CN109608146A - 一种海洋环境下快速施工用混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种海洋环境下快速施工用混凝土包括以下组分及每立方米的用量：硫铝酸盐水泥300‑450kg；粒化高炉矿渣粉50‑100kg；硅灰10‑50kg；细骨料650‑780kg；粗骨料1000‑1300kg；高性能减水剂1‑4kg；缓凝剂8‑15kg；水130‑165kg。本发明的海洋环境下快速施工用混凝土在常温和低温条件下较早地达到脱模强度，可广泛应用于海洋环境下抗氯盐侵蚀和北方抗冻等低温条件下的环境。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料领域，涉及一种海洋环境下快速施工用混凝土及其制备方法。
背景技术
中国拥有1.8万公里海岸线，存在大量潮汐区，许多岛屿远离大陆。由于受到海洋性气候和潮汐等的影响，海洋环境下的港口码头、桥梁等工程结构的混凝土施工条件和施工时间常常不能保证，尤其在低温条件下，混凝土早期强度发展慢，混凝土脱模时间较长，不能满足海洋环境下工程快速施工要求。
目前，尚无适用于海洋条件下快速施工的专用水泥和混凝土配制技术，该类工程建设中只能采用普通水泥配制混凝土，并采用混凝土早强剂等措施进行施工，但仍然存在低温条件下抗压强度发展慢、抗蚀性差、服役寿命短等技术问题，从而影响海洋环境下混凝土的正常施工。由于混凝土抗压强度发展慢，混凝土成熟度低，混凝土早期易遭受海水的侵蚀，混凝土的氯盐易侵入混凝土中，从而影响混凝土结构长期耐久性。
因此，需要开展海洋环境下快速施工用混凝土的试验研究，以满足海洋环境以及低温等特殊条件下的施工要求。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种海洋环境下快速施工用混凝土及其制备方法，本发明的海洋环境下快速施工用混凝土在常温和低温条件下较早地达到脱模强度，可广泛应用于海洋环境下抗氯盐侵蚀和北方抗冻等低温条件下的环境。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的一种海洋环境下快速施工用混凝土包括以下组分及每立方米的用量：
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，硫铝酸盐水泥采用强度等级大于或者等于42.5的快硬硫铝酸盐水泥。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，粒化高炉矿渣粉的等级大于或者等于S95。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，硅灰的比表面积大于18000m2/kg，且硅灰的28天活性指数大于95％。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的质量比为20∶4∶1。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，细骨料为砂，细骨料的细度模数为2.3-3.0，含泥量等于或者小于1.5％，泥块含量等于或者小于0.5％；粗骨料为石子，粗骨料的最大粒径等于或者小于25mm，粗骨料由5-10mm与10-25mm级配组成，5-10mm与10-25mm的质量比为3∶7，粗骨料中的针片状含量等于或者小于8％，含泥量等于或者小于0.7％，泥块含量等于或者小于0.2％；细骨料和粗骨料的砂率为35-45％。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，高性能减水剂选用CAS-PCE聚合物溶液型高性能减水剂，且减水率大于25％；缓凝剂选用CSA-PSR缓凝剂。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，每立方米海洋环境下快速施工用混凝土中硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的总用量小于550kg。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其中，每立方米海洋环境下快速施工用混凝土中硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的总用量与水的质量比为100∶25-100∶40。
上述的一种海洋环境下快速施工用混凝土的制备方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：按以下组分及每立方米的用量准备原材料：
步骤二：将步骤一中的硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、硅灰和细骨料加入到混凝土搅拌机中，搅拌1分钟；再加入水、高性能减水剂和缓凝剂，继续搅拌1分钟；最后加入粗骨料搅拌1分钟，即可。
本发明的海洋环境下快速施工用混凝土在常温和低温条件下较早地达到脱模强度，利用硫铝酸盐水泥的水化产物产生的膨胀作用，提高混凝土密实性，并在短时间内达到混凝土的抗压强度、耐久性以及其它技术要求；硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰为胶凝材料，本发明采用合适的原材料配比保证海洋环境下快速施工用混凝土的工作性，加速胶凝材料水化反应，保证本发明的脱模强度和后期强度，且具有较高的耐久性，特别适合于海洋环境下抗氯盐侵蚀和北方抗冻等低温条件下的环境。本发明对原材料配比进行了创造性劳动及系列试验研究，获得了在常温及低温条件下，在较短的时间内达到脱模强度，并具有较高后期强度的优化混凝土配合比。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1-5和对比例1的原材料组分及每立方米的用量如表1所示：
表1实施例1-5和对比例1的原材料组分及每立方米的用量
其中表1中的硫铝酸盐水泥采用强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥；
粒化高炉矿渣粉的等级为S105；硅灰的比表面积为18500m2/kg，且硅灰的28天活性指数为98％；细骨料选用细度模数为2.7的中砂，含泥量为0.6％，泥块含量为0.1％；粗骨料为5-25mm连续级配的碎石(由5-10mm和10-25两级配配制而成，5-10mm和10-25mm的质量比为3∶7)，粗骨料中的针片状含量等于或者小于8％，含泥量为0.4％，泥块含量为0.1％；高性能减水剂选用CAS-PCE聚合物溶液型高性能减水剂，且减水率大于25％；缓凝剂选用CSA-PSR缓凝剂；水采用城市自来水。
实施例1-5和对比例1的制备方法，按表1中的配比分别称取硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、硅灰、细骨料、粗骨料、高性能减水剂、缓凝剂和水，向混凝土搅拌机中加入硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、硅灰和细骨料，搅拌1分钟；再加入水、高性能减水剂和缓凝剂搅拌1分钟；最后加入粗骨料搅拌1分钟即可。取制备得到的混凝土，采用试模按《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270)进行成型，成型后立即放入恒温养护箱进行养护，养护温度控制在10℃，5小时进行脱模；脱模后放入恒温养护箱养护至规定龄期进行相关试验，养护箱温度保持在10℃。养护湿度大于95％。之后按《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270)的规定进行混凝土工作性和抗压强度试验；按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)的规定进行混凝土电通量、扩散系数(RCM法)和抗冻性的测试；
表2为实施例1-5和对比例1的工作性的测试结果；
表3为实施例1-5和对比例1的抗压强度的测试结果；
表4为实施例1-5和对比例1的耐久性(包括电通量和扩散系数)的测试结果；
表5为实施例1-5和对比例1养护28天后的抗冻性(包括相对动弹性模量和质量损失率)的测试结果。
表2实施例1-5和对比例1的工作性的测试结果
表3实施例1-5和对比例1的抗压强度的测试结果
表4实施例1-5和对比例1的耐久性(包括电通量和扩散系数)的测试结果
表5实施例1-5和对比例1养护28天后的抗冻性的测试结果
从表2中可以看出，同时添加有高性能减水剂和缓凝剂的实施例1-5，其初始坍落度、5分钟的坍落度、1小时的坍落度和2小时的坍落度均满足施工要求要求，5分钟和1小时混凝土坍落度无损失，2小时混凝土坍落度损失为5mm，混凝土坍落度损失小于10mm/h；而只添加了高性能减水剂的对比例1，其混凝土5分钟的混凝土坍落度为0，不能满足施工要求；
从表3中可以看出，在10℃的条件下，实施例1-5的5小时抗压强度大于24MPa脱模强度，且1天抗压强度超过38MPa，3天抗压强度大于43MPa。同时，后期强度不断增加，28天强度超过47MPa，56天抗压强度超过51MPa。实施例1-5的早期强度快速增加，可以保证低温条件下较早地脱模，后期强度也持续增加，满足快速施工要求。此外，对比例1未添加缓凝剂，混凝土凝结时间太快，坍落度损失大，无法成型试件，而测不出混凝土强度；
从表4中可以看出，实施例1-5的1天电通量小于1000C，早期具有较高的耐久性，满足高耐久性混凝土质量要求，可有效避免混凝土早期氯盐侵蚀破坏；28天电通量小于700C，56天电通量小于300C，56天扩散系数小于0.70×10-12m2/s，后期耐久性不断增加，具有较高的抗氯盐侵蚀的耐久性，适用于于海水抗氯侵蚀环境。因此，实施例1-5混凝土耐久性可满足于海洋环境下快速施工需要。此外，由于对比例1单掺高性能减水剂的混凝土凝结时间太快，坍落度损失大，无法成型试件，而测不出混凝土电通量；
从表5中可以看出，实施例1-5经过400次冻融循环后的相对动弹性模量值依然达到99％-100％，质量损失率为0％，远高于有关标准的要求，具有较高抗冻性，特别适合于北方抗冻环境。此外，由于对比例1单掺高性能减水剂的混凝土凝结时间太快，坍落度损失大，无法成型试件，而测不出混凝土抗冻性。
本发明的海洋环境下快速施工用混凝土在常温和低温条件下较早地达到脱模强度，利用硫铝酸盐水泥的水化产物产生的膨胀作用，提高混凝土密实性，并在短时间内达到混凝土的抗压强度、耐久性以及其它技术要求；硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰为胶凝材料，本发明采用合适的原材料配比保证海洋环境下快速施工用混凝土的工作性，加速胶凝材料水化反应，保证本发明的脱模强度和后期强度，且具有较高的耐久性，特别适合于海洋环境下抗氯盐侵蚀和北方抗冻等低温条件下的环境。本发明对原材料配比进行了创造性劳动及系列试验研究，获得了在常温及低温条件下，在较短的时间内达到脱模强度，并具有较高后期强度的优化混凝土配合比。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (10)
1.一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，包括以下组分及每立方米的用量：
2.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥采用强度等级大于或者等于42.5的快硬硫铝酸盐水泥。
3.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉的等级大于或者等于S95。
4.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积大于18000m2/kg，且所述硅灰的28天活性指数大于95％。
5.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的质量比为20∶4∶1。
6.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述细骨料为砂，所述细骨料的细度模数为2.3-3.0，含泥量等于或者小于1.5％，泥块含量等于或者小于0.5％；所述粗骨料为石子，所述粗骨料的最大粒径等于或者小于25mm，所述粗骨料由5-10mm与10-25mm级配组成，5-10mm与10-25mm的质量比为3∶7，所述粗骨料中的针片状含量等于或者小于8％，含泥量等于或者小于0.7％，泥块含量等于或者小于0.2％；所述细骨料和粗骨料的砂率为35-45％。
7.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，所述高性能减水剂选用CAS-PCE聚合物溶液型高性能减水剂，且减水率大于25％；所述缓凝剂选用CSA-PSR缓凝剂。
8.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，每立方米所述海洋环境下快速施工用混凝土中所述硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的总用量小于550kg。
9.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土，其特征在于，每立方米所述海洋环境下快速施工用混凝土中，所述硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉和硅灰的总用量与所述水的质量比为100∶25-100∶40。
10.如权利要求1所述的一种海洋环境下快速施工用混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按以下组分及每立方米的用量准备原材料：
步骤二：将所述步骤一中的硫铝酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、硅灰和细骨料加入到混凝土搅拌机中，搅拌1分钟；再加入水、高性能减水剂和缓凝剂，继续搅拌1分钟；最后加入粗骨料搅拌1分钟，即可。
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