CN103819158A

CN103819158A - 高体积稳定性混凝土的制备方法

Info

Publication number: CN103819158A
Application number: CN201410016287.7A
Authority: CN
Inventors: 刘仁越; 刘玉中; 苏登成
Original assignee: SUZHOU SINOMA CONSTRUCTION CO Ltd
Current assignee: SUZHOU SINOMA CONSTRUCTION CO Ltd
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103819158B

Abstract

本发明公开了一种高体积稳定性混凝土的制备方法，主要应用于高温、干燥环境中，其配合比如下：碎石900～1200kg/m³、河砂500～800kg/m³、胶凝材料300～500kg/m³、高效减水剂掺量0.3～1.2%、水胶比0.2～0.5，其中：碎石为三个粒度区间的碎石按比例混合制得，河砂由粗细两个粒度区间河砂组成，胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成。本发明所述的混凝土具有较高的骨料堆积密度（65～75%），进而降低了胶凝材料用量且矿渣、粉煤灰等掺合料所占比例较高，混凝土抗离析、泌水能力和早期体积稳定性（特别是抵抗塑性收缩开裂能力）得到显著提高，且后期体积变形（自收缩和干燥收缩）较小，特别适用于制备高温、干燥地区应用的C30～C50等级混凝土。

Description

高体积稳定性混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土制备方法，尤其涉及一种高体积稳定性混凝土的制备方法，主要应用于高温、干燥环境中。

背景技术

随着我国建设企业的不断发展壮大，海外工程量大幅度增加。例如，我公司（苏州中材建设有限公司）在阿联酋、沙特、伊拉克、苏丹、安哥拉等北非、中东等地区承担了数十条水泥生产线建设项目，混凝土（特别是大体积混凝土）工程占据了这些建设中相当大的比重，其质量直接影响或决定了整个工程建设的质量和服役寿命。在北非、中东等高温、干燥地区，建筑设计、施工基本采用欧洲标准，拌制混凝土所用粗、细骨料（石子、砂子）粒径较小，导致混凝土中胶凝材料用量较高且粉煤灰等掺合料掺量较低。高温下混凝土的水化硬化速度过快，导致混凝土过早凝结、早期自收缩较大、塑性开裂严重。干燥环境中混凝土水分损失较大，导致毛细管应力较大，干燥收缩较大，增加了混凝土开裂风险。北非、中东等地区昼夜温差可达30摄氏度以上，经年累月的环境温差使混凝土结构逐渐疲劳，温度应力使混凝土裂缝逐渐扩展，最终致使混凝土结构耐久性差、服役寿命大为缩短。

因此，如何从混凝土组成、结构角度，改善混凝土的体积稳定性，进而提高混凝土抗裂性能和耐久性，已成为在高温干燥环境中混凝土施工的关键和核心技术。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高体积稳定性混凝土的制备方法，能够显著改善高温、干燥环境中混凝土的体积稳定性和抗开裂性能，并提供混凝土结构的耐久性和服役寿命。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高体积稳定性混凝土的制备方法，将碎石分为三个粒度区间：4.75～9.5mm、9.5～19mm和19～31.5mm，其体积分数分别为20～35%、25～40%和35～48%；河砂分为两个粒度区间：1.18～3.2mm和0.08～1.18mm，其体积分数分别为50～75%和25～50%；胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成，其体积分数分别为30～50%、15～25%和35～40%；以胶凝材料质量百分比计，高效减水剂掺量为0.3～1.2%；水胶比为0.2～0.5，所述水胶比为混凝土拌合水质量与胶凝材料质量之比。

作为本发明的优选方案，所述碎石为石灰石质或石英质碎石，该碎石中针片状碎石含量小于10%；所述河砂中含泥量小于1%。

作为本发明的优选方案，所述硅酸盐酸水泥为PI或PII型42.5强度等级以上的硅酸盐水泥，其比表面积为350～400m²/kg；所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉，其比表面积500～600m²/kg，活性指数110～130%；所述粉煤灰为二级粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面积为250～350m²/kg。

作为本发明的优选方案，所述高效减水剂为减水率大于30%的聚羧酸减水剂；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。

作为本发明的优选方案，所述混凝土28天抗压强度为35～60MPa，混凝土内部温升在35℃以内，28天自收缩为60～130με，28天干燥收缩为150～300με。

本发明的有益效果是：

1）采用本发明配制的混凝土具有较高的骨料体积分数（65～75%），从而显著减少了胶凝材料用量。

2）通过调控硅酸盐水泥、矿渣微粉和粉煤灰的细度和颗粒级配，优化了胶凝材料水化进程，消除了细颗粒水化过快引起的需水量增加、工作性能下降等问题。

3）利用混凝土使用环境温度较高的特点，最大限度地发挥矿渣微粉等掺合料对混凝土性能的贡献，弥补了硅酸盐水泥用量较低带来的不足。

4）本发明提高了碎石、砂及胶凝材料颗粒物理堆积作用对混凝土力学性能的贡献，在保证混凝土性能的前提下，显著降低了混凝土中水化产物数量，进而减小混凝土本征收缩,最终达到改善混凝土体积稳定性的目的。

5）采用本发明制备的混凝土具有抗开裂性能好、内部温升低、自收缩及干燥收缩小等优良特性，特别适用于高温、干燥环境中大坝、水利、公路、桥梁等混凝土结构工程。

因此，本发明对高效利用胶凝材料，提高高温、干燥环境中混凝土结构的抗开裂性和耐久性都具有重要的意义。

具体实施方式

以下结合实施例（以C40等级混凝土为例）对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在本发明的保护范围之内。

混凝土制备过程：

按照混凝土配合比，将各原材料搅拌均匀制备成混凝土：（1）测试新拌混凝土的密度（ρwet），并按照式（1）和（2）计算混凝土的固体颗粒含量；（2）将混凝土制备成100*100*10cm平板试样，养护3天后置于50%RH环境中观察混凝土抗开裂情况；（3）将混凝土成型为10*10*10cm立方体试块，在水中养护至一定龄期后，参照《GB/T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》测试混凝土强度；（4）将混凝土成型为100mm*100mm*515mm棱柱体试件，参照《GBT50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》测试混凝土的自收缩和干燥收缩。

式中：ρ_b、ρ_c、ρ_g、ρ_f分别为胶凝材料、硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰的密度，

分别为胶凝材料中硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰的体积分数。

式中：ρwet为新拌混凝土的密度，ρ_ca、ρ_fa、ρ_b分别为粗骨料、细骨料及胶凝材料的密度，M_ca、M_fa、M_b分别为混凝土中粗骨料、细骨料及胶凝材料的质量，W/B为混凝土的水胶比（即混凝土用水量与胶凝材料质量之比）。

普通C40混凝土制备：

为比较本发明制备的混凝土的效果，采用常规方法制备了普通C40混凝土（作为参比混凝土）。普通混凝土采用5～31.5mm连续级配石灰石质碎石，河砂采用中度模数的硅质河砂，其颗粒级配如表1所示。硅酸盐水泥为PII42.5强度等级硅酸盐水泥，比表面积为350m²/kg，粒化高炉矿渣微粉比表面积为450m²/kg，II级粉煤灰碳含量为4.5%，比表面积为380m²/kg，减水剂为减水率为35%的聚羧酸减水剂。按照表2搅拌均匀制备成混凝土，在20±1℃水中养护至一定龄期后，测试混凝土强度和体积变形参数，结果如表3所示。

表1 粗、细集料的颗粒级配及物理性能

表2 普通C40等级混凝土的配合比

表3 普通C40等级混凝土的性能

实施例：

在利用本发明制备高体积稳定性混凝土过程中，采用石灰石质碎石和硅质河砂，比表面积为350m²/kg的PII 42.5强度等级硅酸盐水泥，比表面积为680m²/kg的粒化高炉矿渣微粉（活性指数为123%），比表面积为280m²/kg的二级粉煤灰（碳含量为3.8%），减水剂为减水率为35%的聚羧酸减水剂。将原材料搅拌均匀制成混凝土，为探讨混凝土在高温、干燥环境中的性能，实施例中制备的混凝土养护温度为30±1℃下（其他条件相同，仅养护温度提高），并测试混凝土的抗裂性能、强度和收缩性能。

实施例1～5：

实施例1～5探讨了骨料级配对混凝土性能的影响，粗、细骨料级配如表4所示，碎石用量为1160kg/m³，河砂用量为750kg/m³，胶凝材料用量为380kg/m³，组成为硅酸盐水泥：矿渣微粉：粉煤灰=40%：23%：37%，水胶比为0.35，通过调整减水剂用量控制混凝土坍落度为17±2cm。表5表明通过优化骨料级配，可显著提高混凝土中固体颗粒含量（由62.3%提高到70%左右），混凝土胶凝材料用量由440kg/m³降低至380kg/m³时，仍能达到甚至超过普通C40混凝土的早期和后期强度，且混凝土抗裂性能得到显著提高，28天自收缩和干燥收缩显著降低。

表4 C40等级混凝土的骨料级配

表5 C40等级混凝土（不同骨料级配）的体积稳定性

实施例6～9探讨了胶凝材料组成对混凝土性能的影响，胶凝材料组成如表6所示。石灰石质碎石用量为1160kg/m³，4.75～9.5mm、9.5～19mm和19～31.5mm三个粒度区间碎石体积分数分别为22%、35%和43%；河砂用量为750kg/m3，1.18～3.2mm和0.08～1.18mm两个粒度区间体积分数分别为65%和35%；胶凝材料用量为380kg/m³，水胶比为0.35，通过调整减水剂用量控制混凝土坍落度为17±2cm。表7表明通过优化胶凝材料组成，可进一步增加混凝土的早期和后期强度，并显著降低混凝土28天自收缩和干燥收缩显著降低。

表6 C40等级混凝土的骨料级配

表7 C40等级混凝土（不同胶凝材料组成）体积稳定性

上述9个实施例表明本发明通过优化骨料级配和胶凝材料组成，大幅度降低了混凝土胶凝材料用量，并保证了混凝土早期和后期强度，显著改善了混凝土的抗开裂性能和体积稳定性，进而提高了混凝土结构的耐久性和服役寿命，特别适用制备高温、干燥环境中C30～C50等级混凝土。

本发明对提高胶凝材料使用效率，减少混凝土制备过程中资源消耗，改善混凝土抗开裂性能和体积稳定性，以及提高高温、干燥环境中混凝土结构的耐久性和服役寿命均具有重大的经济和社会意义。

Claims

1.一种高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于：

将碎石分为三个粒度区间：4.75～9.5mm、9.5～19mm和19～31.5mm，其体积分数分别为20～35%、25～40%和35～48%；河砂分为两个粒度区间：1.18～3.2mm和0.08～1.18mm，其体积分数分别为50～75%和25～50%；胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成，其体积分数分别为30～50%、15～25%和35～40%；以胶凝材料质量百分比计，高效减水剂掺量为0.3～1.2%；水胶比为0.2～0.5，所述水胶比为混凝土拌合水质量与胶凝材料质量之比。

2.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于：所述碎石为石灰石质或石英质碎石，该碎石中针片状碎石含量小于10%；所述河砂中含泥量小于1%。

3.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于：所述硅酸盐酸水泥为PI或PII型42.5强度等级以上的硅酸盐水泥，其比表面积为350～400m²/kg；所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉，其比表面积500～600m²/kg，活性指数110～130%；所述粉煤灰为二级粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面积为250～350m²/kg。

4.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于：所述高效减水剂为减水率大于30%的聚羧酸减水剂；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。

5.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于：所述混凝土28天抗压强度为35～60MPa，混凝土内部温升在35℃以内，28天自收缩为60～130με，28天干燥收缩为150～300με。