CN108069663A - 一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土及其制备方法，该混凝土的成分和质量份数为：水泥450‑550份、矿物掺合料50‑100份、机制砂827‑891份、碎石896‑965份、外加剂2.25‑8.25份、改性活性纤维2.25‑27.5份和水144‑176份，本发明充分利用了复合外加剂的早强缓凝功能及改性活性纤维的早强抗裂性能，本发明具有凝结时间长、早期强度高、抗裂性好和耐久性佳的优点，利用机制砂解决了人工砂日益短缺的问题，解决了现有技术保证足够早期强度和控制凝结时间之间的矛盾问题。

Description

一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域。
背景技术
随着基础设施建设进程的推进，高速公路和城市立交得到了快速发展，大体积的钢筋混凝土结构得到了十分广泛的应用。墩柱是桥梁结构中不可或缺的重要组成部分，其质量的好坏关系着整体结构的安全性。高墩柱作为典型的大体积混凝土，常常面临着早期强度不足，存在早期裂缝及耐久性较差等问题。根据混凝土水化的相关理论，可以通过控制温升、降低水化热、提高混凝土的凝结时间等方式解决以上问题。但混凝土凝结时间过长和混凝土保证早期强度是一对矛盾体，如何在保证混凝土早期强度的前提下延缓凝结时间是一个需要长期公关的问题。
另外，针对天然砂制备高墩柱的研究已经相当广泛，但优质天然砂资源和优质矿物掺合料的消耗殆尽，采用机制砂和工业废弃物制备高性能混凝土已经成为必然趋势，目前使用机制砂制备高墩柱的技术不够成熟，机制砂的石粉含量过高，会使得混凝土粘度过大，影响混凝土的质量和耐久性，机制砂含泥量高，会对外加剂进行吸附，影响混凝土的工作性能。故如何采用机制砂、固体废弃物制备工作性能优异、早强、缓凝、耐久性良好的高墩柱混凝土，有待进一步研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：设计一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土及其制备方法，以解决现有技术混凝土缓凝和早期强度无法同时保证的问题，以解决机制砂因为石粉含量过高和含泥量高影响混凝土工作性能的问题。
本发明的技术方案为：一种早强缓凝型机制砂混凝土，其成分和配方如下：
优选的，所述水泥为P.II 42.5R水泥，SO3≤3.0％，MgO≤4.0％，水泥细度≤5.0％，烧失量≤1.0％，初凝时间≥45min，终凝时间≤390min，3d抗压强度≥22.0MPa，28d抗压强度≥42.5MPa。
优选的，所述矿物掺合料为磷渣粉、矿粉和粉煤灰中的一种或几种，SiO2、Al2O3及CaO的总含量≥80％，比表面积为400-600m2/kg。
优选的，所述机制砂为天然岩矿破碎而成，石粉含量≤10％，MB值≤1.4％，细度模数：2.6-3.1。
优选的，所述碎石为天然岩矿碎石和再生骨料中的一种，碎石粒径为5-25mm，含泥量≤1.0％。
优选的，所述复合外加剂包括聚羧酸减水剂、保坍剂、高效缓凝剂、眉山新材降粘剂和阻泥剂，固含量≥20％，减水率≥27％。
优选的，所述改性活性纤维为改性磷石膏晶须，长径比为30-90，直径为2-4μm。
一种早强缓凝型机制砂混凝土的制备方法：按配方比例称取各原材料，先将水泥、矿物掺合料、机制砂和碎石放入搅拌锅中，干拌15-30s，然后在15-30s内将改性活性纤维边搅拌边加入搅拌锅中，加水搅拌15-30s，加入复合外加剂，再搅拌60-90s即可得到早强缓凝型机制砂混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的早期强度较高，机理分为三个方便：采用的早强型硅酸盐水泥早期强度较高，在矿物掺合料用量适当的情况下，既可以控制水泥的早期水化热，又可以保证混凝土7d强度达到混凝土C55设计值的90％以上；改性活性纤维是磷石膏晶须，作为一种微米级微细活性纤维，在水化的早期可以发挥微集料填充效应，填充水化早期由于水化不完全造成的空隙，进一步增加混凝土的早期强度；复合外加剂中加入了阻泥组分，可以优先被泥粉吸附，极大地缓解由于砂石含泥量高造成的外加剂掺量过高带来的负面问题，在降低混凝土成本的同时，保证混凝土的早期强度。
(2)本发明的凝结时间较长，在保证早期强度的前提下，由于外加剂中掺入了高效缓凝剂，可以极大地延长混凝土的凝结时间。高墩柱作为大体积混凝土的一类，其早期水化热较高，如果不对其进行调节，使体系放热速率减缓，可能会造成混凝土结构开裂，影响混凝土结构的安全性和耐久性。高效缓凝剂可以有效调节混凝土的凝结时间，使混凝土的凝结时间控制在10h-18h之间。同时，由于体系设计中含有早强型硅酸盐水泥和改性活性纤维等早强组分，在复合外加剂调节体系凝结时间的同时，混凝土仍然可以具备足够的早期强度。解决了现有技术保证足够早期强度和控制凝结时间之间的矛盾问题。
(3)本发明的工作性能良好，矿物掺合料的掺入可以改善混凝土的工作性能；复合外加剂中阻泥组分的掺入，防止外加剂中的有效组分被泥粉吸附，可以提高混凝土的工作性能；复合外加剂中降粘组分的掺入，可以改善由于砂石骨料中石粉含量较高及胶凝材料用量较高造成的混凝土粘度过大的问题，使得混凝土具备更好的工作性能。
(4)本发明的耐久性良好，体系中矿物掺合料的掺加改善了混凝土的孔隙结构，复合外加剂的掺入调整了体系的水化进程，使得体系放热更加合理，不会因为水化过快，导致混凝土开裂，从而影响制品的强度。体系中改性活性纤维的掺入，可以在水化后期发挥硫酸盐的激发作用，改性活性纤维是磷石膏晶须，水化为Ca2+和SO4 2-，在体系水化的后期，可以激发矿物掺合料和未水化水泥颗粒的活性，提高混凝土的密实度和耐久性。
另外，本发明的混凝土采用全机制砂制备，能有效缓解了现有技术使用天然砂，但天然砂资源日益短缺问题。
具体实施方式
为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。
实施例1-8：
一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土，它由水泥、矿物掺合料、砂、石、复合外加剂、改性活性纤维和水等原料组成，各组分的质量份数见表1。
表1各组分的质量份数
所述水泥为P.II 42.5R水泥，SO3＝2.84％，MgO＝2.06％，水泥细度＝3.42％，烧失量≤0.28％，初凝时间＝80min，终凝时间＝140min，3d抗压强度＝24.1MPa，28d抗压强度＝45.8MPa。
所述的矿物掺合料为矿粉，SiO2、Al2O3及CaO的总含量为87.1％，比表面积为440m2/kg。
所述机制砂为天然岩矿破碎而成，石粉含量≤10％，MB值＝0.8％，细度模数：2.9。
所述的碎石为天然岩矿碎石，碎石粒径为5-25mm，含泥量＝0.6％。
所述复合外加剂由聚羧酸减水剂、保坍剂、高效缓凝剂、眉山新材降粘剂和阻泥剂等组成，固含量＝21％，减水率＝28％。
所述改性活性纤维为改性磷石膏晶须，所述活性纤维的长径比为80.7，直径为2.5μm。
上述一种上述早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土的方法，它包括如下步骤：
首先，按表1各组分的质量份数水泥、矿粉、机制砂、碎石、复合外加剂和水，备用；
其次，将水泥、矿物掺合料、机制砂、碎石、放入搅拌锅中，干拌30s；
然后，在30s内将改性活性纤维边搅拌边加入搅拌锅中，加水搅拌30s；
最后，加入复合外加剂，再搅拌90s即可得到早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土。
混凝土的工作性能的表征则主要是采用坍落度法测量混凝土的坍落度和坍落扩展，凝结时间是通过从混凝土拌合物中筛除砂浆用贯入阻力的方法测得。参照标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)。混凝土的强度参照《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107-2010)，用3d和7d强度来表征混凝土早期强度，用28d强度来表征混凝土后期强度。
表2早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土的性能
表2说明了：1-8号实例的3d抗压强度均达到了40MPa以上，7d抗压强度均达到了50MPa以上，达到了C55强度等级设计强度的90％以上，同时28d强度均达到60MPa以上，没有出现强度倒缩的现象。另外，所有实施例中坍落度均达到220mm及以上，扩展度均达到515mm及以上，可见其具有良好的工作性能。最后，所有实施例的初凝时间均大于13h，终凝时间均大于14h30min，远大于普通混凝土的凝结时间，可见本发明的实施例可以达到超缓凝效果。综上，本发明具有早强缓凝的效果，同时由于缓凝效果及改性活性纤维带来的填充和增韧效果，使得混凝土具备良好的工作性能和耐久性能。
实施例9-11：
一种早强缓凝型高墩柱机制砂混凝土，它由水泥、矿物掺合料、砂、石、复合外加剂、改性活性纤维和水等原料组成，水泥、矿物掺合料、砂、石和水按表1实施例2进行配料。实施例9与实施例2相比，未掺加改性活性纤维，复合外加剂与实施例2相同；实施例10与实施例2相比，掺加的复合外加剂中不包含眉山新材降粘剂和阻泥剂，固含量和减水率不变，改性活性纤维与实施例2相同；实施例9较实施例2相比，未掺加改性活性纤维，掺加的复合外加剂中不包含眉山新材降粘剂和阻泥剂，固含量和减水率不变。其他原料的指标及制备方法与实施例1-8相同。
表3对比混凝土的性能
由表3可知，与实施例9-11相比，实施例2的坍落度有5-10mm的提升，扩展度有5-20mm的提升，可见本发明可显著改善混凝土的工作性能；与实施例9-11相比，实施例2的初凝时间和终凝时间均有所延长，分别达到15h和16h30min以上，较普通混凝土初凝时间6h左右，终凝时间8h左右，本发明有良好的缓凝效果；与实施例9-11相比，实施例2的3d、7d和28d抗压强度均有所增加，分别增加2-6MPa，1-7MPa和2-5MPa，说明本发明在延长凝结时间的同时，并不会降低早期强度，各龄期的强度均有所增加。

Claims (8)

1.一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：该混凝土的成分和配方如下：
2.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述水泥为P.II42.5R水泥，SO3≤3.0％，MgO≤4.0％，水泥细度≤5.0％，烧失量≤1.0％，初凝时间≥45min，终凝时间≤390min，3d抗压强度≥22.0MPa，28d抗压强度≥42.5MPa。
3.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述矿物掺合料为磷渣粉、矿粉和粉煤灰中的一种或几种，SiO2、Al2O3及CaO的总含量≥80％，比表面积为400-600m2/kg。
4.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述机制砂为天然岩矿破碎而成，石粉含量≤10％，MB值≤1.4％，细度模数：2.6-3.1。
5.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述碎石为天然岩矿碎石和再生骨料中的一种，碎石粒径为5-25mm，含泥量≤1.0％。
6.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述复合外加剂包括聚羧酸减水剂、保坍剂、高效缓凝剂、眉山新材降粘剂和阻泥剂，固含量≥20％，减水率≥27％。
7.按照权利要求1所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土，其特征在于：所述改性活性纤维为改性磷石膏晶须，长径比为30-90，直径为2-4μm。
8.按照权利要求1-7任一所述的一种早强缓凝型机制砂混凝土的制备方法，其特征在于：按配方比例称取各原材料，先将水泥、矿物掺合料、机制砂和碎石放入搅拌锅中，干拌15-30s，然后在15-30s内将改性活性纤维边搅拌边加入搅拌锅中，加水搅拌15-30s，加入复合外加剂，再搅拌60-90s即可得到早强缓凝型机制砂混凝土。
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