一种高强高耐久性轻骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻骨料混凝土,尤其是涉及一种高强高耐久性轻骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土已经成为当今世界用量最大的材料,而轻骨料混凝土又名轻集料混凝土,是用轻粗骨料、轻细骨料、水泥和水,必要时加入化学外加剂的矿物掺合料配制而成,并且在标准养护条件下养护28天龄期的干表观密度小于1950kg/m3的混凝土。轻骨料混凝土已有将近百年的应用历史,最早出现在美国,早在1913年美国就研制了页岩陶粒轻骨料,用来代替普通砂石骨料,发明了轻骨料混凝土,用来降低混凝土自重和改善其它性能,受到了世界各国的普遍关注。1928年美国开始把这种混凝土应用于商业生产。目前轻骨料混凝土已成为为重点发展的环保材料之一,主要用于高层建筑的墙体承重构件、长大隧道以及市政高速等大跨度桥梁结构中。
现有的轻骨料混凝土制备技术中,主要由水泥、磨细矿粉、粉煤灰、陶粒类粗细轻骨料、减水剂、增稠剂、聚丙烯纤维等材料,按一定的比例经过混合搅拌后制成。此类轻骨料混凝土虽然已经有很多成功应用的案例,但是由于水泥、矿粉、粉煤灰、纤维的大量加入,都存在容重偏高的情况,例如:C60级轻骨料混凝土容重达到1800kg/m3,C50级轻骨料混凝土容重达到1700kg/m3,C40级轻骨料混凝土容重达到1600kg/m3。较普通混凝土容重降低率仅为25%~35%。同时对其耐久性仅采用通用渗水性试验评价,已经无法满足100年设计使用寿命的要求。
发明内容
本发明的目的是提供强度高、容重低、耐久性高,适用于建筑物减重、增加大型桥梁跨度、提高结构抗氯离子渗透性等工程,具有良好工作性和良好均匀性的一种高强高耐久性轻骨料混凝土及其制备方法。
本发明所述一种高强高耐久性轻骨料混凝土,其组成如下:每m3混凝土中各材料的质量为:水泥200~380kg/m3;微硅粉:150~250kg/m3;5~15mm陶粒650~750kg/m3;水180~240kg/m3;聚羧酸高效减水剂4~10kg/m3;所述陶粒采用页岩烧结轻质陶粒。
本发明所述一种高强高耐久性轻骨料混凝土的制备方法,所述高强高耐久性轻骨料混凝土的组成如下:每m3混凝土中各材料的质量为:水泥200~380kg/m3;微硅粉:150~250kg/m3;5~15mm陶粒650~750kg/m3;水180~240kg/m3;聚羧酸高效减水剂4~10kg/m3;所述陶粒采用页岩烧结轻质陶粒;所述制备方法包括以下步骤:
1)先将页岩烧结轻质陶粒在饱和石灰水中浸泡进行饱水和表面处理,然后捞出浮于表面的陶粒,将沉底陶粒备用;
2)将沉底陶粒、微硅粉、水泥、聚羧酸高效减水剂和水按比例分别称好备用;
3)将步骤2)称好备用的沉底陶粒,加入强制搅拌机中进行预拌;
4)再将步骤2)称好备用的水泥和微硅粉加入强制搅拌机中预拌,然后停机;
5)再开启强制搅拌机,在运行中的强制搅拌机中先加入占规定比例量1/3的水进行搅拌,然后再同时加入水和聚羧酸高效减水剂至规定比例量;
6)继续匀速搅拌至充分混合均匀,即得到均匀不分层的高强高耐久性轻骨料混凝土。
在步骤1)中,所述浸泡时间为12~24h;所述沉底陶粒具有如下指标:
堆积密度(kg/m3)750~850;表观密度(kg/m3)1306~1450;筒压强度(MPa)6.5~9.6;吸水率(%)0~5.0;
在步骤2)中,所述微硅粉具有如下指标:SiO290%~98%;其他成分Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO和NaO共2%~10%;pH平均值中性;在微硅粉中,细度小于1μm的占80%以上,平均粒径0.1~0.3μm,比表面积20~28m2/g,细度和比表面积分别约为水泥的80~100倍或粉煤灰的50~70倍;所述水泥具有如下指标:密度(g/cm3)3.0~3.15;初凝(h)1.5~3.0;终凝(h)4.5~6.5;安定性(试饼法)合格;所述水泥可采用普通硅酸盐水泥P.O52.5或P.O52.5R;所述聚羧酸高效减水剂具有如下指标:固含量(%)30~40;3d抗压强度比105~120;28d抗压强度比110~125;密度(g/cm)31.1~1.2;减水率(%)>35;所述水采用符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水。
在步骤3)中,所述预拌的时间为10~20s;在步骤4)中,所述预拌的时间为10~20s;在步骤5)中,整个加水过程持续时间约30s;在步骤6)中,所述继续匀速搅拌的时间为90~150s。
与现有技术比较,本发明具有如下突出优点:
本发明配合比中只需采用页岩烧结轻质陶粒作为粗骨料,不需加细骨料,以胶凝材料去替代普通砂来填充粗骨料的缝隙,同时得到的胶凝材料容重与轻骨料表观密度接近,从而使混凝土在搅拌和振捣过程中不出现骨料上浮的现象。这种水泥与微硅粉的相互融合结构使得胶凝材料的粘稠力较大,能控制整个混凝土均匀不出现分层。
由于聚羧酸高效减水剂是在聚羧酸减水剂共聚合成过程中,直接加入适量多元醇改性剂,引入大量羟基,从而增加侧链的接枝密度,提高分散能力,聚羧酸高效减水剂对水泥有强烈分散作用,能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度,同时大幅度降低用水量,显著改善混凝土工作性。较小的混凝土坍落度损失。能大幅度降低用水量从而显著提高混凝土各龄期强度。
本发明所述高强高耐久性轻骨料混凝土,在实际结构的浇筑过程中,可运用运输罐车或料车运输到现场,通过吊斗或者泵车浇筑入模具成型,采用振捣机械振捣10-20s,使高强高耐久轻骨料混凝土达到最佳的密实效果,采用保温保湿的标准养护进行养护至规定强度要求,就可得到符合工程需求的高强高耐久轻骨料混凝土结构。本发明所述高强高耐久性轻骨料混凝土可应用于制造房建、桥梁、隧道等受力结构。
通过实验,本发明所述高强高耐久性轻骨料混凝土具有如下实验结果:
1、在容重1400~1600kg/m3的范围内,配制得到C40~C60强度等级,抗压强度在40~65MPa的高强混凝土;
2、通过试件破坏后界面可看出,由于胶凝材料具有较高的粘稠度,同时,混合后的胶凝材料密度与轻骨料较接近,使得轻骨料在整个混凝土中上下均匀分布,无明显分层现象。
3、通过对标准养护28d的C40~C60混凝土进行抗氯离子侵蚀性试验得出,其RCM抗氯离子侵蚀系数都在2~4×10-12m/s范围内,符合耐久性E级要求。
由此可见,通过本发明所述配方和制备方法,可达到明显减轻质量、提高强度和耐久性的目的。可适用于建筑物减重、增加大型桥梁跨度、提高结构抗氯离子渗透性等工程,具有良好工作性和良好均匀性。
具体实施方式
实施例1
一种C40高强高耐久轻骨料混凝土及其制备方法:
每m3体积混凝土中主要的原材料组成如下:采用冀东水泥生产的普通硅酸盐水泥P.O52.5R 250kg/m3;微硅粉150kg/m3;5~15mm800级碎石型轻质陶粒750kg/m3;符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水240kg/m3;德国巴斯夫生产的聚羧酸高效减水剂4kg/m3。
其中,普通硅酸盐水泥P.O 52.5R水泥的密度为3.09g/cm3,初凝时间1.5h,终凝时间5.0h,7d抗压强度38.1MPa,28d抗压强度57.4MPa,安定性用试饼法检验合格;微硅粉的二氧化硅含量90%,比表面积23m2/g,PH值为7.1;轻质陶粒采用湖北秭归生产的碎石型陶粒,粒径为5~15mm,表观密度1306kg/m3。堆积密度750kg/m3,筒压强度6.5MPa,吸水率2.5%;聚羧酸高效减水剂的固含量30%,3d抗压强度比105%,28d抗压强度比110%,密度1.13g/cm3,减水率37%。
准备好上述材料之后,按以下方法配制即可得到C40高强高耐久的轻骨料混凝土:(1)将轻骨料陶粒在饱和石灰水中浸泡12h进行饱水和表面处理,使轻骨料的表面与胶凝材料结合更加紧密,同时捞出浮于表面的陶粒,使用沉底的陶粒作为制备超轻高强高耐久轻骨料混凝土的备用材料;(2)把轻骨料、微硅粉、水泥、聚羧酸高效外加剂和水按比例分别称好备用;(3)将用饱和石灰水处理后的陶粒,加入强制搅拌机中进行预拌10s;(4)将按比例称好的水泥和微硅粉分步加入强制搅拌机中,预拌10s停机;(5)开启搅拌机,往运行中的强制搅拌机中先加入规定水量的1/3的水进行搅拌,然后水和聚羧酸高效减水剂同步加入至规定量,整个加水过程持续时间约30s;(6)水和聚羧酸高效减水剂加入完毕,继续匀速搅拌90s,使胶凝材料与轻骨料充分混合均匀。经过总计120s的充分搅拌,得到均匀不分层的超轻高强高耐久轻骨料混凝土,可以应用于制造房建、桥梁、隧道等受力结构。(7)在实际结构的浇筑过程中,运用运输罐车或料车运输到现场,通过吊斗或者泵车浇筑入模具成型,采用振捣机械振捣10s,使高强高耐久轻骨料混凝土达到最佳的密实效果,采用保温保湿的标准养护进行养护至规定强度要求,就得到符合工程需求的C40高强高耐久轻骨料混凝土结构。
实施例2
一种C45高强高耐久轻骨料混凝土及其制备方法:
每m3体积混凝土中主要的原材料组成如下:冀东水泥厂生产的普通硅酸盐水泥P.O52.5R 316kg/m3;微硅粉160kg/m3;5~15mm800级碎石型轻质陶粒730kg/m3;符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水200kg/m3;天津建工生产的聚羧酸高效减水剂5.71kg/m3。
其中,普通硅酸盐水泥P.O 52.5R水泥的密度为3.09g/cm3,初凝时间1.5h,终凝时间5.0h,7d抗压强度38.1MPa,28d抗压强度57.4MPa,安定性用试饼法检验合格;微硅粉的二氧化硅含量90%,比表面积23m2/g,PH值为7.1;轻质陶粒采用湖北秭归生产的碎石型陶粒,粒径为5~15mm,表观密度1306kg/m3。堆积密度750kg/m3,筒压强度6.5MPa,吸水率2.5%;聚羧酸高效减水剂的固含量30%,3d抗压强度比107%,28d抗压强度比115%,密度1.15g/cm3,减水率40%。
准备好上述材料之后,按以下方法配制即可得到C40高强高耐久的轻骨料混凝土:(1)将轻骨料陶粒在饱和石灰水中浸泡24h进行饱水和表面处理,使轻骨料的表面与胶凝材料结合更加紧密,同时捞出浮于表面的陶粒,使用沉底的陶粒作为制备超轻高强高耐久轻骨料混凝土的备用材料;(2)把轻骨料、微硅粉、水泥、聚羧酸高效外加剂和水按比例分别称好备用;(3)将用饱和石灰水处理后的陶粒,加入强制搅拌机中进行预拌15s;(4)将按比例称好的水泥和微硅粉分步加入强制搅拌机中,预拌15s停机;(5)开启搅拌机,往运行中的强制搅拌机中先加入1/3的水进行搅拌,然后水和聚羧酸高效减水剂同步加入,整个加水过程持续时间约30s;(6)水和聚羧酸高效减水剂加入完毕,继续匀速搅拌120s,使胶凝材料与轻骨料充分混合均匀。经过总计150s的充分搅拌,得到均匀不分层的超轻高强高耐久轻骨料混凝土,可以应用于制造房建、桥梁、隧道等受力结构。(7)在实际结构的浇筑过程中,运用运输罐车或料车运输到现场,通过吊斗或者泵车浇筑入模具成型,采用振捣机械振捣15s,使超轻高强高耐久轻骨料混凝土达到最佳的密实效果,采用保温保湿的标准养护进行养护至规定强度要求,就得到符合工程需求的C45高强高耐久轻骨料混凝土结构。
实施例3
一种C50高强高耐久轻骨料混凝土及其制备方法
每m3体积混凝土中主要的原材料组成如下:冀东水泥生产的普通硅酸盐水泥P.O 52.5340kg/m3;微硅粉190kg/m3;5~15mm800级碎石型轻质陶粒710kg/m3;符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水186kg/m3;德国巴斯夫生产的聚羧酸高效减水剂6.36kg/m3。
其中,普通硅酸盐水泥P.O 52.5水泥的密度为3.05g/cm3,初凝时间1.2h,终凝时间5.4h,7d抗压强度35.7MPa,28d抗压强度56.2MPa,安定性用试饼法检验合格;微硅粉的二氧化硅含量92%,比表面积23m2/g,PH值为7.1;轻质陶粒采用湖北秭归生产的碎石型陶粒,粒径为5~15mm,表观密度1366kg/m3。堆积密度780kg/m3,筒压强度7.8MPa,吸水率2.1%;聚羧酸高效减水剂的固含量35%,3d抗压强度比109%,28d抗压强度比114%,密度1.15g/cm3,减水率40%。
准备好上述材料之后,按以下方法配制即可得到C50高强高耐久的轻骨料混凝土:(1)将轻骨料陶粒在饱和石灰水中浸泡24h进行饱水和表面处理,使轻骨料的表面与胶凝材料结合更加紧密,同时捞出浮于表面的陶粒,使用沉底的陶粒作为制备超轻高强高耐久轻骨料混凝土的备用材料;(2)把轻骨料、微硅粉、水泥、聚羧酸高效外加剂和水按比例分别称好备用;(3)将用饱和石灰水处理后的陶粒,加入强制搅拌机中进行预拌20s;(4)将按比例称好的水泥和微硅粉分步加入强制搅拌机中,预拌20s停机;(5)开启搅拌机,往运行中的强制搅拌机中先加入1/3的水进行搅拌,然后水和聚羧酸高效减水剂同步加入,整个加水过程持续时间约30s;(6)水和聚羧酸高效减水剂加入完毕,继续匀速搅拌120s,使胶凝材料与轻骨料充分混合均匀。经过总计150s的充分搅拌,得到均匀不分层的超轻高强高耐久轻骨料混凝土,可以应用于制造房建、桥梁、隧道等受力结构。(7)在实际结构的浇筑过程中,运用运输罐车或料车运输到现场,通过吊斗或者泵车浇筑入模具成型,采用振捣机械振捣15s,使超轻高强高耐久轻骨料混凝土达到最佳的密实效果,采用保温保湿的标准养护进行养护至规定强度要求,就得到符合工程需求的超轻高强高耐久轻骨料混凝土结构。
实施例4
一种C55高强高耐久轻骨料混凝土及其制备方法
每m3体积混凝土中主要的原材料组成如下:冀东水泥生产的普通硅酸盐水泥P.O52.5R 360kg/m3;微硅粉230kg/m3;5~15mm800级碎石型轻质陶粒690kg/m3;符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水189kg/m3;巴斯夫生产的聚羧酸高效减水剂7.67kg/m3。
其中,普通硅酸盐水泥P.O 52.5R水泥的密度为3.09g/cm3,初凝时间1.5h,终凝时间5.0h,7d抗压强度38.1MPa,28d抗压强度57.4MPa,安定性用试饼法检验合格;微硅粉的二氧化硅含量92%,比表面积23m2/g,PH值为7.1;轻质陶粒采用湖北秭归生产的碎石型陶粒,粒径为5~15mm,表观密度1404kg/m3。堆积密度794kg/m3,筒压强度8.5MPa,吸水率2.0%;聚羧酸高效减水剂的固含量35%,3d抗压强度比109%,28d抗压强度比114%,密度1.15g/cm3,减水率40%。
准备好上述材料之后,按一下顺序和方法配制即可得到C55高强高耐久的轻骨料混凝土:(1)将轻骨料陶粒在饱和石灰水中浸泡24h进行饱水和表面处理,使轻骨料的表面与胶凝材料结合更加紧密,同时捞出浮于表面的陶粒,使用沉底的陶粒作为制备超轻高强高耐久轻骨料混凝土的备用材料;(2)把轻骨料、微硅粉、水泥、聚羧酸高效外加剂和水按比例分别称好备用;(3)将用饱和石灰水处理后的陶粒,加入强制搅拌机中进行预拌20s;(4)将按比例称好的水泥和微硅粉分步加入强制搅拌机中,预拌20s停机;(5)开启搅拌机,往运行中的强制搅拌机中先加入1/3的水进行搅拌,然后水和聚羧酸高效减水剂同步加入,整个加水过程持续时间约30s;(6)水和聚羧酸高效减水剂加入完毕,继续匀速搅拌150s,使胶凝材料与轻骨料充分混合均匀。经过总计180s的充分搅拌,得到均匀不分层的超轻高强高耐久轻骨料混凝土,可以应用于制造房建、桥梁、隧道等受力结构。(7)在实际结构的浇筑过程中,运用运输罐车或料车运输到现场,通过吊斗或者泵车浇筑入模具成型,采用振捣机械振捣20s,使超轻高强高耐久轻骨料混凝土达到最佳的密实效果,采用保温保湿的标准养护进行养护至规定强度要求,就得到符合工程需求的超轻高强高耐久轻骨料混凝土结构。
实施例5
一种C60高强高耐久轻骨料混凝土及其制备方法,该案例与实施案例4基本相同,所不同的是原材料的组成:
每m3体积混凝土中主要的原材料组成如下:冀东水泥生产的普通硅酸盐水泥P.O52.5R 380kg/m3;微硅粉250kg/m3;5~15mm800级碎石型轻质陶粒708kg/m3;符合行业标准JGJ 63-2006《混凝土用水》规定的拌合水189kg/m3;巴斯夫生产的聚羧酸高效减水剂9.45kg/m3。
其中,普通硅酸盐水泥P.O 52.5R水泥的密度为3.09g/cm3,初凝时间1.5h,终凝时间5.0h,7d抗压强度38.1MPa,28d抗压强度57.4MPa,安定性用试饼法检验合格;微硅粉的二氧化硅含量92%,比表面积23m2/g,PH值为7.1;轻质陶粒采用湖北秭归生产的碎石型陶粒,粒径为5~15mm,表观密度1404kg/m3。堆积密度794kg/m3,筒压强度8.5MPa,吸水率2.0%;聚羧酸高效减水剂的固含量35%,3d抗压强度比109%,28d抗压强度比114%,密度1.15g/cm3,减水率40%。
将上述实施例1~5所制得的高强高耐久性轻骨料混凝土LC40~LC60,依据《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB/T 50080-2011《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2011、JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》等相关标准规定进行测试,有关指标见表1和表2。
表1
表2
配比编号 |
抗渗性 |
RCM抗氯离子侵蚀系数(10-12m/s) |
LC40 |
P8 |
3.7 |
LC45 |
P8 |
3.4 |
LC50 |
P8 |
3.1 |
LC55 |
P8 |
2.8 |
LC60 |
P8 |
2.5 |
由表1和表2可见,通过采用本发明方法制备的轻骨料混凝土具有原材料要求低、强度高、容重低、耐久性高的优点,可以用于建筑物减重、增加大型桥梁跨度、提高结构抗氯离子渗透性工程中。同时,该混凝土具有良好的工作性和良好的均匀性,具有很高的创新性和良好的推广应用前景。