CN102010160A - 抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法,材料包括水泥、砂子、石子、聚丙烯纤维、减水剂、引气剂和水,其特征在于:添加有内养护剂和硅灰粉,本发明采用内养护剂为高吸水性树脂,加强混凝土内部养护,减少混凝土收缩,提高混凝土抗冲磨强度的同时改善混凝土的抗裂性;采用硅灰粉改善混凝土拌合物性能和抗冲磨性能,并实现工业废弃物综合利用和节约资源与能源,以及环境保护;以C40强度等级的混凝土为例,其抗冲磨强度23.52h/kg/m2,早期塑性收缩抗裂性等级达到一级,混凝土表面无裂缝,28d干缩值为162×10-6,28d自生体积变形为20×10-6。本技术方案工艺操作简单,原料易得价廉,生产成本较低,经济效益和社会效益较好。
Description
技术领域:
本发明属于水工混凝土技术领域,涉及一种抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法。
背景技术:
随着西部大开发和西电东送发展战略的实施,我国需要兴建一批大型高水头电站。其泄水建筑物流速均达40~50m/s,水流中又夹带着悬移质或推移质时,建筑物遭受的冲磨、空蚀就更为严重。因此对水工混凝土的抗裂性、抗冲磨能力等均提出了更高要求。当前水工抗冲磨混凝土配置技术,虽能解决水工混凝土的抗冲磨强度,但是由于混凝土早期的塑性收缩、后期的干缩和自身体积变形引起的裂缝一直是困扰工程界的难题。
中国专利CN1541974A,申请号200310111328.2,抗冲耐磨混凝土,它主要由水泥、粗细骨料、外掺料用水拌和而成,其中水泥用标号为多525号的硅酸盐水泥,水泥用量为400~500kg/m3;粗细骨料根据挟沙水流情况来确定,若以推移质冲砸破坏为主,应选用压碎指标低于2.4%(水工混凝土试验规程),若以悬移质微切削破坏为主,应选用磨耗度低于2.2%(采用双筒磨耗机试验法)的岩石;外掺料为处理硅粉胶,处理硅粉胶的用量为水泥的12~30%(质量百分比),且处理硅粉胶中硅粉的质量百分比占水泥和硅粉总量的5~12%,混凝土的砂率为30~40%(质量百分比),用水量在60~90kg之间。这种抗冲耐磨混凝土加入了外掺料处理硅粉胶,且对其组成材料及各材料的用量进行了严格的选择与控制,经试验及实际工程检验后发现它比普通混凝土承受校沙、石水流作用所产生的冲磨破坏的能力可提高几倍到十几倍。
由此可见,兴建高坝大库对高性能抗冲磨混凝土材料的组成尤为重要,要在提高混凝土抗冲磨强度同时,又要解决由于塑性收缩、干缩和自身体积变形引起的裂缝问题。
发明内容:
本发明的目的在于水工混凝土在提高混凝土抗冲磨强度同时,又要解决由于塑性收缩、干缩和自身体积变形引起的裂缝的技术问题,提供一种抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法。
本发明的技术方案是:
为了实现上述目的,本发明采用如下技术措施:
采用内养护剂为高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer,简称SAP),以加强混凝土内部养护,减少混凝土收缩,提高混凝土抗冲磨强度的同时改善混凝土的抗裂性。
采用改良剂为硅灰粉,以改善混凝土拌合物性能和抗冲磨性能,并实现工业废弃物综合利用和节约资源与能源,以及环境保护。
采用减水剂为聚羧酸类,以降低混凝土单位用水量,并促进胶凝材料的水化。
采用引气剂为十二烷基硫酸钠,能够产生大量微小密闭的气泡。
采用聚丙烯纤维,减少混凝土早期由于塑性收缩引起的裂缝,同时具有增强的作用。
本发明是这样实现的:
抗裂、抗冲磨水工混凝土,原材料包括水泥、硅灰粉、砂子、小石子、中石子、大石子、聚丙烯纤维、减水剂、引气剂、内养护剂和水,各材料组份用量以kg/m3的重量份表示,水泥为259~288份,硅灰粉为29~45份,砂子为665~668份,小石子为405~407份,中石子为540~542份,大石子为405~407份,聚丙烯纤维为0.9~1.2份,减水剂为2.5~3.0份,引气剂为0.10~0.15份,内养护剂为25~30份和水为80~120份。
以上所述的水泥为P·O42.5。以上所述的硅灰粉为固体工业废弃物,其中硅粉的比表面积≥21000m2/kg。
以上所述的砂子为中砂,砂子的细度模数为2.79。
以上所述的小中大石子为石灰岩碎石,其中小石子的粒径为5~20mm,中石子的粒径为20~40mm,大石子的粒径为40~60mm。
以上所述的减水剂为聚羧酸类减水剂。
以上所述的引气剂为十二烷基硫酸钠。
以上所述的内养护剂为高吸收树脂,高吸收树脂的粒径范围在为63~125μm,保水率>95%。
以上所述的高吸收树脂为聚丙烯酸钠盐树脂或纤维素系高吸水树脂,或其复合高吸水树脂。
抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法,采用“水泥裹石”的方法,其特征在于制备方法如下:
(1)将水泥259~300份、硅粉29~45份和聚丙烯纤维0.9~1.2份,先干法混合均匀,然后将混合料和水40~50份投入搅拌机中,搅拌30~40秒;
(2)在第(1)步完成的基础上将砂子665~668份、小石子405~407份、中石子540~542份和大石子405~407份投入搅拌机中,搅拌40~50秒;
(3)在第(2)步完成的基础上,再往搅拌机内加入内养护剂25~30份、减水剂2.5~3.0份、引气剂0.10~0.15份和水40~70份,搅拌80~90秒;
(4)将搅拌完成的混凝土装模,按常规进行28d的养护。
本发明的有益效果:
本发明通过在混凝土中加入聚羧酸类减水剂、十二烷基硫酸钠引气剂、内养护剂的方法制备出的高抗冲磨和高抗裂性水工混凝土,以C40强度等级的混凝土为例,其抗冲磨强度23.52h/kg/m2,早期塑性收缩抗裂性等级达到一级,混凝土表面无裂缝,28d干缩值为162×10-6,28d自生体积变形为20×10-6。现有制备技术,以C40强度等级的混凝土为例,在混凝土中加入3.0~4.5kg/m3萘系减水剂和0.20~0.25kg/m3松香热聚物引气剂,混凝土抗压强度能满足设计要求,但是抗冲磨强度13.42h/kg/m2,早期塑性收缩抗裂性等级达到三级,混凝土表面有微小裂缝,28d干缩值为386×10-6,28d自生体积变形为162×10-6。采用本发明方法制备出的混凝土抗冲磨强度较高,抗裂性较好。
采用本发明方法选用硅灰粉改善混凝土拌合物性能和抗冲磨性能,并实现工业废弃物综合利用和节约资源与能源,以及环境保护。
采用本技术方案工艺操作简单,原料易得价廉,生产成本较低,经济效益和社会效益较好。
具体实施方式:
实施例一:
本发明技术方案试用于广西桂林漓江某水利工程抗冲磨混凝土,抗压强度设计等级C40、抗冲磨强度≥12.0h/kg/m2,28d干缩值≤350×10-6、28d自生体积变形值≤140×10-6,要求混凝土浇筑后无裂缝。制备方法如下:
(1)将水泥、硅灰粉和聚丙烯纤维先干法混合均匀,然后将混合料和1/2水投入搅拌机中,搅拌35~40秒;
(2)在第(1)步完成的基础上将砂子、小石子、中石子和大石子投入搅拌机中,搅拌45~50秒;
(3)在第(2)步完成的基础上,再往搅拌机内加入内养护剂、减水剂、引气剂和余下1/2水,搅拌85~90秒;
(4)将搅拌完成的混凝土装模,按常规进行28d的养护。
1m3各组份用量,28d抗压抗拉强度、抗冲磨强度、早期抗裂性、干缩值和自生体积变形值见表1、表2。
表1水工抗冲磨混凝土配合比设计 计量单位:kg/m3重量份
表2水工抗冲磨混凝土性能
实施例二:
本发明技术方案试用于广西桂林川江某水利工程抗冲磨混凝土,抗压强度设计等级C40、抗冲磨强度≥14.0h/kg/m2,28d干缩值≤300×10-6、28d自生体积变形值≤120×10-6,要求混凝土浇筑后无裂缝。制备方法如下:
(1)将水泥、硅粉和聚丙烯纤维先干法混合均匀,然后将混合料和1/2水投入搅拌机中,搅拌30~35秒;
(2)在第(1)步完成的基础上将砂子、小石子、中石子和大石子投入搅拌机中,搅拌40~45秒;
(3)在第(2)步完成的基础上,再往搅拌机内加入内养护剂、减水剂、引气剂和余下1/2水,搅拌80~85秒;
(4)将搅拌完成的混凝土装模,按常规进行28d的养护。
1m3各组份用量,28d抗压抗拉强度、抗冲磨强度、早期抗裂性、干缩值和自生体积变形值见表3、表4。
表3水工抗冲磨混凝土配合比设计 计量单位:kg/m3重量份
表4水工抗冲磨混凝土性能
从上述实施例结果可知:
(1)本发明采用内养护剂和配料的改进,有效的解决了水工抗冲磨混凝土抗裂性问题,提高水工混凝土抗冲磨强度的同时提高了抗裂性能,本发明所配置抗冲磨混凝土早期抗裂等级能达到I级,表面均无裂缝。
(2)本发明采用硅粉,不仅仅是工业废弃物综合利用问题和节约资源与能源的问题,以及环境保护问题,更主要的是改善混凝土拌合物性能和抗冲磨性能。以C40级混凝土28d抗冲磨强度≥22.42h/kg/m2、抗压强度≥58.7Mpa。
(3)本发明的抗裂、抗冲磨水工混凝土,一般配置技术相比,28d干缩值分别降低了58.0%和60.5%,28d自生体积变形值分别降低了89.0%和87.0%,有效的降低了工程后期出现裂缝的可能性,试用工程分别于2009年10月和2010年1月竣工,运行至今均无出现裂缝。
(4)本发明采用的“水泥裹石”的配置方法,配制出了更加均匀的混凝土,提高了混凝土的工作性、抗冲磨强度和抗裂性能。
Claims (10)
1.一种抗裂、抗冲磨水工混凝土,原材料包括水泥、砂子、小石子、中石子、大石子、聚丙烯纤维、减水剂、引气剂和水,其特征在于:添加有内养护剂和硅灰粉,各材料组份用量以kg/m3的重量份表示,水泥为259~288份,硅灰粉为29~45份,砂子为665~668份,小石子为405~407份,中石子为540~542份,大石子为405~407份,聚丙烯纤维为0.9~1.2份,减水剂为2.5~3.0份,引气剂为0.10~0.15份,内养护剂为25~30份和水为80~120份。
2.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的水泥为P·O42.5。
3.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的硅灰粉为固体工业废弃物,其中硅粉的比表面积≥21000m2/kg。
4.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的砂子为中砂,砂子的细度模数为2.79。
5.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的小中大石子为石灰岩碎石,其中小石子的粒径为5~20mm,中石子的粒径为20~40mm,大石子的粒径为40~60mm。
6.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的减水剂为聚羧酸类减水剂。
7.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的引气剂为十二烷基硫酸钠。
8.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的内养护剂为高吸收树脂,高吸收树脂的粒径范围在为63~125μm,保水率>95%。
9.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土,所述的高吸收树脂为聚丙烯酸钠盐树脂或纤维素系高吸水树脂,或其复合高吸水树脂。
10.根据权利要求1所述的抗裂、抗冲磨水工混凝土的制备方法,采用“水泥裹石”的方法,其特征在于制备方法如下:
(1)将水泥259~300份、硅粉29~45份和聚丙烯纤维0.9~1.2份,先干法混合均匀,然后将混合料和水40~50份投入搅拌机中,搅拌30~40秒;
(2)在第(1)步完成的基础上将砂子665~668份、小石子405~407份、中石子540~542份和大石子405~407份投入搅拌机中,搅拌40~50秒;
(3)在第(2)步完成的基础上,再往搅拌机内加入内养护剂25~30份、减水剂(PCA)2.5~3.0份、引气剂0.10~0.15份和水40~70份,搅拌80~90秒;
(4)将搅拌完成的混凝土装模,按常规进行28d的养护。
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