CN106167371A - 一种特细砂水工大体积常态混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特细砂水工大体积常态混凝土，该混凝土采用特细砂拌制，在拌制的过程中采用外掺的方式加入掺合料，并降低砂率和水灰比，延长搅拌时间，并加强混凝土早期养护；其中，掺和料为复合纤维膨胀剂。本发明采用外掺复合纤维膨胀剂方法，较常规特细砂混凝土配合比，使砂率提高3%～5%，通过改进配合比中各项指标含量及比例，降低混凝土的干缩值，提高混凝土的耐久性，从而使特细砂大量应用于水工大体积混凝土成为可能。

Description

一种特细砂水工大体积常态混凝土
技术领域
本发明涉及水工建筑混凝土技术领域，尤其是涉及一种特细砂水工大体积常态混凝土。
背景技术
混凝土是水利工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一，砂是制备混凝土必不可少的资源。一般的建设用砂主要是通过人工开采或机械破碎获得，经过筛分后的粒径小于4.75mm的岩石颗粒(按《建设用砂》，2011版的规定)，分为天然砂和机制砂两类。
《建设用砂》采用细度模数指标对砂进行了限定，一般来说细度模数在1.6～3.7之间的粗、中、细砂是符合使用标准的，而且在混凝土中砂的表面要由水泥浆来包裹，砂子的总比表面积越大，则所需包裹砂粒表面的水泥浆也就越多，因此配制混凝土一般采用中、粗砂，不仅可以节约水泥用量，而且硬化后的混凝土性能也比较容易控制。但是，经过近50年大规模基础建设工程的蓬勃发展，对混凝土、砂浆材料的使用量大幅度提升，建设用砂的需求量日益增加，我国部分地区粗、中砂资源渐趋枯竭，特别是许多地区并无中、粗砂资源，现存的粗、中砂资源储备，将不能满足建设规模的需要，刻意对中、粗砂的需求只会增加工程成本，所以因地制宜地采用当地细砂、特细砂资源显得更为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特细砂水工大体积常态混凝土，以解决目前存在的粗、中砂资源储备不能满足建设规模的需要的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提出了这样一种特细砂水工大体积常态混凝土，该混凝土采用特细砂拌制，在拌制的过程中采用外掺的方式加入掺合料，并降低砂率和水灰比，延长搅拌时间，并加强混凝土早期养护；其中，掺和料为复合纤维膨胀剂。
作为一种优选，这种特细砂水工大体积常态混凝土的C9015三级配常态混凝土配合比是这样的：单位材料用量为：水泥110.9kg/m3，粉煤灰110.9kg/m3，粉煤灰掺量50％， 砂子442.6kg/m3，石子1622.6kg/m3，水122kg/m3；水胶比0.55，砂率22％，引气剂0.2/万，减水剂0.9％，复合纤维膨胀剂8％。
将砂子的细度模数降低至1.0-1.6之间，砂率提高3％-5％之间。根据混凝土的强度等级来降低水灰比，C9015三级配常态混凝土选用0.55的水灰比，选用的水灰比跟常规非特细砂选用的水灰比一样即可。
本发明的技术效果：采用外掺复合纤维膨胀剂的方法，较常规特细砂混凝土配合比，使砂率提高3％～5％，通过改进配合比中各项指标含量及比例，降低混凝土的干缩值，提高混凝土的耐久性，从而使特细砂大量应用于水工大体积混凝土成为可能。
附图说明
图1展示了试验用砂级配曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
1.砂石骨料
在混凝土中，砂石骨料一般占混凝土总质量的80％～85％，它的品质对混凝土的物理力学性能有重大影响；《建设用砂GB/T14684-2011》4.2“规格”中规定：砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂—3.7～3.1；中砂—3.0～2.3；细砂—2.2～1.6，而细度模数＜1.6时，行业内一致将其命名为特细砂。本次试验所用的砂石骨料为四川岷江龙溪口航电枢纽工程中闸址料场的天然河砂骨料，如表1所示。
表1：天然河砂的颗粒级配试验结果
上表中天然河砂的颗粒级配试验结果表明，该天然河砂的细度模数为1.49，按照《建设用砂GB/T14684-2011》标准评定为特细砂。从颗粒级配曲线可见该砂明显处于过细砂区，各个粒径范围内的颗粒质量分布极不均匀，属于传统意义上级配不良的粒群。
从特细砂颗粒级配试验结果中发现，0.60～4.75mm范围内的颗粒严重缺失，90％以上的砂粒径＜0.60mm，这就造成特细砂比表面积远远大于中、粗砂，比表面积大，包裹表面所需要的水分就多，因此相同坍落度的混凝土，采用特细砂就需要更多的用水量。另外，在细骨料的筛分试验中发现，从某种意义上来说，现有的试验筛分方法无法真实反映特细砂颗粒的分布特征，因此可在0.60mm、0.30mm、0.15mm这三个标准筛中间增加0.45mm、0.225mm两个筛，加密特细砂的筛分试验，更好的表征特细砂的级配分布情况，如图1所示。
表2：砂石骨料的物理性能试验结果
上表2中的天然砂石骨料物理性能试验结果表明，本次试验的天然砂石骨料的物理性能满足《水工混凝土施工规范DL/T5144-2001》的要求。
2.试验内容
(1)对大坝主体C9015常态大体积混凝土配合比进行试验研究；
(2)采用基准混凝土、复合纤维膨胀剂混凝土对比的研究方法；
(3)具体研究内容
混凝土拌合物的工作性能——坍落度、容重、含气量，并观察混凝土拌合物的和易性；
混凝土的力学性能——抗压强度、抗拉强度等；
混凝土的变形性能——极限拉伸值、弹性模量、自生体积变形、干燥收缩、线膨胀系数。
混凝土的耐久性能——抗渗性能、抗冻性能、绝热温升。
本实施例选用的C9015常态大体积混凝土配合比如表3所示。
3.试验结论：
(1)新拌混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层、离析、泌水等现象，便于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实度好的混凝土性能。
(2)在水胶比、粉煤灰掺量相同时，在保证坍落度等施工和易性条件下，掺入复合纤维膨胀剂后，用水量较基准混凝土略高，增加了4kg/m3。在0.55水胶比条件下，胶凝材料总量增加最高值为7.26kg/m3，而粉煤灰占比50％，所以实际水泥用量仅增加了3.6kg/m3，对水工建筑物结构计算、温控防裂等方面影响较小。
(3)采用特细砂拌制的混凝土抗压强度分析：7d龄期值偏低，随着龄期的增长，粉煤灰与水泥水化生产的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成更多的C-S-H，粉煤灰的活性二次反应进程加快，所以表现为28d龄期值涨幅较大；90d～360d长龄期抗压强度结果均有不同程度的上涨，完全满足强度等级的要求。
(5)复合纤维膨胀剂掺后的混凝土，各个龄期抗压弹性模量与基准混凝土相差不大；而极限拉伸值均较基准混凝土有所提高。
(6)基准混凝土中掺用了50％粉煤灰，充分发挥其微集料效应，增加混凝土中粉尘颗粒的比表面积，改善了混凝土砂浆的包裹和填充的密实性，填充了毛细孔隙，阻断了渗水通道，使水泥结石更加致密，从而大大改善了混凝土的抗渗性能，所以基准混凝土的抗渗等级远远大于W8的要求。在基准配合比基础上掺入复合纤维膨胀剂混凝土抗渗性能也均高于W8要求。
(7)采用特细砂拌制的基准混凝土干燥收缩值较高，180d龄期时收缩达到566×10-6，对混凝土抗裂性能很不利。掺用复合纤维膨胀剂后，混凝土180d龄期的干燥收缩较基准混凝土下降了13.4％，说明复合纤维膨胀剂依靠本身的化学反应与水泥石中的其他成分反应，产生一定的膨胀，可以补偿部分混凝土的收缩。
(8)两组混凝土比热、导温系数、导热系数、绝热温升相差较小，热膨胀系数较一般人工灰岩、砂岩等骨料偏高。
(9)两组混凝土的自生体积变形总体呈微收缩型，混凝土的收缩量相对偏大，330d～360d以后才趋于稳定。复合纤维膨胀剂的效果在早期表现较为明显，1d～3d复合纤维膨胀剂混凝土趋于微膨胀状态，7d后膨胀性能才弱于混凝土的自 身收缩；60d复合纤维膨胀剂混凝土的自身体积变形收缩量较基准混凝土降低28.6％。复合纤维膨胀剂的减缩效果虽然后期表现力不强，但一直持续到360d该混凝土的自身体积变形收缩量均较基准混凝土低。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种特细砂水工大体积常态混凝土，其特征在于：该混凝土采用特细砂拌制，在拌制的过程中采用外掺的方式加入掺合料，并降低砂率和水灰比，延长搅拌时间，并加强混凝土早期养护；其中，掺和料为复合纤维膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的特细砂水工大体积常态混凝土，其特征在于：这种特细砂水工大体积常态混凝土的C9015三级配常态混凝土配合比是这样的：单位材料用量为：水泥110.9kg/m3，粉煤灰110.9kg/m3，粉煤灰掺量50%，砂子442.6kg/m3，石子1622.6kg/m3，水122kg/m3；水胶比0.55，砂率22%，引气剂0.2/万，减水剂0.9%，复合纤维膨胀剂8%。
3.根据权利要求1所述的特细砂水工大体积常态混凝土，其特征在于：将砂子的细度模数降低至1.0-1.6之间，砂率提高3%-5%之间。
4.根据权利要求1所述的特细砂水工大体积常态混凝土，其特征在于：根据混凝土的强度等级来降低水灰比，C9015三级配常态混凝土选用0.55的水灰比，选用的水灰比跟常规非特细砂选用的水灰比一样即可。
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