CN107098642B - 一种高强自密实混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强自密实混凝土，其特征在于，以质量份数计，其原料由以下组分组成：水泥355‑367份、砂724‑748份、5‑16mm碎石885‑915份、粉煤灰77‑87份、矿粉103‑119份、硅灰26‑32份、专用外加剂12.40‑14.42份、减缩剂4‑5份、水157‑171份。本发明在浇筑复杂钢筋结构的过程中，包覆性能好，流动性能佳，浇筑成型的钢筋混凝土具有优越的抗压性能。

Description

一种高强自密实混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，更具体的说，它涉及一种高强自密实混凝土。
背景技术
自密实混凝土是指在重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好的均质性，并且不需要附加振动的混凝土。
近年来，随着国民经济与建筑技术的高速发展，我国设计以及建成了很多规模大、技术难度高的建筑工程项目。在这些工程项目中，为了保证建筑工程结构的稳定性，大量应用了复杂型钢筋混凝土的组合结构，由于组合后的钢筋结构较为复杂，对于自密实混凝土的包覆能力、制备和施工工艺提出了全新的要求。因此，自密实混凝土所占比重已经成为衡量一个国家混凝土行业水平高低的重要标志。
在自密实混凝土填充较为复杂结构的钢筋结构的过程中，如果自密实混凝土的流动性能不佳，混凝土很有可能不能完全包覆钢筋，钢筋与混凝土之间产生空隙，从而产生严重的缺陷，而这些缺陷将直接影响建筑结构的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强自密实混凝土，在高强自密实混凝土填充复杂钢筋结构的过程中，混凝土流动性能较佳，同时满足自密实混凝土的强度标准。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高强自密实混凝土，以质量份数计，其原料包括水泥355-367份、砂724-748份、5-16mm碎石885-915份、粉煤灰77-87份、矿粉103-119份、硅灰26-32份、专用外加剂12.40-14.42份、减缩剂4-5份、水157-171份。
优选的，所述水泥为P.O42.5低碱硅酸盐水泥，密度为3.11g/cm3，比表面积为345m2/kg，碱含量为0.54％，游离氧化钙为0.72％，烧失量为2.35％，初凝时间为184min，终凝时间为250min，3天水化热为266kJ/kg，7天水化热为316kJ/kg，3天以及28天的抗折强度分别为5.9MPa、8.6MPa，3天以及28天的抗压强度分别为28.2MPa、65.8MPa。
优选的，所述砂为细度模数为2.7的二区天然中砂，表观密度为2690kg/m3，松散堆积密度为1640kg/m3，空隙率为39％，含泥量为0.6％，泥块含量为0.1％，14天的碱集料反应膨胀率为0.08％。
优选的，所述天然砂为连续级配，其中粒径大于4,75mm占砂的重量百分数为3％，粒径在2.36mm-4.75mm之间占砂的重量百分数为17％，粒径在1.18mm-2.36mm之间占砂的重量百分数为13％，粒径在0.6mm-1.18mm之间占砂的重量百分数为18％，粒径在0.3mm-0.6mm之间占砂的重量百分数为22％，粒径在0.15mm-0.3mm之间占砂的重量百分数为25％，粒径小于0.15mm占砂的重量百分数为2％。
优选的，所述5-16mm碎石的表观密度为2800kg/m3，松散堆积密度为1540kg/m3，松散堆积空隙率为45％，压碎值为7％，含泥量为0.5％，针片状颗粒含量为4％，硫化物及硫酸盐含量为0.18％，14天的碱集料反应膨胀率为0.08％。
优选的，所述矿粉的密度为2.9g/m3，比表面积为446m2/kg，流动度比为102％，含水量为0.1％，烧失量为0.26％，三氧化硫占矿粉的重量百分数为0.68％，氯离子占矿粉的重量百分数为0.006％，玻璃体含量占矿粉的重量百分数为93.8％；第7天活性指数为86％，第28天活性指数为117％，碱含量为1.9％。
优选的，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度为6.8％，烧失量为1.4％，需水量比为85％，含水量为0.2％；三氧化硫占粉煤灰的重量百分数为0.7％，游离氧化钙占粉煤灰的重量百分数为0.24％，氯离子含量占粉煤灰的重量百分数为0.01％，碱含量占粉煤灰的重量百分数为0.7％。
优选的，所述硅灰的比表面积为22.2m2/g，第7天的活性指数为115％，SiO2含量占硅灰的重量百分数为88.12％。
优选的，所述外加剂为JF-B聚羧酸高浓减水剂，所述JF-B聚羧酸高浓减水剂的减水率为36％，泌水率比为0，含气量为5.7％，密度为1.026g/cm3，pH为5.8，甲醛含量占减水剂的重量百分数为0.00371％；第3天、第7天、第28天的抗压强度比分别为174％、163％、144％，收缩率比为102％，1小时经时坍落度变化量为50mm；总碱量占减水剂的重量百分数为0.28％，引入混凝土中的碱含量为0.0224kg/m3；硫酸盐占减水剂的重量百分数为0.0010％，引入混凝土中的硫酸盐含量为0.00008kg/m3；氯离子占减水剂的重量百分数为0.0044％，引入混凝土中的氯离子含量为0.00004kg/m3。
优选的，所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚合物与环氧乙烷环氧丙烷随机聚合物的混合物，所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚合物与环氧乙烷环氧丙烷随机聚合物的分子量为8000-10000。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、高强自密实混凝土的设计强度等级达到C60混凝土强度标准，可以用于规模大、钢筋结构较为复杂、技术难度高的建筑工程项目。
2、高强自密实混凝土具有良好的流动性能，在填充复杂钢筋结构的过程中，高强自密实混凝土能够将全部的钢筋包覆，混凝土与钢筋结构之间的空隙被全部填满。
3、高强自密实混凝土具有良好的自密性，在不振捣的情况下能均匀密实复杂的钢筋结构，而不产生蜂窝、空洞等缺陷。
4、高强自密实混凝土浇筑复杂钢筋结构后，混凝土在硬化过程中轻微膨胀，其与钢筋结构相互作用，使高强自密实混凝土紧紧包覆于钢筋的表面，使相互结合后的钢筋混凝土具有优越的抗压强度。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的所有物质均为市售。
1、确定各组分配置强度
fcu，o≥1.15fcu，k＝1.16×60＝69.0MPa，
式中，fcu，o-试配强度(MPa)；
fcu，k-C60标准强度(MPa)；
1.15-试配系数；
取fcu，o＝75MPa。
2、确定胶水比
fb＝γfγsfce＝0.85×1.16×42.5＝41.9；
W/B≥(aa×fb)/(fcu，o+aa×ab×fb)
＝(0.53×41.9)/(75+0.53×0.20×41.9)＝0.28；
式中，fb-胶凝材料28天胶砂强度(MPa)；
γf-粉煤灰影响系数；
γs-矿粉影响系数；
fce-水泥28天胶砂抗压强度(MPa)；
W/B-混凝土水胶比；
aa、ab-回归系数；
取W/B＝0.30。
3、根据原材料种类选定容重、理论用水量
原材料的规格如表1所示。
表1原料的型号以及生产厂家
原料 型号 生产产地/厂家
水泥 低碱P·O42.5 琉璃河
砂 二区中砂 三河鑫阳中砂
石 5-16mm 门头沟地区
粉煤灰 F类I级 山东德州
矿粉 S95 福成隆泰水泥有限公司
硅灰 甘肃三远
外加剂 JF-B聚羧酸高浓减水剂 方兴化学外加剂公司
环氧乙烷环氧内烷嵌段聚合物 三江化工
环氧乙烷环氧内烷随机聚合物 三江化工
水 地下水
其中，水泥的密度为3.11g/cm3，比表面积为345m2/kg，碱含量为0.54％，游离氧化钙为0.72％，烧失量为2.35％，初凝时间为184min，终凝时间为250min，3天水化热为266kJ/kg，7天水化热为316kJ/kg，3天以及28天的抗折强度分别为5.9MPa、8.6MPa，3天以及28天的抗压强度分别为28.2MPa、65.8MPa。
砂的细度模数为2.7，表观密度为2690kg/m3，松散堆积密度为1640kg/m3，空隙率为39％，含泥量为0.6％，泥块含量为0.1％，14天的碱集料反应膨胀率为0.08％。其中砂为连续级配，其中粒径大于4,75mm占砂的重量百分数为3％，粒径在2.36mm-4.75mm之间占砂的重量百分数为17％，粒径在1.18mm-2.36mm之间占砂的重量百分数为13％，粒径在0.6mm-1.18mm之间占砂的重量百分数为18％，粒径在0.3mm-0.6mm之间占砂的重量百分数为22％，粒径在0.15mm-0.3mm之间占砂的重量百分数为25％，粒径小于0.15mm占砂的重量百分数为2％。
5-16mm碎石的表观密度为2800kg/m3，松散堆积密度为1540kg/m3，松散堆积空隙率为45％，压碎值为7％，含泥量为0.5％，针片状颗粒含量为4％，硫化物及硫酸盐含量为0.18％，14天的碱集料反应膨胀率为0.08％。
矿粉的密度为2.9g/m3，比表面积为446m2/kg，流动度比为102％，含水量为0.1％，烧失量为0.26％，三氧化硫占矿粉的重量百分数为0.68％，氯离子占矿粉的重量百分数为0.006％，玻璃体含量占矿粉的重量百分数为93.8％；第7天活性指数为86％，第28天活性指数为117％，碱含量为1.9％。
F类I级粉煤灰的细度为6.8％，烧失量为1.4％，需水量比为85％，含水量为0.2％；三氧化硫占粉煤灰的重量百分数为0.7％，游离氧化钙占粉煤灰的重量百分数为0.24％，氯离子含量占粉煤灰的重量百分数为0.01％，碱含量占粉煤灰的重量百分数为0.7％。
硅灰的比表面积为22.2m2/g，第7天的活性指数为115％，SiO2含量占硅灰的重量百分数为88.12％。
JF-B聚羧酸高浓减水剂的减水率为36％，泌水率比为0，含气量为5.7％，密度为1.026g/cm3，pH为5.8，甲醛含量占减水剂的重量百分数为0.00371％；第3天、第7天、第28天的抗压强度比分别为174％、163％、144％，收缩率比为102％，1小时经时坍落度变化量为50mm；总碱量占减水剂的重量百分数为0.28％，引入混凝土中的碱含量为0.0224kg/m3；硫酸盐占减水剂的重量百分数为0.0010％，引入混凝土中的硫酸盐含量为0.00008kg/m3；氯离子占减水剂的重量百分数为0.0044％，引入混凝土中的氯离子含量为0.00004kg/m3。
根据上述原材料的性质，确定容重2401kg/m3，理论用水量175kg/m3。
同时，根据原材料的性质确定各实施例中所用的原料的实际配比，见表2。
表2实施例各组分的质量配比(单位：kg)
组分 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五
水泥 361 355 355 367 367
砂 736 724 748 724 748
5-16mm碎石 900 915 885 885 915
粉煤灰 82 77 77 77 87
矿粉 111 103 119 119 103
硅灰 29 26 32 26 32
JF-B聚羧酸高浓减水剂 13.41 12.40 14.42 14.42 12.40
环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚合物 2 2 2.5 2 2
环氧乙烷环氧内烷随机聚合物 2.5 2 2.5 2.5 3
水 164 157 171 171 171
4、高强自密实混凝土试验
4.1流动性能测试
根据坍落度流动测试法、V型漏斗试验法和L箱型试验法对本发明的高强自密实混凝土进行流动度进行试验，其结果见表3。
表3试验结果
高强自密实混凝土的出机坍落度的平均值(以下指标均为平均值)为240mm，扩展度为738mm，扩展时间为2.9s，经过L型仪的比值为0.8，通过V型漏斗的时间为7.4s；180min后，高强自密实混凝土的坍落度为221mm，扩展度为720mm，扩展时间为6.56s，经过L型仪的比值为0.68，通过V型漏斗的时间为9.4s，满足了高强自密实混凝土的流动性能以及密实性能的技术要求。
4.2、高强自密实混凝土、钢筋混凝土的强度质量在标准试块模具内放置钢筋结构，分别浇筑含有钢筋结构的模具以及空白模具，经过养护制备得到标准试块，利用混凝土强度检测仪对硬化后的高强自密实混凝土以及钢筋混凝土进行抗压检测，其抗压强度见表4。
表4高强自密实混凝土及钢筋混凝土强度质量
钢筋混凝土在成型第28天以及第56天的抗压强度的平均值分别为119.2MPa、134.3MPa，相比于高强自密实混凝土自身的抗压强度，钢筋结构与高强自密实混凝土的复配使用，其抗压强度大大提高。
5、对比例
对比例一：对比例一和实施例一的区别在于，P.O42.5普通硅酸盐水泥采用北京金隅顺发水泥有限公司生产的。
对比例二：对比例二和实施例一的区别在于，砂的粒径大于4,75mm占砂的重量百分数为15％，粒径在2.36mm-4.75mm之间占砂的重量百分数为15％，粒径在1.18mm-2.36mm之间占砂的重量百分数为15％，粒径在0.6mm-1.18mm之间占砂的重量百分数为15％，粒径在0.3mm-0.6mm之间占砂的重量百分数为15％，粒径在0.15mm-0.3mm之间占砂的重量百分数为15％，粒径小于0.15mm占砂的重量百分数为10％。。
对比例三：对比例三和实施例一的区别在于，添加900kg的10-20mm碎石。
对比例四：对比例四和实施例一的区别在于，未添加减缩剂。
对比例五：对比例五和实施例一的区别在于，减缩剂的分子量为10000-15000。
上述对比例的性能指标见表5至表6。
表5对比例一至对比例五制备的混凝土的流动性能指标
表6混凝土及钢筋混凝土强度质量
通过复配使用低碱水泥，混凝土在硬化过程中水泥的水化热降低，同时，发生碱集料反应的能力下降，包覆在钢筋结构上的混凝土在硬化过程中不会因水泥水化放热过高引起钢筋与混凝土之间包覆出现缝隙，致使其强度增加。
为了提高高强自密实混凝土的流动性，调节细骨料-砂的级配比例，以及调节粗骨料-碎石的粒径，粗骨料、细骨料与水泥之间相容性以及组合性能达到最佳，达到了高强自密实混凝土在保证高强度的同时，不需要振捣即可完整包覆复杂的钢筋结构。
通过使用减缩剂来保证高强自密实混凝土在硬化过程中发生的收缩回弹，同时，通过调节减缩剂的分子量使高强自密实混凝土在硬化过程产生的回弹收缩与减缩剂产生的减缩作用相互适配，达到自密实混凝土零收缩。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种高强自密实混凝土，其特征在于，以质量份数计，其原料包括:水泥355-367份、砂724-748份、5-16mm碎石885-915份、粉煤灰77-87份、矿粉103-119份、硅灰26-32份、专用外加剂12.40-14.42份、减缩剂4-5份、水157-171份；所述砂为细度模数为2.7的二区天然中砂，表观密度为2690kg/m3，松散堆积密度为1640kg/m3，空隙率为39%，含泥量为0.6% ,泥块含量为0.1%，14天的碱集料反应膨胀率为0.08%；其中粒径大于4.75mm占砂的重量百分数为3%，粒径在2.36mm-4.75mm之间占砂的重量百分数为17%，粒径在1.18mm-2.36mm之间占砂的重量百分数为13%，粒径在0.6mm-1.18mm之间占砂的重量百分数为18%，粒径在0.3mm-0.6mm之间占砂的重量百分数为22%，粒径在0.15mm-0.3 mm之间占砂的重量百分数为25%，粒径小于0.15mm占砂的重量百分数为2%，所述水泥为P·O42.5低碱硅酸盐水泥，密度为3.11 g/cm3，比表面积为345 m2/kg，碱含量为0.54%，游离氧化钙为0.72%，烧失量为2.35%，初凝时间为184min，终凝时间为250min，3天水化热为266kJ/kg,7天水化热为316kJ/kg,3天以及28天的抗折强度分别为5.9MPa, 8.6MPa,3天以及28天的抗压强度分别为28.2MPa、65.8MPa，所述专用外加剂为JF-B聚羧酸高浓减水剂，所述JF-B聚羧酸高浓减水剂的减水率为36%，泌水率比为0，含气量为5.7%，密度为1.026g/cm3, pH为5.8，甲醛含量占减水剂的重量百分数为0.00371%;第3天、第7天、第28天的抗压强度比分别为174% ,163% , 144%，收缩率比为102%, 1小时经时坍落度变化量为50mm;总碱量占减水剂的重量百分数为0.28%，引入混凝土中的碱含量为0.0224kg/m3;硫酸盐占减水剂的重量百分数为0.0010%，引入混凝土中的硫酸盐含量为0.00008kg/m3 ;氯离子占减水剂的重量百分数为0.0044%，引入混凝土中的氯离子含量为0.00004kg/m3，所述减缩剂为环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚合物与环氧乙烷环氧丙烷随机聚合物的混合物，所述环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚合物与环氧乙烷环氧丙烷随机聚合物的分子量为8000-100000。
2.根据权利要求1所述的高强自密实混凝土，其特征在于，所述5-16mm碎石的表观密度为2800kg/m3，松散堆积密度为1540kg/m3，松散堆积空隙率为45%，压碎值为7%，含泥量为0.5%，针片状颗粒含量为4%，硫化物及硫酸盐含量为0.18%，14天的碱集料反应膨胀率为0.08%。
3.根据权利要求1所述的高强自密实混凝土，其特征在于，所述矿粉的密度为2.9g/m3，比表面积为446m2/kg，流动度比为102%，含水量为0.1%，烧失量为0.26%，三氧化硫占矿粉的重量百分数为0.68% ,氯离子占矿粉的重量百分数为0.006%，玻璃体含量占矿粉的重量百分数为93.8%;第7天活性指数为86%，第28天活性指数为117%，碱含量为1.9%。
4.根据权利要求1所述的高强自密实混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰，细度为6.8%，烧失量为1.4%，需水量比为85%，含水量为0.2%;三氧化硫占粉煤灰的重量百分数为0.7%，游离氧化钙占粉煤灰的重量百分数为0.24% ,氯离子含量占粉煤灰的重量百分数为0.01%，碱含量占粉煤灰的重量百分数为0.7%。
5.根据权利要求1所述的高强自密实混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积为22.2m2/g,第7天的活性指数为115%,SiO2 含量占硅灰的重量百分数为88.12%。
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