一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂及其制备方法和应用

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1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂及其制备方法和应用。

背景技术：

2.20世纪90年代以来，高性能混凝土的研究得到了快速发展。粉煤灰作为一种工业固体废弃物，目前主要作为混凝土的掺和料应用于道路材料和建筑材料等领域中。将粉煤灰这种工业废渣作为高性能混凝土的有益组分，可实现固体废物的资源化利用，减少硅酸盐水泥熟料生产中co2、so2和nox等废气和粉尘的排放。但是，简单在混凝土中掺入大量粉煤灰等掺和料代替水泥，容易导致混凝土强度大幅度降低，且还会使混凝土出现干燥收缩增大，产生收缩裂纹，最终导致混凝土的抗渗透性、抗硫酸盐、氯离子侵蚀性能明显下将，影响混凝土的耐久性。因此，研制一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，改善混凝土的性能，提高混凝土的工程质量，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

3.针对现有技术中粉煤灰基混凝土存在的强度低、容易出现收缩裂纹等问题，本发明提供一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂及其制备方法和应用。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
5.一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，括如下质量份数的原料组分：超细粉煤灰40份-50份，高活性硅灰10份-15份，矿粉10份-15份，稻壳粉1份-2份，石灰粉5份-10份，减水剂0.5份-2份，有机外加剂2份-10份和磷酸盐类化合物2份-4份；
6.其中，所述有机外加剂包括癸基葡萄糖苷、聚乙烯醇和月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
7.相对于现有技术，本发明提供的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，选择不同反应活性的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉，其可填充水泥颗粒之间的孔隙，提高混凝土的密实状态，且不同反应活性的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉和稻壳粉水化反应速度不同，超细粉煤灰、高活性硅灰可迅速与水化反应生成的ca(oh)2反应生成c-s-h胶凝体，提高混凝土的早期强度，随着水化反应的不断进行，矿粉也与水化反应生成的ca(oh)2反应生成c-s-h胶凝体，增加了c-s-h胶凝体的致密性，且反应生成的c-s-h胶凝体包覆在稻壳粉等固体表面，或填充在颗粒之间，进一步提高了混凝土的密实度，从而保证了胶凝体系的强度稳定增加，提高了胶凝体系的中后期强度；特定复合外加剂的加入，可有效减少混凝土中的气泡，降低硬化混凝土的孔隙率，同时，还能降低混凝土的水化热，降低混凝土收缩裂缝的产生，从而有利于混凝土力学性能和抗渗透性、耐腐蚀性和耐久性的提高。
8.本发明复合外加剂中各组分均匀填充在混凝土的空洞、孔道和微隙中，提高了混凝土的密实度，降低了混凝土的收缩率，各组分协同作用显著提高了混凝土的强度，弥补了粉煤灰基混凝土强度低、抗渗性能差等缺陷，有效提升了混凝土的工作性能，在粉煤灰基混
凝土中具有广阔的应用前景。
9.优选的，所述超细粉煤灰为细度600目-2000目的超细粉煤灰微珠，符合gb 1596-91标准。
10.本发明优选的超细粉煤灰微珠不但能改善混凝土的流动性，而且能提高混凝土的密实度，进而保证混凝土具有较高的抗渗等级和强度。
11.优选的，所述高活性硅灰的粒径为0.1μm-0.3μm，比表面积为20m2/g-28m2/g。
12.本发明优选的高活性硅灰，可在碱性条件(水泥与水生产的ca(oh)2)的激发下，高活性硅灰中的sio2可与ca(oh)2迅速反应生成硅酸钙凝胶c-s-h，提高混凝土强度，改善混凝土性能；且微观结构上，超细粉煤灰微珠和高活性硅灰均微球形结构，可均匀分散填充在水泥颗粒之间，增加混凝土的密实度，显著改善混凝土的强度、抗侵蚀性和耐久性能。
13.优选的，所述矿粉为s95级矿粉，符合gb/t 18046-2017。
14.本发明优选的矿渣粉，不但可降低研磨能耗，降低成本，提高效率，还能保证矿渣具有较高的活性，提高超细矿粉的水化反应速度，达到兼顾成本和性能的双重目的。
15.优选的，所述稻壳粉的粒径为2.3mm-4mm。
16.优选的，所述石灰粉中cao含量＞97％，所述石灰粉的粒径为3μm-7μm。
17.优选的，所述有机外加剂为质量比为2-3:2-3:1的癸基葡萄糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠和聚乙烯醇。
18.本发明复合外加剂中各组分的优选比例，有利于进一步降低硬化后混凝土中的不良孔隙，从而增加混凝土的密实性；且有助于降低混凝土的收缩，进而降低收缩开裂问题的出现，从而有利于提高混凝土的抗渗透性、耐腐性和耐久性等性能。
19.优选的，所述减水剂为减水率＞25％的聚羧酸系减水剂。
20.进一步的，所述减水剂为sd-600p-02、pc1030、pc1021或pc1051。
21.本发明优选的减水剂，可抑制混凝土的收缩，减少收缩产生的裂缝，增强混凝土的抗压强度。
22.优选的，所述磷酸盐类化合物为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中至少一种。
23.本发明优选的磷酸类化合物可提升浆体的流动性，且可与水泥基体作用，增强混凝土的耐久性和抗侵蚀性。
24.优选的，所述高活性硅灰和矿粉在使用之前还经过如下预处理过程：将高活性硅灰或矿粉于真空度不小于95％、95℃-105℃干燥20h-30h。
25.将高活性硅灰和矿粉进行预处理，可提高硅灰和矿粉的水化反应活性，促进水化反应速度，促进混凝土强度的快速增加。
26.本发明还提供了一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法，包括如下步骤：
27.按照设计配比称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
28.将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；
29.将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
30.可选的，上述混合均匀的方式选用机械搅拌，为物料混合均匀为准。
31.本发明提供的复合外加剂的制备方法，材料加工、生产工艺简单，生产过程以物理
搅拌混合为主，采用干物料和湿物料分别搅拌混合的方法，提高了各物料的混合均匀度，制备得到的复合外加剂可使基体混凝土结构密实，显著改善混凝土的性能，达到混凝土耐久性优异的要求，具有较高的实用价值和推广价值。
32.本发明还提供了上述任一项所述的复合外加剂在中低强度、高耐久混凝土中的应用。
33.优选的，所述复合外加剂的添加量为混凝土中胶凝材料的5wt％-10wt％。
34.本发明中所述复合外加剂的具体的掺量可根据混凝土达到所需流动性和早期强度及耐久性的要求，通过常规试验进行确定。
35.本发明提供的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，通过选择不同反应活性、不同粒度分布的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉，均匀分布填充在水泥颗粒之间，提高混凝土的密实性，释放出孔隙水，且磷酸盐类化合物与水泥基体作用增加混凝土的耐久性和抗侵蚀性；进一步地，通过加入的有机外加剂，降低混凝土中的不良孔隙率和混凝土的收缩性，从而有效提高了混凝土的密实性和抗渗性；本发明提供的复合外加剂中各组分协同作用，可有效改善混凝土的性能，提高混凝土施工的工程质量，具有较高的推广应用价值。
附图说明
36.图1为利用压汞法对本发明实施例1和对比例1制备的混凝土进行孔结构测试的结果对比图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.以下实施例和对比例中的高活性硅灰和矿粉在使用之前经过如下预处理：将高活性硅灰或矿粉于真空度不小于95％、95℃-105℃干燥20h-30h。
39.实施例1
40.本发明实施例提供一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，按质量份数计，原料包括以下组分：
41.超细粉煤灰45份，高活性硅灰11.5份，矿粉12.5份，稻壳粉1.7份，石灰粉9.7份，减水剂0.72份，有机外加剂4.7份和磷酸盐类化合物2.4份；
42.其中，所述有机外加剂为质量比为2.5:2.5:1的癸基葡萄糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠和聚乙烯醇。
43.其中，超细粉煤灰为符合gb 1596-91标准的细度600目-2000目的超细粉煤灰微珠；高活性硅灰的粒径为0.1μm-0.3μm，比表面积为20m2/g-28m2/g；矿粉为符合gb/t 18046-2017的s95级矿粉；稻壳粉的粒径为2.3mm-4mm；石灰粉中cao含量＞97％，所述石灰粉的粒径为3μm-7μm；减水剂为sd-600p-02；所述磷酸盐类化合物为焦磷酸钠。
44.上述用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法包括如下步骤：
45.按照上述质量份数称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
46.将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；
47.将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
48.将上述制备得到的复合外加剂与普通硅酸盐水泥、水、砂搅拌混合，质量比为普通硅酸盐水泥：水：砂：上述复合外加剂＝600：180：1000：40。
49.实施例2
50.本发明实施例提供一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，按质量份数计，原料包括以下组分：
51.超细粉煤灰50份，高活性硅灰10.3份，矿粉10.2份，稻壳粉1.2份，石灰粉5.3份，减水剂2份，有机外加剂9.7份和磷酸盐类化合物3.2份；
52.其中，所述有机外加剂为质量比为2:2:1的癸基葡萄糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠和聚乙烯醇。
53.其中，超细粉煤灰为符合gb 1596-91标准的细度600目-2000目的超细粉煤灰微珠；高活性硅灰的粒径为0.1μm-0.3μm，比表面积为20m2/g-28m2/g；矿粉为符合gb/t 18046-2017的s95级矿粉；稻壳粉的粒径为2.3mm-4mm；石灰粉中cao含量＞97％，所述石灰粉的粒径为3μm-7μm；减水剂为pc1030；所述磷酸盐类化合物为六偏磷酸钠。
54.上述用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法包括如下步骤：
55.按照上述质量份数称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
56.将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；
57.将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
58.将上述制备得到的复合外加剂与普通硅酸盐水泥、水、砂搅拌混合，质量比为普通硅酸盐水泥：水：砂：上述复合外加剂＝600：180：1000：40。
59.实施例3
60.本发明实施例提供一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，按质量份数计，原料包括以下组分：
61.超细粉煤灰40份，高活性硅灰14.8份，矿粉14.7份，稻壳粉1.5份，石灰粉7.5份，减水剂1.3份，有机外加剂2.2份和磷酸盐类化合物4份；
62.其中，所述有机外加剂为质量比为3:3:1的癸基葡萄糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠和聚乙烯醇。
63.其中，超细粉煤灰为符合gb 1596-91标准的细度600目-2000目的超细粉煤灰微珠；高活性硅灰的粒径为0.1μm-0.3μm，比表面积为20m2/g-28m2/g；矿粉为符合gb/t 18046-2017的s95级矿粉；稻壳粉的粒径为2.3mm-4mm；石灰粉中cao含量＞97％，所述石灰粉的粒径为3μm-7μm；减水剂为pc1051；所述磷酸盐类化合物为三聚磷酸钠。
64.上述用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法包括如下步骤：
65.按照上述质量份数称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
66.将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；
67.将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
68.将上述制备得到的复合外加剂与普通硅酸盐水泥、水、砂搅拌混合，质量比为普通
硅酸盐水泥：水：砂：上述复合外加剂＝600：180：1000：40。
69.对比例1
70.本对比例提供一种复合外加剂，组成与实施例1不同的是不加入有机外加剂，其余完全相同，所述复合外加剂的具体组成为：
71.超细粉煤灰45份，高活性硅灰11.5份，矿粉12.5份，稻壳粉1.7份，石灰粉9.7份，减水剂0.72份和磷酸盐类化合物2.4份。
72.上述复合外加剂的制备方法包括如下步骤：
73.按照上述质量份数称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
74.将称取的减水剂和第一混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
75.将上述制备得到的复合外加剂与普通硅酸盐水泥、水、砂搅拌混合，质量比为普通硅酸盐水泥：水：砂：上述复合外加剂＝600：180：1000：40。
76.对比例2
77.本对比例提供一种复合外加剂，与实施例1不同的仅是将有机外加剂中的月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠替换为可溶性淀粉，原料包括以下组分：
78.超细粉煤灰45份，高活性硅灰11.5份，矿粉12.5份，稻壳粉1.7份，石灰粉9.7份，减水剂0.72份，有机外加剂4.7份和磷酸盐类化合物2.4份；
79.其中，所述有机外加剂为质量比为2.5:2.5:1的癸基葡萄糖苷、可溶性淀粉和聚乙烯醇。
80.上述用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法包括如下步骤：
81.按照上述质量份数称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；
82.将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；
83.将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。
84.将上述制备得到的复合外加剂与普通硅酸盐水泥、水、砂搅拌混合，质量比为普通硅酸盐水泥：水：砂：上述复合外加剂＝600：180：1000：40。
85.将实施例1和对比例1制备的混凝土采用压汞法进行孔隙率及孔隙分布的测试，测试标准为gb/t 21650.1-2008压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分：压汞法，结果如图1所示。
86.从图中可以看出，对比例1制备的混凝土的总孔隙率明显高于实施例1制备的混凝土，且对比例1制备的混凝土中大孔的含量较多，中小孔含量较少；而实施例1制备的混凝土中中小孔含量较多，而大孔含量较少。因此，通过在混凝土中加入本发明提供的复合外加剂，不但可以有效降低混凝土的孔隙率，还能改善混凝土中孔隙尺寸分布，降低大孔数量，从而有效提高混凝土的抗渗透性能，同时，也有利于混凝土强度的提升。
87.为了证明本发明实施例和对比例制备的复合外加剂的效果，下面对实施例1-3以及对比例1-2中的添加复合外加剂的混凝土进行性能测试，具体试验条件如下：
88.试块的制备：将实施例1-3以及对比例1-2制备得到的混凝土灌入100mm
×
100mm
×
100mm的立方试件中，静置24h后脱模，将脱模后的试件放入蒸养箱中，以不超过15℃/h的速率升温至90℃
±
1℃，恒温48h，然后以不大于15℃/h的速率降温至20℃
±
5℃，养护7d后进
行相关性能检测，测试结果如表1所示。
89.表1试样性能测试结果
[0090][0091]
注：扩展度、抗氯离子渗透等级、抗硫酸盐等级和抗渗等级测试标准应符合gb/t 14902-2013《预拌混凝土》；抗压强度测试标准应符合gb/t 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》。
[0092]
综上所述，本发明提供的复合外加剂在不降低浆体流动性的同时，还显著改善了混凝土的力学性能，降低了混凝土中氯离子的扩散，并且抗渗透性能也有一定的改善，提升了混凝土的防水能力和抗渗透性，能够有效延长其在潮湿环境下的使用寿命，应用前景广阔。
[0093]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，包括如下质量份数的原料组分：超细粉煤灰40份-50份，高活性硅灰10份-15份，矿粉10份-15份，稻壳粉1份-2份，石灰粉5份-10份，减水剂0.5份-2份，有机外加剂2份-10份和磷酸盐类化合物2份-4份；其中，所述有机外加剂包括癸基葡萄糖苷、聚乙烯醇和月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。2.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述超细粉煤灰为细度600目-2000目的超细粉煤灰微珠。3.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述高活性硅灰的粒径为0.1μm-0.3μm，比表面积为20m2/g-28m2/g；和/或所述矿粉为s95级矿粉。4.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述稻壳粉的粒径为2.3mm-4mm；和/或所述石灰粉中cao含量＞97％，所述石灰粉的粒径为3μm-7μm。5.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述有机外加剂为质量比为2-3:2-3:1的癸基葡萄糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠和聚乙烯醇。6.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述减水剂为减水率＞25％的聚羧酸系减水剂；和/或所述磷酸盐类化合物为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中至少一种。7.如权利要求1所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂，其特征在于，所述高活性硅灰和矿粉在使用之前还经过如下预处理过程：将高活性硅灰或矿粉于真空度不小于95％、95℃-105℃干燥20h-30h。8.权利要求1-7任一项所述的用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照设计配比称取各组分，将称取的超细粉煤灰、高活性硅灰、矿粉、稻壳粉、石灰粉和磷酸盐类化合物混合均匀，得第一混合料；将称取的减水剂和有机外加料混合均匀，得第二混合料；将所述第一混合料和第二混合料，混合均匀，得所述复合外加剂。9.权利要求1-7任一项所述的复合外加剂在中低强度、高耐久混凝土中的应用。10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述复合外加剂的添加量为混凝土中胶凝材料的5wt％-10wt％。

技术总结

本发明涉及建筑材料技术领域，具体公开一种用于粉煤灰基混凝土的复合外加剂及其制备方法和应用。所述复合外加剂包括：超细粉煤灰40份-50份，高活性硅灰10份-15份，矿粉10份-15份，稻壳粉1份-2份，石灰粉5份-10份，减水剂0.5份-2份，有机外加剂2份-10份和磷酸盐类化合物2份-4份；上述有机外加剂包括癸基葡萄糖苷、聚乙烯醇和月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。本发明提供的复合外加剂在不降低浆体流动性的同时，还显著改善了混凝土的力学性能，降低了混凝土中氯离子的扩散，并且抗渗透性能也有一定的改善，提升了混凝土的防水能力和抗渗透性，能够有效延长其在潮湿环境下的使用寿命，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。