CN107686315B - 抗冻大体积混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗冻大体积混凝土，由包括以下以重量份数表示的组合物混合而成：低碱水泥230‑240份；水150‑160份；机制中砂570‑582份；河砂中砂240‑250份；碎石1080‑1090份；粉煤灰55‑65份；矿粉85‑95份；外加剂9.4‑10.2份；其中外加剂包括萘系减水剂和抗冻剂，二者质量比为1:1.2‑1.4。抗冻剂由包括以下以重量份数比例表示的组合物混合而成，三乙醇胺：三萜皂甙：尿素：蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐为(6‑8):(10‑12):(3‑5):(1‑3)。通过调整原料配比，以及减水剂和抗冻剂的配合比，制得的抗冻大体积混凝土具有水泥水化热低，抗冻抗裂性能优异的特点。

Description

抗冻大体积混凝土

技术领域

本发明涉及一种大体积混凝土，更具体的说，它涉及一种抗冻大体积混凝土。

背景技术

在一些严寒地带，建筑物受温度影响，容易产生不同程度的冻融破坏现象。吸水饱和的混凝土在受到外部温度的影响，在反复冻融过程中，混凝土孔隙中的水反复冻融破坏混泥土的微观结构。

为提升混凝土的抗冻耐久性，通常采用以下方式：1、加入引气剂。引气剂可以降低混凝土拌合水的表面张力，增加混凝土内部气泡的稳定性。2、引入减水剂。降低混凝土的水胶比，提高混凝土的强度和致密性，进而提高混凝土抵抗冻融破坏的能力。

申请公布号为CN104058678A的中国专利公开了一种高抗冻高保坍自密实C40混凝土，该混凝土包括：水泥330kg/m³、粒化高炉矿渣粉80kg/m³、粉煤灰80kg/m³、天然中砂830kg/m³、石子920kg/m³、外加剂4.9kg/m³、拌合水160kg/m³；其中外加剂使用聚羧酸减水剂。抗冻混凝土通常用于冬季施工，混凝土原料中加入聚羧酸减水剂，可以减少水泥用量，降低水泥水化热。当凝胶材料中粉煤灰的掺量较少时，在混凝土原料中加入聚羧酸减水剂，容易导致混凝土分层离析，混凝土浇筑后容易形成裂缝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冻大体积混凝土，具有水泥水化热低，抗冻抗裂性能优异的特点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种抗冻大体积混凝土，由包括以下以重量份数表示的组合物混合而成：

低碱水泥 230-240份；

水 150-160份；

机制中砂 570-582份；

河砂中砂 240-250份；

碎石 1080-1090份；

粉煤灰 55-65份；

矿粉 85-95份；

外加剂 9.4-10.2份；其中外加剂包括萘系减水剂和抗冻剂，二者质量比为1:1.2-1.4。

优选地，一种抗冻大体积混凝土，由包括以下以重量份数表示的组合物混合而成：

低碱水泥 233-238份；

水 153-158份；

机制中砂 572-580份；

河砂中砂 244-247份；

碎石 1083-1088份；

粉煤灰 58-62份；

矿粉 87-93份；

外加剂 9.4-10.2份；其中外加剂包括萘系减水剂和抗冻剂，二者质量比为1:1.2-1.4。

采用以上技术方案，碎石作为基本的粗骨料，为混凝土提供基础强度支撑,机制中砂和河砂中砂复配填充在粗骨料间隙处，作为混凝土的基本强度支撑。低碱水泥、粉煤灰、矿粉与水混合形成胶凝材料。机制中砂的颗粒表面不规则，比表面积较大，容易与胶凝材料粘结，河砂中砂强度较大，辅助粗骨料提供一定的强度支撑。

采用低碱水泥可以预防碱集料反应，避免水泥砼体开裂，粉煤灰和矿粉替代37.8-40％的低碱水泥，减少低碱水泥的用量，降低水泥水化热。低碱水泥中碱含量在0.4-0.6％之间，其与萘系减水剂混合，增大减水剂与低碱水泥的适应性，萘系减水剂对低碱水泥的塑化效果较好，混凝土的坍落度损失较小。

抗冻大体积混凝土通常在冬季施工，萘系减水剂与抗冻剂复配，减少混凝土中的水含量，释放包裹水，大冰晶较多的转变为小冰晶，提高混凝土的抗冻性。

进一步地，抗冻剂由包括以下以重量份数比例表示的组合物混合而成，三乙醇胺：三萜皂甙：尿素：蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐为(6-8):(10-12):(3-5):(1-3)。

采用以上技术方案，三萜皂甙作为引气成分，可以向混凝土中引入大量细小的、封闭的有益气泡，其可以起到缓冲的作用，吸收冰晶膨胀产生的应力，减少有害裂缝的产生；尿素和三乙醇胺降低冰点，提高混凝土的抗冻性能。蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐可以稳定混凝土中的细小气泡，以免细小气泡互相融并。抗冻剂与萘系减水剂混合，提高混凝土的抗冻性能，减少由于内外温差较大产生的裂缝。

进一步地，低碱水泥为P.O42.5R低碱水泥。

采用以上技术方案，P.O42.5R低碱水泥具有早期强度高、水化热较低，降低由水泥水化造成的温升。

进一步地，碎石为粒径在5-25mm连续级配的碎石。

优选地，碎石的表观密度为2820kg/m³，松散堆积空隙率为43％。

采用以上技术方案，使用5-25mm不同粒径连续级配的碎石，碎石松散堆积时，空隙率为43％，机制中砂和河砂中砂混合填充在碎石的孔隙之间，低碱水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂与水混合形成的凝胶材料粘结在碎石、机制中砂和河砂中砂之间，增大碎石与机制中砂、河砂中砂的结合牢固度。

进一步地，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

采用以上技术方案，Ⅰ级粉煤灰细度更大，比表面积增大，表面活性增强，能够促进水泥水化的解絮作用，粉煤灰中有许多细小的微珠，起到润滑作用，提高混凝土的流动性，增加混凝土的强度。

进一步地，矿粉为S95级矿粉。

采用以上技术方案，S95级矿粉和Ⅰ级粉煤灰复配，提高混凝土的和易性和粘聚性，减少混凝土中的连通孔，提高混凝土的密实性、抗渗性能和抗碳化性能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本方案制得的抗冻大体积混凝土有较大强度，使用5-25mm碎石作为粗骨料，机制中砂和河砂中砂复配制得细骨料，粗骨料与细骨料混合搭接构筑为混凝土提供基本的强度支撑。机制中砂增大细骨料与凝胶材料粘结的比表面积，河砂中砂进一步增加混凝土的强度；

2、本方案制得的抗冻大体积混凝土具有很好的抗裂性能，低碱水泥、Ⅰ级粉煤灰和S95级矿粉混合形成凝胶材料，在低碱水泥中掺入部分粉煤灰和矿粉，减少水泥用量，降低水泥水化热。抗冻混凝土中使用低碱水泥，减少混凝土中的碱含量，增加其与萘系减水剂的适应性；

3、本方案制得的抗冻大体积混凝土具有很好的抗冻性能，使用低碱水泥，低碱水泥中水泥烧失量较低，混凝土的原料中水灰比在0.65-0.67之间，水灰比较小，

经过养护硬化后，混凝土密实程度较高。低碱水泥和萘系减水剂混合之后，进一步提高水泥的分散性，混凝土混合更加均匀，不容易泌水；

4、萘系减水剂和抗冻剂复配作为外加剂，抗冻剂可降低混凝土的结冰点，有效阻止冰晶长大，进而减少在寒冷地区混凝土由于温度过低，由于混凝土内部冰晶体积膨胀产生的裂缝。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

本发明所涉及的原料均为市售，各组分的型号以及来源如表1所示。

表1原料的型号以及来源

实施例

各实施例中的组分和配比如表2所示。

表2各实施例中抗冻大体积混凝土的组分和配比

其中，按照《GB/T14685-2011》检测碎石的性质，碎石的表观密度为2820kg/m³,碎石连续级配松散堆积孔隙率为43％。检测混凝土中的碱集料反应，14天的膨胀率为0.04％，松散堆积密度为1600kg/m³。

以上实施例一至实施例七的抗冻大体积混凝土的制备方法如下：

(1)减水剂、抗冻剂与水按照表2中的配比预先混合并搅拌，形成外加剂溶液，搅拌速度800r/min；

(2)机制砂和河砂中砂按照表2中的配比形成中砂，使碎石和中砂搅拌混合3min，形成骨料混合物；

(3)低碱水泥、粉煤灰和矿粉按照表2的配比搅拌混合5min，形成胶料混合物；

(4)将所制得的骨料混合物、胶料混合物与外加剂溶液混合并搅拌，搅拌3min出料，制得抗冻大体积混凝土。

以上各实施例制备的抗冻大体积混凝土的性能由以下方法测试。

坍落度：按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌合物30min时的坍落度。

抗氯离子渗透性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试标准试块的抗氯离子渗透性能。

抗水渗透性能：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试标准试块的抗渗性能。

抗压强度：按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护28天、60天的抗压强度。

表观性能：利用扫描电子显微镜对混凝土标准试块进行微观检测，观测其表面裂纹。

冻融性能测试：按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法测试各实施例中制备得到的混凝土标准试块的抗冻等级。

以上各实施例制得的抗冻大体积混凝土的性能测试结果如表3所示。

表3以上各实施例制得的抗冻大体积混凝土的性能测试结果

由以上配比制得的抗冻大体积混凝土30min的坍落度在115-125mm之间，抗冻大体积混凝土的流动性较好，成型之后的密实度较高，混凝土出机30min时，经时损失较小。以上配比制得的混凝土试块抗氯离子渗透性能较佳，达到Ⅳ级。混凝土试块的抗渗性能达到P16的标准。混凝土试块的表面无裂缝，经过抗冻融实验，抗冻等级可达F250。抗冻剂中三乙醇胺、三萜皂甙、尿素和蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐的质量分数比为8:10:3:3时，制得的混凝土试块的抗冻性能较好以及抗压强度较高。减水剂和抗冻剂中减少硫酸钠的含量，以免冬季施工时形成结晶造成管道堵塞。

依据抗压强度可以看出，以上各实施例制备的混泥土试块其强度远超过C40的标准，混凝土具有早强的特点，混凝土试块养护28天和60天的抗压强度差别较小。

对比例

各对比例所制得抗冻大体积混凝土的组分和配比如表4所示。

表4各对比例中抗冻大体积混凝土的组分和配比

与实施例一相比，对比例一的水泥采用普通水泥；对比例二未添加萘系减水剂；对比例三减少萘系减水剂的添加量；对比例四中的抗冻剂未添加三萜皂甙；对比例五中的抗冻剂未添加蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐；对比例六中的抗冻剂未添加三乙醇胺和三萜皂甙；对比例七中的抗冻剂未添加三萜皂甙和尿素；对比例八中减水剂采用聚羧酸减水剂。

以上各对比例制得的混凝土按照与实施例相同的方法制得，以上各对比例制得的混凝土测试结果如表5所示。

表5各对比例制得混凝土的性能测试结果

由以上数据可知，使用普通水泥时，成型的混凝土试块的强度大大降低，抗冻性能也降低较多，水泥的碱含量对混凝土试块的抗冻性能影响较大(见对比例一)。若未添加减水剂或者减水剂添加量较少时，水泥颗粒分散效果不佳，容易团聚，水泥颗粒团聚内部的热量不能及时散出，最终制得的混凝土试块受力不均匀，容易劈裂产生裂缝(见对比例二和对比例三)；原料中未添加三萜皂甙，混凝土中引入气体较少，拌和形成的混凝土中容易形成贯通孔，在反复冻融过程中形成裂缝(见对比例四、六和七)。若原料中未添加蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐，三萜皂甙引入混凝土中的细小气泡不稳定，互相之间容易发生融并，并形成较大的气孔，混凝土试块经过反复冻融之后，仍然容易产生裂缝(见对比例五)。原料中减水剂采用聚羧酸减水剂，制得的混凝土拌合料粘稠，有泌水现象，养护硬化形成的混凝土试块的强度较差(见对比例八)。

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 (7)

1.一种抗冻大体积混凝土，其特征在于，由以下以重量份数表示的组合物混合而成：

低碱水泥 230-240份；

水 150-160份；

机制中砂 570-582份；

河砂中砂 240-250份；

碎石 1080-1090份；

粉煤灰 55-65份；

矿粉 85-95份；

外加剂 9.4-10.2份；

其中外加剂为萘系减水剂和抗冻剂，二者质量比为1:1.2-1.4，

抗冻剂由以下以重量份数比例表示的组合物混合而成，三乙醇胺：三萜皂甙：尿素：蓖麻醇酸酰胺丙基三甲基铵甲基硫酸盐为(6-8):(10-12):(3-5):(1-3)。

2.根据权利要求1所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：由以下以重量份数表示的组合物混合而成：

低碱水泥 233-238份；

水 153-158份；

机制中砂 572-580份；

河砂中砂 244-247份；

碎石 1083-1088份；

粉煤灰 58-62份；

矿粉 87-93份；

外加剂 9.4-10.2份；

其中外加剂为萘系减水剂和抗冻剂，二者质量比为1:1.2-1.4。

3.根据权利要求2所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：低碱水泥为P.O42.5R低碱水泥。

4.根据权利要求3所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：碎石为粒径在5-25mm连续级配的碎石。

5.根据权利要求4所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：碎石的表观密度为2820kg/m³，松散堆积空隙率为43%。

6.根据权利要求1所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

7.根据权利要求1所述的抗冻大体积混凝土，其特征在于：矿粉为S95级矿粉。