CN103011727A - 一种低徐变混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低徐变混凝土，包括胶凝材料、砂、石、水和外加剂，胶凝材料包括标号为52.5的水泥和掺合料，掺合料包括粉煤灰及矿粉，外加剂为减水剂，所述减水剂为聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物，本发明对各原料的比例均有限定。本发明所述混凝土通过使用经济合理的原材料，并且找到矿粉和粉煤灰在高性能混凝土中的适宜掺量和最佳掺量，确保混凝土的经济性，同时优化混凝土配合比，混凝土的和易性、力学性能、耐久性能优异，能有效延长基体使用寿命避免低水胶比引起的混凝土开裂，保证混凝土的高耐久性，有效降低混凝土徐变，减小预应力损失，保证混凝土结构安全，很大程度上降低维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑混凝土材料，特别是一种低徐变高性能的混凝土材料。
背景技术
高性能混凝土能适应现代工程向大跨、重载、高耸方向发展和承受恶劣环境条件的需要，符合现代施工技术采用工业化生产（工厂预拌混凝土，工厂预制构件）的要求。混凝土以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等性能重点予以保证。为此，提高混凝土性能，在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
现有技术中，采用低水胶比是保证混凝土的强度，也是提高混凝土耐久性的关键，但同时低水胶比影响混凝土和易性、力学性能和耐久性能。混凝土的徐变使预应力损失大大增加，这是极其不利的，因此预应力结构一般要求较高的混凝土强度等级以减小徐变及预应力损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述不足，提供一种低徐变混凝土，选用优质、适用和经济合理的原材料，优化混凝土配合比，确保低水胶比混凝土和易性和力学性能优良，避免低水胶比引起的混凝土开裂，保证混凝土的高耐久性，有效降低混凝土徐变，减小预应力损失，保证混凝土结构安全。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种低徐变混凝土，包括胶凝材料、砂、石、水和外加剂，胶凝材料包括标号为52.5的水泥和掺合料，掺合料包括粉煤灰及矿粉，外加剂为减水剂，所述减水剂为聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物，
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为450 kg/m3～600kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的55%～75%，
矿粉为胶凝材料总重量的10%～20%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的15%～25%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.90%～1.10%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为2～5:1；
砂：580kg/m3～650kg/m3；
石：1010kg/m3～1155kg/m3；
砂率：36-38%；
水胶比：0.28-0.29。
优选地，所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为500 kg/m3～550kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的60%～70%，
矿粉为胶凝材料总重量的12%～18%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的18%～22%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.95%～1.05%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为3～4:1；
砂：602kg/m3～635kg/m3；
石：1025kg/m3～1080kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
更优选地，所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为550 kg/m，其中：
水泥为胶凝材料总重量的65%，
矿粉为胶凝材料总重量的15%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的20%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的1.00%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为4:1；
砂：615kg/m3；
石：1047kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
所述标号为52.5的水泥为普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥。
本发明使用标号为52.5的水泥，包括普通硅酸盐52.5水泥和硅酸盐复合52.5水泥（GB 175-1999），配合采用掺入粉煤灰和矿粉等方案，可达到高强混凝土对强度和质量的要求。
在配置高性能混凝土时，为了保证高性能混凝土的高强及高耐久性，胶凝材料用量一般在500kg/m3以上，水泥用量一般在350 kg/m3以上。水泥是主要原材料，但是水泥用量偏高会因为水泥水化热过高而容易引起混凝土收缩值偏大，对混凝土的裂缝控制和提高混凝土的耐久性不利。
所述粉煤灰为I级粉煤灰。
所述矿粉为S105级矿粉。
活性矿物掺合料在混凝土中的主要作用包括填充效应和活性效应。高性能混凝土一方面通过降低水胶比提高混凝土密实度和抗渗性，而掺粉煤灰是降低用水量的重要措施之一，粉煤灰和磨细矿粉在减水效果方面具有“超叠效应”；另一方面由于矿物掺合料的微填充效应，使混凝土中的颗粒分布更趋合理，混凝土更加致密，矿物掺合料的活性效应又使混凝土的强度得以保证。大量的研究资料以及工程实践表明，在混凝土中大量掺入适量的粉煤灰、矿渣、硅灰等活性矿物掺合料，能大大改善混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碱集料反应能力及抗有害离子渗透等性能。
常用作为混凝土的掺合料的粉煤灰是指从燃煤火力发电厂煤粉炉的烟道中收集的粉尘，根据细度、需水量比等因素将其分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，标准见《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-91）。 作水泥掺合料的矿粉指的是将高炉炼铁的炉渣粉碎得到的粉，有活性，分为S75级、S95级、S105级，标准见《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046-2008）。本发明选择Ⅰ级粉煤灰及S105级矿粉作为复合活性矿物掺合料。
随着现代建筑的发展，对混凝土现代技术的要求越来越高。混凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病，如何防治混凝土裂缝是工程技术人员迫切希望解决的技术难题。然而防治混凝土裂缝是一个系统工程，包括设计、材料、施工中每一个技术环节，减水剂作为其中的核心添加剂起到决定性的作用。为解决施工需求预拌混凝土需要90～120min坍落度损失很小，通常采用添加缓凝剂的方法来改善混凝土的保坍性能。此类物质多为糖类和柠檬酸盐类的物质，虽然混凝土的性能得以改善，但是在后期的养护过程中容易发生开裂强度增长缓慢等施工问题。如果减水剂本身就具有很优越的保坍性能，那么缓凝组分就可以减少用量甚至不需要添加，也能满足施工对混凝土的坍落度损失、强度、流动性等指标的需求。具有高减水率、低坍损、高强、超高强特点的高性能混凝土是混凝土发展方向。
混凝上中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸刚于水泥颗粒表而，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表而活性剂的定向吸刚，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝上的和易性改善，而
且由于混凝上中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为
致密，混凝上的抗压强度显著提高。减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。
脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂是主要成分为酮醛缩合物，分子中含有羟基、羧基、磺酸基等官能团，其数均分子量在4000～8000之间，其中羧基和磺酸基是强亲水基，当这类外加剂加入到水泥浆体中时，形成双电层，由此产生静电斥力使水泥颗粒分散，释放出拌合水而达到减水塑化效果，用于拌制混凝上拌合物，具有粘聚性，施工和易性好，不易泌水离析，其水溶剂(浓度≥30％)，在低温(≤5℃)时无结晶沉淀物，-1O℃时不结冰。
砂率=砂的用量S/(砂的用量S＋石子用量G)×100%，是质量比。砂率的变动，会使骨料（在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料）的总表面积有显著改变，从而对混凝土拌合物的和易性有较大影响。一般确定砂率的原则是：在保证混凝土拌合物具有的粘聚性和流动性的前提下，水泥浆最省时的最优砂率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述低徐变混凝土通过使用经济合理的原材料，并且找到矿粉和粉煤灰在高性能混凝土中的适宜掺量和最佳掺量，确保混凝土的经济性，同时混凝土的和易性、力学性能、耐久性能优异，能有效解决延长基体使用寿命，能很大程度上降低维修成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
所用水泥、粉煤灰及矿粉的技术指标见表1-3。
表1 选用的52.5复合硅酸盐水泥的主要技术指标
表2 选用的Ⅰ级粉煤灰的主要技术指标
表3 选用的S105级磨细矿粉的主要技术指标
实施例1
本实施例混凝土编号001，各原料组成为：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为550kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的65%，为358 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的15%，为82 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的20%，为110 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.9%，为4 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为2:1；
砂：615kg/m3；
石：1047kg/m3；
砂率：36%；
水胶比：0.28。
实施例2
本实施例混凝土编号002，各原料组成为：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为450kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的75%，为338 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的10%，为45 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的15%，为67 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.9%，为4 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为2:1；
砂：580kg/m3；
石：1031kg/m3；
砂率：36%；
水胶比：0.28。
实施例3
本实施例混凝土编号003，各原料组成为：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为600kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的75%，为450 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的10%，为60 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的15%，为90 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的1.10%，为6.6 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为5:1；
砂：619kg/m3；
石：1010kg/m3；
砂率：38%；
水胶比：0.29。
实施例4
本实施例混凝土编号004，各原料组成为：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为500kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的70%，为350 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的12%，为60 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的18%，为90 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.95%，为4.75 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为3:1；
砂：602kg/m3；
石：1025kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
实施例5
本实施例混凝土编号005，各原料组成为：
胶凝材料的总量为550kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的60%，为330 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的18%，为99 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的22%，为121 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的1.05%，为5.8 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为4:1；
砂：635kg/m3；
石：1081kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
实施例6
本实施例混凝土编号006，各原料组成为：
胶凝材料的总量为530kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的66%，为350 kg/m3；
矿粉为胶凝材料总重量的17%，为90 kg/m3；
粉煤灰为胶凝材料总重量的17%，为90 kg/m3；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的1.00%，为5.3 kg/m3；
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为3:1；
砂：650kg/m3；
石：1155kg/m3；
砂率：36%；
水胶比：0.29。
评价例
评价混凝土的操作依照《普通混凝土长期性能和耐久性实验方法》GBJ82-85。
表4 为每个实验组混凝土的性能指标：
表4 各配合比混凝土性能指标
表5为对每个实验组测得的徐变指标：
表5 配合比混凝土徐变指标
以上实施例各组混凝土均能实现施工所要求的原材料经济，低水胶比时混凝土和易性、力学性能、耐久性能优异，降低了徐变，保证混凝土结构安全。
综上所述，表明本发明所述跨海大桥低徐变高性能混凝土，能有效延长基体使用寿命，能很大程度上降低维修成本；优化混凝土配合比，确保低水胶比混凝土和易性和力学性能优良，避免低水胶比引起的混凝土开裂，保证混凝土的高耐久性，有效降低混凝土徐变，减小预应力损失，保证混凝土结构安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低徐变混凝土，包括胶凝材料、砂、石、水和外加剂，胶凝材料包括标号为52.5的水泥和掺合料，掺合料包括粉煤灰及矿粉，外加剂为减水剂，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物，
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为450 kg/m3～600kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的55%～75%，
矿粉为胶凝材料总重量的10%～20%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的15%～25%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.90%～1.10%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为2～5:1；
砂：580kg/m3～650kg/m3；
石：1010kg/m3～1155kg/m3；
砂率：36-38%；
水胶比：0.28-0.29。
2.根据权利要求1所述的低徐变混凝土，其特征在于：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为500 kg/m3～550kg/ m3，其中：
水泥为胶凝材料总重量的60%～70%，
矿粉为胶凝材料总重量的12%～18%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的18%～22%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的0.95%～1.05%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为3～4:1；
砂：602kg/m3～635kg/m3；
石：1025kg/m3～1080kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
3.根据权利要求2所述的低徐变混凝土，其特征在于：
所述的混凝土中各原料组成为：
胶凝材料的总量为550 kg/m，其中：
水泥为胶凝材料总重量的65%，
矿粉为胶凝材料总重量的15%，
粉煤灰为胶凝材料总重量的20%；
另：
聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂复合物为胶凝材料总重量的1.00%；
其中，聚羧酸和脂肪族（羟基）磺酸盐高效减水剂的重量比为4:1；
砂：615kg/m3；
石：1047kg/m3；
砂率：37%；
水胶比：0.285。
4.根据权利要求1所述的防腐低徐变混凝土，其特征在于：所述标号为52.5的水泥为普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的防腐低徐变混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为I级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的防腐低徐变混凝土，其特征在于：所述矿粉为S105级矿粉。
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Owner name: JIANGSU JINMAO CONSTRUCTION GROUP CO., LTD. Effective date: 20150108 Owner name: JIANGSU JINMAO TECHENOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Y Effective date: 20150108 |
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Inventor after: Hu Jun Inventor after: Hu Youhua Inventor after: Cheng Zhiwei Inventor after: Yuan Rongrong Inventor after: Bai Baoqin Inventor after: Zhang Guoxiang Inventor after: Xu Mingze Inventor after: Dong Feng Inventor after: Jin Qiao Inventor before: Zhang Qingbin |
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Effective date of registration: 20150108 Address after: 224056 Salt Road, Jiangsu salt District, Yancheng City, Liuzhou Road, No. 98 Applicant after: JIANGSU JINMAO CONSTRUCTION GROUP CO., LTD. Applicant after: JIANGSU JINMAO TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Applicant after: YANCHENG CITY HENG BUILDING MATERIALS MANUFACTURING CO., LTD. Address before: 621106 Sichuan City, Mianyang Province, the town of the county of Jianping Fumin Street No. 058, No. three Applicant before: Zhang Qingbin |
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