CN104129958A

CN104129958A - 一种高强抗裂混凝土材料

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Publication number: CN104129958A
Application number: CN201410356587.XA
Authority: CN
Inventors: 郭瑞; 安明喆; 韩松; 刘高; 高原
Original assignee: CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明公开了一种高强抗裂混凝土材料，由水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂经搅拌、混合、水化及凝结而成，其中水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂占该高强抗裂混凝土材料的重量百分比分别为：水4％～6％、P.II52.5水泥11％～14％、河砂24％～34％、粗骨料石子30％～40％、粉煤灰2％～5％、矿粉1％～3％、硅粉2％～4％、吸水陶粒1％～4％、复合型外加剂0％～1％。利用本发明，能够维持混凝土的高强度、高弹性模量以及良好的施工性能，同时解决混凝土早期开裂的问题，并且不增加生产和施工工艺难度。

Description

一种高强抗裂混凝土材料

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种高强抗裂混凝土材料。

背景技术

混凝土是建筑施工中必不可少的重要材料，具有适用环境广泛、原料充足、工艺简单、防火性能好等优点，但它是一种脆性材料，尤其是在基础设施建设中，道路、桥梁和其他结构工程大量使用的高强混凝土，按常规组份和配比施工得到的高强混凝土浇筑后很容易产生微裂缝等缺陷。这是因为，随着混凝土强度的提高，水灰比不断降低，导致混凝土材料收缩增大；同时，材料配合比中胶凝材料量显著增加，混凝土硬化过程中的水化升温提高。这些因素都容易引起混凝土材料早期开裂。混凝土结构在使用过程中会出现内部应力集中，使内部存在微裂纹等缺陷的部位裂纹迅速扩展延伸最终形成较大的裂缝。

混凝土裂缝的发生与发展，不仅会影响工程的外观质量，还会明显增加混凝土材料的渗透性，水、二氧化碳、氯离子会加速侵入混凝土内部，影响结构材料的抗冻和抗碳化性能，容易诱发内部钢筋的锈蚀和混凝土材料的老化，从而可能损害结构的承载能力，降低结构的耐久性。目前国内外建设的许多大型桥梁、江河堤坝、大型体育场馆等公用设施，都或多或少的出现结构缺陷裂缝，有的部位已经延伸到钢筋部位，使混凝土建筑物的整体性受到破坏，堤坝出现渗漏，地下室渗水变潮，桥梁的安全性受到质疑，并最终拆除重建，许多公共场所被迫关闭，造成大量的人力物力浪费，人们的生命财产安全受到严重威胁。

为了解决高强混凝土早期开裂问题，目前通用的技术措施是掺加膨胀剂减少材料早期收缩。对于处于潮湿环境及地下的混凝土工程、游泳池及水工工程，其使用的混凝土材料强度标号一般在C40以下，目前基本上实现了掺加膨胀剂后混凝土不开裂，不渗漏，保证了这些混凝土建筑物的正常使用。但对于大多数露天工程，特别是桥梁、大型体育场馆的顶板和屋架、大面积公用建筑的地面、飞机跑道等混凝土构筑物，即使强度等级在C40左右，掺加膨胀剂不仅不能起到防裂的作用，而且在使用过程中开裂的更严重。这是由于膨胀剂的水化和水化产物的形成，必须在饱水的条件下进行，一旦周围环境水分不足，膨胀剂不仅不会起到膨胀抗裂作用，并且由于膨胀剂水化还要争夺原本不多的水分，混凝土内部产生毛细管力，导致混凝土收缩，形成裂纹。

国内外的研究者或工程师也有采用减缩剂以缓解高强混凝土的早期收缩开裂现象，但是减缩剂在应用中存在着掺量大、成本高，并且存在与其它外加剂的相容性问题以及因延缓水泥水化速率导致的早期强度问题，因此在我国目前没有大范围推广应用。

有的研究者采用掺加纤维的方法来改善高强混凝土的抗早期开裂性能。掺加的纤维一般有玻璃纤维、有机质植物纤维和钢纤维三种，但是掺加纤维的混凝土坍落度损失大，扩展度小，工作性差，不利于长距离运输和泵送施工，且掺加纤维导致混凝土生产工艺复杂，纤维容易分散不均匀，严重影响混凝土强度，因此不能大面积推广使用。

近年来有很多研究者采用掺加超吸水树脂进行内养护以达到抗早期开裂的目的，但是掺加超吸水树脂同样存在大幅降低混凝土强度的问题。例如，Piérard J等人在(Piérard J，Pollet V，Cauberg N.Mitigation of autogenousshrinkage in HPC by internal curing using superabsorbent polymers[J].Belgian Building Res Inst，2005(9)：97；胡曙光，周宇飞，王发洲，等.高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响[J].华中科技大学学报，2008(3)：1)中发现，在混凝土中分别添加胶凝材料质量的0.3％和0.6％的预吸水高吸水树脂，28d抗压强度就降低了8％和14％。胡曙光等人研究也表明，胶材质量0.5％预吸水高吸水树脂的加入对混凝土7d强度影响较小，但28d强度下降明显。这主要是因为：高吸水树脂释放出水分后，在混凝土中留下蜂窝状孔洞，减小了试件的有效截面积，试件受压时在孔洞处易造成应力集中，促进了微裂纹的生成与发展，从而降低了混凝土强度。

最近也有研究者尝试采用掺加多孔陶粒的办法缓解混凝土早期开裂现象，如韩宇栋等人(韩宇栋，张君，王振波.预吸水轻骨料对高强混凝土早期收缩的影响[J].硅酸盐学报，2013(41)：1070-1078)采用预吸水陶粒改善基准水灰比为0.33的混凝土的早期收缩性能，该研究在采用多孔陶粒的同时采取了减少水灰比的技术措施以求保证力学性能，但是混凝土的弹性模量下降幅度仍高达19％。这种材料若在工程中使用将严重降低结构构件的刚度，对结构产生不利影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种低成本、便于施工并且能有效防止早期开裂现象的高强抗裂混凝土材料。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种高强抗裂混凝土材料，该高强抗裂混凝土材料由水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂经搅拌、混合、水化及凝结而成，其中水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂占该高强抗裂混凝土材料的重量百分比分别为：水4％～6％、P.II52.5水泥11％～14％、河砂24％～34％、粗骨料石子30％～40％、粉煤灰2％～5％、矿粉1％～3％、硅粉2％～4％、吸水陶粒1％～4％、复合型外加剂0％～1％。

上述方案中，该高强抗裂混凝土材料是在搅拌和混合过程中采用复合型外加剂并加入多孔的吸水陶粒。

上述方案中，所述吸水陶粒为粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒或火成岩陶粒中的一种或多种。

上述方案中，所述吸水陶粒的预吸水量为其饱和吸水量的30％-100％。所述吸水陶粒与所述粗骨料石子的体积比小于等于3∶10。

上述方案中，所述复合型外加剂为氨基磺酸盐系列减水剂。

上述方案中，所述粗骨料石子为级配碎石，包括10～20mm小石子与20～40mm大石子，小石子与大石子的重量比为0.8～1.2∶1。

上述方案中，该高强抗裂混凝土材料中水胶比为0.22～0.32。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的高强抗裂混凝土材料，能够防止高强混凝土早期开裂的发生，在国家标准规定的抗裂实验中基本能够消除混凝土的早期开裂；能够减少道路、桥梁和其他结构工程中早期裂缝的产生，降低混凝土材料浇筑后对早期常规养护工艺的依赖，并且同时保持混凝土的高抗压强度和高弹性模量。

2、本发明提供的高强抗裂混凝土材料，生产和施工工艺简便，掺加的多孔陶粒为自然界广泛存在的无机材料，成本低廉，无毒无味，耐高温抗老化，对环境无污染，使用方便，适用于各种施工环境以及工程，尤其对在气候干燥地区需要使用高强混凝土建设的工程具有重要意义，使高强混凝土结构具有卓越的抗冻、防渗和耐腐蚀等耐久性能，保持结构的整体性、稳定性和安全性，有效延长高强混凝土结构的使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的高强抗裂混凝土材料的成分重量百分比组成图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的高强抗裂混凝土材料，通过掺加吸水陶粒和复合型外加剂，不改变普通混凝土的生产和施工工艺，保持高强混凝土的力学性能和施工性能，实现高强混凝土良好的早期抗裂性能。

如图1所示，图1是本发明提供的高强抗裂混凝土材料的成分重量百分比组成图，该高强抗裂混凝土材料由水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂经搅拌、混合、水化及凝结而成，其中水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂占该高强抗裂混凝土材料的重量百分比分别为：水4％～6％、P.II52.5水泥11％～14％、河砂24％～34％、粗骨料石子30％～40％、粉煤灰2％～5％、矿粉1％～3％、硅粉2％～4％、吸水陶粒1％～4％、复合型外加剂0％～1％。

其中，该高强抗裂混凝土材料是在搅拌和混合过程中采用复合型外加剂并加入多孔的吸水陶粒。吸水陶粒可以为粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒或火成岩陶粒中的一种或多种，吸水陶粒的预吸水量为其饱和吸水量的30％-100％。

在该高强抗裂混凝土材料中，吸水陶粒与粗骨料石子的体积比小于等于3∶10，即吸水陶粒占粗骨料石子的体积百分率为0.01％-30％。粗骨料石子为级配碎石，包括10～20mm小石子与20～40mm大石子，小石子与大石子的重量比为0.8～1.2∶1。

在该高强抗裂混凝土材料中，复合型外加剂为氨基磺酸盐减水剂。

在该高强抗裂混凝土材料中，该高强抗裂混凝土材料中水胶比为0.22～0.32。

本发明提供的高强抗裂混凝土材料，能够维持混凝土的高强度、高弹性模量以及良好的施工性能，同时解决混凝土早期开裂问题，并且不增加生产和施工工艺难度。

优选地，对总重量为1500kg的该高强抗裂混凝土材料，按水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂＝110kg～160kg∶280kg～360kg∶600kg～900kg∶700kg～900kg∶30kg～130kg∶30kg～80kg∶30kg～160kg∶30kg～90kg∶9kg～21kg的重量比，经搅拌、混合、水化、凝结而得，其中水胶比为0.22～0.32。

对于上述总重量为1500kg的该高强抗裂混凝土材料，其制备工艺如下：首先确定吸水陶粒的种类和数量，然后按照吸水陶粒饱和吸水量的30～100％称量陶粒浸泡用水的质量，再将吸水陶粒与陶粒浸泡用水充分混合。将按配合比称量好的混凝土拌和物倒入搅拌机中搅拌，加料顺序为：将碎石、陶粒、砂一起加入搅拌30～50秒；将水泥、矿物掺和料加入搅拌30～60秒；将水与复合型外加剂混合后加入搅拌机搅拌120～150秒，观察其坍落度合格后出料。

实施例1：

P.II52.5水泥：312kg

级配粗骨料石子：798kg(其中大石子与小石子质量比为0.8∶1)

普通水洗河砂：722kg

粉煤灰：104kg

矿粉：52kg

硅粉：52kg

水：130kg

预吸水粘土陶粒：60kg(粗骨料体积替换率为20％；其中含水12kg)

复合型氨基磺酸盐高效减水剂：14kg

首先称量粘土多孔陶粒48kg，然后称量陶粒浸泡用水12kg，再将多孔陶粒与陶粒浸泡用水充分混合。将碎石、陶粒、砂一起加入搅拌30秒；将水泥、矿物掺和料加入搅拌60秒；将水与复合型外加剂混合后加入搅拌机搅拌120秒，观察其坍落度合格后出料。

经检测，所得高强抗裂混凝土材料(相当于强度等级C70)，坍落度162mm，28天抗压强度79.4MPa，弹性模量3.77×10⁴MPa。依据国家标准的平板开裂实验48小时内未出现裂缝，抗裂性能好。

实施例2：

P.II52.5水泥：332kg

级配粗骨料石子：783kg(其中大石子与小石子质量比为1∶1)

普通水洗河砂：741kg

粉煤灰：52kg

矿粉：52kg

硅粉：104kg

水：132kg

预吸水页岩陶粒：45kg(粗骨料体积替换率为14％；其中含水9kg)

复合型氨基磺酸盐高效减水剂：17.7kg

首先称量页岩多孔陶粒36kg，然后称量陶粒浸泡用水9kg，再将多孔陶粒与陶粒浸泡用水充分混合。将碎石、陶粒、砂一起加入搅拌30秒；将水泥、矿物掺和料加入搅拌60秒；将水与复合型外加剂混合后加入搅拌机搅拌120秒，观察其坍落度合格后出料。

经检测，所得高强抗裂混凝土材料(相当于强度等级C75)，坍落度155mm，28天抗压强度84.5MPa，弹性模量3.82×10⁴MPa。依据国家标准的平板开裂实验48小时内未出现裂缝，抗裂性能好。

实施例3：

P.II52.5水泥：345kg

级配粗骨料石子：771kg(其中大石子与小石子质量比为1∶1)

普通水洗河砂：729kg

粉煤灰：38kg

矿粉：38kg

硅粉：145kg

水：138kg

预吸水页岩陶粒：35kg(粗骨料体积替换率为11％；其中含水5kg)

复合型氨基磺酸盐高效减水剂：19.3kg

首先称量页岩多孔陶粒30kg，然后称量陶粒浸泡用水5kg，再将多孔陶粒与陶粒浸泡用水充分混合。将碎石、陶粒、砂一起加入搅拌30秒；将水泥、矿物掺和料加入搅拌60秒；将水与复合型外加剂混合后加入搅拌机搅拌120秒，观察其坍落度合格后出料。

经检测，所得高强抗裂混凝土材料(相当于强度等级C80)，坍落度148mm，28天抗压强度89.9MPa，弹性模量3.97×10⁴MPa。依据国家标准的平板开裂实验48小时内未出现裂缝，抗裂性能好。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高强抗裂混凝土材料，其特征在于，该高强抗裂混凝土材料由水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂经搅拌、混合、水化及凝结而成，其中水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、矿粉、硅粉、吸水陶粒和复合型外加剂占该高强抗裂混凝土材料的重量百分比分别为：水4％～6％、P.II52.5水泥11％～14％、河砂24％～34％、粗骨料石子30％～40％、粉煤灰2％～5％、矿粉1％～3％、硅粉2％～4％、吸水陶粒1％～4％、复合型外加剂0％～1％。

2.根据权利要求1所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，该高强抗裂混凝土材料是在搅拌和混合过程中采用复合型外加剂并加入多孔的吸水陶粒。

3.根据权利要求1或2所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒为粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒或火成岩陶粒中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒的预吸水量为其饱和吸水量的30％-100％。

5.根据权利要求3所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒与所述粗骨料石子的体积比小于等于3∶10。

6.根据权利要求1或2所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，所述复合型外加剂为氨基磺酸盐系列减水剂。

7.根据权利要求1所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料石子为级配碎石，包括10～20mm小石子与20～40mm大石子，小石子与大石子的重量比为0.8～1.2∶1。

8.根据权利要求1所述的高强抗裂混凝土材料，其特征在于，该高强抗裂混凝土材料中水胶比为0.22～0.32。