CN107021702A - 一种水工用抗开裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种水工用抗开裂混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水工用抗开裂混凝土及其制备方法，涉及混凝土耐久性领域。包括下列重量百分比的原料：P·O42.5水泥9.5％～13.5％，石子40％～50％，Ⅱ区中砂25.5％～30％，矿物掺合料5％～15％，纳米矿物纤维0.1％～0.15％，引气剂0.009％～0.075％，水6.5％～8％。有益效果是：通过混凝土的最紧密堆积，各组成成分形成了均匀的微观结构，混凝土中有害孔隙率降低，增大了混凝土的密实度，提升了混凝土的耐久性；使用的纳米矿物纤维属于天然粘土矿物，储蓄量大并且易得，在混凝土中吸水能力较强，容易给水泥水化提供更多的空间，能够细化混凝土孔结构，增大混凝土的抗拉能力，降低混凝土的早期收缩，且与一般混凝土相比本发明用到的原材料的价格都很便宜且运输方便，大大提高了经济性。

Description

一种水工用抗开裂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土耐久性领域，尤其是指一种应对水工用抗开裂混凝土及其制备方法。
背景技术
水工混凝土常应用在闸、大坝等混凝土工程中，一般面积大，厚度薄，长期与压力水接触或暴露在空气中。对于目前现有的混凝土工程都普遍存在着早期开裂问题，水工混凝土也不例外，而造成混凝土开裂的原因主要是由混凝土的收缩引起的。混凝土的收缩包括塑性收缩、干燥收缩、自生收缩、碳化收缩以及温度引起的变形，其中干燥收缩和自生收缩对混凝土开裂问题的影响尤为重要。当混凝土内部产生收缩并且收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生微裂缝；除此之外，外界荷载(因素)对混凝土开裂的影响也不容忽视，外界荷载(因素)如风荷载、水荷载、水位变化、温差变化以及冻融作用等对混凝土的开裂也会造成很大的负影响。由于混凝土内部干燥收缩、自生收缩和外界荷载(因素)造成的混凝土开裂问题，随着混凝土服役时间的延长，混凝土结构的失效概率会大大增加。一旦混凝土出现裂缝或者不够密实，混凝土就会出现渗漏现象，进而出现溶蚀，溶蚀进行一定程度时，混凝土会流失大量的钙离子，混凝土碱度下降，已生成的水化产物与钙离子浓度平衡条件遭到破坏，随着游离的钙离子从混凝土中溶出，只能凭借混凝土中水化产物成化学结合的钙离子转入溶液，也就会引起已经硬化的化合物水解，混凝土的强度大大下降甚至丧失。同时，在这种环境下的施工存在着一定的难度且维修工序复杂、费用又高。因此，水工用混凝土需要选择合适的配合比，增加自身的密实度和抗拉强度，降低收缩应力，通过采用细化内部孔隙、防止外部水的渗入法中的一种或者几种，从而使水工混凝土在相应的环境下长期服役后仍具有优异的力学性能和耐久性能。
施工环境多变和施工人员的素质差异以及实际条件的限制，往往导致混凝土易出现早期的微裂缝。在此种情况下，要求人们开发出高耐久性的水工混凝土，而这种水工用抗裂混凝土，具有高耐久性的优点，在一定程度上能够防止混凝土的开裂从而使结构的服役寿命得以延长。
发明内容
本发明提供一种水工用抗开裂混凝土及其制备方法，以解决由于环境条件，本身结构，建筑材料，施工等多方面因素造成的开裂问题。
本发明采取的技术方案：包括下列重量百分比的原料：
P·O42.5水泥9.5％～13.5％，石子40％～50％，Ⅱ区中砂25.5％～30％，矿物掺合料5％～15％，纳米矿物纤维0.1％～0.15％，引气剂0.009％～0.075％，水6.5％～8％。
本发明所述纳米矿物纤维的化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。
本发明所述引气剂的分子式为C12H25O·(C2H4O)n。
本发明所述石子中包括粗石子、细石子两种，且粗：细＝2:3，并且粗、细石子的粒径范围分别为2～4cm和0.5～2cm。
本发明所述矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰或矿渣中的一种或几种。
本发明所述水工用抗开裂混凝土制备方法：包括下列步骤：
首先进行称料，将P·O42.5水泥，石子、Ⅱ区中砂、矿物掺合料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水泵向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2～3分钟；
然后将纳米矿物纤维加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、纳米矿物纤维搅拌均匀后，称量质量为m2的水，将称量后的水和引气剂放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，当混凝土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工，其中m1+m2＝M，M为配方中水的总质量。
本发明矿物掺合料如粉煤灰在前期可以增大混凝土的流动性，帮助混凝土在小水灰比的条件下浇注成型而且后期可以提供更高的强度和更紧密的孔隙结构；矿物掺合料如矿渣可以很好的改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的耐久性。纳米矿物纤维采用的是天然粘土矿物，能够使混凝土的抗拉强度和抗渗性、抗裂性、抗冲击性均有较大幅度的提高，纳米矿物纤维具有特殊的纤维结构和吸水性，纳米矿物纤维能够很强的吸附水，在自生收缩消耗水时能够及时补充水分，并且能够在很大程度上防止混凝土中水分的散失，减少了混凝土的早期收缩，水泥是由硅铝组成的物质，亲和性很好，易于在纳米矿物纤维两端上生成水化产物，进而增加抗拉强度。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，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。
本发明的有益效果是：通过混凝土的最紧密堆积，各组成成分形成了均匀的微观结构，混凝土中有害孔隙率降低，增大了混凝土的密实度，提升了混凝土的耐久性；使用的纳米矿物纤维属于天然粘土矿物，储蓄量大并且易得，在混凝土中吸水能力较强，容易给水泥水化提供更多的空间，能够细化混凝土孔结构，增大混凝土的抗拉能力，降低混凝土的早期收缩，且与一般混凝土相比本发明用到的原材料的价格都很便宜且运输方便，大大提高了经济性，早期混凝土3天、7天和28天这几个龄期混凝土在相应的环境条件下收缩很小，密实度很大，基本不会出现裂缝。
具体实施方式
实施例1
包括下列重量百分比的原料：
P·O42.5水泥9.5％，石子40％，Ⅱ区中砂30％，矿物掺合料13.891％，纳米矿物纤维0.1％，引气剂0.009％，水6.5％；
所述纳米矿物纤维的化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O；
所述引气剂的分子式为C12H25O·(C2H4O)n；
所述石子中包括粗石子、细石子两种，且粗：细＝2:3，并且粗、细石子的粒径范围分别为2cm和0.5cm；
所述矿物掺合料采用粉煤灰；
所述水工用抗开裂混凝土制备方法：包括下列步骤：
首先进行称料，将P·O42.5水泥，石子、Ⅱ区中砂、矿物掺合料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水泵向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2分钟；
然后将纳米矿物纤维加入到搅拌机中，搅拌1分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、纳米矿物纤维搅拌均匀后，称量质量为m2的水，将称量后的水和引气剂放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，其中m1+m2＝M，M为配方中水的总质量，当混凝土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工。
实施例2
包括下列重量百分比的原料：
P·O42.5水泥13.5％，石子47.775％，Ⅱ区中砂25.5％，矿物掺合料5％，纳米矿物纤维0.15％，引气剂0.075％，水8％；
所述纳米矿物纤维的化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O；
所述引气剂的分子式为C12H25O·(C2H4O)n；
所述石子中包括粗石子、细石子两种，且粗：细＝2:3，并且粗、细石子的粒径范围分别为3cm和1.5cm；
所述矿物掺合料采用硅灰；
所述水工用抗开裂混凝土制备方法：包括下列步骤：
首先进行称料，将P·O42.5水泥，石子、Ⅱ区中砂、矿物掺合料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水泵向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2.5分钟；
然后将纳米矿物纤维加入到搅拌机中，搅拌1.5分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、纳米矿物纤维搅拌均匀后，称量质量为m2的水，将称量后的水和引气剂放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，其中m1+m2＝M，M为配方中水的总质量，当混凝土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工。
实施例3
包括下列重量百分比的原料：
P·O42.5水泥11.5％，石子43.333％，Ⅱ区中砂27.75％，矿物掺合料10％，纳米矿物纤维0.125％，引气剂0.042％，水7.25％；
所述纳米矿物纤维的化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O；
所述引气剂的分子式为C12H25O·(C2H4O)n；
所述石子中包括粗石子、细石子两种，且粗：细＝2:3，并且粗、细石子的粒径范围分别为4cm和2cm；
所述矿物掺合料采用矿渣；
所述水工用抗开裂混凝土制备方法：包括下列步骤：
首先进行称料，将P·O42.5水泥，石子、Ⅱ区中砂、矿物掺合料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水泵向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌3分钟；
然后将纳米矿物纤维加入到搅拌机中，搅拌2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、纳米矿物纤维搅拌均匀后，称量质量为m2的水，将称量后的水和引气剂放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，其中m1+m2＝M，M为配方中水的总质量，当混凝土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工。
经检测,所得抗裂混凝土材料28d抗压强度35MPa～60MPa,抗折强度6MPa～8MPa,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。

Claims (6)

1.一种水工用抗开裂混凝土，其特征在于，包括下列重量百分比的原料：
P·O42.5水泥9.5％～13.5％，石子40％～50％，Ⅱ区中砂25.5％～30％，矿物掺合料5％～15％，纳米矿物纤维0.1％～0.15％，引气剂0.009％～0.075％，水6.5％～8％。
2.根据权利要求1所述的一种水工用抗开裂混凝土，其特征在于，所述纳米矿物纤维的化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。
3.根据权利要求1所述的一种水工用抗开裂混凝土，其特征在于，所述引气剂的分子式为C12H25O·(C2H4O)n。
4.根据权利要求1所述的一种水工用抗开裂混凝土，其特征在于，所述石子中包括粗石子、细石子两种，且粗：细＝2:3，并且粗、细石子的粒径范围分别为2～4cm和0.5～2cm。
5.根据权利要求1所述的一种水工用抗开裂混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰或矿渣中的一种或几种。
6.如权利要求1所述水工用抗开裂混凝土的制备方法：其特征在于，包括下列步骤：
首先进行称料，将P·O42.5水泥，石子、Ⅱ区中砂、矿物掺合料投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水泵向混合盘内加入一定量的水质量为m1，一起搅拌2～3分钟；
然后将纳米矿物纤维加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、纳米矿物纤维搅拌均匀后，称量质量为m2的水，将称量后的水和引气剂放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，当混凝土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工，其中m1+m2＝M，M为配方中水的总质量。
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