、终凝时间都相应缩短。然而，实施例2 所述添加剂的加入却大大地延缓了胶凝材料的凝结时间，其中初凝时间相对于基准样而言，延缓了17h左右，说明本发明所述添加剂对混凝土具有较强的缓凝作用。
[0059] 选择实施例2的配合比，参考JCJ/T 70-2009标准，所有试件 在3联25mm×25mm×280mm的试模中成型后置于温度为20℃、相对湿度大于90%RH的条件下养护。
拆模后置于温度为20℃、相对湿度为60%RH的环境中养护，此后分别测其3d、5d、7d、14d和
28d长度。试件的膨胀率用下式计算： ，式中： -试件在t天龄期的膨
胀率(%)； -试件在t天龄期的长度(mm)； -试件的基准长度(mm)； -测头(即埋钉)的长度(mm)。
拆模后置于温度为20℃、相对湿度为60%RH的环境中养护，此后分别测其3d、5d、7d、14d和
28d长度。试件的膨胀率用下式计算： ，式中： -试件在t天龄期的膨
胀率(%)； -试件在t天龄期的长度(mm)； -试件的基准长度(mm)； -测头(即埋钉)的长度(mm)。
[0060] 由图1可知，实施例2中所述钢管混凝土添加剂的掺量为8%时，相对于偏高岭土而言，本发明所述钢管混凝土添加剂明显降低了砂浆试件的干燥收缩，更有利于砂浆的体积稳定性。
[0061] 应用测试（三）
[0062] 以混凝土试件为考察对象，偏高岭土以及实施例4所得添加剂均以8%等量取代胶凝材料配置混凝土，减水剂为聚羧酸类减水剂。按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试基准样、偏高岭土样和实施例4试样的坍落度，如表3所示；按照GB/T 50081-2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》，用万能压力试验机测试基准样、偏高岭土样和实施例4试样的7天和28天抗压强度，如图2所示；按照GB/T 50089-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，采用接触法测定混凝土的干燥收缩，如图3所示。
[0063]
[0064] 由表3可知，实施例4所述钢管混凝土添加剂的掺量为8%时，在未添加减水剂的情况下，其对流变性能的改善作用相对于同等掺量的偏高岭土而言，仍比较明显；同时，从图2中可以看出，就7d强度而言，实施例4相对于同等掺量的偏高岭土增长率达到9.6%，28天强度增长率为12.4%。说明本发明所述钢管混凝土添加剂不仅能够改善工作性能，而且能促进早期强度的增长。
[0065] 由图3可知，偏高岭土的掺入后混凝土试件的干燥收缩率与基准样相比有显著的降低，而对比同等掺量的实施例4试样而言，其干燥收缩率得到进一步的降低，这说明本发明所述钢管混凝土添加剂能够显著改善混凝土的体积稳定性。
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