一种抢修工程用早强混凝土及制备方法与流程

1.本发明涉及一种建筑材料技术领域，尤其涉及一种抢修工程用早强混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展，城市化进程的不断加速，水泥混凝土路面日益增多，不仅满足了居民生活、经济发展需要，也成为了构建便捷、通畅、高效、安全的交通运输体系的重要组成部分。水泥混凝土路面在长期使用过程中，经常会因为各种原因出现损坏，为了减少对其使用的影响，通常需要实施抢修工程，使得修补的路面能在短时间达到一定强度。正是在这种形势下，抢修工程用早强混凝土应运而生，成为当前业内研究者们研究的热门课题。
3.现有的抢修工程用早强混凝土通常是通过向普通混凝土中掺入早强剂来实现的；然而，由于早强剂的种类和与混凝土其它组分之间相容性的问题，往往会导致制成的混凝土早强性能不佳，综合性能和性能稳定性不好，后期强度不高，易产生泌水离析，抗冻性、抗渗性和耐久性有待进一步提高；市面上的抢修工程用早强混凝土还或多或少存在腐蚀性、盐析和早强剂掺量大，多种添加剂同时加入影响综合性能，价格较高，毒性较大，易造成环境污染，影响人体健康的缺陷。
4.例如，中国专利文献cn201210150392.0公开了一种超早强混凝土材料的制备方法，其是将硫铝酸盐水泥、河砂、碎石、矿粉、固体早强组分、液体早强组分及自来水按重量配比进行混合并充分搅拌而成，选择其组成重量比为：硫铝酸盐水泥100、砂210-240、碎石260-290、矿粉40-50、固体早强组分5-7、液体早强组分6-9、自来水为45-50，固体早强组分为葡萄糖酸钠、氯化锂、氟化钾、硅灰中的一种或几种，液体早强组分为聚羧酸减水剂、甲基硅醇钠溶液中的一种或两种，该发明具有在6小时内抗压强度≥30mpa，且各方面性能高于普通混凝土性能指标的优点，适应于道路、工程抢修等在建或已建工程的施工。然而，其所使用的硫铝酸盐水泥价格高昂，且其中添加的氯化锂、氟化钾具有腐蚀性大，易产生盐析等缺陷。
5.可见，本领域仍然需要一种综合性能和性能稳定性好，早强效果显著，抗渗抗裂性能佳，耐久性和抗腐蚀性优异，使用安全环保的抢修工程用早强混凝土符合市场需求，对促进混凝土领域的发展具有非常重要的意义。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-12-4份、n-(2-羟基乙基)胍0.5-0.8份、磺化三元乙丙橡胶0.8-1.2份、水泥15-25份、石墨烯包覆纳米铝粉0.5-1.5份、煤渣8-10份、水8-12份、细河砂30-35份、碎石40-45份。
7.优选的，所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm。
8.优选的，所述煤渣的粒径为50-150目。
9.优选的，所述石墨烯包覆纳米铝粉为按申请号为201510319344.3实施例1的方法制成的石墨烯包覆纳米铝粉。
10.优选的，所述水泥为标号52.5、52.5r、42.5或42.5r普通硅酸盐水泥中的一种或几种。
11.优选的，所述磺化三元乙丙橡胶的磺化度为0.25mmol/g，胶种为吉化股份有限公司有机合成厂的牌号为3045的产品，制备方法参见：董颖等，磺化三元乙丙橡胶离聚物的合成[j].弹性体，2003(01):13-15。
[0012]
优选的，所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在40-60℃下搅拌反应4-6小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1。
[0013]
优选的，所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:(15-20)。
[0014]
优选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。
[0015]
优选的，所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1为按cn102690641b实施例1的方法制成的超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1。
[0016]
本发明的另一个目的，在于提供一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应4-7分钟，然后浇注，振捣，再在15-30℃的潮湿环境中进行养护5-8天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0017]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0018]
(1)本发明提供的抢修工程用早强混凝土的制备方法，直接将各原料混合均匀后，振捣、养护即可，对设备依赖性不高，使用原有设备和生产线即可，无需重新购置和改装，耗能低，制备效率和成品合格率高，具有较高的推广应用价值。
[0019]
(2)本发明提供的抢修工程用早强混凝土，克服了现有的抢修工程用早强混凝土早强性能不佳，综合性能和性能稳定性不好，后期强度不高，易产生泌水离析，抗冻性、抗渗性和耐久性有待进一步提高；市面上的抢修工程用早强混凝土还或多或少存在腐蚀性、盐析和早强剂掺量大，多种添加剂同时加入影响综合性能，价格较高，毒性较大，易造成环境污染，影响人体健康的缺陷；通过各组分协同作用，使得制成的抢修工程用早强混凝土综合性能和性能稳定性好，早强效果显著，抗渗抗裂性能佳，耐久性和抗腐蚀性优异，使用安全环保。
[0020]
(3)本发明提供的抢修工程用早强混凝土，亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的添加，能起到早强、减水、引气、防冻等多重效果，使得制成的早强混凝土综合性能和性能稳定性佳，通过改性，在原料超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的分子链上引入季铵盐基团，形成两性分子，有效降低了磺酸盐类早强剂的腐蚀性，其中钠离子和氯离子以氯化钠的形式除去，进一步改善了抗腐蚀性能，且有效避免了盐析现象的形成，使得砂浆表层结晶不易发生膨胀，从而避免造成砂浆的表层开裂甚至脱落。通过改性能增强其亲水性，具有盐效应，能加大硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度，加快水化反应进程，从而加快混凝土硬化。
[0021]
(4)本发明提供的抢修工程用早强混凝土，添加的n-(2-羟基乙基)胍能加快c3a的
水化和钙矾石的形成，从而改善早强效果。石墨烯包覆纳米铝粉的添加能增加混凝土的致密性，提高抗渗性，降低分层离析和泌水现象，从而显著提高混凝土早期强度，碱液随着水与石墨烯包裹的纳米铝粉接触，发生化学反应，产生气体，起到引气作用，同时能减小泛碱，稳定气泡，提高混凝土的综合性能和性能稳定性。
[0022]
(5)本发明提供的抢修工程用早强混凝土，添加的磺化三元乙丙橡胶，能起到增韧、提高抗裂抗渗性能，改善防水效果的作用，同时，其上的磺酸基团能与亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1一起配合，共同作用，起到早强、减水、引气、防冻等多重效果；同时通过磺化，还能改善其与混凝土其它组分的相容性，进而提高综合性能和性能稳定性。煤渣的使用属于废弃物回收再利用，实现变废为宝，不仅节约了能源，减少了能源浪费，还有利于环境保护，具有良好的社会、环境和经济价值。
具体实施方式
[0023]
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0024]
本发明实施例中涉及到的所述石墨烯包覆纳米铝粉为按申请号为201510319344.3实施例1的方法制成的石墨烯包覆纳米铝粉；所述磺化三元乙丙橡胶的磺化度为0.25mmol/g，胶种为吉化股份有限公司有机合成厂的牌号为3045的产品，制备方法参见：董颖等，磺化三元乙丙橡胶离聚物的合成[j].弹性体，2003(01):13-15；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1为按cn102690641b实施例1的方法制成的超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1。
[0025]
实施例1
[0026]
一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-12份、n-(2-羟基乙基)胍0.5份、磺化三元乙丙橡胶0.8份、水泥15份、石墨烯包覆纳米铝粉0.5份、煤渣8份、水8份、细河砂30份、碎石40份。
[0027]
所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm；所述煤渣的粒径为50目；所述水泥为标号42.5普通硅酸盐水泥。
[0028]
所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在40℃下搅拌反应4小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:15；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
[0029]
一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应4分钟，然后浇注，振捣，再在15℃的潮湿环境中进行养护5天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0030]
实施例2
[0031]
一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-12.5份、n-(2-羟基乙基)胍0.6份、磺化三元乙丙橡胶0.9份、水泥17份、石墨烯包覆纳米铝粉0.7份、煤渣8.5份、水9份、细河砂32份、碎石41份。
[0032]
所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm；所述煤渣的粒径为70目；所述水泥为标号42.5普通硅酸盐水泥。
[0033]
所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在45℃下搅拌反应4.5小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:17；所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺。
[0034]
一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应5分钟，然后浇注，振捣，再在20℃的潮湿环境中进行养护6天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0035]
实施例3
[0036]
一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-13份、n-(2-羟基乙基)胍0.65份、磺化三元乙丙橡胶1份、水泥20份、石墨烯包覆纳米铝粉1份、煤渣9份、水10份、细河砂33份、碎石43份。
[0037]
所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm；所述煤渣的粒径为100目；所述水泥为标号42.5普通硅酸盐水泥。
[0038]
所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在50℃下搅拌反应5小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:18；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
[0039]
一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应5.5分钟，然后浇注，振捣，再在24℃的潮湿环境中进行养护6.5天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0040]
实施例4
[0041]
一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-13.5份、n-(2-羟基乙基)胍0.75份、磺化三元乙丙橡胶1.1份、水泥23份、石墨烯包覆纳米铝粉1.3份、煤渣9.5份、水11份、细河砂34份、碎石44份。
[0042]
所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm；所述煤渣的粒径为140目；所述水泥为标号42.5普通硅酸盐水泥。
[0043]
所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在55℃下搅拌反应5.5小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:19；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺按质量比3:5混合而成。
[0044]
一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应6.5分钟，然后浇注，振捣，再在28℃的潮湿环境中进行养护7.5
天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0045]
实施例5
[0046]
一种抢修工程用早强混凝土，其特征在于，是由如下按重量份计的各组分组成：亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-14份、n-(2-羟基乙基)胍0.8份、磺化三元乙丙橡胶1.2份、水泥25份、石墨烯包覆纳米铝粉1.5份、煤渣10份、水12份、细河砂35份、碎石45份。
[0047]
所述碎石的最大粒径小于35mm；所述细河砂的最大粒径小于5mm；所述煤渣的粒径为150目；所述水泥为标号42.5普通硅酸盐水泥。
[0048]
所述亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1的制备方法，包括如下步骤：将超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1加入到有机溶剂中，然后向其中加入(s)-3-氯-1,2-丙二醇，在60℃下搅拌反应6小时，后过滤除去不溶物，再旋蒸除去溶剂，得到亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1；所述超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1、有机溶剂、(s)-3-氯-1,2-丙二醇的摩尔比为1:3:20；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
[0049]
一种所述抢修工程用早强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，搅拌反应7分钟，然后浇注，振捣，再在30℃的潮湿环境中进行养护8天，得到抢修工程用早强混凝土。
[0050]
对比例1
[0051]
本例提供一种抢修工程用早强混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1。
[0052]
对比例2
[0053]
本例提供一种抢修工程用早强混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加n-(2-羟基乙基)胍。
[0054]
对比例3
[0055]
本例提供一种抢修工程用早强混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加磺化三元乙丙橡胶。
[0056]
对比例4
[0057]
本例提供一种抢修工程用早强混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加石墨烯包覆纳米铝粉。
[0058]
对比例5
[0059]
本例提供一种抢修工程用早强混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是用超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1代替亲水改性超支化磺酸盐表面活性剂shbp-1。
[0060]
参照gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》、gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、gb50080-2016《普通混凝土拌合物性能方法试验标准》，分别对实施例1-5、对照例1-5的抢修工程用早强混凝土进行取样测试相关性能，测试结果见表1所示。
[0061]
表1
[0062][0063]
从表1可见，本发明实施例公开的抢修工程用早强混凝土，与对比例产品相比，具有更加优异的抗压强度和耐腐蚀性能，这是各组分协同作用的结果。
[0064]
以上显示和描述了本发明的基本原理和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。