改善混凝土自收缩的复合外加剂

摘要

一种改善混凝土自收缩的复合外加剂属于混凝土外加剂技术领域。目前改善混凝土自收缩的材料主要包括：膨胀剂、减缩剂和纤维。但是上述材料单独使用的效果并不理想，本发明特征在于：采用I级粉煤灰、磨细石灰石粉、二水石膏、生明矾土、二甲基硅氧烷均匀混合制成，各组分的重量百分比分别为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％；所述的磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度大于350m2/kg。本发明的复合外加剂掺加在高强混凝土、大体积混凝土和自密实混凝土中，在环境相对湿度低于50％的条件下，能够显著降低混凝土自收缩率30％以上，对混凝土强度、流动度和耐久性具有改善作用。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域。具体地说是一种能够显著降低高强混凝土的自收缩率，但是不影响混凝土的工作度、强度和耐久性的有机一无机复合外加剂。

背景技术

混凝土自收缩是水泥基胶凝材料在初凝之后随着水化的进行，在恒温恒重条件下宏观体积的减缩。自收缩不包括由于干燥、沉降、温度变化、遭受外力等原因引起的体积变化。产生自收缩的原因是由于随着水泥水化的进行，在硬化水泥石中形成大量微细孔，孔中自由水量逐渐降低，即水泥石内部相对湿度降低，但同时水泥石重量没有任何损失，出现自干燥现象。自干燥的结果是产生毛细孔应力，造成硬化水泥石受负压作用而产生收缩。自收缩的产生机理类似于干缩机理，但二者在相对湿度降低的机理上是不同。造成干缩的原因是由于水份扩散到外部环境中，而自收缩是由于内部水份被水化反应所消耗而造成的，因此通过阻止水份扩散到外部环境中的方法来降低自收缩并不有效。

随着现代建筑技术的发展，高强混凝土、大体积混凝土及自密实混凝土等应用日益广泛，混凝土的自收缩现象也越来越引起人们的关注。实践中发现上述类型混凝土的自收缩较大。例如，水胶比低于0.3的高强混凝土自收缩率可以达到2～4×10^-4，当水胶比降低至0.23～0.17时，自收缩占总收缩的80％～100％，即水胶比极低的混凝土收缩主要是自收缩。配筋率为0.8％、强度为60～70MPa的高强混凝土的28天自收缩率可达2～3.5×10^-4，即使掺加膨胀剂也无济于事。较大的自收缩对混凝土性能的影响是显而易见的——容易造成收缩开裂，严重影响混凝土的耐久性。

目前改善混凝土自收缩的材料主要包括：膨胀剂、减缩剂和纤维。但是上述材料单独使用的效果并不理想，例如，膨胀剂虽然能够早期补偿收缩或产生微膨胀，但由于本身水化需要大量的水，并且水化热较高，而高强混凝土本身用水量很低，因此后期混凝土内部缺水难以维持膨胀，反而会加大自收缩和冷缩。一般的减缩剂虽然能够降低自收缩，但同时会降低混凝土强度和流动性，并且价格昂贵，难以工程应用。纤维并不能主动降低自收缩，只是能够被动限制自收缩的进一步发展，并且纤维价格昂贵，普通混凝土难以应用。

发明内容

针对上述已有的改善自收缩材料的不足之处，本发明的目的是制备出一种有机一无机复合外加剂，该种外加剂能够在不影响混凝土强度、工作度和耐久性的前提下，显著降低混凝土的自收缩率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：采用I级粉煤灰、磨细石灰石粉、二水石膏、生明矾土、二甲基硅氧烷均匀混合制成，各组分的重量百分比分别为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％；磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度要求大于350m²/kg。

使用方法：根据新拌混凝土的强度等级和养护条件来确定复合外加剂的掺量，其掺量为混凝土中水泥重量的5～15％，以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。

本发明的复合外加剂掺加在高强混凝土、大体积混凝土和自密实混凝土中，在环境相对湿度低于50％的条件下，能够显著降低混凝土自收缩率30％以上，对混凝土强度、流动度和耐久性具有改善作用。与目前现有的技术相比，本发明的特点在于物理增水和化学膨胀补偿收缩相结合，改善自收缩的作用机理科学合理，复合外加剂的成本低，易于实现工程应用。

复合外加剂中各种材料组分的作用原理如下：

(1)石灰石粉和I级粉煤灰颗粒呈圆球形且表面光滑，在结构中能够起到相对物理增水和滚珠轴承的作用，且石灰石中的碳酸钙能够和水泥熟料中的铝酸盐矿物产生水化反应，形成膨胀性的水化碳铝酸钙补偿收缩。

(2)二水石膏和生明矾土水化反应形成膨胀性水化产物钙矾石，需水量低、结晶细小、形成速度均匀稳定，能够起到化学膨胀补偿收缩的作用。

(3)二甲基硅氧烷能够有效降低水泥石孔隙中的毛细管水表面张力，从而降低自收缩。上述各种组分的综合作用结果能够有效降低混凝土的自收缩率。

具体实施方式

复合外加剂的配方(重量比，单位kg)为：I级粉煤灰占20～40％、磨细石灰石粉占30～60％、二水石膏占5～10％、生明矾土占10～20％、二甲基硅氧烷占3～5％。磨细石灰石粉、二水石膏和生明矾土的细度要求大于350m²/kg，然后按比例混合均匀制备出复合外加剂。根据混凝土的强度等级和养护湿度确定外加剂的掺量，复合外加剂的掺量为混凝土中水泥重量的5～15％，以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。当混凝土的强度等级较高(≥C60)以及养护湿度较低(≤80％)时，外加剂掺量适当增多。

不掺复合外加剂的基准混凝土配合比为：水泥500kg/m³、水165kg/m³、砂573kg/m³、石子1162kg/m³、萘系高效减水剂5kg/m³。水泥为普通硅酸盐水泥P.O 42.5，砂为细度模数2.52的中砂，石子为5～25mm连续级配的碎石。复合外加剂掺加方式为以水泥用量为基数按比例外掺，替代等重量的砂。

外加剂1配方为：I级粉煤灰20％、石灰石粉47％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏10％、生明矾土20％。

    外加剂掺    量/％    坍落    度/cm    抗压强度/MPa    自收缩率/10^-5    3天    28天    3天    28天    0％    5％    10％    15％    15.5    17.1    18.0    16.9    46.5    48.6    49.2    48.3    66.4    68.1    69.8    67.9    7.9    8.1    4.6    2.0    17.8    11.2    6.7    3.8

外加剂2配方为：I级粉煤灰25％、石灰石粉40％、二甲基硅氧烷5％、二水石膏10％、生明矾土20％。

  外加剂掺量％   坍落度/cm    抗压强度/MPa    自收缩率/10^-5    3天    28天    3天    28天  0％  5％  10％  15％   15.5   16.1   16.7   17.3    46.5    48.2    49.3    47.5    66.4    68.3    69.7    67.4    7.9    5.6    4.3    1.8    17.8    10.4    6.4    3.8

外加剂3配方为：I级粉煤灰35％、石灰石粉30％、二甲基硅氧烷5％、二水石膏10％、生明矾土20％。

    外加剂掺    量/％    坍落    度/cm    抗压强度/MPa    自收缩率/10^-5    3天    28天    3天    28天    0％    5％    10％    15％    15.5    17.3    18.5    18.6    46.5    47.6    48.7    46.9    66.4    67.8    69.0    68.1    7.9    5.1    4.4    1.9    17.8    9.7    5.9    4.0

外加剂4配方为：I级粉煤灰40％、石灰石粉42％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏5％、生明矾土10％。

    外加剂掺    量/％    坍落    度/cm    抗压强度/MPa    自收缩率/10^-5    3天    28天    3天    28天    0％    5％    10％    15％    15.5    16.5    17.2    18.6    46.5    46.2    47.3    45.5    66.4    66.3    68.7    65.9    7.9    6.6    5.3    3.4    17.8    13.4    7.9    5.8

外加剂5配方为：I级粉煤灰22％、石灰石粉60％、二甲基硅氧烷3％、二水石膏5％、生明矾土10％。

    外加剂掺    量/％    坍落    度/cm    抗压强度/MPa    自收缩率/10^-5    3天    28天    3天    28天    0％    5％    10％    15％    15.5    17.0    18.5    17.9    46.5    47.4    48.8    48.6    66.4    68.8    68.9    69.2    7.9    6.7    6.0    4.1    17.8    13.7    8.8    6.7