CN106477989A - 一种适应潮湿环境的高强混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种适应潮湿环境的高强混凝土及制备方法。采用水泥作为胶结材料，砂石作为骨料，通过掺加矿物掺和料以及内掺或在混凝土表面涂抹防水材料来提高混凝土的抗渗性，掺加空心轻质材料、优质引气剂和纤维来提高混凝土的孔隙率，掺加超吸水树脂减小早期混凝土中未水化水泥颗粒的比例等来防止潮湿环境下高强混凝土后期由于吸水导致水泥的进一步水化和减小水化产物产生的膨胀应力，以及高效减水剂从而实现潮湿环境下高强混凝土结构的高耐久性。本发明具有施工工艺简单。本发明主要是针对在潮湿环境下土木工程中高强混凝土的应用，如高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构等混凝土工程，特别是某些有潜在震害的地区。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种高强混凝土，具体地说是一种在潮湿环境下长期力学性能和耐久性能优异的高强混凝土。
背景技术
高强混凝土由于高强度和高耐久的特点，广泛应用于高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中。由于高强混凝土结构具有高强度和刚度，可减小截面尺寸，从而可以减轻结构自重，同时增大了房屋建筑的有效空间，增加桥梁建筑的桥下净空或降低两岸路堤标高，以及减少地下建筑的岩土开挖量等。此外，高强混凝土结构相对于普通混凝土结构还具有更好的抗震性能。因此，高耐久的高强混凝土可以使建筑结构更经济，更耐久和更安全。
虽然高强混凝土作为经济的土木工程材料具有很多的优点，如抗压强度高，刚度大，混凝土内部密实，孔隙率小，但是高强混凝土中未水化的水泥颗粒很多(几乎占据水泥总量的40％～70％)，在潮湿环境下高强混凝土吸水后，内部未水化的水泥会继续水化，生成的水化产物体积明显大于原来水泥的体积，水化产物逐渐填充满混凝土内部孔隙；若继续反应，则会使水泥水化产物的体积大于混凝土内部孔隙的体积，从而在混凝土内部产生膨胀应力，导致混凝土出现较多的微裂缝，大大降低了混凝土的力学性能和耐久性；随着混凝土服役时间的延长，混凝土结构的失效概率增加，特别是在发生较大烈度的地震时，高强混凝土结构破坏的几率会急剧增大，并带来不可估量的损失。因此，迫切需要人们开发出一种长期力学性能和耐久性能优异的高强混凝土，特别是长期处于潮湿环境下的高强混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长期处于潮湿环境下长期力学性能和耐久性能优异的适应潮湿环境的高强混凝土。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的适应潮湿环境的高强混凝土由包括水泥、石子、中砂、矿物掺和料、空心轻质材料、引气剂、微纤维、超吸水树脂、防水材料、减水剂和水制成，水泥、矿物掺和料、空心轻质材料、引气剂、微纤维、超吸水树脂、防水材料、减水剂、石子、中砂和水的重量配比依次为：10％～25％、1.8％～18％、0.36％～2.4％、0.0009％～0.0075％、0.036％～0.6％、0.09％～0.75％、0.09％～0.9％、40％～50％、24％～32％和4％～7.5％。
所述的水泥为强度等级≥42.5的水泥；所述的石子的最大粒径不超过20mm；所述的中砂为Ⅱ区中砂。
所述的石子分为粗、细两种，且粗：细＝2:3。
本发明的适应潮湿环境的高强混凝土的制备方法之一为：将水泥、石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入水，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂进行预饱和吸水后成为膏状之后，和防水材料、空心轻质材料、引气剂、微纤维以及减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，搅拌均匀即进行施工。
本发明的适应潮湿环境的高强混凝土的制备方法之二为：将水泥、石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入水，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂进行预饱和吸水后成为膏状之后，和空心轻质材料、引气剂、微纤维以及减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，搅拌均匀后即进行施工，在施工完成后将防水材料涂抹在混凝土表面。
本发明的特点主要在于：
胶凝材料里的矿物掺合料采用工业废弃物,如硅灰，比表面积很大，活性较高，粒径很小，在混凝土中微小的球状体可以填充孔隙还可以起到润滑的作用，大大提高了高强混凝土的抗渗性。
空心轻质材料本身自重较轻，内部结构是气体被包裹进壳内而形成的细密蜂窝状微孔。
优质引气剂较低掺量下在混凝土中能够引入大量细小且均匀分布的气泡，从而有效提高混凝土的孔隙率。同时，与混凝土中其他外加剂都能有良好的复配相容性，存储稳定性好。
纤维在混凝土内部能够连接不同的界面并创造大小相当、分布比较均匀的孔，同时能够使混凝土的抗折、劈拉强度和抗裂性、抗冲击性均有较大幅度的提高。
防水材料属于水泥类防水材料，对水泥有促凝密实的作用，可增强水泥砂浆和混凝土的憎水性和抗渗性。
超吸水树脂(SAP)能大量吸收水分，在并没有改变混凝土水灰比的情况下释水，提供水泥水化所需的水分，从而减小高强混凝土后期未水化水泥颗粒的比例，同时超吸水树脂(SAP)释水后能够给水泥水化产物提供一定的空间。
高效减水剂在保证用水量一定的情况下，改善混凝土的工作性。
通过对混凝土防水、减小混凝土中未水化水泥颗粒的比例和内部增加孔隙率，使各组成成分形成了均匀的微观结构，提升混凝土长期的力学性能和耐久性。
本发明提供的潮湿环境下长期性能优异的高强混凝土，与普通高强混凝土相比具有的有效增益是：通过在混凝土内部掺加或外部涂抹防水材料(如防水剂)同时内掺大宗量的工业废弃物(如硅灰、粉煤灰和矿渣)，提高混凝土抗渗性，内掺空心轻质材料、优质引气剂和纤维来增加混凝土的孔隙率，加入可释水的材料减小混凝土中未水化水泥颗粒的比例，使各组成成分形成了均匀的微观结构，降低了高强混凝土后期在潮湿环境下由于水化产物体积过大产生膨胀应力带来的开裂风险，延长了高强混凝土结构的服役寿命。且与一般高强混凝土相比本发明用到的材料易得，早期混凝土收缩变形较小，抗裂能力强，后期在潮湿环境下仍能保持优异的力学性能和耐久性能。
附图说明
图1混凝土配合比表。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
本发明的潮湿环境下长期性能优异的高强混凝土，它以强度等级≥42.5的水泥，最大粒径一般不超过20mm的石子(其中粗细石子的比例按照2:3的颗粒级配)，Ⅱ区中砂再加上矿物掺合料(如硅灰、粉煤灰、矿渣等)，空心轻质材料(如陶粒粉末、碳化硼空心微珠)，优质引气剂(如松香树脂类引气剂)，纤维(如碳纤维、聚丙烯微纤维、木质纤维)、防水材料(如防水剂)，超吸水树脂，高效减水剂和水作为主要原料。
本发明的潮湿环境下长期性能优异的高强混凝土是按照以下方法制成：
混凝土配比：按照水胶比0.18～0.28进行的配比设计。其中，当水胶比为0.18～0.23时，混凝土的胶凝材料用量为540kg/m3，当水胶比为0.23～0.28时混凝土的胶凝材料用量为500kg/m3，砂率设计的范围为37％～39％，其中矿物掺料的比例占胶凝材料的10％～60％，水泥占胶凝材料的40％～90％可以最好的达到我们实验的要求，对于空心轻质材料、优质引气剂、纤维、防水材料、超吸水树脂和高效减水剂按照胶凝材料的2％～8％、0.005％～0.025％、0.2％～2.0％、0.4％～2％、0.5％～2.5％和0.5％～3％。粗骨料石子分为粗、细两种，且粗：细＝2:3。制备的高强混凝土可以达到所需的具有长期优异的力学性能和耐久性如附图1。
制备方法1：首先进行称料环节，将强度等级≥42.5的水泥，最大粒径一般不超过20mm的石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂按照一定比例进行预饱和吸水后成为膏状之后，和内掺的防水材料、空心轻质材料、优质引气剂、纤维以及高效减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、空心轻质材料、优质引气剂、纤维、超吸水树脂和高效减水剂搅拌均匀后拉开料门即可进行施工。
制备方法2：首先进行称料环节，将强度等级≥42.5的水泥，最大粒径一般不超过20mm的石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂按照一定比例进行预饱和吸水后成为膏状之后，和空心轻质材料、优质引气剂、纤维以及高效减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、空心轻质材料、优质引气剂、纤维、超吸水树脂和高效减水剂搅拌均匀后拉开料门即可进行施工。在施工完成后将外涂的防水材料涂抹在混凝土表面。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6见附图1混凝土配合比设计。
经过测试主要力学性能如下：
潮湿环境下长期性能优异的高强混凝土28d抗压强度80MPa～120MPa。依据国家标准进行的开裂实验48小时内并未出现裂缝,抗裂性能较好。
本发明提出高强混凝土的配合比只是一种情况，可以根据实际需求改动但是要保证在设计范围内。由于高强混凝土中各种原材料之间的作用比较复杂，改动过多会出现高强混凝土前期出现裂缝或者后期强度、耐久性下降等现象。
Claims (7)
1.一种适应潮湿环境的高强混凝土，其特征是：由包括水泥、石子、中砂、矿物掺和料、空心轻质材料、引气剂、微纤维、超吸水树脂、防水材料、减水剂和水制成，水泥、矿物掺和料、空心轻质材料、引气剂、微纤维、超吸水树脂、防水材料、减水剂、石子、中砂和水的重量配比依次为：10％～25％、1.8％～18％、0.36％～2.4％、0.0009％～0.0075％、0.036％～0.6％、0.09％～0.75％、0.09％～0.9％、40％～50％、24％～32％和4％～7.5％。
2.根据权利要求1所述的适应潮湿环境的高强混凝土，其特征是：所述的水泥为强度等级≥42.5的水泥；所述的石子的最大粒径不超过20mm；所述的中砂为Ⅱ区中砂。
3.根据权利要求1或2所述的适应潮湿环境的高强混凝土，其特征是：所述的石子分为粗、细两种，且粗：细＝2:3。
4.根据权利要求1或2所述的适应潮湿环境的高强混凝土，其特征是：所述的空心轻质材料为陶粒粉末或碳化硼空心微珠。
5.根据权利要求3所述的适应潮湿环境的高强混凝土，其特征是：所述的空心轻质材料为陶粒粉末或碳化硼空心微珠。
6.一种权利要求1所述的适应潮湿环境的高强混凝土的制备方法，其特征是：将水泥、石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入水，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂进行预饱和吸水后成为膏状之后，和防水材料、空心轻质材料、引气剂、微纤维以及减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，搅拌均匀即进行施工。
7.一种权利要求1所述的适应潮湿环境的高强混凝土的制备方法，其特征是：将水泥、石子、砂子、矿物掺和料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后向混合盘内加入水，一起搅拌2～3分钟；将超吸水树脂进行预饱和吸水后成为膏状之后，和空心轻质材料、引气剂、微纤维以及减水剂一起加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，搅拌均匀后即进行施工，在施工完成后将防水材料涂抹在混凝土表面。
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