一种混凝土胶凝材料、高耐久性清水混凝土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种混凝土胶凝材料、高耐久性清水混凝土及其制备方法，本清水混凝土主要由胶凝材料、粗集料、细集料、减水剂和水组成，各组分掺量与比例为：胶凝材料用量为400～520kg/m

说明书

技术领域

本发明属于土木工程建筑材料领域，具体涉及清水混凝土技术。

背景技术

清水混凝土，是直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土，属于一次性浇筑成型，不需要做任何外观装饰，因其极具有装饰效果，又称为装饰性混凝土。清水混凝土，是最朴素的建筑语言，也是混凝土材料中最高级的表达形式，它显示的是一种最本质的美感，体现的是“素面朝天”的品位。清水混凝土是一种资源节约型和环境友好型建筑材料，世界上一些地标性建筑，如悉尼歌剧院、日本国家大剧院、巴黎史前博物馆等世界知名的艺术类公共建筑，均采用这一建筑材料形式。同时，建筑材料在中国的工业与民用建筑、市政工程、机场及道路桥梁工程也陆续获得应用。

近年来，随着清水混凝土在富氯盐、富二氧化碳等强腐蚀环境条件下，如外海工程、沿海岸线工程、地铁站及机场等工程中使用越来越多，对清水混凝土的外观和耐久性的要求也越来越高。而目前常用的有较高耐久性要求的清水混凝土一般会掺入粉煤灰，随着粉煤灰的掺入，极易出现色差和气泡问题，难以满足特殊腐蚀条件下高耐久性清水混凝土的外观要求，致使目前中国国内普遍的清水混凝土浇筑完成后表面需要大面积修补调色，做成了“假清水混凝土”，使清水混凝土失去了应有的绿色环保的意义。

发明内容

针对现有清水混凝土易出现色差和气泡问题，需要一种新的清水混凝土方案。

为此，本发明的目的在于提供一种混凝土胶凝材料、高耐久性清水混凝土及其制备方法，解决常用高耐久性清水混凝土因掺加粉煤灰而导致的色差等外观问题，且制备的高耐久性清水混凝土具有高耐久性，同时表面无明显气泡、色泽均一，满足高耐久性清水混凝土的要求。

为了达到上述目的，本发明所提供的混凝土胶凝材料，其包含微硅粉和精细沉珠组份。

进一步的，所述混凝土胶凝材料中不包含粉煤灰组份。

进一步的，所述混凝土胶凝材料包含如下重量份数的组份：

为了达到上述目的，本发明所提供的高耐久性清水混凝土，包含组份：胶凝材料、粗集料、细集料、减水剂和水；各组分掺量与比例为：胶凝材料用量为400～520kg/m³；粗集料为1000-1100kg/m³；细集料为650-780kg/m³；水为胶凝材料重量的0.29～0.36倍；减水剂为胶凝材料重量的0.08～0.15倍。

进一步的，所述的精细沉珠为全球状，连续粒径分布，实心的硅铝酸盐精细沉珠，其烧失量不大于1％，细度不大于2μm，标准胶砂需水量不大于90％，28d活性指数不小于110％。

进一步的，所述的微硅粉为比表面积不小于16000m²/kg的微硅粉；所述的粒化高炉矿渣粉为符合现行国家标准要求的S95级及以上的粒化高炉矿渣粉；所述的水泥为强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

进一步的，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，其减水率不低于20％。

进一步的，所述的细集料为细度模数为2.4～3.0的天然河砂，无潜在碱活性，含泥量不大于2％，泥块含量不大于1％。

进一步的，所述的粗集料为连续级配碎石，其粒径为5～25mm，针片状含量不大于10％，含泥量不大于1％，泥块含量不大于0.5％。

为了达到上述目的，本发明所提供的高耐久性清水混凝土的制备方法，主要包括以下步骤：

采用强制式混凝土搅拌机，依次投入细集料、70％水、减水剂和胶凝材料；

搅拌10～20s后投入粗集料；

继续搅拌15～20s后投入剩余水，总搅拌时间不低于150s。

据此，本发明提供的高耐久性清水混凝土，去除了粉煤灰，并通过精细沉珠和微硅粉的掺入，降低了平均气泡弦长，增加了密实度，消除了因粉煤灰引起的清水混凝土外观色差问题，同时减少了外观气泡，提高了耐久性，满足高耐久性清水混凝土的要求。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。

针对现有混凝土的辅助胶凝材料普遍采用粉煤灰造成清水混凝土易出现色差和气泡的问题，经过广泛而深入的研究，本方案摒弃现有技术中采用粉煤灰的惯性设计，创新的除清水混凝土配制中常用的粉煤灰，消除由掺加粉煤灰导致的清水混凝土外观色差问题的质量通病；并通过掺加微硅粉和精细沉珠两种特殊矿物掺合料的方式改善混凝土的和易性，消除泌水，降低粘度，降低气泡尺寸，消除有害大气泡，增加有利的微气泡，提高混凝土的密实度，进而提高混凝土的耐久性，改善清水混凝土外观色泽和气泡状况。

据此，本方案提供了无粉煤灰的胶凝材料，以用于制备高耐久性清水混凝土。该胶凝材料包含如下重量份数的组份：

本方案基于该胶凝材料，配合粗集料、细集料、减水剂和水可制备成高耐久性清水混凝土，该高耐久性清水混凝土中各组分掺量与比例为：

胶凝材料用量为400～520kg/m³；

粗集料为1000～1100kg/m³；

细集料为650～780kg/m³；

水为胶凝材料重量的0.29～0.36倍；

减水剂为胶凝材料重量的0.08～0.15倍。

在此基础上，本方案还提供了具有协同作用的具体配方：

本方案中的水泥为强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。作为举例，这里水泥优选强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥。

本方案中的粒化高炉矿渣粉采用符合中国现行国家标准要求的S95级及以上的粒化高炉矿渣粉。

本方案中的微硅粉应符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T18736-2002)的要求，具体采用比表面积不小于16000m²/kg的微硅粉。

本方案中的精细沉珠采用全球状，连续粒径分布，超细，实心的硅铝酸盐精细沉珠，其烧失量不大于1％，细度不大于2μm，标准胶砂需水量不大于90％，28d活性指数大于110％。

本方案中的粗集料为连续级配碎石，其粒径为5～25mm或5～20mm，针片状含量不大于10％，含泥量不大于1％，泥块含量不大于0.5％。作为举例，这里的粗集料优选针片状含量不大于7％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％。

本方案中的细集料采用细度模数为2.4～3.0的天然河砂，无潜在碱活性，含泥量不大于2％，泥块含量不大于1％。作为举例，这里的细集料优选细度模数为2.4～2.8的天然河砂，且含泥量不大于1％，泥块含量不大于0.5％。

本方案中的减水剂采用聚羧酸高效减水剂，其减水率不低于20％，且包含引气组分、消泡组分和保水组分。

根据上述协同作用的具体配方可形成强度等级为C35～C60多种强度等级的高耐久性清水混凝土。

针对由上述组分按照相应配比构成的高耐久性清水混凝土，本方案还提供对应的制备方法。该制备方法采用砂浆裹石的方式，采用特定的搅拌工序，并配合相应的最小搅拌时间，以达到将掺量较小的精细沉珠和硅粉等微颗粒充分搅拌均匀的目的，从而制备得到性能优良的高耐久性清水混凝土。

据此，本高耐久性清水混凝土的制备过程主要包括以下步骤：

采用强制式混凝土搅拌机，依次投入细集料、70％水、减水剂和胶凝材料，进行搅拌；

搅拌10～20s后投入粗集料，继续进行搅拌；

继续搅拌15～20s后投入剩余水，继续搅拌且总搅拌时间不低于150s。

通过以上技术措施，配制得到的高耐久性清水混凝土外观色泽均一、无明显气泡，同时具有较高的耐久性，满足强腐蚀条件下高耐久性清水混凝土的要求。

经试验测试，根据方案制备得到高耐久性清水混凝土工作性能良好，含气量为1.5～2.5％，倒筒流空时间不大于18s，平均气泡弦长降低至不超过0.1cm，56天氯离子电通量不超过800C，56天氯离子扩散系数不大于3.0×10^-12m²/s，快速碳化的碳化深度不大于8mm，成型的清水混凝土外观色泽均一、无明显气泡，满足清水混凝土的要求。

下面结合具体实施例，进一步阐述本方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。

实施例1

原材料：水泥为P.Ⅱ52.5硅酸盐水泥；粒化高炉矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉；微硅粉为比表面积18000m²/kg的微硅粉，28天的活性指数为95％；精细沉珠烧失量为0.8％，细度不大于1.7μm，标准胶砂需水量为85％，28d活性指数为114％；减水剂采用聚羧酸高效减水剂，减水率为26％；粗集料采用粒径为5～25mm连续级配碎石，针片状含量6.2％，含泥量0.42％，泥块含量为0.11％；细集料采用天然河砂，细度模数为2.5，含泥量0.94％，泥块含量为0.37％。

各原材料配合比：水泥240kg/m³，矿粉192kg/m³，微硅粉14.4kg/m³，精细沉珠33.6kg/m³，碎石1061kg/m³，河砂723kg/m³，水146kg/m³，减水剂6.0kg/m³。

按前述的高耐久性清水混凝土的制备方法进行制备，总搅拌时间为150s，由此制备得到高耐久性清水混凝土。

实施例2

原材料：水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；细集料采用天然河砂，细度模数为2.7，含泥量1.52％，泥块含量为0.68％；粒化高炉矿渣粉、微硅粉、精细沉珠、减水剂、粗集料同实施例1。

各原材料配合比：水泥264kg/m³，矿粉132kg/m³，微硅粉17.6kg/m³，精细沉珠26.4kg/m³，碎石1079kg/m³，河砂735kg/m³，水149.6kg/m³，减水剂4.5kg/m³。

按前述的高耐久性清水混凝土的制备方法进行制备，总搅拌时间为160s，由此制备得到相应的高耐久性清水混凝土。

实施例3

原材料：减水剂采用聚羧酸高效减水剂，减水率为23％；粗集料采用粒径为5～20mm连续级配碎石，针片状含量8.5％，含泥量0.73％，泥块含量为0.29％；细集料采用天然河砂，细度模数为2.4，含泥量0.85％，泥块含量为0.29％；粒化高炉矿渣粉、微硅粉、精细沉珠同实施例1。

各原材料配合比：水泥250kg/m³，矿粉200kg/m³，微硅粉25kg/m³，精细沉珠25kg/m³，碎石1048kg/m³，河砂717kg/m³，水150kg/m³，减水剂6.5kg/m³。

按前述的高耐久性清水混凝土的制备方法进行制备，总搅拌时间为150s，由此制备得到相应的高耐久性清水混凝土。

对比例1

与实施例1相比，区别仅在于使用了Ⅰ级粉煤灰取代了其中的精细沉珠和微硅粉，其掺量为48kg/m³。

对比例2

与实施例2相比，区别仅在于使用了Ⅰ级粉煤灰取代了其中的精细沉珠和微硅粉，其掺量为44kg/m³。

对比例3

与实施例3相比，区别仅在于使用了Ⅰ级粉煤灰取代了其中的精细沉珠和微硅粉，Ⅰ级粉煤灰掺量为50kg/m³。

针对上述各实施例制备的高耐久性清水混凝土以及对比例制备的常用清水混凝土的试验测试结果见表1和表2。

表1清水混凝土的工作性和耐久性

表2清水混凝土外观

编号外观色差外观气泡是否满足饰面清水要求实施例1色泽均一无明显气泡是实施例2色泽均一无明显气泡是实施例3色泽均一无明显气泡是对比例1明显色差气泡较多否对比例2明显色差大气泡、气泡较多否对比例3明显色差气泡较多否

由表1和表2的结果可知，相对于各个对比例，各实施例倒筒流空时间短、含气量适中、平均气泡弦长小，氯离子扩散系数、电通量和碳化深度小；

由此可见，本发明方案提供的高耐久性清水混凝土工作性能良好、内部结构密实、耐久性良好、外观色泽均一、无明显气泡，满足高耐久性清水混凝土的要求。解决了常用高耐久性清水混凝土因掺入粉煤灰而导致的色差和气泡问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。