CN107902991A - 高性能混凝土拌合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能混凝土拌合物,其技术方案要点是以质量份数计,其原料包括水泥300~320份、矿渣粉90~150份、粉煤灰100~150份、水176~212份、细骨料548~630份、粗骨料1049~1144份、减水剂5.6~7.84份。其具有较高的流动性,细化毛细孔的结构,混凝土结构密实,减少连同毛细孔,增强抵抗氯离子侵蚀性,保证海洋环境下高性能混凝土的正常工作。

Description

高性能混凝土拌合物
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,更具体的说,它涉及一种高性能混凝土拌合物。
背景技术
混凝土是土建工程中应用最广、用量最大的建筑材料之一,现代建筑工程离不开混凝土。据有关部门初步统计,目前全世界每年生产的混凝土材料已超过亿吨,预计今后每年混凝土生产量将达到亿吨到亿吨。随着科学技术的进步,混凝土不仅广泛地应用于工业与民用建筑、水工建筑和城市建设,而且还可以制成轨枕、电杆、压力管道、地下工程、宇宙空间站及海洋开发用的各种构筑物等
以往混凝土结构设计者,仅仅只注重混凝土的强度。但是,很多工程的混凝土结构往往会发生过早破坏,其原因不是由于强度,而是由于耐久性不足。1980年3月27日北海近海钻井平台Alexander Kjell号突然破坏,导致123人死亡。1983年日本的小林一辅教授在NHK电视台讲话中明确地指出当前日本混凝土的主要问题是耐久性的问题,而耐久性中的主要问题是碱骨料反应问题。在日本沿海岸许多港湾建筑、桥梁等建成后,不到十年的时间混凝土表面开裂、剥落,钢筋锈蚀外露。由于混凝土耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多。相当多的混凝土结构物在使用过程中,在物理、力学与化学等因素的作用下过早地破坏,造成了严重的经济损失。
1990年5月,在马里兰州Gaithersburg,由美国NIST(美国国家标准与技术研究院)和ACI(美国混凝土协会)主办的研讨会上,大家提出了高性能混凝土。高性能混凝土,是一种以良好的工作性、力学性能、体积稳定性和耐久性等不断发展的新型技术。现已广泛应用于实际工程中,它以耐久性作为主要设计指标,针对不同用途要求,保证混凝土的适用性和强度并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。高强度、高工作性、高耐久性这三项指标,构成了“高性能混凝土”所具备“三高”的性能指标。
随着人类社会的发展,开发利用海洋资源空间,成为人类发展的必然趋势。海洋环境中,由于海水中含有较多的Cl-、SO4 2-、Mg2+等离子,加上海洋环境气候影响,沿海混凝土结构应用环境十分恶劣,受到钢筋锈蚀、冰冻、化学腐蚀、海水所含盐类的结晶物作用、海洋微生物作用。其中,氯离子渗透引起钢筋锈蚀,是海洋环境下高性能混凝土应用所面临的最大挑战。
我国正处于经济高速发展时期,许多耗资巨大的重要建筑构筑物,如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、海港、近海工程等己经或正在兴建,这些处于海洋或恶劣环境条件下混凝土结构的耐久性,自然成为土木工程界关注的焦点混凝土结构破坏的主要原因是,混凝土遭受环境中氯离子、镁离子和硫酸根离子的侵蚀,这些有害离子,通过混凝土孔隙进入到混凝土内部,并与混凝土中的氢氧化钙及水化铝酸钙作用,生成新的盐类物质,生成的难溶盐类物质往往产生较大的体积膨胀,在孔隙的内部产生很大的内应力,长期的积累会使混凝土开裂一些可溶性的盐,在海水的反复冲刷下,溶解析出,使混凝土孔隙率增加,增大了氯离子渗入混凝土内部的孔道,加剧了钢筋锈蚀,并使混凝土胀裂剥落。
海水对混凝土结构有巨大的腐蚀性。对于海洋环境中的钢筋混凝土结构,简单而又可靠的首选耐久技术方案是混凝土的自身防护改善混凝土的内部结构,提高混凝土抵抗氯离子侵蚀性,是保证海洋环境下高性能混凝土正常工作的重要前提。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能混凝土拌合物,其具有较高的流动性,细化毛细孔的结构,混凝土结构密实,减少连同毛细孔,增强抵抗氯离子侵蚀性,保证海洋环境下高性能混凝土的正常工作。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种高性能混凝土拌合物,以质量份数计,其原料包括水泥300~320份、矿渣粉90~150份、粉煤灰100~150份、水176~212份、细骨料548~630份、粗骨料1049~1144份、减水剂5.6~7.84份。
本发明较优选地所述减水剂包括以下通式的共聚物I:
本发明较优选地,所述共聚物I的分子量为1.5万。
本发明较优选地,所述共聚物I中a:b:c=1:5:11。
混凝土的强度主要取决于石子和水泥浆强度,以及石子与水泥浆体之间的界面过渡区的强度。为了获得高强度,应尽量降低其孔隙率。在配制高强度混凝土时,降低孔隙率通常采用的办法有:降低水灰比,提高水泥浆的稠度,或使水泥水化完全,降低内部孔隙率,这就需要选择适当的减水剂,使水泥粒子分散,充分水化。
本发明较优选地,所述水泥为P.II52.5硅酸盐水泥。
水泥是混凝土中最主要的胶凝材料,选择优质的水泥对高性能混凝土的配制非常重要。配制高性能混凝土应选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,水泥标号宜选用42.5级以上的水泥。
本发明较优选地所述矿渣粉为粒化高炉矿渣。
粒化高炉矿渣的主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和少量MgO、Fe2O3。急冷的矿渣结构为不稳定的玻璃体,具有较大的化学潜能,其主要活性成分是活性SiO2和活性Al2O3。常温下能与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等具有水硬性的产物,从而产生强度。
本发明较优选地所述粉煤灰为II级粉煤灰。
在配制混凝土时加入大量磨细矿物掺合料,可降低温升,改善工作性,增进后期强度,并可改善混凝土内部结构,提高抗腐蚀能力阳。尤其是磨细矿物掺合料对碱一集料反应的抑制作用己引起国内外专家的极大兴趣。因此,国外将这种混合材料称为辅助胶凝材料,是高性能混凝土不可缺少的成分。磨细矿物掺合料基本可分为以下四类有胶凝性掺合料、有火山灰性掺合料、同时具有胶凝性和火山灰性掺合料、其它未包括在以上三种且本身具有一定化学反应性的材料如石灰岩、石英砂等。粉煤灰是煤粉燃烧后的熔融成分,受急冷后而得到的,粒子大部分为光滑球状,可以降低混凝土的需水量。
粉煤灰和矿渣粉的颗粒尺寸在之间,即与水泥的颗粒尺度相当,未完全水化前,它们的作用主要是填充在砂子之间的空隙里,即填充在粗孔和大毛细孔中,提高混凝土的密实度。
本发明较优选地所述粗骨料为5~20mm连续级配石灰岩碎石。
粗骨料对高性能混凝土的影响至关重要。一方面它对混凝土的强度起着关键作用通常要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于另一方面其级配、品质指标对高性能混凝土的耐久性指标影响也非常大。
本发明较优选地所述细骨料为中砂级配的天然河砂。
中砂级配的天然河砂的孔隙率和总表面积均较小,不仅可以节省水泥,还可以提高建筑物的强度和密实性。
综上所述,本发明具有以下有益效果:其具有较高的流动性,细化毛细孔的结构,混凝土结构密实,减少连同毛细孔,增强抵抗氯离子侵蚀性,保证海洋环境下高性能混凝土的正常工作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是,本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明,而不是对本发明的限制,在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例中所用原料均来自市售。其中,马来酸酐、氢氧化钠、甲醇、过硫酸钠均由国药集团提供的分析纯或工业纯;磷烯醇丙酮酸、2,6-二羧基萘由梯希爱(上海)化成工业发展有限公司提供;水泥由密云水泥制品公司提供的P.II52.5硅酸盐水泥;矿渣粉由天津海得润滋建材有限公司提供的S95级粒化高炉矿渣;粉煤灰由天津海得润滋建材有限公司提供的II级粉煤灰;细骨料由河北省正定县南楼河沙场提供的中砂级配的天然河砂;粗骨料由河北易达矿业有限公司提供的5~20mm连续级配石灰岩碎石;水是采自供引用的自来水。
聚合物I的制备实施例:
(1)单体和引发剂溶液的配置:
取10.79g的马来酸酐和5g的水,配置成溶液一。
取10.85g的磷烯醇丙酮酸、1.24g的2,6-二羧基萘和20g水以及少量的甲醇,配置成溶液二。
取2g过硫酸钠和5g水,配置成溶液三。
(2)共聚反应:
于装有冷凝管的四颈口烧瓶中加入溶液一,升温至75℃,在搅拌条件下,同时滴加溶液二和溶液三,滴加时间控制在3小时。滴加结束后,升温至80℃并保温反应3小时,全过程氮气保护。反应结束后,用30wt%氢氧化钠水溶液将产物中和至pH=7,干燥,得到共聚物I。利用GPC(流动相为二甲基甲酰胺)分析得到的聚合物,确认是分子量(Mw)为1.5万,分子量分布为1.09,组成比为a:b:c=1:5:11,其聚合物I的分子结构式为:
表1实施例的配方配比(单位:Kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
水泥 300 300 300 310 310 310 320 320 320
矿渣粉 150 150 150 125 125 125 90 90 90
粉煤灰 100 100 100 125 125 125 150 150 150
176 187 198 182 194 205 189 201 212
细骨料 603 566 630 564 628 590 622 584 548
粗骨料 1121 1049 1072 1144 1068 1094 1059 1084 1110
减水剂 6.6 7.7 6.6 6.72 7.84 5.6 5.6 6.72 7.84
对比例1:
对比例1和实施例1的区别是所用减水剂不同,采用由北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司提供的UNF-5型萘系减水剂。
对比例2:
对比例2和实施例1的区别是所用减水剂不同,采用由北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司提供的多环芳香族磺酸盐甲醛缩合物。
混凝土拌合物性能影响了混凝土的成型工艺,这对混凝土后期性能的实现作用关系非常重大。高性能混凝土的抗压强度是高性能混凝土的重要性能之一。根据国标GBJ107-87,制作混凝土试件100mm×100mm×100mm,标准养护3d、28d和56d。根据国标GBJ82-85规定,制作混凝土试件Φ175mm×Φ185mm×150mm,每组实验制作6块抗渗试件,标准养护28d和56d,用黄油密封四周,置于抗渗仪上,将水压加压至1.2Mpa并保持8小时后,劈开试件并测量其渗水平均高度H。对上述实施例和对比例的混凝土拌合物进行坍落度测试和混凝土硬化后抗压强度以及抗渗性的测试,测试结果见表2。
表2
将混凝土试件100mm×100mm×100mm在标准养护28d并测试完抗压强度后,筛取5mm以下的细颗粒,立即用无水乙醇浸泡终止水化,1d后取出,60℃烘至恒重,进行孔结构检测,实验数据如表3所示。
表3
由表3的试验数据可知,由本发明高性能混凝土拌合物固化后的高性能混凝土结构具有较小的孔径和毛细孔结构,混凝土结构密实。

Claims (9)

1.一种高性能混凝土拌合物,其特征在于:以质量份数计,其原料包括水泥300~320份、矿渣粉90~150份、粉煤灰100~150份、水176~212份、细骨料548~630份、粗骨料1049~1144份、减水剂5.6~7.84份。
2.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述减水剂包括以下通式的共聚物I:
其中,a、b、c为重复单元的链节数,分子量为1.0万~2.0万。
3.根据权利要求2所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述共聚物I的分子量为1.5万。
4.根据权利要求2所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述共聚物I中a:b:c=1:5:11。
5.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述水泥为P.II52.5硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣。
7.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述粉煤灰为II级粉煤灰。
8.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述粗骨料为5~20mm连续级配石灰岩碎石。
9.根据权利要求1所述的高性能混凝土拌合物,其特征在于:所述细骨料为中砂级配的天然河砂。
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