CN102010160A - 抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法 - Google Patents

抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法 Download PDF

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郭晋川
凌贤宗
彭华娟
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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

抗裂、抗冲磨水工混凝土及其制备方法
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
Figure BSA00000324562300042
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
Figure BSA00000324562300043
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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