一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土及其制备方法和应用，包括纳米氧化镁膨胀剂0‑43.28份(不包含0份)、水泥281.32‑541份、矿粉0‑216.40份(不包含0份)、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18‑12.98份、拌合水140‑151份。水泥、矿粉和膨胀剂多组分协同作用，有效的降低混凝土的水化热效应，减小混凝土的温降收缩变形，提高混凝土的承载能力和变形能力，满足结构的工程使用要求。

A kind of nano MgO high performance micro expansion concrete and its preparation method and Application

The invention relates to a nano magnesia high performance micro expansion concrete and its preparation method and application, including 0 \u2011 43.28 parts of nano magnesia expansion agent (excluding 0 part), 281.32 \u2011 541 parts of cement, 0 \u2011 216.40 parts of mineral powder (excluding 0 part), 651 parts of fine aggregate, 1062 parts of coarse aggregate, 9.18 \u2011 12.98 parts of water reducing agent, 140 \u2011 151 parts of mixed water. The synergism of cement, mineral powder and expansion agent can effectively reduce the hydration heat effect of concrete, reduce the temperature drop shrinkage deformation of concrete, improve the bearing capacity and deformation capacity of concrete, and meet the engineering requirements of the structure.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土及其制备方法和应用
本专利技术属于工程用混凝土材料
，具体涉及一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。在桥梁、水利及地下工程等领域的高性能微膨胀混凝土应用中，尤其是在后浇带、湿接缝和大体积混凝土工程中，混凝土在温降、干燥和碳化反应作用下，混凝土结构体积发生收缩变形。专利技术人发现，高性能混凝土的脆性较大，体积收缩变形过大时其结构应力超过抗拉强度，导致结构内部产生收缩开裂现象。在干湿循环、冷热循环和荷载作用下导致混凝土的承载力、稳定性和耐久性急剧下降，影响结构的正常使用寿命。现有的高性能混凝土可以提高混凝土的强度但不能得到高强度和高韧性同时兼备的混凝土材料，使得混凝土的抗裂性能和使用寿命大幅降低。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，为了提高结构的抗渗抗裂能力，本专利技术的一个目的是提供一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土及其制备方法和应用，在混凝土中掺加矿粉和膨胀剂利用其产生的膨胀效应补偿混凝土的收缩变形，提高混凝土的密实度，制成体积稳定性好的微膨胀混凝土，满足结构的工程使用要求。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，包括重量份的以下组分：纳米氧化镁膨胀剂0-43.28份(不包含0份)、水泥281.32-541份、矿粉0-216.40份(不包含0份)、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18-12.98份、拌合水140-151份；水灰比为0.26-0.28。本专利技术的水泥是一种由C3S、C2S、CaSO4·2H2O和Ca54MgAl2Si16O90等矿物成分特定组成的硅酸盐水泥，不包含化学收缩严重的C3A和脆性较大的C4AF等矿物成分，上述组成的水泥与膨胀剂、矿粉协同作用使混凝土的使用性能更好。本专利技术研究的是低水灰比的混凝土，相比于高水灰比的混凝土具有承载能力高、变形能力大和耐久性强等特点，所以其强度、密实度和韧性等性能有效提高。优选的，纳米氧化镁膨胀剂21.64-43.28份、水泥281.32-411.16份、矿粉108.2-216.40份、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18-12.98份、拌合水146份；水灰比为0.27。在一些实施例中，膨胀剂为活性氧化镁，纯度为99.99％，平均粒径为50nm，密度3.5-3.6g/cm3，纯度为99.9％，熔点2850-2855℃，沸点3600℃。活性氧化镁能够在混凝土中水化生成氢氧化镁，可补偿混凝土体积收缩并密实混凝土结构。优选的，膨胀剂为活性氧化镁，密度3.58g/cm3，纯度为99.9％，熔点2852℃。在一些实施例中，水泥为等级为52.5的硅酸盐水泥。成分包括C3S、C2S、CaSO4·2H2O和Ca54MgAl2Si16O90等，比表面积为340-350m2/kg，标准稠度用水量为140ml，安定性为1.0mm，初凝和终凝时间为196min和283min，28天的抗压强度和抗折强度分别为58.7MPa和8.8MPa。优选的，比表面积为346m2/kg。在一些实施例中，矿粉采用等级S95的活性掺合料，密度为2.9-3.0g/cm3，比表面积为435-440m2/kg，流动度比1-1.05，SO3含量为0.6-0.7％，烧失量0.3-0.5％。主要成分为SiO2，矿粉与水泥、膨胀剂协同作用下通过火山灰反应生成C-S-H凝胶和Ca(OH)2提高了混凝土的致密性，结构强度大幅提高，同时其结构折压比增大，混凝土的韧性有效改善。普通混凝土随水灰比的降低，结构强度增大，一定程度上会降低混凝土的韧性，导致混凝土的变形能力和抗裂性能降低，混凝土表面容易出现塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等变形开裂的现象。优选的，矿粉密度为2.93g/cm3，比表面积为438m2/kg，流动度比1.02，SO3含量为0.64％，烧失量0.40％。在一些实施例中，细集料为天然河砂，细度模数为2.8-2.9，表观密度2.6-2.7g/cm3，紧装密度为1.6-1.7g/cm3，堆积密度为1.4-1.6g/cm3，含泥量0.8-1.0％。优选的，细集料的细度模数为2.86，表观密度2.62g/cm3，紧装密度为1.61g/cm3，堆积密度为1.50g/cm3，含泥量1.0％。在一些实施例中，粗集料为连续级配碎石，粒径为5mm-16mm，表观密度2.7-2.8g/cm3，松散堆积密度为1.4-1.6g/cm3，振实堆积密度为1.58-1.6g/cm3，含泥量0.18-0.22％。优选的，粗集料的表观密度2.73g/cm3，松散堆积密度为1.50g/cm3，振实堆积密度为1.59g/cm3，含泥量0.2％。细集料和粗集料作为混凝土的基本骨架，提高了结构的强度和承载能力，集料的连续级配降低了混凝土中的有害孔隙，抑制了胶凝材料的收缩变形，提高了结构的耐久性，并节约了混凝土的生产成本。在一些实施例中，减水剂采用聚羧酸高性能减水剂，PH值为4.1-4.2，含固量为23.7-23.8％，密度为1.08-1.09g/ml，减水率为28-30％，常压泌水率比为9.5-10.5。优选的，减水剂的PH值为4.15，含固量为23.70％，密度为1.084g/ml，减水率为29％，常压泌水率比为10。在一些实施例中，拌和水为自来水，PH值为6.8-7.0，碱含量为10-12mg/L，可溶物含量264-268mg/L，不溶物含量90-92mg/L。未对碱集料的反应产生不利影响。优选的，拌和水PH值为6.90，碱含量为11mg/L，可溶物含量266mg/L，不溶物含量91mg/L。上述纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土的制备方法，具体步骤为：将膨胀剂、水泥、矿粉、细集料、粗集料、减水剂、拌和水按照比例进行称取；膨胀剂、水泥、矿粉搅拌均匀后得到水泥胶凝材料；在细集料、粗集料中加入水泥胶凝材料得到水泥基材料；水和减水剂混合得到减水剂溶液；水泥基材料中加入减水剂溶液，混合搅拌、浇注、养护后得到纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土。上述纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土在桥梁、水利、地下工程领域中的应用。本专利技术的有益效果：1.本专利技术采用混凝土用纳米氧化镁膨胀剂材料，纳米氧化镁与其他水泥基材料能够协同发挥膨胀效应，通过水化作用在混凝土内部产生均匀的膨胀量，补偿混凝土的收缩变形。2.本专利技术采用的混凝土用纳米氧化镁膨胀剂和矿粉活性掺合料，混凝土用外加剂能够制成变形能力强、体积稳定性好的微膨胀混凝土，有效增强混凝土内部的密实性，提升混凝土的抗压强度、抗折强度和韧性。3.水泥胶凝材料由水泥、矿粉和膨胀剂多组分组成，有效的降低混凝土的水化热效应，有效减小混凝土的温降收缩变形，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：包括重量份的以下组分：纳米氧化镁膨胀剂0-43.28份(不包含0份)、水泥281.32-541份、矿粉0-216.40份(不包含0份)、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18-12.98份、拌合水140-151份；水灰比为0.26-0.28。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：包括重量份的以下组分：纳米氧化镁膨胀剂0-43.28份(不包含0份)、水泥281.32-541份、矿粉0-216.40份(不包含0份)、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18-12.98份、拌合水140-151份；水灰比为0.26-0.28。


2.根据权利要求1所述的纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：
纳米氧化镁膨胀剂21.64-43.28份、水泥281.32-411.16份、矿粉108.2-216.40份、细集料651份、粗集料1062份、减水剂9.18-12.98份、拌合水146份；水灰比为0.27；
优选的，膨胀剂为活性氧化镁，纯度为99.99％，平均粒径为50nm，密度3.5-3.6g/cm3，纯度为99.9％，熔点2850-2855℃，沸点3600℃。


3.根据权利要求2所述的纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：水泥为等级为52.5的硅酸盐水泥。


4.根据权利要求2所述的纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：矿粉采用等级S95的活性掺合料，密度为2.9-3.0g/cm3，比表面积为435-440m2/kg，流动度比1-1.05，SO3含量为0.6-0.7％，烧失量0.3-0.5％。


5.根据权利要求2所述的纳米氧化镁高性能微膨胀混凝土，其特征在于：细集料为天然河砂，细度模数为2.8-2.9，表观密度2.6-2.7g/cm3，紧装密度为1.6-1.7g/cm3，堆积密度为1.4-1....

【专利技术属性】
技术研发人员：王有志，解俊海，高全亭，张雪，
申请(专利权)人：山东大学，山东高速泰东公路有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37