CN109384429A - 一种抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种适合超高面板堆石坝面板一次成型用的抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用。该混凝土包括水泥、矿物外加剂、减缩剂、减水剂、引气剂、膨胀剂、混合纤维、骨料混合料和水，通过对其组分和比例进行调整和选择，得到的混凝土的抗冻等级超过F400，抗开裂等级为I级，抗渗能力不低于W12级。该方法制备的新拌混凝土的塌落度控制在50‑70mm；在溜槽浇筑过程中没有出现浆骨分离现象，满足面板堆石坝面板连续浇筑的要求。此外，该混凝土中水泥和矿物外加剂的用量以及混凝土的水胶比通过经广泛试验和总结得到的计算公式进行优化，省去了传统面板混凝土配制中需反复试验和调整的过程，简化了配合比确定的过程。

Description

一种抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种适合超高面板堆石坝面板一次成型用的抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土面板堆石坝是以堆石体为支撑结构，并在其上游表面设置混凝土面板作为防身结构的一种堆石坝，坝工界普遍认为，坝高超过150m的混凝土面板堆石坝叫超高面板坝。混凝土面板堆石坝对地形地质条件的适应性能良好，对多雨和恶劣气候适应性强，对外来物资需求少，工程量相对较小，建设速度快，运行安全，容易维护，因此面板堆石坝是国内外水利工程中使用较为常见的一种土石坝型。
目前，关于混凝土面板堆石坝面板的施工技术和相关研究已比较充分，一般采用一次张拉成型和分期多次张拉成型两种方法，对于中小混凝土面板坝，采用一次浇筑面板方式较多；对于超高混凝土面板坝则采用二或三期连续浇筑的方式进行施工，很少采用一次张拉成型方案。
随着混凝土面板堆石坝的高度不断增加，相应的施工工艺和技术要求也越来越高，工程质量的控制也越来也困难。例如，墨西哥的阿瓜米尔帕坝(坝高187m)和中国的天生桥一级坝(坝高187m)都出现了大量的结构性裂缝，导致面板漏水；巴西巴拉格兰德坝(坝高185m)和肯博诺沃坝(坝高202m)都出现了面板沿垂直缝的挤压破坏。导致混凝土面板坝面板出现上述问题的原因，很大程度上与面板的分期施工有关。因此，超高面板坝的设计倾向于以一次性成型为主。
超高面板坝的混凝土面板难以一次性张拉成型的原因，一方面与工程地质构造、大坝的结构设计、堆石体材料特性、施工设备和工艺等因素有关，另一方面也与使用的面板混凝土的性能有关。超高面板坝的坝高普遍在150m以上，面板斜长普遍在200m左右，新拌混凝土在溜槽输送、人工布料、入仓和振捣的过程中，极易发生离析、浆骨分离、中小石分离、坍落度损失、含气量损失等问题。因此，超高面板坝面板对新拌混凝土的工作性提出了较高的要求。同时，在混凝土面板服役过程中，温度、湿度等因素都会导致面板的开裂乃至破坏，如面板堆石坝面板的比表面积和体积比极大，遭受大幅温降时，面板堆石坝面板会产生较大的温度收缩，在垫层和相邻仓面的约束作用下，面板堆石坝面板内部会产生较大的温度应力，导致面板堆石坝面板产生温度裂缝。一般的，混凝土面板为薄壁长条形结构，其长度越大，遭受温降时的收缩变形量也越大，而受到垫层和相邻仓面的约束作用也越强，因此发生开裂的几率也就越高。反复的冻融交替可使得面板混凝土内部孔隙溶液中的水分不断的结冰和融化，会导致面板堆石坝面板发生破坏，这与混凝土的抗渗能力较低、抗冻能力不足有关；在混凝土面板服役过程中，由于面板堆石坝面板的厚度相比于其表面积极小，混凝土浇筑后的失水问题严重，干燥收缩、塑性收缩等引发开裂的问题不容忽视，这与面板混凝土自身的抗开裂能力不足、极限变形能力不够有关。因此，超高面板堆石坝面板性能提升的关键在于采用具有抗冻能力、抗渗等级和抗温度变形能力的混凝土，同时对混凝土的抗开裂能力和极限变形能力也提出了要求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的超高面板堆石坝面板易开裂，抗冻、抗渗能力差以及施工过程中新拌混凝土易发生离析等缺陷，从而提供一种抗冻防裂混凝土及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提供的抗冻防裂混凝土，包括水泥和矿物外加剂，其中，以水泥和矿物外加剂总质量为100份计，还包括如下质量份的组分：
所述矿物外加剂由粉煤灰，矿渣和硅灰按照质量比(65-70):(27-30):(3-5)组成。
所述水泥和矿物外加剂的用量满足式I要求，
式I中，x为矿物外加剂占水泥和矿物外加剂总质量的百分比；fc为所述抗冻防裂混凝土28d龄期设计强度，单位是MPa；η和ω为与矿物外加剂组分比例有关的计算系数，分别按照以下公式计算：
式II，式III中，δFA为矿物外加剂中粉煤灰的质量分数；δSF为矿物外加剂中硅灰的质量分数。
所述抗冻防裂混凝土中水泥和矿物外加剂的用量满足式IV要求：
式IV中，ω为混凝土中水的质量；b为混凝土中水泥和矿物外加剂的总质量，其中，拌和水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值为水胶比；λ和β为与矿物外加剂有关的计算系数，分别按照以下公式计算：
λ＝-0.12x2+4.39x-24.52 式V
β＝0.29x2-11.92x+113.19 式VI。
所述减缩剂包括聚乙烯醇，丙三醇，正硅酸四乙酯和甲酸钙，其质量比为(52-58)：(11-14)：(21-23)：(10-11)。
所述减水剂包括聚羧酸系减水剂，萘系减水剂和氨基磺酸盐系减水剂，其质量比为(82-87)：(9-11)：(4-7)。
所述引气剂包括聚羧酸系引气剂，松香类引气剂和树脂类引气剂；其中，所述聚羧酸系引气剂和所述松香类引气剂的质量比为(78-86)：(14-22)；所述树脂类引气剂的用量为聚羧酸系引气剂和松香类引气剂总质量的3％-5％；优选的，所述树脂类引气剂为聚乙烯醇交联聚合物。
所述膨胀剂包括氧化镁，铝粉和铝酸钠，其质量比为(89-92)：(1.2-1.5)：(6.5-9.8)。
所述混合纤维包括聚乙烯醇和聚丙烯酸，其质量比为(40:60)-(60:40)；优选的，所述聚乙烯纤维的弹性模量为25-45GPa，所述聚丙烯酸的弹性模量为25-45GPa。
所述骨料混合料包括石子混合料和砂子；优选的，所述砂子占骨料混合料的质量分数为35％-45％；所述石子混合料包括公称粒径为20-40mm的连续级配石子和公称粒径为5-20mm连续级配石子，其质量比为(45:55)-(55:45)。
本发明提供的抗冻防裂混凝土的制备方法，包括，
拌和成型：将水泥和水搅拌混合，依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料，搅拌混匀，得新拌混凝土；将新拌混凝土浇筑到模板中，经干燥，脱模和养护后，得到混凝土。
所述引气剂的混合方法为：先将聚羧酸系引气剂和松香类引气剂混合，加入树脂类引气剂，得到胶态引气剂。
所述养护过程为新拌混凝土浇筑到模板后，立即覆盖塑料布；新拌混凝土终凝后，表面覆盖土工膜，采用长流水的方式进行养护，养护温度为13-26℃。
本发明技术方案中对水泥没有特殊要求，可以为常规市售水泥产品。其中，所述水泥的标号可以为32.5级，42.5级等；所述水泥可以为普通硅酸盐水泥(P·O)，中热硅酸盐水泥(P·MH)和低热硅酸盐水泥(P·LH)等中的任一种。
本发明提供的的抗冻防裂混凝土在超高面板堆石坝中的应用。具体的应用方法同上述混凝土的制备方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的抗冻防裂混凝土，由特定配比的原料组分组成，该混凝土具有较好的抗冻耐久性和抗开裂性能。经400次冻融循环后，相对动弹性模量保留值仍在75％以上；抗冻等级超过F400；根据《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCES01-2005)中的平板法测试，该混凝土的抗开裂等级为I级；并且该混凝土硬化后的体积稳定性高，抗开裂能力强，受外界温度变化影响的开裂敏感性降低，减小了面板混凝土浇筑后的技术要求，加快了施工的进度；同时，该混凝土具有较好的孔结构特性，可以保证混凝土具有良好的抗冻性能。
2.本发明提供的抗冻防裂混凝土，该混凝土中水泥和矿物外加剂的用量以及面板混凝土的水胶比可以通过特定的计算公式进行优化，所述计算公式是在广泛试验和总结的基础上得到的，综合考虑了矿物外加剂的活性、产量和相互比例，省去了传统面板混凝土配制中需反复试验和调整的过程，简化了面板混凝土配合比确定的过程，缩短了确定矿物外加剂的周期，降低了主观经验的影响且避免人为操作的误差，材料各组分用量的确定更准确，原材料成本的控制也更严格；同时，利用该计算公式计算各组分的用量，能够在满足面板混凝土强度、工作性和耐久性的前提下，最大限度的增加矿物掺合料的用量，降低了混凝土的生产成本。
3.本发明提供的抗冻防裂混凝土，该混凝土中矿物外加剂通过对粉煤灰、矿渣和硅灰的比例进行调整，充分利用粉煤灰和矿渣的“减水效应”和硅灰的“增稠效应”来改善新拌混凝土的和易性，并发挥粉煤灰、矿渣和硅灰的“二次水化”作用来提高硬化混凝土的密实程度，改善硬化混凝土的耐久性能。
4.本发明提供的抗冻防裂混凝土，通过调整减缩剂、减水剂、引气剂、膨胀剂、骨料混合料、混合纤维和矿物外加剂等各组分的用量，使各组分之间具有较好的相容性。
使用聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙作为减缩剂，可以降低硬化混凝土毛细孔中水的表面活性，对混凝土的毛细孔进行封堵，减少混凝土干燥过程中的水分蒸发，降低混凝土的干燥收缩。
使用聚羧酸系减水剂，萘系减水剂和氨基磺酸盐系减水剂作为减水剂，使新拌混凝土的和易性得到改善，保证新拌混凝土能够在较少拌合水用量的情况下，具有较高的流动性能。
使用聚羧酸系引气剂，松香类引气剂和树脂类引气剂作为引气剂，可以改善混凝土的孔结构特性，增加混凝土的含气量，提高混凝土的抗冻能力。
使用氧化镁，铝粉和铝酸钠作为膨胀剂，能够在混凝土水化过程中产生体积膨胀，减小混凝土内部的缺陷，使混凝土内部更加密实，提高混凝土的抗开裂能力；同时，由于膨胀剂使混凝土内部产生微膨胀，毛细孔的尺寸被缩小，干燥失水过程中，毛细孔内水分的逸出通道减少，从而使失水过程变得困难，硬化混凝土在干燥情况下的失水收缩降低。
骨料混合料的制备中，通过对中石和小石配比的选择，可以减少骨料堆积中空隙的产生，降低混凝土中水泥的用量，同时使混凝土具有较好的浇筑性能。
5.本发明提供的抗冻防裂混凝土的制备方法，该过程制备得到的新拌混凝土的坍落度控制在50-70mm，水化1h的坍落度损失不超过35％；该新拌混凝土具有较好的和易性可以使新拌混凝土在硬化后具有较好的孔结构性，提高了混凝土的抗冻性能。
6.本发明提供的抗冻防裂混凝土的制备方法，该方法制备的混凝土具有较好的抗渗能力，其抗渗能力不低于W12级；此外，面板混凝土的强度增长后劲较足，其90d龄期的抗拉强度较28d龄期可提高17％-23％。
7.本发明提供的抗冻防裂混凝土在超高面板堆石坝中的应用。该混凝土具有较好的和易性、流动性和粘聚性，在溜槽浇筑过程中没有出现浆骨分离的现象，可连续性一次浇筑成型，无需多次分期，加快了施工的进度，降低了施工周期；通过减少养护过程中喷洒密封剂的步骤，简化了养护程序，满足面板堆石坝面板连续浇筑的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1实施例5面板坝面板混凝土冻融前后孔结构特性；
图2实施例5面板坝混凝土面板硬化成型后的效果。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种抗冻防裂混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙按质量比52:11:21:10充分混合，得到减缩剂；聚羧酸醚、萘黄酸钠甲醛聚合物和氨基磺酸钠按固含量的质量比82:9:4充分混合，得到减水剂；聚羧酸乙醚和松香酸钠按固含量的质量比78:14充分混合，并向混合液中加入混合液质量3％的聚乙烯醇交联聚合物，得到引气剂；氧化镁、铝粉和铝酸钠按质量比89:1.2:6.5充分混合，得到膨胀剂。公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子和公称粒径为5-20mm连续级配人工碎石石子按质量比50:50充分混合，得到粗骨料混合料，按粗骨料混合料质量的35％称量相应质量的II区砂中砂天然河砂砂子，与粗骨料混合料充分混合后，得到骨料混合料。II粉煤灰、S95矿渣和硅灰按质量比65:27:5充分混合均匀，作为矿物外加剂。弹性模量为25GPa、断裂伸长率为6％的聚乙烯醇纤维和弹性模量为45GPa、断裂伸长率为8％聚丙烯醇纤维按质量比60:40充分混合均匀，得到混合纤维。
面板混凝土的设计强度等级为C25，28d龄期的理论配制强度为32.4MPa，选用的水泥为PO32.5级，计算出矿物外加剂F质量占水泥和矿物外加剂F总质量的比例为20.5％。根据面板混凝土的28d龄期的设计强度，确定混凝土的拌合水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值即水胶比的大小为0.41。
称取132kg的拌合水，称取256kg水泥和66kg的矿物外加剂，其中粉煤灰44.2kg，矿渣18.4kg，硅灰3.4kg。依次称取水泥和矿物外加剂总份数0.1％的减缩剂322g，0.6％的减水剂1.93kg，0.03％的引气剂97g，0.06％的膨胀剂194g，0.17％的混合纤维0.55kg。根据水泥和矿物外加剂总量的4.85倍称取骨料混合料1561kg，其中II区砂中砂天然河砂砂子的质量为547kg，公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石中石子质量为507kg，公称粒径为5-20mm的连续级配人工碎石小石子质量为507kg。
将水泥和水搅拌混合，并依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料。搅拌混合后，得坯料，将坯料通过溜槽一次性连续浇筑到面板堆石坝面板的模槽中；经干燥，脱模和自然养护后，即得到该坝的面板混凝土。
施工过程中未发生离析、堵塞溜槽的现象。经检测，本发明制备的面板混凝土的抗冻等级为F450；平板法观测结果表明，混凝土无裂缝出现，抗开裂等级为I级；经历450次快速冻融循环后，混凝土的质量损失仅为4.3％，相对动弹模量降为61.4％；面板混凝土总孔隙率为5.1％；28d龄期抗压强度平均值为29.4MPa，标准差为3.2MPa；抗渗等级为W13；90d龄期的抗拉强度为3.57MPa，28d龄期的抗拉强度3.05MPa；出机口坍落度为6.2cm，1h后的入仓坍落度为4.3cm。
实施例2
本实施例提供了一种抗冻防裂混凝土的制备方法，具体如下：
聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙按质量比58:14:23:11充分混合，得到减缩剂；聚羧酸酯、萘黄酸钠甲醛聚合物和氨基磺酸甲醛聚合物按固含量的质量比87:11:7充分混合，得到减水剂；聚羧酸硫酸钠和松香甲醛按固含量的质量比86:22充分混合，并向混合液中加入混合液质量4％的聚乙烯醇交联聚合物，得到引气剂；氧化镁、铝粉和铝酸钠按质量比92:1.5:9.8充分混合，得到膨胀剂。公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子和公称粒径为5-20mm连续级配人工碎石石子按质量比48:52充分混合，得到粗骨料混合料，按粗骨料混合料质量的38％称量相应质量的II区砂中砂天然河砂砂子，与粗骨料混合料充分混合后，得到骨料混合料。II粉煤灰、S95矿渣和硅灰按质量比70:30:4充分混合均匀，作为矿物外加剂。弹性模量为25GPa、断裂伸长率为6％的聚乙烯醇纤维和弹性模量为45GPa、断裂伸长率为8％聚丙烯醇纤维按质量比60:40充分混合均匀，得到混合纤维。
面板混凝土的设计强度等级为C30，28d龄期的理论配制强度为37.5MPa，选用的水泥为PO 42.5级，计算出矿物外加剂F质量占水泥和矿物外加剂总质量的比例为15.7％。根据面板混凝土的28d龄期的设计强度，确定混凝土的拌合水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值即水胶比的大小为0.43。
称取140kg的拌合水，称取274kg水泥和51kg的矿物外加剂，其中粉煤灰34.4kg，矿渣14.7kg，硅灰2kg。依次称取水泥和矿物外加剂总份数0.12％的液减缩剂391g，0.8％的减水剂2.6kg，0.03％的引气剂98g，0.05％的膨胀剂163g，0.31％的混合纤维1.0kg。根据水泥和矿物外加剂总质量的5.62倍称取骨料混合料1830kg，其中II区砂中砂天然河砂砂子的质量为695kg，公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石中石子质量为545kg，公称粒径为5-20mm的连续级配人工碎石小石子质量为590kg。
将水泥和水搅拌混合，并依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料。搅拌混合后，得坯料，将坯料通过溜槽一次性连续浇筑到面板堆石坝面板的模槽中；经干燥，脱模和自然养护后，即得到该坝的面板混凝土。
施工过程中未发生离析、堵塞溜槽的现象。经检测，本发明制备的面板混凝土的抗冻等级为F400；平板法观测结果表明，混凝土无裂缝出现，抗开裂等级为I级；经历400次快速冻融循环后，混凝土的质量损失仅为4.76％，相对动弹模量降为61.3％；面板混凝土总孔隙率为5.3％；28d龄期抗压强度平均值为36.3MPa，标准差为2.4MPa；抗渗等级为W12；90d龄期的抗拉强度为4.48MPa，28d龄期的抗拉强度3.76MPa；出机口坍落度为6.6cm，1h后入仓坍落度为4.5cm。
实施例3
本实施例提供了一种抗冻防裂混凝土的制备方法，具体如下：
华北地区某堆石面板坝最大坝高120.3m，钢筋混凝土面板最大斜长近203m，混凝土浇筑工程量3.4万m3，总计面积6.69万m2。该面板堆石坝处于寒冷地区，冬季记录最低气温可达-40℃，面板堆石坝面板抗冻性能要求突出。
聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙按质量比52:14:23:11充分混合，得到减缩剂；聚羧酸丙烯酸、萘黄酸钠甲醛聚合物和氨基磺酸木质素接枝共聚物按固含量的质量比82:11:7充分混合，得到减水剂；聚羧酸丙烯聚合物和松香酰胺按固含量的质量比78:22充分混合，并向混合液中加入混合液质量3％的聚乙烯醇交联聚合物，得到引气剂；氧化镁、铝粉和铝酸钠按质量比89:1.2:9.8充分混合，得到膨胀剂。公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子和公称粒径为5-20mm连续级配人工碎石石子按质量比55:45充分混合，得到粗骨料混合料，按粗骨料混合料质量的45％称量相应质量的II区砂中砂天然河砂砂子，与粗骨料混合料充分混合后，得到骨料混合料。II粉煤灰、S95矿渣和硅灰按质量比65:30:5充分混合均匀，作为矿物外加剂。弹性模量为36GPa、断裂伸长率为6％的聚乙烯醇纤维和弹性模量为32GPa、断裂伸长率为8％聚丙烯醇纤维按质量比60:40充分混合均匀，得到混合纤维。
面板混凝土的设计强度等级为C30，28d龄期的理论配制强度为37.5MPa，选用的水泥为PO 42.5级，计算出矿物外加剂F质量占水泥和矿物外加剂总质量的比例为19.6％。根据面板混凝土的28d龄期的设计强度，确定混凝土的拌合水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值即水胶比的大小为0.38。
称取125kg的拌合水，称取264kg水泥和64kg的矿物外加剂，其中粉煤灰41.9kg，矿渣19.3kg，硅灰3.2kg。依次称取水泥和矿物外加剂总份数0.13％的减缩剂428g，0.65％的减水剂2.14kg，0.043％的引气剂141g，0.056％的膨胀剂184g，0.27％的混合纤维0.89kg。根据水泥和矿物外加剂总份数的6.96倍称取质量骨料混合料2289kg，其中II区砂中砂天然河砂砂子的质量为1030kg，公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石中石子质量为693kg，公称粒径为5-20mm的连续级配人工碎石小石子质量为567kg。
将水泥和水搅拌混合，并依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料。搅拌混合后，得坯料，将坯料通过溜槽一次性连续浇筑到面板堆石坝面板的模槽中，如图1所示；经干燥，脱模和自然养护后，即得到该坝的面板混凝土。
施工过程中未发生离析、堵塞溜槽的现象。经检测，本发明制备的面板混凝土的抗冻等级为F400；平板法观测结果表明，混凝土无裂缝出现，抗开裂等级为I级；经历400次快速冻融循环后，混凝土的质量损失仅为4.23％，相对动弹模量降为58.7％；面板混凝土总孔隙率为5.3％；28d龄期抗压强度平均值为39.1MPa，标准差为1.57MPa；抗渗等级为W12，参照水工混凝土试验规程；90d龄期的抗拉强度为4.77MPa，28d龄期的抗拉强度4.01MPa；出机口坍落度为6.8cm，1h后的入仓坍落度为4.8cm。
实施例4
本实施例提供了一种抗冻防裂混凝土的制备方法，具体如下：
东北地区某堆石面板坝最大坝高143.6m，钢筋混凝土面板最大斜长近215.4m，混凝土浇筑工程量5.7万m3，总计面积7.73万m2。该面板堆石坝处于寒冷地区，冬季记录最低气温可达-32℃，面板堆石坝面板抗冻性能要求突出。
聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙按质量比55:13:22:10充分混合，得到减缩剂；聚羧酸醚、萘系酸钠甲醛聚合物和氨基磺酸甲醛聚合物按固含量的质量比85:10:5充分混合，得到减水剂；聚羧酸乙醚和松香酸缩甲醛按固含量的质量比81:19充分混合，并向混合液中加入混合液质量4.5％的聚乙烯醇交联聚合物，得到引气剂；氧化镁、铝粉和铝酸钠按质量比90:1.4:8.6充分混合，得到膨胀剂。公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子和公称粒径为5-20mm连续级配天然河卵石按质量比51:49充分混合，得到粗骨料混合料，按粗骨料混合料质量的43％称量相应质量的II区砂人工机制砂中砂，与粗骨料混合料充分混合后，得到骨料混合料。I粉煤灰、S105矿渣和硅灰按质量比68:29:3充分混合均匀，作为矿物外加剂。弹性模量为25GPa、断裂伸长率为7％的聚乙烯醇纤维和弹性模量为32GPa、断裂伸长率为6％聚丙烯醇纤维按质量比55:45充分混合均匀，得到混合纤维。
面板混凝土的设计强度等级为C35，28d龄期的理论配制强度为42.4MPa，选用的水泥为P·MH 42.5级，计算出矿物外加剂质量占水泥和矿物外加剂总质量的比例为11％。根据面板混凝土的28d龄期的设计强度，确定混凝土的拌合水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值即水胶比的大小为0.33。
称取130kg的拌合水，称取351kg水泥和43kg的矿物外加剂，其中粉煤灰29.5kg，矿渣12.6kg，硅灰1.3kg。依次称取水泥和矿物外加剂总重量的0.1％的减缩剂394g，0.71％的减水剂2.80kg，0.043％的引气剂169g，0.051％的膨胀剂201g，0.19％的混合纤维0.75kg。根据水泥和矿物外加剂总重量的6.32倍称取相应份数的骨料混合料共2490kg，其中II区砂中砂人工机制砂的质量为1071kg，公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子质量为724kg，公称粒径为5-20mm的连续级配人工碎石石子质量为695kg。
将水泥和水搅拌混合，并依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料。搅拌混合后，得坯料，将坯料通过溜槽一次性连续浇筑到面板堆石坝面板的模槽中，经干燥，脱模和自然养护后，即得到该坝的面板混凝土。
施工过程中未发生离析、堵塞溜槽的现象。经检测，本发明制备的面板混凝土的抗冻等级为F450；平板法观测结果表明，混凝土无裂缝出现，抗开裂等级为I级，利用圆环法测定，抗开裂时间53h；经历450次快速冻融循环后，混凝土的质量损失仅为5.19％，相对动弹模量降为67.2％；28d龄期抗压强度平均值为43.4MPa，标准差为1.82MPa；采用钻心取样的方法，测定抗渗等级为W13；90d龄期的抗拉强度为5.3MPa，28d龄期的抗拉强度4.45MPa；出机口坍落度为5.1cm，1h后的入仓坍落度为3.6cm。
实施例5
本实施例提供了一种抗冻防裂混凝土的制备方法，具体如下：
冀北地区某堆石面板坝一次性张拉成型面板的建造工程
冀北地区某堆石面板坝最大坝高123.7m，钢筋混凝土面板最大斜长近173.2m，混凝土浇筑工程量4.62万m3，总计面积6.54万m2。该面板堆石坝处于寒冷地区，冬季记录最低气温可达-24℃，面板堆石坝面板抗冻性能和防裂性能要求突出。
聚乙烯醇、丙三醇、正硅酸四乙酯和甲酸钙按质量比58:11:21:10充分混合，得到减缩剂；聚羧酸酰胺、萘黄酸钠甲醛聚合物和氨基磺酸甲醛聚合物按固含量的质量比87:9:4充分混合，得到减水剂；聚羧酸硫酸钠和松香酸钠按固含量的质量比86:14充分混合，并向混合液中加入混合液质量5％的聚乙烯醇交联聚合物，得到引气剂；氧化镁、铝粉和铝酸钠按质量比92:1.5:6.5充分混合，得到膨胀剂。公称粒径为20-40mm的连续级配河卵石和公称粒径为5-20mm连续级配人工碎石按质量比55:45充分混合，得到粗骨料混合料，按粗骨料混合料质量的43.2％称量相应质量的II区砂河砂中砂，与粗骨料混合料充分混合后，得到骨料混合料。II级粉煤灰、S95矿渣和硅灰按质量比70:27:3充分混合均匀，作为矿物外加剂。弹性模量为45GPa、断裂伸长率为6.1％的聚乙烯醇纤维和弹性模量为32GPa、断裂伸长率为7.8％聚丙烯醇纤维按质量比40:60充分混合均匀，得到混合纤维。
面板混凝土的设计强度等级为C35，28d龄期的理论配制强度为42.4MPa，选用的水泥为P·LH 32.5级，计算出矿物外加剂质量占水泥和矿物外加剂总质量的比例为12.5％。根据面板混凝土的28d龄期的设计强度，确定混凝土的拌合水质量与水泥和矿物外加剂总质量的比值即水胶比的大小为0.38。
称取145kg的拌合水，称取334kg水泥和48kg的矿物外加剂，其中粉煤灰33.4kg，矿渣12.9kg，硅灰1.4kg。依次称取水泥和矿物外加剂总重量的0.12％的减缩剂458g，0.6％倍的减水剂2.3kg，0.048％的引气剂183g，0.04％的膨胀剂153g，0.24％的混合纤维0.92kg。根据水泥和矿物外加剂总重量的5.83倍称取相应质量的骨料混合料共2225kg，其中II区砂中砂天然河砂砂子的质量为1039kg，公称粒径为20-40mm的连续级配人工碎石石子质量为652kg，公称粒径为5-20mm的连续级配人工碎石石子质量为534kg。
将水泥和水搅拌混合，并依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料。搅拌混合后，得坯料，将坯料通过溜槽一次性连续浇筑到面板堆石坝面板的模槽中，经干燥，脱模和自然养护后，即得到该坝的面板混凝土。
施工过程中未发生离析、堵塞溜槽的现象；入仓混凝土仍具有较好的工作性和可振捣性能。经检测，本发明制备的面板混凝土的抗冻等级为F500；平板法观测结果表明，混凝土无裂缝出现，抗开裂等级为I级；经历500次快速冻融循环后，混凝土的质量损失仅为4.91％，相对动弹模量降为73.2％；28d龄期抗压强度平均值为44.1MPa，标准差为1.56MPa；采用钻心取样的方法，测定抗渗等级为W13；面板混凝土的孔结构尺寸分布如图1所示，该数据通过压入泵(MIP)技术得到，面板混凝土的最可几孔尺寸为64nm，超过100nm的孔含量极少，且孔尺寸分布曲线的峰形较为尖锐，表明孔尺寸的分布较为集中。根据吴中伟院士对混凝土中毛细孔尺寸及其影响的研究中，尺寸介于20-100μm的孔为少害孔，对混凝土的性能基本没有影响，说明混凝土的抗冻、抗渗和强度较好。90d龄期的抗拉强度为5.39MPa，28d龄期的抗拉强度4.53MPa；出机口坍落度为5.9cm，1h后入仓坍落度为4.1cm。面板混凝土的实际效果如图2所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种抗冻防裂混凝土，其特征在于，包括水泥和矿物外加剂，其中，以水泥和矿物外加剂总质量为100份计，还包括如下质量份的组分：
2.根据权利要求1所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述矿物外加剂由粉煤灰，矿渣和硅灰按照质量比(65-70):(27-30):(3-5)组成。
3.根据权利要求1或2所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述水泥和矿物外加剂的用量满足式I要求，
式I中，x为矿物外加剂占水泥和矿物外加剂总质量的百分比；fc为所述抗冻防裂混凝土28d龄期设计强度，单位是MPa；η和ω为与矿物外加剂组分比例有关的计算系数，分别按照以下公式计算：
式II，式III中，δFA为矿物外加剂中粉煤灰的质量分数；δSF为矿物外加剂中硅灰的质量分数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述抗冻防裂混凝土中水泥和矿物外加剂的用量满足式IV要求：
式IV中，ω为混凝土中水的质量；b为混凝土中水泥和矿物外加剂的总质量；λ和β为与矿物外加剂有关的计算系数，分别按照以下公式计算：
λ＝-0.12x2+4.39x-24.52 式V
β＝0.29x2-11.92x+113.19 式VI。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述减缩剂包括聚乙烯醇，丙三醇，正硅酸四乙酯和甲酸钙，其质量比为(52-58)：(11-14)：(21-23)：(10-11)。
6.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述减水剂包括聚羧酸系减水剂，萘系减水剂和氨基磺酸盐系减水剂，其质量比为(82-87)：(9-11)：(4-7)。
7.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述引气剂包括聚羧酸系引气剂，松香类引气剂和树脂类引气剂；
其中，所述聚羧酸系引气剂和所述松香类引气剂的质量比为(78-86)：(14-22)；
所述树脂类引气剂的用量为聚羧酸系引气剂和松香类引气剂总质量的3％-5％。
8.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述膨胀剂包括氧化镁，铝粉和铝酸钠，其质量比为(89-92)：(1.2-1.5)：(6.5-9.8)。
9.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述混合纤维包括聚乙烯醇和聚丙烯酸，其质量比为(40:60)-(60:40)；
优选的，所述聚乙烯纤维的弹性模量为25-45GPa，所述聚丙烯酸的弹性模量为25-45GPa。
10.根据权利要求1-4任一项所述的抗冻防裂混凝土，其特征在于，所述骨料混合料包括石子混合料和砂子；
优选的，所述砂子占骨料混合料的质量分数为35％-45％；
所述石子混合料包括公称粒径为20-40mm的连续级配石子和公称粒径为5-20mm连续级配石子，其质量比为(45:55)-(55:45)。
11.一种权利要求1-10任一项所述的抗冻防裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括，
将水泥和水搅拌混合，依次加入矿物外加剂，减缩剂，减水剂，引气剂，膨胀剂，混合纤维和骨料混合料，搅拌混匀，得新拌混凝土；将新拌混凝土浇筑到模板中，经干燥，脱模和养护后，得到混凝土。
12.根据权利要求11所述的抗冻防裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述引气剂的混合方法为：先将聚羧酸系引气剂和松香类引气剂混合，加入树脂类引气剂，得到胶态引气剂。
13.根据权利要求11所述的抗冻防裂混凝土的制备方法，其特征在于，所述养护过程为，将新拌混凝土浇筑到模板后，覆盖塑料布；待新拌混凝土终凝后，表面覆盖土工膜，采用长流水的方式进行养护，养护温度为13-26℃。
14.一种权利要求1-10任一项所述的抗冻防裂混凝土在超高面板堆石坝中的应用。
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