CN105753400A - 防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法、以及钢管混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法、以及钢管混凝土,所述自密实混凝土由粗骨料700?900质量份、细骨料700?800质量份、水泥300?400质量份、减水剂4?6质量份、粉煤灰200?300质量份、聚丙烯纤维1?3质量份和水100?200质量份混合搅拌制得。本发明通过创新混凝土的原料配方及其配比,大大改善了混凝土的抗爆裂性能,通过大量的试验表明本发明所提供的混凝土构件能够同时兼具良好的抗压物理性能和良好的高温防爆裂性能,具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域,更具体的涉及一种防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法、以及基于所述自密实混凝土形成的防高温爆裂的钢管混凝土。
背景技术
现在技术已经使制作高性能混凝土成为可能,然而密实的内部结构和较低的渗透性导致这些混凝土抵抗高温的能力大大下降,在高温情况下因内部应力无法释放或释放不均匀,容易引起混凝土内部发生非常突然的爆裂,甚至是爆炸性的破坏。对于特定领域的建筑来说这种混凝土的突然爆裂会导致非常严重的后果。因此研究防高温爆裂的混凝土意义重大。尽管当前国外出现了一些技术通过在混凝土中添加纤维等形成防爆缓冲空隙,以此来改善混凝土的高温防爆性能,但是效果都不是很理想,有的在达到防爆要求的同时大大降低了混凝土构件的抗压强度,有的则对混凝土构件的高温防爆性能没有显著改善。因此研究能够广泛实现产业应用的防高温爆裂的自密实混凝土意义重大。
发明内容
本发明基于上述现有技术问题,创新的提出一种防高温爆裂的自密实混凝土及其制备方法,以及基于所述自密实混凝土形成的防高温爆裂的钢管混凝土,通过创新混凝土的原料配方及其配比,大大改善了混凝土的抗爆裂性能,通过大量的试验表明本发明所提供的混凝土构件能够同时兼具良好的抗压物理性能和良好的高温防爆裂性能,具有广阔的推广应用前景。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种防高温爆裂的自密实混凝土,由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料700-900质量份、细骨料700-800质量份、水泥300-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-300质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水100-200质量份。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料750-850质量份、细骨料720-780质量份、水泥320-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-280质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水130-200质量份。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料806质量份、细骨料758质量份、水泥366质量份、减水剂5.3质量份、粉煤灰222质量份、聚丙烯纤维2质量份、水180质量份。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中所述粗骨料为最大粒径在10mm的石子,所述细骨料为细度模数在3.0—2.3间的中砂,所述水泥为普通硅酸盐水泥,所述减水剂为聚羧酸减水剂,所述粉煤灰为二级粉煤灰。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中所述粗骨料为表观密度在2.5-2.8kg/cm3、连续级配且粒径小于等于10mm的石子。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中所述细骨料选择表观密度2.6kg/cm3、细度模数为2.4的中砂。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中所述粉煤灰的表观密度为2.2-2.5kg/m3。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中所述聚丙烯纤维为束状单丝纤维,当量直径在18~48μm,抗拉强度≥500MPa,断裂伸长率为10~28%,熔点在160~180℃,密度为0.90-0.92g/m³,长度在10-15mm,弹性模量≥3850Mpa,燃点在560-600℃。
进一步的根据本发明所述的自密实混凝土,其中配置1立方米的自密实混凝土时,各原料组份的配比质量份的单位为千克。
一种防高温爆裂的钢管混凝土构件,在无缝钢管内填充有上述任一方案所述的自密实混凝土。
一种本发明所述自密实混凝土的制备方法,其中包括以下步骤:
步骤一、按上述质量配比称取各原料组份;
步骤二、将所称取的粗骨料、细骨料、水泥和粉煤灰混合搅拌均匀;
步骤三、向步骤二中加入所称取的聚丙烯纤维后充分搅拌均匀;
步骤四、向步骤三中加入所称取的减水剂和水后充分搅拌均匀,制得所述自密实混凝土。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果:
1)、本发明通过创新混凝土的原料配方及其配比,不但提供了一种全新的自密实混凝土制备技术,而且所制得的混凝土构件同时兼具良好的抗压物理性能和良好的高温防爆裂性能,属于一种新型高性能混凝土。
2)、本发明创新的通过在混凝土中掺入适量聚丙烯纤维和粉煤灰,使得当混凝土件受到的温度超过聚丙烯纤维的熔点时,混凝土中的聚丙烯纤维发生挥发逸出,并在混凝土中留下极其细微的孔道,同时由于聚丙烯纤维能均匀乱响地分布在混凝土中,进而所留下的孔道也均匀分布在混凝土构件中,不但有利于混凝土内由于温度升高所产生的水蒸气的排出,同时可以有效降低孔压力,为混凝土的高温变形提供了缓冲孔道,由此有效改善了混凝土的高温抗爆裂性能。
3)、本发明所述混凝土原料取材方便、价格便宜,混凝土制备方法过程简单,易于推广,可广泛推广应用于各建筑领域,市场前景广阔。
4)、将本发明所述混凝土应用于无缝钢管中形成防高温爆裂的自密实钢管混凝土构件可作为建筑领域直接使用的高性能混凝土构件,应用前景广阔。
附图说明
附图1为采用本发明所述自密实混凝土形成的钢管混凝土试件经高温烧制后的顶面实物图;
附图2为采用本发明所述自密实混凝土形成的钢管混凝土试件经高温烧制后的底面实物图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述,以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案,但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明通过长期若干次试验,创新了自密实混凝土的原料配比,不但充分考虑了各原料的取材价格,还考虑了所制得混凝土固有的抗压强度特性,同时利用恰当量的聚丙烯纤维在混凝土构件中形成均匀分布的细微孔道,以此来有效改善混凝土的抗爆裂性能,通过大量的试验测试,基于本发明所述配方的混凝土构件能够同时兼具良好的抗压物理性能和良好的高温防爆裂性能,解决了当前技术问题。
本发明创新提出的防高温爆裂的自密实混凝土由骨料、水泥、减水剂、粉煤灰、聚丙烯纤维和水混合搅拌制得,所述的骨料包括粗骨料和细骨料,各组份间的质量配比为(以配置1立方米混凝土为例):粗骨料700-900质量份、细骨料700-800质量份、水泥300-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-300质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水100-200质量份,进一步优选的,粗骨料750-850质量份、细骨料720-780质量份、水泥320-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-280质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水130-200质量份。所述自密实混凝土的具体制备过程即是按照上述质量配比称取各原料,经过实测配置1立方米的自密实混凝土,称取粗骨料700-900千克、细骨料700-800千克、水泥300-400千克、减水剂4-6千克、粉煤灰200-300千克、聚丙烯纤维1-3千克、水100-200千克,首先将粗骨料、细骨料、水泥和粉煤灰混合搅拌均匀,然后加入聚丙烯纤维后充分搅拌均匀,最后在加入减水剂和水后搅拌均匀,即制得本发明所述的自密实混凝土。进一步基于本发明所述防高温爆裂的自密实混凝土可形成一种防高温爆裂的钢管混凝土,具体方法为将上述制得的自密实混凝土填充于无缝钢管(Q235)内,优选的钢管尺寸为D220×10×300mm,即形成一种防高温爆裂的自密实钢管混凝土构件,广泛应用于多个建筑领域。
其中上述混凝土制备原料中的骨料包括粗骨料和细骨料,所述的粗骨料为石子,优选的为最大粒径在10mm的石子,如北京地区的豆石(河砂里边象豆子那么大的石子),含泥量较少,表面较洁净杂质少,进一步的优选的这种粗骨料为表观密度在2.5-2.8kg/cm3、连续级配且粒径小于等于10mm的石子,更优选的所述粗骨料为表观密度在2.65kg/cm3、连续级配且粒径小于10mm的石子。所述的细骨料为细度模数在3.0—2.3间(平均粒径为0.5—0.35mm)的中砂,如天然河沙,表面较干燥,含泥量及杂质较少,进一步优选的所述细骨料选择表观密度2.6kg/cm3、细度模数为2.4的中砂,优选的所述细骨料的级配情况如下表1所示:
表1 细骨料级配情况
注:级配用于表征集料各级粒径颗粒的分配情况,常通过筛析试验确定,级配参数:1)分计筛余百分率:某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率;2)累计筛余百分率:某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率的总和。
其中上述混凝土制备原料中的水泥采用普通硅酸盐水泥,优选的所用水泥的理化性能以及胶砂强度均满足标准要求,具体的物理化学检测结果见表2,强度试验结果见表3。
表2 水泥的物理化学检测结果
表3 水泥的胶砂强度结果
其中上述混凝土制备原料中的减水剂为聚羧酸高性能减水剂,聚羧酸高性能减水剂是以聚羧酸盐为主体的多种高分子有机化合物,经接枝共聚生成的,具有极强的减水性能,属于一种环保型混凝土外加剂。更优选的,本发明所选用的聚羧酸高性能减水剂主要性能参数如表4所示。
表4 聚羧酸减水剂主要性能指标
其中上述混凝土制备原料中的粉煤灰为二级粉煤灰,优选的表观密度为2.2-2.5kg/m3、更优选的表观密度为2.3kg/m3。粉煤灰的化学组成与粘土质相似,主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳等。
其中上述混凝土制备原料中的聚丙烯纤维的性能指标如表5所示,其中聚丙烯纤维的长度更优选的在12mm。
表5 聚丙烯纤维性能指标
下面给出本发明的具体实施例
实施例1
制备坍落度为270mm、扩展度为670mm的工作性能良好的二级标准C60自密实混凝土及钢管混凝土,其原料配合比如表6所示:
表6 C60自密实混凝土配合比
其中所述的豆石为表观密度约2.65kg/cm3、连续级配且粒径小于10mm的石子,具体采用北京地区河砂里豆子大小的细石子,含泥量较少,表面较洁净杂质少。所述河沙的细度模数在2.4附近,级配情况如表1;所述的水泥采用普通硅酸盐水泥,性能测试如表2和3;所述的减水剂为聚羧酸高性能减水剂,性能测试如表4;所述的粉煤灰为二级粉煤灰,表观密度约2.3kg/m3。所述的聚丙烯纤维性能如表7所示:
表7 聚丙烯纤维性能指标
将上述各原料混合后充分搅拌均匀,制得本发明所述的自密实混凝土,然后将制得的混凝土填充于D220×10×300mm的无缝钢管(Q235)内,形成一种防高温爆裂的钢管混凝土构件。
下面对本发明所述钢管混凝土凝固后的强度和高温防爆性能进行测试,本次抗压防爆试验试块尺寸均为100×100×100mm,采用钢模成型,并进行高温烧制,同时为减少自密实混凝土的自收缩,在试块终凝后立即进行淋水养护,24h后拆模并覆盖塑料薄膜,淋水养护14d。测试龄期分别为3d(day-天)、14d、28d、60d、90d、120d。各龄期的抗压强度测试结果如表8所示,同时各钢管混凝土试件烧后的顶部和烧后的底部如附图1和附图2所示。
表8 C60混凝土各龄期抗压强度测试结果
经过八次试验后,采用本发明所述方法制备的混凝土形成的各试件外观良好,无明显裂纹,能够耐高温烧制且不会发生任何爆裂,满足了高性能混凝土的要求。
本发明创新了防高温爆裂的自密实混凝土的原料配方,通过在其中掺入适量聚丙烯纤维和粉煤灰,使得当混凝土件受到的温度超过聚丙烯纤维的熔点时,混凝土中的聚丙烯纤维发生挥发逸出,并在混凝土中留下极其细微的孔道,同时由于聚丙烯纤维能均匀乱响地分布在混凝土中,进而所留下的孔道也均匀分布在混凝土构件中,不但有利于混凝土内由于温度升高所产生的水蒸气的排出,同时可以有效降低孔压力,为混凝土的高温变形提供了缓冲孔道,由此有效改善了混凝土的抗爆裂性能,本发明通过长期的试验研究,创新了混凝土各配方的含量配比,所得所制得的混凝土构件能够同时兼具良好的抗压物理性能和良好的高温防爆裂性能,具有广阔的推广应用前景。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴,本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (10)
1.一种防高温爆裂的自密实混凝土,其特征在于,由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料700-900质量份、细骨料700-800质量份、水泥300-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-300质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水100-200质量份。
2.根据权利要求1所述的自密实混凝土,其特征在于,由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料750-850质量份、细骨料720-780质量份、水泥320-400质量份、减水剂4-6质量份、粉煤灰200-280质量份、聚丙烯纤维1-3质量份、水130-200质量份。
3.根据权利要求2所述的自密实混凝土,其特征在于,由以下配比的各原料组份混合搅拌制得:粗骨料806质量份、细骨料758质量份、水泥366质量份、减水剂5.3质量份、粉煤灰222质量份、聚丙烯纤维2质量份、水180质量份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的自密实混凝土,其特征在于,所述粗骨料为最大粒径在10mm的石子,所述细骨料为细度模数在3.0—2.3间的中砂,所述水泥为普通硅酸盐水泥,所述减水剂为聚羧酸减水剂,所述粉煤灰为二级粉煤灰,所述粉煤灰的表观密度为2.2-2.5kg/m3。
5.根据权利要求4所述的自密实混凝土,其特征在于,所述粗骨料为表观密度在2.5-2.8kg/cm3、连续级配且粒径小于等于10mm的石子。
6.根据权利要求4或5所述的自密实混凝土,其特征在于,所述细骨料选择表观密度2.6kg/cm3、细度模数为2.4的中砂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的自密实混凝土,其特征在于,所述聚丙烯纤维为束状单丝纤维,当量直径在18~48μm,抗拉强度≥500MPa,断裂伸长率为10~28%,熔点在160~180℃,密度为0.90-0.92g/m³,长度在10-15mm,弹性模量≥3850Mpa,燃点在560-600℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的自密实混凝土,其特征在于,配置1立方米的自密实混凝土时,各原料组份的配比质量份的单位为千克。
9.一种防高温爆裂的钢管混凝土构件,其特征在于,在无缝钢管内填充有权利要求1-8任一项所述的自密实混凝土。
10.一种权利要求1-8任一项所述自密实混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、按上述质量配比称取各原料组份;
步骤二、将所称取的粗骨料、细骨料、水泥和粉煤灰混合搅拌均匀;
步骤三、向步骤二中加入所称取的聚丙烯纤维后充分搅拌均匀;
步骤四、向步骤三中加入所称取的减水剂和水后充分搅拌均匀,制得所述自密实混凝土。
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