CN108546030A - 一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法，按质量份计，高强混凝土包括422～468份胶凝材料、1760～1860份集料、4.43～5.50份减水剂和140～150份水；其中，422～468份胶凝材料包括274～310份水泥、84～143份粉煤灰和34～57份微珠降粘材料。本发明提供的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土不仅胶凝材料用量低、可泵性好、收缩率低、强度高，而且抗裂性和耐久性好，成本较低，便于推广使用。

Description

一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法。
背景技术
现代桥梁建设中，桥梁的跨度越来越大，跨越能力的发展使得塔墩柱越建越高，通航性变好；与一般桥梁相比，大型斜拉桥、悬索桥在适用范围、经济效益、社会效益、绿色环保方面均具有较大优势。
大型桥梁的设计寿命都在100年及以上，桥梁不仅要受到交通荷载的反复作用，还要受到风蚀、温差变动、干湿循环、盐雾侵蚀等作用，墩塔柱混凝土的工作环境异常复杂、恶劣。墩塔柱混凝土的施工质量是保证桥梁耐久性的关键，不可替换。
目前，高塔墩混凝土施工一般都采用泵送混凝土，主要是双掺多掺矿物掺合料和高效减水剂，以提高混凝土的密实性，进而提高抵抗有害离子渗透能力。但是，工程实践证明，当前双掺矿物掺合料后胶凝材料用量较大，混凝土的粘度大，泵送困难，经常堵管；坍落度加大后混凝土又容易泌水、离析，且过多的胶凝材料又增加混凝土自身收缩，容易产生收缩裂缝；同时，胶凝材料中水泥用量较大，混凝土水化反应温升峰值较高，易造成混凝土构件凝结硬化时因内外温差过大而产生裂纹，进而降低混凝土结构耐久性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土及其制备方法，能够有效提高混凝土可泵性，降低胶凝材料的总用量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，按质量份计，包括422～468份胶凝材料、1760～1860份集料、4.43～5.50份减水剂和140～150份水；
其中，422～468份所述胶凝材料包括274～310份水泥、84～143份粉煤灰和34～57份微珠降粘材料。
进一步地，所述胶凝材料中水泥、粉煤灰和微珠降粘材料的质量份比为0.65：0.25：0.10。
进一步地，按质量份计，包括448份胶凝材料、1824份集料、4.93份减水剂和144份水；
其中，448份所述胶凝材料包括291份水泥、112份粉煤灰和45份微珠降粘材料。
进一步地，所述微珠降粘材料包括憎水矿粉微珠和从矿渣粉和/或粉煤灰中提取的球状、连续粒径分布、实心的超细微珠，所述憎水矿粉微珠与所述超细微珠掺配形成降粘粉末，所述降粘粉末密度为2.60g/cm3，细度按45μm筛余为≤6％，流动度比≥105％，粘度比≤65％，28天活性指数≥85％。
进一步地，所述水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰。
进一步地，所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
进一步地，所述集料包括粗集料和细集料，按质量份计，每1份所述集料包括0.58份粗集料和0.42份细集料。
进一步地，所述粗集料采用粒径为5～25mm连续级配碎石，所述细集料采用天然河砂，细度模数为2.5～3.0。
本发明还提供了一种如上任一所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述胶凝材料和所述集料加入搅拌机，均匀搅拌20s～50s，转到步骤S2；
S2：将所述减水剂与所述水混合得到混合液；将所述混合液加入所述搅拌机，共同搅拌1min～5min，得到坍落度为180～220mm的所述胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)与现有技术中在混凝土中增加矿渣粉、硅粉、泵送剂等相比，本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土在微珠降粘材料用量适当的基础上，大幅降低胶凝材料的总用量(最大可降低15％)。
(2)掺加微珠降粘材料后会产生滚珠及憎水效应，因为滚动摩擦系数远远小于滑动摩擦系数，水分子之间的内聚力大于水分子与材料表面分子之间的吸引力，材料与水分子之间的吸引力就会相对降低，即降低了新拌混凝土的粘度，提高了混凝土的可泵性。
(3)本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土倒置坍落度筒排空时间为3.5～5.5s、塑性粘度＜120Pa·s、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28天抗压强度≥65MPa、56天电通量＜800c、28天收缩率＜200×10-6。
(4)本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土不仅胶凝材料用量低、可泵性好、收缩率低、强度高，而且抗裂性和耐久性好，成本较低，便于推广使用。
(5)本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土使用的胶凝材料水化热低，降低了温升峰值，使混凝土结构在混凝土凝结硬化时的内外温差降低，进而减小结构表层混凝土产生的拉应力，减少混凝土开裂，耐久性提高。
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。
本发明实施例提供一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，按质量份计，包括422～468份胶凝材料、1760～1860份集料、4.43～5.50份减水剂和140～150份水；其中，422～468份胶凝材料包括274～310份水泥、84～143份粉煤灰和34～57份微珠降粘材料。
与现有技术中在混凝土中增加矿渣粉、硅粉、泵送剂等相比，本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土在微珠降粘材料用量适当的基础上，大幅降低胶凝材料的总用量(最大可降低15％)。
掺加微珠降粘材料后会产生滚珠及憎水效应，因为滚动摩擦系数远远小于滑动摩擦系数，水分子之间的内聚力大于水分子与材料表面分子之间的吸引力，材料与水分子之间的吸引力就会相对降低，即降低了新拌混凝土的粘度，提高了混凝土的可泵性。
本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土倒置坍落度筒排空时间为3.5～5.5s、塑性粘度＜120Pa·s、抗裂等级达到L-Ⅳ级、28天抗压强度≥65MPa、56天电通量＜800c、28天收缩率＜200×10-6。
本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土不仅胶凝材料用量低、可泵性好、收缩率低、强度高，而且抗裂性和耐久性好，成本较低，便于推广使用。
本实施例中的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土使用的胶凝材料水化热低，降低了温升峰值，使混凝土结构在混凝土凝结硬化时的内外温差降低，进而减小结构表层混凝土产生的拉应力，减少混凝土开裂，耐久性提高。
在上述基础上，优选地，胶凝材料中水泥、粉煤灰和微珠降粘材料的质量份比为0.65：0.25：0.10。
在上述基础上，优选地，一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，按质量份计，包括448份胶凝材料、1824份集料、4.93份减水剂和144份水；其中，448份胶凝材料包括291份水泥、112份粉煤灰和45份微珠降粘材料。
本实施例中，微珠降粘材料包括憎水矿粉微珠和从粉煤灰和/或矿渣粉中提取的球状、连续粒径分布、实心的超细微珠，超细微珠从粉煤灰或粉煤灰和矿渣粉中提取时，该粉煤灰可以使用与胶凝材料中的粉煤灰相同的粉煤灰，憎水矿粉微珠与超细微珠掺配形成降粘粉末，降粘粉末密度为2.60g/cm3，细度按45μm筛余为≤6％，流动度比≥105％，粘度比≤65％，28天活性指数≥85％。
本实施例中，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
本实施例中，粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰。
本实施例中，减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
本实施例中，集料包括粗集料和细集料，按质量份计，每1份所述集料包括0.58份粗集料和0.42份细集料。
本实施例中，粗集料采用粒径为5～25mm连续级配碎石，细集料采用天然河砂，细度模数为2.5～3.0。
本发明还提供了一种如上任一所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1：将胶凝材料和集料加入搅拌机，均匀搅拌20s～50s，转到步骤S2；
S2：将减水剂与水混合得到混合液；将混合液加入搅拌机，与S1中的胶凝材料和集料共同搅拌1min～5min，得到坍落度为180～220mm的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土。
下面通过2个对比例和4个实施例进一步地具体说明。
如表1所示，其中对比例1～2为不掺加微珠降粘材料，实施例3～6为本发明中用于高塔墩柱施工的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土。在实施例3～6中，实施例4为实际应用于某桥主塔墩柱的C55胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土理论配合比，设计使用寿命100年；对比例1～2和实施例3、5～6为进行研究的试验示例。
表1对比例与实施例中各组分质量份配比表
实施例4的胶凝材料中水泥、粉煤灰、微珠降粘材料的质量比为：0.65：0.25：0.10，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰。
实施例3～6中的集料按质量份计，每1份所述集料包括0.58份粗集料和0.42份细集料。粗集料采用粒径为5～25mm连续级配碎石；细集料采用天然河砂，细度模数为2.9。
实施例3～6中的微珠降粘材料细度按45μm筛余为0.8％，流动度比为106％，粘度比为56％，28天活性指数为102％；减水剂聚羧酸系高性能减水剂，减水率29％；水用长江水。
对比例1～2中所用材料(除矿渣粉外)与实施例3～6中材料相同。
下面对实施例1～6中的混凝土按照以下试验方法标准进行性能测试。
倒置坍落度筒排空试验：按照《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》GB/T50080-2016测试。
塑性粘度试验：采用混凝土旋转流变仪法测试。
抗裂等级：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009及《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193-2009评价抗裂等级，试件尺寸为800mm×600mm×100mm的平面薄板型试件。
抗压强度：根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002检测混凝土抗压强度，试件尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体。
收缩率：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009检测混凝土收缩率，试件尺寸为100mm×100mm×515mm的小梁试件。
电通量：根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009检测混凝土氯离子扩散系数，试件尺寸为Φ100×50mm的圆柱体。
对比例与实施例根据以上试验方法得出的各项性能数据如表2所示。
表2对比例与实施例的性能测试数据表
可以看出，对比例1～2与实施例3～6相比：①对比例1～2的胶凝材料用量远高于实施例3～6；②对比例1～2的混凝土拌和物倒置坍落度筒排空时间远长于实施例3～6；③对比例1～2的混凝土塑性粘度远大于实施例3～6；④对比例1～2的混凝土水化温升峰值高于实施例3～6在10℃以上；⑤对比例1～2的28d抗压强度与实施例3～6接近，但抗裂等级、56d电通量和28d收缩率远不及实施例3～6好。因此，实施例3～6胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土胶凝材料用量少，粘度小易泵送，温升峰值低，收缩率小，抗裂性好，耐久性好。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：按质量份计，包括422～468份胶凝材料、1760～1860份集料、4.43～5.50份减水剂和140～150份水；
其中，422～468份所述胶凝材料包括274～310份水泥、84～143份粉煤灰和34～57份微珠降粘材料。
2.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中水泥、粉煤灰和微珠降粘材料的质量份比为0.65：0.25：0.10。
3.如权利要求2所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：按质量份计，包括448份胶凝材料、1824份集料、4.93份减水剂和144份水；
其中，448份所述胶凝材料包括291份水泥、112份粉煤灰和45份微珠降粘材料。
4.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述微珠降粘材料包括憎水矿粉微珠和从矿渣粉和/或粉煤灰中提取的球状、连续粒径分布、实心的超细微珠，所述憎水矿粉微珠与所述超细微珠掺配形成降粘粉末，所述降粘粉末密度为2.60g/cm3，细度按45μm筛余为≤6％，流动度比≥105％，粘度比≤65％，28天活性指数≥85％。
5.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
6.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰。
7.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，其减水率≥25％。
8.如权利要求1所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述集料包括粗集料和细集料，按质量份计，每1份所述集料包括0.58份粗集料和0.42份细集料。
9.如权利要求8所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土，其特征在于：所述粗集料采用粒径为5～25mm连续级配碎石，所述细集料采用天然河砂，细度模数为2.5～3.0。
10.一种如权利要求1至9任一所述的胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述胶凝材料和所述集料加入搅拌机，均匀搅拌20s～50s，转到步骤S2；
S2：将所述减水剂与所述水混合得到混合液；将所述混合液加入所述搅拌机，共同搅拌1min～5min，得到坍落度为180～220mm的所述胶凝材料用量低、易泵送的高强混凝土。
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