CN103482940B - 一种高抗裂混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高抗裂混凝土，尤其涉及一种可适应深海环境的具有高强度、高工作性、高抗裂性、长寿命的混凝土。该混凝土由胶凝材料、水、空气和掺合料掺和而成，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉；所述掺合料包括碎石、河砂和减水剂；本发明的混凝土优选有利于提供混凝土工作性能、强度及耐久性能的原材料，通过各组分的合理搭配，以高掺合料用量比例、低胶凝材料用量比例为主要特征；最终形成工作性良好、强度高、抗裂性好、抗渗性好以及寿命长的适合海底工况的混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及一种高抗裂混凝土，尤其涉及一种可适应深海环境的具有高强度、高工作性、高抗裂性、长寿命的混凝土。
背景技术
目前，我国对于深海用混凝土的研究刚刚起步，尤其是用于制造海底隧道工程的混凝土技术尚不成熟。众所周知，海底隧道的建设是目前交通建设中最为复杂、标准最高的施工项目；隧道混凝土不允许出现危害性裂缝，其最大埋入深度在-40m左右。海底隧道多采用工厂化预制全断面浇筑，一次浇筑混凝土方量达3400m3左右，设计强度为56d达到C50，同时为保证早龄期的拆模，要求3d强度达到C30。由于隧道混凝土结构需要长期承受高压海水作用，因此对隧道混凝土的抗渗性能、抗裂性能以及长期寿命提出了更高要求。而隧道结构的复杂性以及工厂化预制施工工艺，还要求隧道混凝土应具良好工作性能以及高强度以满足隧道预制施工。因此，如何选择合适的混凝土原材料，配制满足工作性、强度、抗裂性以及寿命要求的合理混凝土是目前急需解决的的问题。
因此，针对上述问题，本发明就提供一种新的高抗裂混凝土。
发明内容
本发明的目的是提供一种高抗裂混凝土，该混凝土以高掺合料用量比例、低胶凝材料用量比例实现提高混凝土抗裂性、抗渗性及延长其寿命的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高抗裂混凝土，该混凝土由胶凝材料、水、空气和掺合料掺和而成，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉；所述掺合料包括碎石、河砂和减水剂。
所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：5.3~6.3%
粉煤灰：4.5%~5.6%；
矿粉：3.5%~4.4%；
水：14.4%~14.7%；
碎石：38.4%~39.5%；
河砂：29.0%~29.8%；
减水剂：0.0040%~0.0042%；
空气：2%~3%。
所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：6.0%；
粉煤灰：4.7%；
矿粉：4.4%；
水：14.7%；
碎石：38.9%；
河砂：29.4%；
减水剂：0.0042%；
空气：2%。
所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
粉煤灰：20%~30%；
矿粉：25%~30%；
水泥：40%~50%。
所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
粉煤灰：25%；
矿粉：30%；
水泥：45%。
所述胶凝材料的用量在400~440kg/m3之间（每立方米混凝土中所含胶凝材料的质量）。
所述混凝土的水胶比在0.32～～0.36之间选取。
所述碎石由小石与大石按照体积比为3:7的比例组合而成。
所述小石直径在5~10mm之间选取。
所述大石直径在10~20mm之间选取。
所述水泥为P·II硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为I级原状粉煤灰。
所述矿粉为S95级磨细高炉矿渣粉。
所述河砂为细度模数在2.6~3.0之间的中砂。
所述减水剂为聚羧酸系缓凝型高性能减水剂。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1、本发明的混凝土优选有利于提供混凝土工作性能、强度及耐久性能的原材料，通过各组分的合理搭配，以高掺合料用量比例、低胶凝材料用量比例为主要特征；最终形成工作性良好、强度高、抗裂性好、抗渗性好以及寿命长的适合海底工况的混凝土。
2、本发明在混凝土中掺加碎石以及河砂，可将混凝土中掺合料形成空隙率降低至27%，有利于降低混凝土中胶凝材料用量；节省了制造成本，提高了产品质量。
3、本发明在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和其他掺合料；减少了用水量；掺入所述粉煤灰可以降低混凝土的绝热温升；可以大大减少混凝土的干缩变形和徐变变形，提高体积稳定性，提高混凝土寿命；节省了制造成本，提高了产品质量。
4、发明在混凝土中掺加矿粉节约了大量的水泥和其他掺合料；减少了用水量；掺入所述矿粉可以降低混凝土的绝热温升；可以大大减少混凝土的干缩变形和徐变变形，提高体积稳定性，提高混凝土寿命；节省了制造成本，提高了产品质量。
5、本发明通过掺入减水剂来降低混凝土升温速率，确保混凝土经长距离输送入模后的初凝时间大于12h以满足隧道全断面25~40h连续浇筑的需要，将混凝土硬化过程内部最高温峰出现的时间延迟至50h。
6、本发明通过在混凝土中引入空气来提高混凝土的体积稳定性、降低混凝土的粘性，提高混凝土的施工性。
具体实施方式
本发明所述的高抗裂混凝土，该混凝土由胶凝材料、水、空气和掺合料掺和而成，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉；所述掺合料包括碎石、河砂和减水剂。本发明的混凝土优选有利于提供混凝土工作性能、强度及耐久性能的原材料，通过各组分的合理搭配，以高掺合料用量比例、低胶凝材料用量比例为主要特征；最终形成工作性良好、强度高、抗裂性好、抗渗性好以及寿命长的适合海底工况的混凝土。
本发明中所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：水泥：5.3~6.3%；粉煤灰：4.5%~5.6%；矿粉：3.5%~4.4%；水：14.4%~14.7%；碎石：38.4%~39.5%；河砂：29.0%~29.8%；减水剂：0.0040%~0.0042%；空气：2%~3%。
本发明中所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：粉煤灰：20%~30%；矿粉：25%~30%；水泥：40%~50%。
本发明中所述胶凝材料的用量在400~440kg/m3之间（每立方米混凝土中所含胶凝材料的质量）；所述混凝土的水胶比（水与胶凝材料的用量比）在0.32～～0.36之间选取；以此确保混凝土强度及寿命。
本发明中所述混凝土的出机坍落度控制在180~220mm范围之内。混凝土的出机坍落度应根据建筑物的结构断面、钢筋含量、运输距离、浇注方法、运输方式、振捣能力和气候等条件决定，在选定配合比时应综合考虑。
本发明中所述碎石是由小石与大石按照体积比为3:7的比例组合而成的5~20mm连续级配花岗岩碎石；所述小石直径在5~10mm之间选取；所述大石直径在10~20mm之间选取。本发明中所述河砂为细度模数在2.6~3.0之间的中砂。本发明在混凝土中掺加碎石以及河砂，可将混凝土中掺合料形成空隙率降低至27%，有利于降低混凝土中胶凝材料用量；节省了制造成本，提高了产品质量。
本发明中所述水泥采用P·Ⅱ42.5级或P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥。
本发明中所述粉煤灰可采用Ⅰ级或细度（45μm筛筛余）≤12%、需水量比≤100%、烧失量≤5%的准Ⅰ级原状粉煤灰。本发明在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和其他掺合料；减少了用水量；掺入所述粉煤灰可以降低混凝土的绝热温升；可以大大减少混凝土的干缩变形和徐变变形，提高体积稳定性，提高混凝土寿命；节省了制造成本，提高了产品质量。
本发明中所述矿粉为S95级磨细高炉矿渣粉。本发明在混凝土中掺加矿粉节约了大量的水泥和其他掺合料；减少了用水量；掺入所述矿粉可以降低混凝土的绝热温升；提高了产品质量。
本发明中所述减水剂为聚羧酸系缓凝型高性能减水剂。本发明通过掺入减水剂来降低混凝土升温速率，确保混凝土经长距离输送入模后的初凝时间大于12h以满足隧道全断面25~40h连续浇筑的需要，将混凝土硬化过程内部最高温峰出现的时间延迟至50h。
本发明通过在混凝土中引入空气来提高混凝土的体积稳定性、降低混凝土的粘性，提高混凝土的施工性。
依上述各原料制成的混凝土各指标如下：
初凝时间不小于720min；
终凝时间不小于840min；
绝热温升不大于42℃；
90d干燥收缩系数不大于250×10-6；
3d抗压强度不小于30MPa；
28d抗压强度不小于54MPa；
56d抗压强度不小于60MPa；
28d氯离子扩散系数不大于7.0×10-12m2/s；
56d氯离子扩散系数不大于4.5×10-12m2/s；
28d抗水压渗透等级大于P12；
抗裂安全系数不小于1.4。
本发明的混凝土工作性能良好满足全断面浇筑施工要求，混凝土粘聚性良好，无泌水、离析现象；混凝土浇筑过程中现场留样混凝土的强度、氯离子扩散系数、抗水压渗透等级均满足设计要求；该混凝土具有良好的抗裂性能，在养护措施未完全就位条件下混凝土未出现肉眼可见裂缝，满足深海混凝土抗渗及抗裂要求。
实施例一：
本实施例中本发明中所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：6.0%；
粉煤灰：4.7%；
矿粉：4.4%；
水：14.7%；
碎石：38.9%；
河砂：29.4%；
减水剂：0.0042%；
空气：2%。
本发明中所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
水泥：45%；
粉煤灰：25%；
矿粉：30%。
本发明中所述胶凝材料的用量为420kg/m3（每立方米混凝土中所含胶凝材料的质量）；所述混凝土的水胶比（水与胶凝材料的用量比）为0.35。
本发明中所述混凝土的出机坍落度为210mm。
依上述各原料制成的混凝土各指标如下：
初凝时间为960min；
终凝时间为1050min；
7d绝热温升为41.1℃；
90d干燥收缩系数为240×10-6；
3d抗压强度为33.4MPa；
28d抗压强度为58.5MPa；
56d抗压强度为65.4MPa；
28d氯离子扩散系数为4.3×10-12m2/s；
56d氯离子扩散系数为2.5×10-12m2/s；
28d抗水压渗透等级大于P12；
抗裂安全系数为1.44。
实施例一具体数据参见下表所示。
实施例二：
本实施例中本发明中所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：6.3%；
粉煤灰：4.5%；
矿粉：3.5%；
水：14.4%；
碎石：39.5%；
河砂：29.8%；
减水剂：0.0040%；
空气：2%。
本发明中所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
水泥：50%
粉煤灰：25%；
矿粉：25%。
本发明中所述胶凝材料的用量为400kg/m3（每立方米混凝土中所含胶凝材料的质量）；所述混凝土的水胶比（水与胶凝材料的用量比）为0.36。
本发明中所述混凝土的出机坍落度为215mm。
依上述各原料制成的混凝土各指标如下：
初凝时间为970min；
终凝时间为1060min；
绝热温升为40.8℃；
90d干燥收缩系数为225×10-6；
3d抗压强度为31.6MPa；
28d抗压强度为55.8MPa；
56d抗压强度为63.1MPa；
28d氯离子扩散系数为4.6×10-12m2/s；
56d氯离子扩散系数为2.9×10-12m2/s；
28d抗水压渗透等级大于P12；
抗裂安全系数为1.46。
实施例二具体数据参见下表所示。
实施例三：
本实施例中本发明中所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：5.3%；
粉煤灰：5.6%；
矿粉：4.4%；
水：14.7%；
碎石：38.4%；
河砂：29.0%；
减水剂：0.0042%；
空气：2.5%。
本发明中所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
水泥：40%
粉煤灰：30%；
矿粉：30%。
本发明中所述胶凝材料的用量为440kg/m3（每立方米混凝土中所含胶凝材料的质量）；所述混凝土的水胶比（水与胶凝材料的用量比）为0.32。
本发明中所述混凝土的出机坍落度为220mm。
依上述各原料制成的混凝土各指标如下：
初凝时间为1250min；
终凝时间为1360min；
绝热温升为39.9℃；
90d干燥收缩系数为230×10-6；
3d抗压强度为30.2MPa；
28d抗压强度为55.2MPa；
56d抗压强度为62.7MPa；
28d氯离子扩散系数为4.9×10-12m2/s；
56d氯离子扩散系数为2.2×10-12m2/s；
28d抗水压渗透等级大于P12；
抗裂安全系数为1.42。
实施例三具体数据参见下表所示。
Claims (13)
1.一种高抗裂混凝土，其特征在于：该混凝土由胶凝材料、水、空气和掺合料掺和而成，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉；所述掺合料包括碎石、河砂和减水剂；所述混凝土由下述原料按所占混凝土体积百分比制备而成：
水泥：5.3～6.3％
粉煤灰：4.5％～5.6％；
矿粉：3.5％～4.4％；
水：14.4％～14.7％；
碎石：38.4％～39.5％；
河砂：29.0％～29.8％；
减水剂：0.0040％～0.0042％；
空气：2％～3％。
2.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
粉煤灰：20％～30％；
矿粉：25％～30％；
水泥：40％～50％。
3.根据权利要求2所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述胶凝材料由下述原料按所占胶凝材料质量百分比制备而成：
粉煤灰：25％；
矿粉：30％；
水泥：45％。
4.根据权利要求3所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述胶凝材料的用量为每立方米混凝土中含胶凝材料400～440kg。
5.根据权利要求4所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述混凝土的水胶比在0.32～～0.36间选取。
6.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述碎石由小石与大石按照体积比为3:7的比例组合而成。
7.根据权利要求6所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述小石直径在5～10mm之间选取。
8.根据权利要求7所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述大石直径在10～20mm之间选取。
9.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述水泥为P·II硅酸盐水泥。
10.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为I级原状粉煤灰。
11.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级磨细高炉矿渣粉。
12.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述河砂为细度模数在2.6～3.0之间的中砂。
13.根据权利要求1所述高抗裂混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系缓凝型高性能减水剂。
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