CN103803920B - 一种堆石混凝土 - Google Patents
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Abstract
一种堆石混凝土，其组成包括水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂和石块。按重量份数计，水160-200份、水泥250-540份、碎石900-1000份、砂790-870份、矿粉20-220份、粉煤灰0-110份、减水剂1-10份，石块的体积占堆石混凝土总体积的55%-60%。本发明所述堆石混凝土使用矿粉等量取代水泥能够获得较高的后期强度，能够获得抗渗透性能良好的堆石混凝土，提高堆石混凝土的耐久性，并且降低水泥用量，节省成本，解决矿渣作为废料对环境的二次污染，有效利用工业废弃物，具有较好的环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆石混凝土，属于建筑工程领域。
背景技术
堆石混凝土（RockFilledConcrete，简称RFC），是利用自密实混凝土（SCC）的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石（在实际工程中可采用块石粒径在300mm以上）内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。
采用堆石混凝土进行大体积混凝土浇筑有以下主要优点：第一，施工速度快：由于堆石混凝土的主要工艺为堆石入仓和自密实混凝土浇筑，只需要搅拌较少量的自密实混凝土，工艺简单，可以大大提高施工速度；第二，施工质量容易保证：由于堆石混凝土没有普通混凝土和浆砌石砌筑的振捣过程，堆石混凝土施工的质量控制相当容易，施工质量容易保证；第三高强和耐久性：自密实混凝土是一种高性能混凝土，由于其水胶比一般仅为0.4，甚至更低，其高强，耐久的特性已被广泛证实，堆石混凝土实际上就是含有大骨料的自密实混凝土，因此，堆石混凝土也具有较高的强度，同时密实的堆石混凝土体也具有较高的耐久性能；第四，造价低廉：经过初步筛分的堆石直接入仓以后，空隙率一般在40％左右，经过适当碾压，还可以进一步降低空隙率，因此，单位体积堆石混凝土的自密实混凝土用量仅为40％左右；第五，水化热温升较低，温控比较容易：堆石混凝土的粗骨料采用堆石，粒径大，单位体积自密实混凝土用量少，按上述C30堆石混凝土，单位堆石混凝土的水泥量仅140kg/m3，可以有效降低混凝土绝热温升，简化温控措施，进一步节省成本；第六，只需要拌和一级配的自密实混凝土，拌和楼的规模可以大大减小；对石料进行粗筛分，大石直接入仓，小石可以用来生产自密实混凝土的骨料和砂，可以充分利用材料。
当前浇筑堆石混凝土用的自密实混凝土常用的掺合料为粉煤灰，粉煤灰能改善拌合物流动性，但是其28d活性指数比较低，导致后期强度较低使用矿粉等量取代水泥能够获得较高的后期强度。
与此同时，堆石混凝土中的水泥用量还是偏大，水化反应剧烈，水化放热多而、干燥收缩、温度收缩作用强烈，由此产生的拉应力足以导致混凝土开裂，混凝土结构一旦出现裂缝，从而加剧冻融、化学侵蚀及碱骨料反应，耐久性降低在所难免，严重危及大坝的安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种堆石混凝土，使用矿粉取代水泥，能够获得抗渗透性能良好的堆石混凝土，并且28d抗压强度都较高。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种堆石混凝土，其组成包括水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂和石块按重量份数计，水160-200份、水泥250-540份、碎石900-1000份、砂790-870份、矿粉20-220份、粉煤灰0-110份、减水剂1-10份，石块的体积占堆石混凝土总体积的55%-60%。
上述方案中，所述水泥为强度等级为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥。
上述方案中，所述碎石为5-40mm连续级配碎石。
上述方案中，所述矿粉优选S95级或S105级矿粉。
上述方案中，所述砂为细度模数2.4-2.7的中砂。
上述方案中，所述减水剂为聚羧酸系列高效减水剂。
按上述方案，所述石块的粒径为150-300mm。
上述方案中，所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
上述堆石混凝土的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量份数计，准备水160-200份、水泥250-540份、碎石900-1000份、砂790-870份、矿粉20-220份、粉煤灰0-110份、减水剂1-10份，石块的体积分数为55%-60%；
（2）将水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂混合，配制自密实混凝土拌合物，进行标准养护；
（3）在一定体积的试验箱中随机填满石块，得到堆石体，然后从试验箱进料口、堆石体上部不超过500mm的高度倒入配制好的自密实混凝土拌合物，利用自密实混凝土自重作用下的流动性能，由自密实混凝土自动充填到堆石体的空隙中，形成堆石混凝土块体，按照普通混凝土的养护方式养护28天，得到本发明所述的堆石混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一，粒化高炉矿渣粉的28d活性指数比粉煤灰高，本发明所述堆石混凝土使用矿粉等量取代水泥能够获得较高的后期强度，与此同时，粒化高炉矿渣粉具有较高的流动度比，也能够改善自密实混凝土拌合物的流动性；
第二，粒化高炉矿渣粉具有降低温度热缝、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子侵蚀、低碳环保等特点，本发明所述堆石混凝土使用矿粉取代水泥，能够获得抗渗透性能良好的堆石混凝土，提高堆石混凝土的耐久性，增加对堆石混凝土构件的使用寿命，保障工程安全；
第三，本发明中使用粒化高炉矿渣粉取代水泥，可以降低水泥用量，节省成本，另一方可以解决矿渣作为废料对环境的二次污染，有效利用工业废弃物，具有较好的环境效益。
附图说明
图1为堆石混凝土形成示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1-9
一种堆石混凝土，其组成包括水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂和石块，各原料的重量份数见表1（其中石块为体积分数）。对比例的组成包括水、水泥、碎石、砂、粉煤灰、减水剂和石块，各原料的重量份数见表1（其中石块为体积分数）。
实施例1-9和对比例中，所述水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；所述碎石为5-15mm连续级配碎石；所述矿粉为S95级矿粉；所述砂为细度模数2.4-2.6的中砂；所述减水剂为聚羧酸系列高效减水剂；所述石块的粒径为150-200mm；所述粉煤灰为Ⅰ级。
表1
| 编号 | 水 | 水泥 | 碎石 | 砂 | 矿粉 | 粉煤灰 | 减水剂 | 石块 |
| 对比例 | 165 | 276 | 990 | 810 | 0 | 184 | 5 | 60% |
| 实施例1 | 161 | 414 | 990 | 810 | 23 | 23 | 2 | 55% |
| 实施例2 | 170 | 345 | 954 | 846 | 86 | 29 | 2 | 57% |
| 实施例3 | 178 | 276 | 936 | 864 | 184 | 0 | 4 | 60% |
| 实施例4 | 175 | 375 | 926 | 854 | 63 | 63 | 2 | 55% |
| 实施例5 | 178 | 300 | 979 | 801 | 150 | 50 | 4 | 57% |
| 实施例6 | 190 | 450 | 943 | 837 | 50 | 0 | 6 | 60% |
| 实施例7 | 184 | 324 | 933 | 827 | 108 | 108 | 4 | 55% |
| 实施例8 | 186 | 486 | 915 | 845 | 41 | 14 | 6 | 57% |
| 实施例9 | 190 | 405 | 968 | 792 | 135 | 0 | 8 | 60% |
上述堆石混凝土的制备方法，其步骤如下：
（1）按重量份数计，分别准备水161-190份、水泥276-486份、碎石915-990份、砂792-864份、矿粉23-184份、粉煤灰03-108份、减水剂2-8份，石块的体积分数为55%-60%；
（2）按照水161-190份、水泥276-486份、碎石915-990份、砂792-864份、矿粉23-184份、粉煤灰03-108份、减水剂2-8份，配制自密实混凝土拌合物，进行标准养护，分别测试相关性能；
（3）在尺寸为2000mm×2000mm×1800mm的试验箱中，随机填满块石(块石粒径为150～200mm)，然后将配制好的自密实混凝土拌合物从试验箱进料口、堆石体上部500mm的高度范围内倒入，利用自密实混凝土自重作用下的流动性能，由自密实混凝土自动充填到堆石体的空隙中，形成堆石混凝土块体，按照普通混凝土的养护方式养护28天，得到堆石混凝土试块。
实施例1-9和对比例所配制的自密实混凝土拌合物的性能指标见表2，其中强度为抗压强度。
表2自密实混凝土性能指标
| 编号 | 扩展度mm | V型漏斗下料时间，s | 3d强度MPa | 7d强度MPa | 28d强度MPa |
| 实施例1 | 700 | 8 | 23.8 | 33.2 | 45.8 |
| 实施例2 | 670 | 7 | 22.5 | 32.7 | 44.5 |
| 实施例3 | 650 | 8 | 20.7 | 29.9 | 43.4 |
| 实施例4 | 680 | 7 | 18.9 | 27.6 | 46.4 |
| 实施例5 | 735 | 6 | 25.7 | 35.6 | 49.9 |
| 实施例6 | 720 | 7 | 24.5 | 32.4 | 45.4 |
| 实施例7 | 705 | 7 | 20.3 | 31.8 | 50.9 |
| 实施例8 | 775 | 6 | 29.7 | 45.6 | 56.6 |
| 实施例9 | 760 | 6 | 25.7 | 39.7 | 52.4 |
| 实施例10 | 755 | 7 | 23.5 | 38.9 | 58.8 |
虽然矿粉对自密实混凝土的流动性能增加不如粉煤灰，由表2可以看出，与对比例相比，本发明所得到的自密实混凝土的流动性及强度都非常好（扩展度650-760），并且28d抗压强度都较高，能够满足生产需求。
从养护28d后的堆石混凝土试块的不同位置切割出不同尺寸的标准试件进行RFC综合性能试验。测堆石混凝土的轴心抗压强度时，在堆石混凝土内部600mm-1200mm层，取3块尺寸为120mm×120mm×150mm的六面体，测试轴心抗压强度，结果取平均值；在相同的地方，割取标准抗渗试件，最终形状为上口直径175mm，下口直径185rnm，高150mm的截头圆锥体，测试堆石混凝土的抗渗等级。实施例1-10所得堆石混凝土的性能指标见表3，与对比例相比，实施例1-8中水泥和矿粉用量的增加，堆石混凝土的28d抗压强度和抗渗等级得到大幅增强。
表3堆石混凝土性能指标
| 编号 | 28d抗压强度MPa | 堆石混凝土强度/自密实混凝土强度 | 抗渗等级 |
| 实施例1 | 57.2 | 135 | P8 |
| 实施例2 | 60.1 | 135 | P8 |
| 实施例3 | 53.4 | 123 | P10 |
| 实施例4 | 60.3 | 130 | P12 |
| 实施例5 | 67.9 | 136 | P10 |
| 实施例6 | 64.9 | 143 | P10 |
| 实施例7 | 67.2 | 132 | P12 |
| 实施例8 | 80.9 | 143 | P10 |
| 实施例9 | 67.6 | 129 | P10 |
| 实施例10 | 84.7 | 144 | P12 |
Claims (7)
1.一种堆石混凝土，其特征在于它的原料组成包括水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂和石块，各原料按重量份数计为水160-200份、水泥250-540份、碎石900-1000份、砂790-870份、矿粉20-220份、粉煤灰0-110份、减水剂1-10份，石块的体积占堆石混凝土总体积的55%-60%；
所述矿粉为S95或S105级矿粉；所述石块的粒径为150-300mm。
2.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土，其特征在于所述水泥为强度等级为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土，其特征在于所述碎石为5-40mm连续级配碎石。
4.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土，其特征在于所述砂为细度模数2.4-2.7的中砂。
5.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土，其特征在于所述减水剂为聚羧酸系列高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土，其特征在于所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
7.权利要求1-6所述的任意一种堆石混凝土的制备方法，其特征在于包括步骤如下：
（1）按重量份数计，准备水160-200份、水泥250-540份、碎石900-1000份、砂790-870份、矿粉20-220份、粉煤灰0-110份、减水剂1-10份，石块的体积分数占堆石混凝土总体积55%-60%；
（2）将水、水泥、碎石、砂、矿粉、粉煤灰、减水剂混合，配制自密实混凝土拌合物，进行标准养护；
（3）在一定体积的试验箱中随机填满石块，得到堆石体，然后从试验箱进料口、堆石体上部不超过500mm的高度倒入配制好的自密实混凝土拌合物，利用自密实混凝土自重作用下的流动性能，由自密实混凝土自动充填到堆石体的空隙中，形成堆石混凝土块体，按照普通混凝土的养护方式养护28天，得到所述的堆石混凝土。
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