一种早强混凝土及其制备方法与应用与流程

1.本技术涉及建筑材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种早强混凝土及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着绿色发展概念的提出与可持续发展战略的深入，建筑行业的发展趋势由预拌混凝土逐渐转向混凝土预制构件方向。混凝土预制构件要求混凝土具体较好的流动性、密实性等工作性，除了能满足预制构件的施工需要外，还需具有早强的性能。
3.提高混凝土早期强度的方法有降低水胶比、提高水泥用量、使用高强度等级水泥、掺加早强剂与聚羧酸减水剂等，早强剂与聚羧酸减水剂在早强混凝土中的应用比较常见，传统的方法为将早强剂与聚羧酸减水剂复配使用，来提高混凝土的早期强度。
4.针对上述相关技术，申请人认为，早强剂与聚羧酸减水剂复配使用，虽然可以在一定程度上提高混凝土的早期强度，但是会对混凝土的流动性带来不利影响，影响混凝土在制备预制构件时的加工性能。


技术实现要素：

5.为了提高早强混凝土的流动性，本技术提供一种早强混凝土及其制备方法与应用。
6.第一方面，本技术提供一种早强混凝土，采用如下的技术方案：一种早强混凝土，其包括以下重量份原料：水泥220-300份、矿粉50-90份、粉煤灰30-45份、砂800-850份、碎石950-1150份、减水剂4-8份、水150-190份；所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚作为大单体，马来酸-三乙醇胺单酯、3-丁烯-1-胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸作为小单体在引发剂、链转移剂的作用下，发生聚合反应制备而成；其中异戊烯醇聚氧乙烯醚：马来酸-三乙醇胺单酯：3-丁烯-1-胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸的重量比为(0.2-0.3)：(0.8-1)：(1-2)：(2-3):1。
7.通过采用上述技术方案，减水剂中的马来酸-三乙醇胺中的极性官能团羟基具有亲水性，且其所带的负电荷可以吸附在水泥颗粒表面的ca
2+
等正电荷上，形成ca(oh)2，促进水泥水化与凝结进程，3-丁烯-1-胺中的胺基可以与ca
2+
等金属阳离子络合，加快水泥中铝酸三钙的溶解生成钙矾碎石的速度，提高混凝土早期强度；另外，3-丁烯-1-胺中的胺基还可以与水分子以氢键的形式结合，在水泥颗粒表面性能一层具有润滑作用的吸附层，提高混凝土的流动性；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为阳离子单体，其可以使得减水剂分子呈现出两性，同时吸附到呈正电性和负电性的水泥矿物上，提高水泥浆的流动性。本技术减水剂的加入在不使用早强剂的情况下既可以达到较高的早期强度，3d抗压强度可以达到37.5-40.7mpa，7d抗压强度可以达到48.0-54.3mpa，同时本技术的混凝土具有较好的流动性，制得的混凝土的初始流动度达到230-256mm，且在拌和10min后流动度基本没有下降，可
以保证混凝土充分的流动到预制件模具的边角处，提高混凝土在制备预制构件时的加工性能。
8.优选的，其包括以下重量份原料：水泥240-280份、矿粉60-80份、粉煤灰35-40份、砂820-840份、碎石1000-1050份、减水剂5-7份、水160-180份。
9.通过采用上述技术方案，进一步优化混凝土的原料配比，提高混凝土的整体性能。
10.优选的，所述引发剂的重量为大单体与小单体总重量的1.5-2.5％。
11.通过采用上述技术方案，引发剂与聚合单体的重量比在此范围内，可以使得混凝土的抗泌水性能达到最优；当引发剂用量较少时，整体聚合反应程度较低，单体未全部反应，减水剂性能较差；当引发剂过量时，分解出的自由基偏多，容易造成链终止，降低减水剂分子的分子量，降低混凝土的抗泌水性能，而且还会降低混凝土的流动性。
12.优选的，所述马来酸-三乙醇胺单酯的制备方法为：马来酸酐与三乙醇胺在催化剂的作用下，在100-120℃温度下，发生单酯化反应，得到马来酸-三乙醇胺单酯。
13.通过采用上述技术方案，使得三乙醇胺中的一个羟基与马来酸酐发生酯化反应，使得马来酸-三乙醇胺单酯中同时含有碳碳双键、羧基以及羟基，且羟基含有两个；反应温度可以为100-120℃中任一温度，如100℃、110℃、120℃等。
14.优选的，所述粉煤灰为改性粉煤灰，其制备方法为：将硅烷和水混合，使得硅烷水化在水中得到硅烷溶液，将粉煤灰浸泡在硅烷溶液中，浸泡1-1.5h，过滤、干燥得到改性粉煤灰。
15.通过采用上述技术方案，在粉煤灰外包裹硅烷，硅烷通过反应生成的桥氧吸附在水泥颗粒表面，通过分子中碳链的空间位阻作用提高颗粒间的分散作用，降低颗粒间的团聚作用，提高混凝土的流动性；浸泡时间可以为1-1.5h中任一时间，比如1h、1.25h、1.5h等。
16.优选的，所述聚合反应的聚合温度为45-50℃。
17.通过采用上述技术方案，聚合温度可以为45-50℃之间的任一温度，如45℃、48℃、50℃等，在此聚合温度范围内制备的减水剂使得混凝土的流动性与抗泌水性达到较佳的状态；温度过高时引发剂分解速度过快，聚合反应中自由基偏多，容易发生链终止；而温度过低则可能会导致聚合反应不彻底或聚合反应时间过长。
18.优选的，其还包括0.2-0.5重量份的外加剂，所述外加剂包括重量比为1：(1-2)：(5-6)的糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶。
19.通过采用上述技术方案，糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶复配作为外加剂，可以提高混凝土的流变性能，提高混凝土的加工性能。
20.第二方面，本技术提供一种早强混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种早强混凝土的制备方法，包括以下步骤：将水泥、矿粉、粉煤灰、砂、碎石混合均匀得到混合料；将其它原料混合均匀得到混合液；将混合液与混合料混合均匀，得到早强混凝土。
21.通过采用上述技术方案，使得各原料充分混合，且操作简单对加工设备没有特殊要求，生产简单。
22.第三方面，上述任一一种早强混凝土在装配式预制构件中的应用。
23.通过采用上述技术方案，本技术制得的混凝土流动性好、抗泌水性好，在应用于装
配式预制构件时有优越的加工性能。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用异戊烯醇聚氧乙烯醚作为大单体，马来酸-三乙醇胺单酯、3-丁烯-1-胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸作为小单体制备减水剂，将减水剂应用于混凝土中，制得的混凝土的初始流动度达到230-256mm，10min后的流动度达到228-255mm，60min后的流动度达到215-244mm；抗泌水性达到1.9-3.6cm；3d抗压强度可以达到37.5-40.7mpa，7d抗压强度可以达到48.0-54.3mpa，制得的混凝土早期强度较高，且流动性与抗泌水性优越。
25.2、本技术中优选采用硅烷对粉煤灰进行改性处理，制得的混凝土的初始流动度达到245-256mm，60min后的流动度达到232-244mm，进一步提高混凝土的流动性。
具体实施方式
26.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
27.原料和中间体的制备例原料所有原料均可通过市售获得，其中：砂采用机制砂，颗粒级配为ii区中砂，石粉含量2.5％，压碎指标8.2％，细度模数mx＝2.88，堆积密度1490
㎏
/m3，表观密度2590
㎏
/m3；碎石，碎石级配(5-16)
㎜
，最大公称粒径16
㎜
，含泥量0.5％，泥块含量0.3％，针片状颗粒总含量6.8％，堆积密度1450
㎏
/m3，表观密度2630
㎏
/m3；矿粉为s95级，比表面积429
㎡
/
㎏
，流动度比102％，活性指数101％；粉煤灰为f类ii级，细度15.5％，需水量比99％，烧失量4.8％；异戊烯醇聚氧乙烯醚，平均分子量为4000；引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐；链转移剂为巯基丙酸；催化剂为对甲基苯磺酸；硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷；糖胺聚糖平均分子量为400万；葡聚糖500000；温伦胶为wg温伦胶；双氧水质量百分浓度为28％。
28.制备例制备例1马来酸-三乙醇胺单酯，其制备方法为：将1029g马来酸酐、1490g三乙醇胺、4.47g催化剂加入反应容器中，用氮气吹扫置换反应器中的空气后，加热至反应容器内温度为110℃，恒温反应4h，然后自然降温至25℃，得到马来酸-三乙醇胺单酯。
29.制备例2-7减水剂，其制备方法为：
a1.按照表1的配比，将异戊烯醇聚氧乙烯醚(tpeg)充分溶解在水中，然后加入双氧水，搅拌均匀，作为大单体溶液；a2.将制备例1所得的马来酸-三乙醇胺单酯(ma-tea)、3-丁烯-1-胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)、丙烯酸(aa)混合均匀，作为小单体溶液；a3.将引发剂、链转移剂、抗坏血酸混合均匀，作为助剂溶液；a4.将大单体溶液加热至48℃，然后将小单体溶液、助剂溶液同时滴加入大单体溶液内，小单体溶液2h滴加完毕，助剂溶液2.5h滴加完毕，保温2h。保温结束后，将合成的母液冷却至25℃，用质量百分浓度为30％的氢氧化钠溶液调节至ph值为6.5，得到减水剂。
30.表1制备例2-7中原料配比表(kg)7中原料配比表(kg)
31.制备例8与制备例3不同的是，制备例12中聚合反应温度为60℃。
32.制备例9-12与制备例3不同的是，制备例9-12的用量分别为61.5g、76.88g、15.38g、123g。
33.制备例13改性粉煤灰，其制备方法为：将硅烷加入水中，在80℃搅拌条件下，使得硅烷完全溶解在水中，得到硅烷溶液，将粉煤灰完全浸入硅烷溶液中，搅拌1h，过滤、在105℃下干燥，得到改性粉煤灰。实施例
34.实施例1-5早强混凝土，其制备方法为：s1.按照表2配比，将水泥、矿粉、粉煤灰、砂、碎石混合均匀，得到混合料；s2.将水与减水剂混合均匀得到混合液，减水剂来自制备例2；s3.将混合液与混合料混合均匀，得到早强混凝土。
35.表2实施例1-5中原料配比表(kg)
36.实施例6-7与实施例3不同的是，实施例6-7中减水剂分别来自制备例3-4。
37.实施例8-12与实施例3不同的是，实施例8-11中减水剂分别来自制备例8-12。
38.实施例13与实施例9不同的是，实施例13中用等量来自制备例13的改性粉煤灰替换粉煤灰。
39.实施例14-15与实施例13不同的是，实施例14-15中还分别包括20g、50g外加剂，外加剂包括重量比为1：1：6的糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶。
40.实施例16与实施例15不同的是，实施例16中外加剂包括重量比为1：2：5的糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶。
41.实施例17与实施例15不同的是，实施例17中外加剂包括重量比为3：5的糖胺聚糖、温伦胶。
42.对比例对比例1-3与实施例1不同的是，对比例1-3中的减水剂分别来自于制备例5-7。
43.性能检测试验检测方法按照gb/t 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》检测实施例1-17与对比例1-3中混凝土的流动度，流动度检测时间为刚拌和的初始流动度与拌和10min、60min后的流动度；按照gb/t 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测实施例1-17与对比例1-3中混凝土的养护60min的抗泌水性；按照gb/t 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法》检测实施例1-17与对比例1-3中混凝土养护3天、7天的抗压强度。
44.性能检测结果见表3。
45.表3性能检测结果
46.结合实施例1-17和对比例1-3，并结合表3可以看出，在养护10min、60min后，实施例1-17中混凝土的流动度高于对比例1-3，且在养护10min后，实施例1-17中混凝土的流动度基本没有下降；实施例1-17中的抗泌水性也优于对比例1-3、实施例1-17中混凝土的早期强度也优于对比例1-3；这说明本技术制得的混凝土不仅早期强度高，而且具有更高的流动性与抗泌水性，在用于装配式预制构件时有优越的工作性能。
47.结合实施例1与对比例1-3，并结合表3可以看出，对比例1-3中分别缺少小单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、3-丁烯-1-胺、马来酸-三乙醇胺单酯，而对比例1-3中混凝土的流动性、抗泌水性、抗压强度均低于实施例1，这可能是因为本技术的小单体复配制得的减水剂的性能更优，可以提高混凝土的流动性、抗泌水性，提高混凝土用于装配式预制构件时有优越的工作性能。
48.结合实施例6与实施例9-12，并结合表3可以看出，实施例6与实施例9-10中混凝土的流动性、抗泌水性优于实施例11-12，这说明引发剂在本技术限定的范围内制得的减水剂在提高混凝土流动性与抗泌水性方面表现更优。
49.结合实施例9与实施例13，并结合表3可以看出，实施例13中的混凝土的流动性优于实施例9，这可能是因为在粉煤灰外包裹硅烷，硅烷通过反应生成的桥氧吸附在水泥颗粒表面，通过分子中碳链的空间位阻作用提高颗粒间的分散作用，降低颗粒间的团聚作用，提高混凝土的流动性。
50.结合实施例13-17，并结合表3可以看出，实施例14-16中混凝土的流动性优于实施例17，实施例17中混凝土的流动性优于实施例13，这可能是因为实施例14-16中添加了糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶复配的外加剂，实施例17中添加了糖胺聚糖、温伦胶复配的外加剂，而实施例13中不添加外加剂，糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶协同作用可以提高混凝土的流动性。
51.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种早强混凝土，其特征在于，其包括以下重量份原料：水泥220-300份、矿粉50-90份、粉煤灰30-45份、砂800-850份、碎石950-1150份、减水剂4-8份、水150-190份；所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚作为大单体，马来酸-三乙醇胺单酯、3-丁烯-1-胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸作为小单体在引发剂、链转移剂的作用下，发生聚合反应制备而成；其中异戊烯醇聚氧乙烯醚：马来酸-三乙醇胺单酯：3-丁烯-1-胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸的重量比为（0.2-0.3）：（0.8-1）：（1-2）：（2-3）:1。2.根据权利要求1所述的一种早强混凝土，其特征在于，其包括以下重量份原料：水泥240-280份、矿粉60-80份、粉煤灰35-40份、砂820-840份、碎石1000-1050份、减水剂5-7份、水160-180份。3.根据权利要求1所述的一种早强混凝土，其特征在于：所述引发剂的重量为大单体与小单体总重量的1.5-2.5%。4.根据权利要求1所述的一种早强混凝土，其特征在于：所述马来酸-三乙醇胺单酯的制备方法为：马来酸酐与三乙醇胺在催化剂的作用下，在100-120℃温度下，发生单酯化反应，得到马来酸-三乙醇胺单酯。5.根据权利要求1所述的一种早强混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为改性粉煤灰，其制备方法为：将硅烷和水混合，使得硅烷水化在水中得到硅烷溶液，将粉煤灰浸泡在硅烷溶液中，浸泡1-1.5h，过滤、干燥得到改性粉煤灰。6.根据权利要求3所述的一种早强混凝土，其特征在于：所述聚合反应的聚合温度为45-50℃。7.根据权利要求1所述的一种早强混凝土，其特征在于：其还包括0.2-0.5重量份的外加剂，所述外加剂包括重量比为1：（1-2）：（5-6）的糖胺聚糖、葡聚糖、温伦胶。8.一种权利要求1-7任一所述的早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水泥、矿粉、粉煤灰、砂、碎石混合均匀得到混合料；将其它原料混合均匀得到混合液；将混合液与混合料混合均匀，得到早强混凝土。9.一种权利要求1-7任一所述的早强混凝土在装配式预制构件中的应用。

技术总结
本申请涉及建筑材料的技术领域，具体公开了一种早强混凝土及其制备方法与应用。一种早强混凝土，包括水泥、矿粉、粉煤灰、砂、碎石、减水剂、水；所述减水剂由异戊烯醇聚氧乙烯醚，马来酸-三乙醇胺单酯、3-丁烯-1-胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸作为单体在引发剂、链转移剂的作用下，发生聚合反应制备而成；其中异戊烯醇聚氧乙烯醚：马来酸-三乙醇胺单酯：3-丁烯-1-胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸的重量比为（0.2-0.3）：（0.8-1）：（1-2）：（2-3）:1，本申请制得的混凝土，具有早期强度高，流动性与抗泌水性好的优点。流动性与抗泌水性好的优点。


技术研发人员：罗亚磊 吴建伟 张俊坡 苏爽 米宁
受保护的技术使用者：北京住总集团有限责任公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8