CN109369097A

CN109369097A - 一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土

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Publication number: CN109369097A
Application number: CN201811323941.3A
Authority: CN
Inventors: 梁权刚; 杨浩; 崔正严; 沈益军; 别海亮; 张明皋
Original assignee: China Nuclear Industry Huaxing Construction Co Ltd
Current assignee: China Nuclear Industry Huaxing Construction Co., Ltd; Jiangsu Zhonghe Huaxing Engineering Testing Co., Ltd
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-02-22
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN109369097B

Abstract

本发明涉及一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，属混凝土技术领域。在单掺粉煤灰的情况下实现了混凝土表观密度≥2400kg/m³，28d抗压强度≥70MPa、28d抗拉强度≥4.7MPa的要求、365d干缩率≤519×10^‑6、365d的受压徐变度≤28.0×10^‑6/MPa、365d受压徐变系数≤0.72。本发明的显著特点是用该混凝土配合比拌制混凝土无特殊搅拌工艺、搅拌简便、可改变搅拌加料顺序。混凝土拌合物粘度适中、黏聚性好、施工时泵压小易于泵送浇筑，混凝土抗裂性能好、收缩小和徐变低、体积稳定性好，使用于高强度应力复杂大体积混凝土施工减少裂缝产生的几率。混凝土单掺粉煤灰可减少搅拌站的料仓配置与合理使用机制砂中的石粉，避免资源浪费，降低能耗，大大降低了成本，符合混凝土绿色发展之路。摘要不得超出300字，故删除。

Description

一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土

技术领域

本发明涉及一种混凝土，尤其涉及一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，属于混凝土技术领域。

背景技术

据申请人了解，WWER堆型核电站反应堆厂房筏基用混凝土要求为强度等级B55、表观密度≥2400kg/m³、28d抗压强度≥70MPa、28d抗拉强度≥4.7MPa、365d干缩率≤519×10^-6、365d受压徐变系数≤0.72、拌合物坍落度(160±30)mm、不离析泌水，具有良好的黏聚性和可塑性。筏基的几何形体为直径51.2m，厚度3m、筏基上部中间存在深度2m面积452m²的不规则五边形凹坑、筏基顶面90度～270度有四个直径2m的安注系统贯穿件、筏基底部半径R19400处有2m宽环筏基的预应力张拉廊道，一次浇筑混凝土5250立方米。因此，该筏基混凝土特点是强度高、收缩与徐变小，同时要满足异型结构在冬期施工的防裂和抗裂要求。

为满足混凝土性能及使用要求，其常用做法是：使用低混凝土强度等级，如C25或其以下强度等级，采用低水泥用量和高掺合料，再利用60天或90天龄期强度来降低混凝土绝热温升和内外部温差，以降低开裂风险。而复杂结构的其它强度等级，如C40，为防止混凝土开裂，在配合比设计时加入纤维或者膨胀剂。反应堆厂房筏基不仅考虑的是混凝土在施工时的绝热温升导致的开裂风险，同时要考虑筏基的长期体积稳定性。申请人检索发现，申请号201610273924.8，申请日2016年04月28日，名称《利用粉煤灰和矿粉双掺技术配制的抗裂大体积混凝土》中公开了利用矿粉，取代水泥降低水化热量，从而减少裂缝的产生，增加早期抗拉强度。掺合料双掺或多掺可适当改善混凝土抗拉强度和绝热温升，但相对反应堆厂房，筏基混凝土要求的表观密度、收缩与徐变有负面影响，尤其是高强度低水胶比混凝土拌合物的黏性非常大，不利于混凝土的施工。当在混凝土中掺入纤维时易使混凝土单方用水量增加，降低混凝土抗拉强度的同时诱导混凝土泌水，不利于大体积混凝土抗裂；在混凝土中掺膨胀剂时，混凝土绝热温升有导致混凝土延迟钙矾石反应产生体积膨胀破坏结构的风险。同时，反应堆厂房筏基在结构上面积大、厚度大、非中心不规则的凹坑区域存在变截面、安注系统贯穿件等因素和在冬期浇筑使混凝土温升应力变化复杂，增加了筏基裂缝控制的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中缺少满足反应堆厂房和筏基混凝土要求的混凝土，利用现有的普通混凝土原材料，提出核电站用低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，具有强度高、收缩和徐变小、抗裂性能好等优点，解决大体积混凝土施工的抗裂性能和长期体积稳定性。

为了达到上述目的，本发明由以下技术方案解决技术问题：一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土各原材料组分质量百分数如下：

水泥：(14～19)％；粉煤灰：(2～6)％；水：(5～8)％；外加剂：(0.15～0.4)％；砂：(25～31)％；碎石A:(20～25)％；碎石B:(20～25)％。

作为优选方案，本发明提供的低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土各原材料组分质量百分数如下：

水泥：16.63％；粉煤灰：3.32％；水：6.65％；外加剂：0.25％；砂：28.51％；碎石：22.32％；碎石：22.32％。

进一步的，所述的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，水化热3d≤251kJ/kg、水化热7d≤293kJ/kg、C₃A≤7％、C₃S≤57％、C₂S≤30％、干缩＜1000μm/m。

进一步的，所述的粉煤灰为F类Ⅰ级。

进一步的，所述的水为饮用水。

进一步的，所述的碎石A为(5～16)mm连续粒级，含泥量≤1％；所述碎石B为(16～31.5)mm单粒粒级，含泥量≤1％。碎石A与碎石B混合后满足(5～31.5)mm连续粒级要求。

进一步的，所述的机制砂为中砂，0.075mm以下颗粒经亚甲蓝鉴别为石粉，其含量在5％～7％，含泥量≤2％。

进一步的，所述的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，具有缓释缓凝抗裂早强，减水率≥30％；

水泥的组分对混凝土的性能影响很大。一般来说水泥中组分C₃A含量较大，水泥干缩较大。而对于徐变具体试验数据见表1，数据表明，熟料中C₂S及C₃S的含量对混凝土徐变影响较大，徐变随C₂S含量的增大而增大，而随C₃S含量的增加而减小。对于混凝土绝热温升，水泥组分C₃A、C₃S含量高，水泥水化热大，导致混凝土绝热温升高、需水量大、与外加剂相容性差。因此，通过水泥组分控制来减少混凝土的绝热温升、收缩与徐变，从而达到施工抗裂，和实现长期的体积稳定性。

表1水泥熟料矿物组成对混凝土徐变影响

为实现高性能混凝土性能，在配制时一般采用粉煤灰、矿粉或硅灰等掺合料进行组合双掺或多掺，利用其物理减水、填充、二次水化等降低混凝土绝热温升，提高强度与耐久性。但在高强度低水胶比下，会导致混凝土拌合物过粘、甚至出现板结，不利于施工。尤其是在矿粉与硅粉组合双掺或多掺时，对收缩与徐变不利，大幅度降低混凝土的表观密度。因此，选择粉煤灰作为掺合料抑制混凝土收缩与徐变，降低绝热温升，同时利用花岗岩机制砂的石粉促进水泥水化，改善抗拉强度，提高混凝土表观密度。

粉煤灰具有滚珠效应、微集料效应和火山灰效应。粉煤灰的滚珠效应使其在混凝土拌合物内具有滚珠轴承作用，改善混凝土的工作性。粉煤灰的微集料效应是其微小颗粒填充到水泥颗粒之间的缝隙，改善了混凝土的微观结构，增加了混凝土的密实性。滚珠效应与微集料效应交互作用使水泥颗粒均匀分布，阻止水泥颗粒聚集，利于胶凝材料水化，减少用水量，使混凝土不离析，泌水减少，改善混凝土的工作性能，减小混凝土的收缩与徐变，提高混凝土抗裂性能。粉煤灰的火山灰效应是粉煤灰中的活性成分铝硅玻璃体与水泥水化产生的Ca(OH)₂发生二次反应生成水化硅酸钙等，削弱了Ca(OH)₂在混凝土界面过渡的结晶，降低了混凝土内部的空隙，改善混凝土内部结构，提高了混凝土的密实性和强度。火山灰活性使粉煤灰能够延长混凝土的凝结时间、弹强比小、减少干缩、降低绝热温升等，尤其是混凝土弹强比小，使掺入粉煤灰后，混凝土抗裂性得到了提高。

花岗岩石粉具有微集料填充作用、微晶核作用、吸水作用。花岗岩石粉微集料填充作用提高了混凝土拌合物的均匀性和密实性，优化和填充了硬化后混凝土的孔隙结构，使混凝土内部毛细孔细化，孔隙率减小，改善了孔结构。花岗岩石粉微晶核作用可以使水泥水化加速，避免水化反应生成物的集中出现，使混凝土内部孔隙率有效降低，提高抗压和抗拉强度。花岗岩石粉吸水作用可以使混凝土水灰比降低，混凝土的粘聚性和保水性增强，减少混凝土内部游离水在反应界面上的聚集，利于水泥浆体和骨料间界面的改善。花岗岩石粉的组分基本为非活性，当被机制砂带入混凝土中时，石粉颗粒可改善粗细骨料的级配，极细颗粒视为掺合料，其三个作用有利于改善混凝土的收缩和徐变，提高混凝土的表观密度，同时避免清除的能耗。

聚羧酸系高性能减水剂缓凝缓释使混凝土拌合物的保坍好，低水胶比时拌合物粘度适中，利于混凝土黏聚性和降低泵送泵压，易于混凝土施工。聚羧酸系高性能减水剂具有缓凝早强，可推迟混凝土绝热温升峰值的来临时间和降低峰值，减小温差形成的应力，当混凝土凝结后迅速提高混凝土的抗拉强度，增加混凝土的抗裂性能。聚羧酸系高性能减水剂与萘系减水剂和氨基磺酸系减水剂相比，具有较低的表面张力，张力值见表2。表面张力的降低可以显著降低由干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生的压力差，从而减小混凝土的收缩，此外其对混凝土孔隙结构的改变也直接影响混凝土的收缩性能，因此，掺聚羧酸系高性能减水剂能有效降低混凝土的收缩，以达到提高混凝土抗裂性的作用。混凝土的徐变与材料的可蒸发水含量和状态有关，掺加聚羧酸系高性能减水剂可以细化水泥石孔结构，使结构更加致密，降低孔隙率，抑制混凝土内水分传输，从而降低了混凝土的干燥徐变，在密封状态下，也会削弱混凝土内部水分传输的强度，延长其传输时间，从而降低基本徐变。

表2主要几种高效减水剂的碱含量及表面张力

将这些组份按比例混合后制成的本发明一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土可以通过各组份原有特性的有机结合，来满足反应堆厂房筏基混凝土的各项要求。

本发明的有益效果：

(1)无特殊搅拌工艺，搅拌简便，可改变搅拌加料顺序。

(2)选用聚羧酸系高性能减水剂缓凝缓释使混凝土拌合物的保坍好，低水胶比时拌合物粘度适中，利于混凝土黏聚性和降低泵送泵压，易于混凝土施工。

(3)综合水泥、粉煤灰、外加剂、机制砂与碎石特性来改善混凝土性能获得混凝土绝热温升低、强度高、抗裂性能好、收缩小和徐变低、体积稳定性好，使用于高强度应力复杂大体积混凝土施工减少裂缝产生的几率，保证了混凝土耐久性。

(4)混凝土单掺粉煤灰可减少搅拌站的料仓配置与合理使用机制砂的石粉，避免资源浪费，降低能耗。同时，配合比使用材料方便易取，大大降低了成本，符合混凝土绿色发展之路。

具体实施方式

以下结合具体实施对本发明提出的一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的特征将更清楚。

实施例一

本实施例提供一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，所述混凝土各原材料组分质量百分数如下：

作为优选方案，本实施例提供的低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土各原材料组分质量百分数如下：

其中，所述的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，水化热3d≤251kJ/kg、水化热7d≤293kJ/kg、C₃A≤7％、C₃S≤57％、C₂S≤30％、干缩＜1000μm/m。

所述的粉煤灰为F类Ⅰ级，符合GB/T1596-2017的要求。

所述的水为饮用水，符合JGJ63-2006的要求。

所述的碎石A为(5～16)mm连续粒级，含泥量≤1％；所述碎石B为(16～31.5)mm单粒粒级，含泥量≤1％。碎石A与碎石B混合后符合JGJ52-2006规定的(5～31.5)mm连续粒级级配要求。

所述的机制砂为中砂，优选采用细度模数2.4～3.0，0.075mm以下颗粒经亚甲蓝鉴别为石粉，含量在5％～7％，含泥量≤2％。

本领域常用的外加剂均适用于本发明，优选的，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂、FDN减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种，更优选为聚羧酸系高性能减水剂。

所述的，优选的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，具有缓释缓凝抗裂早强，减水率≥30％。

本实施例的低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，可采用常规方法制备得到，优选的制备方法：依次将碎石B、碎石A、机制砂、水泥、粉煤灰加入强制式搅拌机中搅拌均匀，然后加入三分之一的水搅拌15秒，再加入三分之一的水和外加剂的混合液搅拌15秒，最后加入剩下的三分之一的水后充分搅拌45秒，混凝土卸至混凝土搅拌运输车运输到施工现场，供施工使用。

对上述制得的低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土的原材料进行检测，P·O42.5普通硅酸盐水泥水泥检测结果见表3、F类I级粉煤灰检测结果见表4、碎石A(5～16)mm和碎石B(16～31.5)mm的按质量1:1混合后检测结果与机制砂检测结果见表5、聚羧酸系高性能减水剂检测结果见表6、水检测结果见表7。

表3水泥检测结果

表4粉煤灰检测结果

表5碎石检测结果

表6聚羧酸系高性能减水剂检测结果

表7拌合水检验结果

用在检定有效期的计量秤，分别称取经过检测过的混凝土原材料P·O42.5水泥400kg，(5～16)mm级配碎石537kg，(16～31.5)mm级配碎石537kg，机制砂686kg，粉煤灰80kg，搅拌用水160kg，聚羧酸系高性能减水剂6.00kg，依次将碎石B、碎石A、机制砂、水泥、粉煤灰加入强制搅拌机中搅拌均匀，然后加入三分之一的水搅拌15秒，再加入三分之一的水和外加剂的混合液搅拌15秒，最后加入剩下的三分之一的水后充分搅拌45秒，混凝土卸至混凝土搅拌运输车运输到施工现场，供浇筑筏基施工使用。

混凝土施工完成后跟踪至一年表面无开裂，在施工过程中随机抽查混凝土，检测其标准养护条件下测定结果，结果见表8。

表8混凝土随机抽取测定结果1

实施例二

本实施例除使用的外加剂外，其它与实施例一相同，不同之处如下描述：

将复合高浓型FDN外加剂的性能调整至与实施例一相同掺量且减水率≥30％时，并将实施例一的外加剂做相同质量代换为复合高浓型FDN外加剂，其它组分与搅拌方式与实施例一一致，对得到的混凝土进行抽查取样，检测其标准养护条件下测定结果，结果见表9。

表9混凝土抽查取样测定结果2

由上述实施例及相应数据可知，本发明的混凝土拌合物粘度适中、黏聚性好、施工时泵压小易于泵送浇筑，混凝土抗裂性能好、收缩小和徐变低、体积稳定性好、抗裂性能优越，完全满足反应堆厂房和筏基对于混凝土的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动在内。

Claims

1.一种低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于，各原材料质量占总质量百分数范围：

2.根据权利要求1所述低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于，各原材料质量占总质量百分数：

3.根据权利要求1所述低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于，各组分材料质量比为：

水泥∶水∶砂∶碎石A∶碎石B粉煤灰∶外加剂＝1∶0.40∶1.71∶1.34∶1.34∶0.20∶0.015。

4.根据权利要求1所述低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为F类Ⅰ级；所述碎石A为(5～16)mm连续粒级的花岗岩，所述碎石B为(16～31.5)mm单粒粒级的花岗岩；所述砂为花岗岩机制砂；所述拌合水为饮用水；所述外加剂为聚羧酸系高性能减水剂、FDN减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种。

5.根据权利要求4所述低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于：所述P·O42.5普通硅酸盐水泥的C₃A含量≤7％、C₃S≤57％、C₂S≤30％、干缩＜1000μm/m、水泥水化热3d≤251kJ/kg、7d≤293kJ/kg；所述机制砂为中砂，0.075mm以下颗粒经亚甲蓝鉴别为石粉，含量在5％～7％；所述外加剂具有缓释缓凝抗裂早强，减水率≥30％；所述碎石A与碎石B混合后满足5～31.5mm连续粒级要求；所述粉煤灰需水量比≤95％、烧失量≤5％；所述拌合水符合国家现行标准JGJ63-2006要求。

6.根据权利要求1所述低收缩低徐变抗裂高性能大体积混凝土，其特征在于：配制的混凝土表观密度≥2400kg/m³；所述配制的混凝土28d抗压强度≥70MPa；所述配制的混凝土28天抗拉强度≥4.7MPa；所述配制的混凝土365d的干缩率≤518×10^-6；所述配制的混凝土365d的受压徐变度≤28.0×10^-6/MPa；所述配制的混凝土徐变系数≤0.72。