CN103936355A - 水下抗分散大粒径多孔混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下抗分散大粒径多孔混凝土，包含以下原材料：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂；按质量比，水泥与矿物掺合料之和/集料=0.19～0.23；所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的0%～10%；纳米碳酸钙占水泥0～1%，增稠剂占水泥与矿物掺合料之和的2%～4.5%；集料为粒径为5-20mm的级配碎石；水占水泥和矿物掺合料之和的0.25～0.35。本发明同时还公开了该混凝土的制备方法。该混凝土具有水下抗分散自流平的性质，该混凝土在振捣和水下环境时不离析，孔结构均匀分布。作为桩体材料在振动沉管法施工时可实现套管的快速拔管，较少对桩周土的扰动且不会出现断桩缩径。并且具有良好的抗堵塞能力。

Description

水下抗分散大粒径多孔混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构材料技术，尤其是一种水下抗分散大粒径多孔混凝土及其制备方法。

背景技术

多孔混凝土是由一系列相连通的孔隙和混凝土实体部分骨架构成的具有透气透水性能的多孔结构的混凝土。多孔混凝土是水泥浆包裹集料且集料相互嵌挤形成的多相材料。在新拌制的多孔混凝土材料中，包裹在集料表面的水泥浆很容易发生离析而引起多孔混凝土中的孔结构不均匀分布，使多孔混凝土堵塞，失去透水透气的效果。

新拌制的普通多孔混凝土在水下环境时，环境中的水会对包裹在集料表面的水泥浆冲刷，导致水泥浆与集料发生分离。水泥浆下沉，堵塞多孔混凝土的部分孔隙，使多孔混凝土失去透水透气的功能。

另外，普通多孔混凝土本身的坍落度很小或者没有坍落度，多孔混凝土材料用作结构物时，为了保证结构物的密实成型，需要对混凝土材料进行振捣。然而在振捣过程中包裹在集料表面的水泥浆由于受到外力的作用也极易容与集料分离，导致水泥浆在混凝土材料中不均匀分布堵塞孔结构。

普通多孔混凝土坍落度小或没有坍落度，多孔混凝土作为桩体结构材料时，振动沉管成桩过程中为了避免断桩，缩径等现象采用低速,拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2m/min～1.5m/min左右，当遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢,拔管太慢会过多扰动桩周土，削弱了单桩承载力和复合地基承载力，被扰动的桩周土的渗透效果不好，因此也会降低多孔混凝土桩的排水效果。

爱荷华州立大学研究表明，多孔混凝土孔隙率较低（≤20%）时，多孔混凝土抵抗泥浆等流体的堵塞能力较差，当一定体积的富含泥浆的流体经过多孔混凝土后，多孔混凝土的有效孔隙率会迅速降低，其透水透气的效率也会大打折扣。当多孔混凝土的孔隙率较高（﹥20%）时，多孔混凝土抵抗堵塞的能力较强。

发明内容

本发明的目的是为克服上述技术问题，提供一种水下抗分散大粒径多孔混凝土及其制备方法，该混凝土具有水下抗分散自流平的性质，该混凝土在振捣和水下环境时不离析，孔结构均匀分布。作为桩体材料在振动沉管法施工时可实现套管的快速拔管，较少对桩周土的扰动且不会出现断桩缩径。并且具有良好的抗堵塞能力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种水下抗分散大粒径多孔混凝土，包含以下原材料：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂；按质量比，水泥与矿物掺合料之和/集料=0.19～0.23；所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的0%～10%；纳米碳酸钙占水泥0～1%，增稠剂占水泥与矿物掺合料之和的2%～4.5%；集料为粒径为5-20mm的级配碎石；水与水泥和矿物掺合料之和的质量比为0.25～0.35。

本发明使用水泥和微硅灰粉以及纳米碳酸钙作为胶凝材料是混凝土集料之间的胶结剂，级配碎石是混凝土结构的主要部分构成多孔混凝土的骨架，微硅灰粉、纳米碳酸钙、增稠剂作为改善混凝土水泥浆流变性能的改性材料，使多孔混凝土中的水泥浆的流变性能发生改变，具有低屈服应力和合适的塑性粘度，从而使水下大粒径多孔混凝土具有水下抗分散，自流平的性质。纳米碳酸钙和微硅灰粉可以提高混凝土的强度，尤其有利于多孔混凝土早期强度的提高。

一种水下抗分散大粒径多孔混凝土的制备方法，主要工序为称量配料和搅拌,步骤如下：

1）计量方法：水泥，水，集料，微硅灰粉，纳米碳酸钙、增稠剂均按质量计量；

2）搅拌：水下大粒径多孔混凝土采用三步法进行搅拌首先将集料、微硅灰粉、纳米碳酸钙、增稠剂和总用水量质量比为25%的水混合搅拌1min；然后将水泥和总用量30%的水加入到拌合物中搅拌min;最后将总用量质量比为45%的水加入拌合物中搅拌1min；

3）搅拌完毕后即可出料，运输，使用；多孔混凝土浇筑时间应在混凝土拌合时第一次加水时间开始计时的1小时之内。

本发明的有益效果是：

本发明采用大粒径集料构成的多孔混凝土，研究表明，大粒径多孔混凝土抵抗富含泥沙流体的能力大于普通多孔混凝土。针对多孔混凝土水泥浆容易与集料发生离析，导致多孔混凝土水泥浆分布不均匀影响透水效果问题，加入增稠剂和纳米碳酸钙以及微硅灰粉改变大粒径多孔混凝土中水泥浆的流变性能，使水泥浆具有低屈服应力和适中的塑性粘度。使大粒径多孔混凝土中的水泥浆包裹在集料颗粒表面耐水冲刷，不会发生集料与水泥浆分离的现象。同时多孔混凝土具有自流平性能，在结构物施工时，不用过分振捣即可满足要求。应用于桩体时，会削弱振动沉管法对桩周土的扰动有利于提高单桩承载力和复合地基承载力，有利于加速地基土的固结。

同时本发明还具有以下技术效果：

⑴水下抗分散大粒径多孔混凝土具有水下抗分散，自流平的性质,用作混凝土结构物时可以较少振捣所需的能量，较少振捣对混凝土结构物及其周边环境的扰动。

⑵水下抗分散大粒径多孔混凝土扩展了透水性混凝土的应用范围，通过添加加入增稠剂和纳米碳酸钙以及微硅灰粉改变了混凝土中水泥浆的流变性能，使得水泥浆具有低屈服应力和适中的塑性粘度指数，因此水泥浆在水环境下也会包裹在集料的表面不致发生分离。

⑷水下抗分散大粒径多孔混凝土应用于非水环境时可以在保证一定的孔隙率的前提下增大多孔混凝土的水灰比，降低混凝土的造价。

附图说明

图1是水下抗分散多孔混凝土养护室养护试件；

图2是水下抗分散多孔混凝土水下养护试件；

图3是水下抗分散多孔混凝土集料级配图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实例1制备40L的水下抗分散大粒径多孔混凝土

水下抗分散大粒径多孔混凝土的制备，组成材料为：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂。按质量比，（水泥与矿物掺合料之和）/（集料）=0.23；水/（水泥与矿物掺合料之和）=0.28。所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的5%；纳米碳酸钙占水泥0.5%，增稠剂占胶凝材料（水泥与微硅灰粉和纳米碳酸钙之和）的3.5%；集料为粒径为5-20mm的碎石，集料的级配见图3。

其制备工艺为：称取集料60.8kg,水泥：13.3kg，微硅灰粉0.7kg，纳米碳酸钙70g;增稠剂492g。水：3.92kg。将微硅灰粉，纳米碳酸钙、集料，增稠剂和0.98kg的水加入到拌合锅中进行搅拌1min，然后加入1.176kg水和水泥搅拌1min；最后加入剩余的水搅拌

1min。试件拌制后，3个15×15×15mm³的立方体试件在标准养护室中进行养护，直至龄期测试其抗压强度，3个15×15×15mm³的立方体试件在水中养护，直至龄期测试其抗压强度。并制备圆柱体时间测试孔隙率和渗透系数等性能。测得该水下分散透水性混凝土性能见表1。

实例2制备40L的水下抗分散大粒径多孔混凝土

水下抗分散大粒径多孔混凝土的制备，组成材料为：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂。按质量比，（水泥与矿物掺合料之和）/（集料）=0.21；水/（水泥与矿物掺合料之和）=0.28。所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的5%；纳米碳酸钙占水泥0.5%，增稠剂占胶凝材料（水泥与微硅灰粉和纳米碳酸钙之和）的3.5%；集料为粒径为5-20mm的碎石，集料的级配见图3。

其制备工艺为：称取集料60.8kg,水泥：12.16kg，微硅灰粉0.64kg，纳米碳酸钙64g;增稠剂448g。水：3.584kg。将微硅灰粉，纳米碳酸钙、集料，增稠剂和0.896kg的水加入到拌合锅中进行搅拌1min，然后加入1.075kg水和水泥搅拌1min；最后加入剩余的水搅拌1min。试件拌制后，3个15×15×15mm³的立方体试件在标准养护室中进行养护，直至龄期测试其抗压强度，3个15×15×15mm³的立方体试件在水中养护，直至龄期测试其抗压强度。并制备圆柱体时间测试孔隙率和渗透系数等性能。测得该水下分散透水性混凝土性能见表1。

实例3制备40L的水下抗分散大粒径多孔混凝土

水下抗分散大粒径多孔混凝土的制备，组成材料为：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂。按质量比，（水泥与矿物掺合料之和）/（集料）=0.19；水/（水泥与矿物掺合料之和）=0.28。所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的5%；纳米碳酸钙占水泥0.5%，增稠剂占胶凝材料（水泥与微硅灰粉和纳米碳酸钙之和）的3.5%；集料为粒径为5-20mm的碎石，集料的级配见图3。

其制备工艺为：称取集料60.8kg,水泥：12.16kg，微硅灰粉0.64kg，纳米碳酸钙64g;增稠剂448g。水：3.584kg。将微硅灰粉，纳米碳酸钙、集料，增稠剂和0.896kg的水加入到拌合锅中进行搅拌1min，然后加入1.075kg水和水泥搅拌1min；最后加入剩余的水搅拌1min。试件拌制后，9个15×15×15mm³的立方体试件在标准养护室中进行养护，直至龄期测试其抗压强度，9个15×15×15mm³的立方体试件在水中养护，直至龄期测试其抗压强度。并制备圆柱体时间测试孔隙率和渗透系数等性能。测得该水下分散透水性混凝土性能见表1。

从表1中可以看出，水下抗分散混凝土中有足够的孔隙率和较大水陆强度比，水下抗分散透水性混凝土水下抗压强度可以在保证在8MPa以上，多孔孔隙率可以保证在20%以上。

表1水下大粒径多孔混凝土性能参数

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种水下抗分散大粒径多孔混凝土，其特征是，包含以下原材料：集料、水泥、矿物掺合料、水和增稠剂；按质量比，水泥与矿物掺合料之和/集料=0.19～0.23；所述矿物掺合料为微硅粉和纳米碳酸钙；微硅灰粉占水泥的0%～10%；纳米碳酸钙占水泥0～1%，增稠剂占水泥与矿物掺合料之和的2%～4.5%；集料为粒径为5-20mm的级配碎石；水占水泥和矿物掺合料之和的0.25～0.35。

2.一种如权利要求1所述的水下抗分散大粒径多孔混凝土的制备方法，其特征是，主要工序为称量配料和搅拌,步骤如下：

1）计量方法：水泥，水，集料，微硅灰粉，纳米碳酸钙、增稠剂均按质量计量；

2）搅拌：水下大粒径多孔混凝土采用三步法进行搅拌首先将集料、微硅灰粉、纳米碳酸钙、增稠剂和总用水量质量比为25%的水混合搅拌1min；然后将水泥和总用量30%的水加入到拌合物中搅拌min;最后将总用量质量比为45%的水加入拌合物中搅拌1min；

3）搅拌完毕后即可出料，运输，使用；多孔混凝土浇筑时间应在混凝土拌合时第一次加水时间开始计时的1小时之内。