CN109678428A - 一种具有抗冻性能的混凝土 - Google Patents

一种具有抗冻性能的混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有抗冻性能的混凝土，该混凝土包含下述组分：水泥363～396重量份，中砂701～780重量份，碎石1076～1153重量份，水157～171重量份，粉煤灰47～55重量份，减水剂3.40～4.18重量份，引气剂0.111～0.16重量份；硅藻土为水泥重量的1％～1.5％。本发明通过掺入普通硅藻土有效地改善混凝土内部的孔结构，从而提高了混凝土抗冻性，同时提高了混凝土的力学性能，具有造价低，绿色环保无污染的特点。

Description

一种具有抗冻性能的混凝土
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，涉及一种具有抗冻性能的混凝土。
背景技术：
冻融破坏是寒冷地区混凝土结构工程中常见的病害。在寒冷地区经常与水接触的混凝土结构局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏，会加快混凝土结构性能劣化，严重影响结构的安全性和耐久性，并造成巨大的经济损失。因此，研究引起混凝土冻融破坏的原因及其影响因素，提高混凝土在冻融环境下的耐久性能是非常有必要的。混凝土冻融破坏是在冰冻作用下的破坏形式，主要表现为内部微裂纹扩张和表面剥落，最终会使得混凝土结构膨胀、开裂、剥落和溃散，造成结构损伤。
目前，针对提高混凝土抗冻性的主要措施有以下两种：
(1)降低混凝土水胶比
降低水胶比可在一定程度上降低混凝土饱水度，但降低水胶比对开孔体积的影响是非常有限的，这种方法的有效性并不高。
(2)掺加引气剂
含气量是影响抗冻性的重要因素，增大混凝土含气量的方法是掺入引气剂，掺入引气剂的目的是在混凝土中引入大量微小的气泡以提高混凝土中含气量和减小平均气泡间距，从而提高混凝土抗冻性。含气量高的混凝土抗冻性能强，这是由于当含气量提高后，孔隙水渗透路径变短导致静水压力变小，同时气泡的存在也能够阻断混凝土内部游离水的通路。但引气剂的掺入使含气量提高后会带来强度的降低，含气量越大，混凝土抗压强度越低，含气量每增加1％，强度就会下降3％～5％左右，因而需要在强度和耐久性之间进行权衡。
由此可见，研发一种具有较强抗冻性能和力学性能的新型混凝土，来减少寒冷地区混凝土冻融病害，是亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高了抗冻性能和力学性能的具有抗冻性能的混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明的具有抗冻性能的混凝土包含下述组分：水泥363～396重量份，中砂701～780重量份，碎石1076～1153重量份，水157～171重量份，粉煤灰47～55重量份，减水剂3.40～4.18重量份，引气剂0.111～0.16重量份；硅藻土为水泥重量的1％～1.5％。
所述的混凝土包含下述组分：水泥396重量份，中砂701重量份，碎石1145重量份，水157重量份，粉煤灰47重量份，减水剂3.544重量份，引气剂0.111重量份；硅藻土优选水泥重量的1％。
所述的混凝土包含下述组分：水泥378重量份，中砂706重量份，碎石1153重量份，水158重量份，粉煤灰47.15重量份，减水剂3.40重量份，引气剂0.136重量份；硅藻土优选水泥重量的1.5％。
所述的混凝土包含下述组分：水泥363重量份，中砂780重量份，碎石1076重量份，水171重量份，粉煤灰55重量份，减水剂4.18重量份，引气剂0.125重量份；硅藻土优选水泥重量的1.5％。
硅藻土为一种由硅藻遗骸与软泥固结形成的硅质岩，具有体轻、多孔、耐酸碱，化学性质稳定，吸附能力强等特性。
本发明在混凝土中掺入硅藻土，一方面通过改善混凝土内部微观结构提高抗冻性能，另一方面通过催化水反应效应提高力学性能。
硅藻土改善内部结构效应体现在两个方面，第一，能够有效地改善混凝土内部的孔隙结构。当混凝土和外界环境都确定的情况下，静水压力的大小与内部的孔径的大小和气孔的间距有关。硅藻土的掺入，对混凝土的孔隙结构有细化作用，减少内部粗大的气孔，增加了细小的气孔，提高水泥浆体的孔隙率，这样就降低了气孔的孔径和间距，也就缩短了未冻水的渗透路径，减小了静水压力，从而提高了混凝土抗冻性能。第二，硅藻土具有大量有序排列的微孔结构，充当了“分子水库”，即吸收了混合料中的游离水，又在混凝土硬化时候将吸收的水排给出来。这种良好的持水功能有效地降低了混凝土表面的局部水灰比，增加了混凝土的密实性，减少了粗集料下面由于分层现象形成的水囊，提高了集料与砂浆界面的粘结力，从而提高了混凝土的抗冻性能。
硅藻土具有催化水化反应的作用。水泥的水化反应主要发生在水泥颗粒的面层，水泥颗粒的接触面和水泥颗粒的核心不参加反应，掺入硅藻土之后，硅藻土颗粒会吸附在水泥颗粒表面，减少水泥颗粒间的相互接触，扩大了水泥颗粒的表面积。同时水化反应产物在初期阶段主要是Ca(OH)2结晶，硅藻土的掺入，也能够促进C-H结晶核的形成，使得水泥的水化反应更完全，也减少了Ca(OH)2结晶在集料表面的定向排列，使混凝土更密实，从而提高了强度。
本发明与现有技术相比,具有如下技术效果
①本发明通过普通硅藻土促进混凝土内水泥颗粒的水化进程,增大了混凝土密实度,从而提高了混凝土的力学性能。
②本发明通过掺入普通硅藻土有效地改善混凝土内部的孔结构，从而提高了混凝土抗冻性。
硅藻土储量多，造价低，易获取，绿色环保无污染，可以作为抗冻融添加剂并广泛应用于寒冷地区混凝土结构。本发明通过在混凝土中掺入普通硅藻土，同时提高了混凝土抗冻性能和力学性能，弥补了现有技术的不足。
附图说明
图1是未掺加硅藻土的混凝土微观结构图。
图2是掺加硅藻土材料后的混凝土微观结构图。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
表1 C40配合比(kg/m3)
表2 C35配合比(kg/m3)
表3 C30配合比(kg/m3)
实施例1：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C40混凝土,其中水泥为1.5840kg,,粉煤灰为0.1880g，砂子为2.8040kg，碎石为4.580kg，减水剂为0.0142kg，引气剂为0.0006kg，硅藻土为0.0158kg，水为0.6280kg。本实施案例中硅藻土含量为水泥含量的1％。
粗细集料参数：本实施例采用舒兰市吉利碎石有限公司提供的优质玄武岩碎石，选用二级配、三级配碎石，碎石粒径为5mm-31.5mm，级配良好，压碎指标不大于8％，针、片状颗粒含量小于5％，含泥量低于0.25％，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02％。混凝土的抗碱骨料反应性能满足设计的规定：骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱碳酸盐反应岩石柱膨胀率小于0.10％。一般地说，集料的弹性模量越高，制得混凝土强度和弹性模量也越高。本试验中碎石的弹性模量较高，因此可以保证制得混凝土强度和弹性模量也越高。为高性能混凝土质量提供了良好的保障。
细集料参数：本实施例采用白旗大鹏沙场的中砂，含泥量小于2％,泥块含量小于0.5％，砂的细度模数为2.7，并且根据混凝土试配试验，砂率的范围选在在38％-42％。
粉煤灰参数：本次试验，选用松花电厂F一级粉煤灰，掺量为水泥重量的10％。粉煤灰作砂浆或混凝土的掺和料，在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料。
水泥参数：本实施例采用冀东p.o42.5及p.o52.5标号，亚泰p.o42.5及p.o52.5标号的水泥。水泥强度试验结果满足指标要求，初凝时间大于45min，终凝时间小于600min，水泥熟料中的C3S、C2S含量处于标准水平。
减水剂参数：本实施例采用吉林省盛世达建材科技有限公司的缓凝型高效减水剂，达到JG/T223-2007《聚羧酸系高性能减水剂》标准，各项性能指标均达到标准要求。减水率达到30％。
引气剂参数：本实施例采用吉林省盛世达建材科技有限公司的引气剂，指标达到GB8076-1997XH系列标准。
硅藻土参数：本实施例采用的普通硅藻土为吉林远通矿业有限公司生产，其详细物理化学性能见下表:
表4普通硅藻土的物理性能
表5普通硅藻土的化学性能(％)
基于本实施例的原料配方，本实施例抗冻融水泥混凝土的具体配置过程如下所述：
步骤一：按质量配比称取水泥，粗细集料，细集料，粉煤灰，水，减水剂，引气剂和硅藻土。
步骤二：将水泥，粗细集料，细集料，粉煤灰，水，减水剂和引气剂拌和均匀；
步骤三：将硅藻土加入步骤二制得的混合物中，拌和均匀，制得含有硅藻土的混凝土。
将步骤三得到的含有硅藻土的混凝土标准养护后进行冻融循环对比试验,参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快冻法,在冻融循环300次后,检测混凝土的质量损失率与相对动弹性模量,参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土力学性能检测。
本实施例混凝土的质量损失率测试结果如表6所示，混凝土相对动弹性模量测试结果如表7所示，混凝土力学性能测试结果如表8所示。
实施例2：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C40混凝土,,水泥为1.5840kg,,粉煤灰为0.1880g，砂子为2.8040kg，碎石为4.580kg，减水剂为0.0142kg，引气剂为0.0006kg，硅藻土为0.0238kg，水为0.6280kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是硅藻土为水泥含量的1.5％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表表6、7、8所示。
实施例3：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C40混凝土,,水泥为1.5840kg,,粉煤灰为0.1880g，砂子为2.8040kg，碎石为4.580kg，减水剂为0.0142kg，引气剂为0.0006kg，硅藻土为0.0317kg，水为0.6280kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是硅藻土为水泥含量的2％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例4：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C35混凝土,水泥为1.5120kg,粉煤灰为0.1886kg，砂子为2.824kg，碎石为4.612kg，减水剂为0.0136kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.0151kg，水为0.6320kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是水泥、粉煤灰、砂子、碎石、减水剂、引气剂、硅藻土、水的配比不同，普通硅藻土为水泥含量的1％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例5：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C35混凝土,水泥为1.5120kg,,粉煤灰为0.1886kg，砂子为2.8240kg，碎石为4.6120kg，减水剂为0.0136kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.0227kg，水为0.6320kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是水泥、粉煤灰、砂子、碎石、减水剂、引气剂、硅藻土、水的配比不同，普通硅藻土为水泥含量的1.5％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例6：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C35混凝土,水泥为1.5120kg,粉煤灰为0.1886kg，砂子为2.824kg，碎石为4.612kg，减水剂为0.0136kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.030kg，水为0.632kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是水泥、粉煤灰、砂子、碎石、减水剂、引气剂、硅藻土、水的配比不同，普通硅藻土为水泥含量的2％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例7：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C30混凝土,,水泥为1.4600kg,,粉煤灰为0.1898kg，砂子为2.848kg，碎石为4.648kg，减水剂为0.0132kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.0146kg，水为0.6360kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是水泥、粉煤灰、砂子、碎石、减水剂、引气剂、硅藻土、水的配比不同，普通硅藻土为水泥含量的1％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例8：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C30混凝土,,水泥为1.4600kg,,粉煤灰为0.1898kg，砂子为2.848kg，碎石为4.648kg，减水剂为0.0132kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.0219kg，水为0.6360kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例4相同，所不同的是硅藻土为水泥含量的1.5％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表表6、7、8所示。
实施例9：
本实施例给出一种掺加硅藻土的C30混凝土,,水泥为1.4600kg,,粉煤灰为0.1898kg，砂子为2.848kg，碎石为4.648kg，减水剂为0.0132kg，引气剂为0.0005kg，硅藻土为0.0292kg，水为0.6360kg。
本实施例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例4相同，所不同的是硅藻土为水泥含量的2％。
本实施例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表表6、7、8所示。
对比例1：
本对比例给出一种C40混凝土,水泥为1.5840kg,,粉煤灰为0.1880g，砂子为2.8040kg，碎石为4.580kg，减水剂为0.0142kg，引气剂为0006kg，水为0.6280kg。
本对比例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是本对比例中未添加硅藻土类材料。
本对比例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
实施例1-9中采用的硅藻土均为普通硅藻土。
对比例2：
本对比例给出一种C35混凝土,水泥为1.512kg,,粉煤灰为0.1886kg，砂子为2.824kg，碎石为4.612kg，减水剂为0.0136kg，引气剂为0.0005kg，水为0.632kg。
本对比例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是本实施例中未添加硅藻土类材料。
本对比例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
对比例3：
本对比例给出一种C30混凝土,水泥为1.4600kg,,粉煤灰为0.1898kg，砂子为2.848kg，碎石为4.648kg，减水剂为0.0132kg，引气剂为0.0005kg，水为0.6360kg。
本对比例中对原料的要求和抗冻融水泥混凝土的制备方法均与实施例1相同，所不同的是本实施例中未添加硅藻土类材料。
本对比例混凝土的质量损失率测试方法、相对动弹性模量测试方法、力学性能测试方法与实施例相同,结果如表6、7、8所示。
表6混凝土的质量损失率
实施例 冻融循环300次质量损失率(％)
实施例1 1.55
实施例2 1.62
实施例3 循环175次时发生了断裂破坏
实施例4 1.79
实施例5 1.58
实施例6 循环150次时发生了断裂破坏
实施例7 2.08
实施例8 1.52
实施例9 循环150次时发生了断裂破坏
对比例1 3.30
对比例2 3.90
对比例3 4.80
效果分析：
从表5中可以看出，将硅藻土掺入混凝土中,在冻融循环300次后,当硅藻土为水泥含量的1％和1.5％时，混凝土的质量损失率明显低于不掺加硅藻土的混凝土，说明按照水泥含量的1％和1.5％掺入硅藻土能显著降低混凝土的质量损失。当硅藻土为水泥含量的2％时，混凝土的抗冻性能变差。
表7混凝土的相对动弹性模量
效果分析：
从表6中可以看出，对于掺入硅藻土的混凝土，在冻融循环300次后,当硅藻土为水泥含量的1％和1.5％时，相对动弹性模量均有所提高或略有减低；当硅藻土为水泥含量的2％时，两种混凝土相对动弹性模量均有大幅度下降。
表8混凝土的力学性能
实施例 28d抗压强度/MPa
实施例1 58.4
实施例2 53.9
实施例3 55.0
实施例4 50.1
实施例5 55.1
实施例6 49.8
实施例7 43.2
实施例8 56.4
实施例9 46.5
对比例1 49.2
对比例2 45.1
对比例3 40.2
效果分析：
从表7中可以看出，将硅藻土掺入混凝土中,混凝土的抗压强度均有所提高。
从图1、图2可以看出硅藻土的掺入，对混凝土的孔隙结构有细化作用，减少了内部粗大的气孔，增加了细小的气孔，提高了水泥浆体的孔隙率，缩短了未冻水的渗透路径，减小了静水压力，从而提高了混凝土抗冻性能。

Claims (4)

1.一种具有抗冻性能的混凝土，其特征在于包含下述组分：水泥363～396重量份，中砂701～780重量份，碎石1076～1153重量份，水157～171重量份，粉煤灰47～55重量份，减水剂3.40～4.18重量份，引气剂0.111～0.16重量份；硅藻土为水泥重量的1％～1.5％。
2.根据权利要求1所述的具有抗冻性能的混凝土，其特征在于所述的混凝土包含下述组分：水泥396重量份，中砂701重量份，碎石1145重量份，水157重量份，粉煤灰47重量份，减水剂3.544重量份，引气剂0.111重量份；硅藻土优选水泥重量的1％。
3.根据权利要求1所述的具有抗冻性能的混凝土，其特征在于所述的混凝土包含下述组分：水泥378重量份，中砂706重量份，碎石1153重量份，水158重量份，粉煤灰47.15重量份，减水剂3.40重量份，引气剂0.136重量份；硅藻土优选水泥重量的1.5％。
4.根据权利要求1所述的具有抗冻性能的混凝土，其特征在于所述的混凝土包含下述组分：水泥363重量份，中砂780重量份，碎石1076重量份，水171重量份，粉煤灰55重量份，减水剂4.18重量份，引气剂0.125重量份；硅藻土优选水泥重量的1.5％。
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