CN110105022B - 一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法。其中一种高强超抗冻干硬性混凝土材料，包括水、水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉、砂、碎石、引气剂以及减水剂，矿物掺合料的质量为水泥质量的20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1。本发明还提供了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料的制备方法，制得3d抗压强度可达60MPa以上，快硬早强，适合工厂预制，生产效率高，28d抗压强度可达80MPa以上，冻融循环次数可达400次以上，明显增强干硬性混凝土的强度及抗冻耐久性能，有利于干硬性混凝土材料的应用及推广。

Description

一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土材料技术领域，特别涉及一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法。
背景技术
干硬性混凝土，又称为零坍落度混凝土，一般定义为坍落度在0-25mm之间。干硬性混凝土由于水泥用量少，可降低水泥生产的碳排放，利于环境保护，且早期强度高，可快速脱模，适合工厂预制，生产效率高，经济效益显著。现在，干硬性混凝土技术被用来生产各种各样的混凝土产品，如碾压混凝土、混凝土砌块、路面砖、混凝土水管等。
随着建筑业的迅速发展和建筑质量的要求，高强度干硬性混凝土作为一种新型材料优点突出，未来应用前景广阔。近几年，干硬性混凝土的耐久性和强度问题也日益突出，尤其在我国东北季冻性气候地区，这表现的更加明显。处于东北地区的混凝土建筑设施，在经过夏天的高温与冬天的低温作用下，极易发生耐久性破坏。且每年冬季低温时期较长，雪水较多，日夜温差较大，导致混凝土构件所经受的冻融破坏更加剧烈，也造成了我国东北地区基础设施使用寿命较短，维修更换费用较高。因此，干硬性混凝土的强度和抗冻耐久性是工程建设质量控制中的重点，而密实度是影响混凝土强度和耐久性的主要因素。
由于干硬性混凝土拌合物流动性小，密实度相比普通混凝土更难控制，高强超抗冻性干硬性混凝土需要特殊的配合比和生产制备工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种高强超抗冻干硬性混凝土材料由水、胶凝材料、砂、碎石、引气剂以及减水剂制成，其中所述的胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成，矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿粉。矿物掺合料的质量为水泥质量的20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1。
按照1m3混凝土材料计算，各组分质量为：水100～120kg、水泥320～340kg、硅灰15～25kg、粉煤灰30～50kg、矿粉5～20kg、砂740～800kg、粒径为5-10mm 碎石350～400kg、粒径为5-20mm碎石700～800kg、引气剂1.5～2.5kg、减水剂 10～15kg。
优选的，按照1m3混凝土材料计算，各组分质量为：水100～115kg、水泥 320～330kg、硅灰15～20kg、粉煤灰30～40kg、矿粉5～15kg、砂750～780kg、粒径为5-10mm碎石370～390kg、粒径为5-20mm碎石740～780kg、引气剂2～ 2.5kg、减水剂10～13kg。
优选的，所述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
优选的，所述硅灰为二氧化硅含量95％以上，比表面积为20000-25000m2/kg。
优选的，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰。
优选的，所述矿粉为S95磨细矿渣微粉。
优选的，所述砂为细度模数为3.0-2.3的天然砂或机制砂。
优选的，所述碎石为粒径为5-10mm与5-20mm两种粒径级配碎石质量比为 1:2，含泥量小于0.5％，压碎指标小于10％。
优选的，所述引起剂为SB-G型混凝土引气剂，具体为丙烯酸环氧脂。
优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率20％-40％。
本发明还提供了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料的制备方法，包括
S101.将碎石、砂、水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉计量后混合搅拌均匀，搅拌时间为1min，再加入计量后的引气剂、减水剂及水，搅拌时间为4min；
S102.将上一步骤得到的混凝土拌合物注入模具中，在模具上施加 400-600KPa压强，边加压边机械振动30-50s，再静止施加0.1-0.3MPa恒压，加压时间为2min，成型；
S103.成型后拆模，将混凝土块放置于标准养护室，在温度为20±2℃、相对湿度大于95％进行养护。
本发明高强超抗冻干硬性混凝土是指C60F400级干硬性混凝土，其3d强度可达60MPa以上，冻融循环次数可达400次以上，明显增强干硬性混凝土的强度及耐久性能，有利于干硬性混凝土材料的应用及推广。
本发明考虑了性能、经济、节能三方面的需求，利用多元矿物掺合料的微集料效应和火山灰效应，有效改善了干硬性混凝土的工作性能和密实度，确定加入矿物掺合料掺入总质量占水泥质量的20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1 为水泥-硅灰-粉煤灰-矿粉四元凝胶体系最优组合。采用该配合比和振动压制成型工艺成功制配出3d强度可达60MPa以上，早期强度更高，28d强度可达80MPa，冻融循环次数可达400次以上的高强超抗冻干硬性混凝土，明显提高干硬性混凝土的强度及耐久性能，有利于干硬性混凝土材料的应用及推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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)质量损失率与冻融循环次数的变化关系；
图(2)相对动弹性模量与冻融次数的变化关系。
具体实施例
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明具体公开了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种高强超抗冻干硬性混凝土材料由水、胶凝材料、砂、碎石、引气剂以及减水剂制成，其中所述的胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成，矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿粉。矿物掺合料的质量为水泥质量的20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1。
按照1m3混凝土材料计算，各组分质量为：水100～120kg、水泥320～340kg、硅灰15～25kg、粉煤灰30～50kg、矿粉5～20kg、砂740～800kg、粒径为5-10mm 碎石350～400kg、粒径为5-20mm碎石700～800kg、引气剂1.5～2.5kg、减水剂 10～15kg。
优选的，按照1m3混凝土材料计算，各组分质量为：水100～115kg、水泥 320～330kg、硅灰15～20kg、粉煤灰30～40kg、矿粉5～15kg、砂750～780kg、粒径为5-10mm碎石370～390kg、粒径为5-20mm碎石740～780kg、引气剂2～2.5kg、减水剂10～13kg。
优选的，所述水泥为P.O 42.5级普通硅酸盐水泥。
优选的，所述硅灰为二氧化硅含量95％以上，比表面积为20000-25000m2/kg。
优选的，所述粉煤灰为F类I级粉煤灰。
优选的，所述矿粉为S95磨细矿渣微粉。
优选的，所述砂为细度模数为3.0-2.3的天然砂或机制砂。
优选的，所述碎石为粒径为5-10mm与5-20mm两种粒径级配碎石质量比为 1:2，含泥量小于0.5％，压碎指标小于10％。
优选的，所述引起剂为SB-G型混凝土引气剂，具体为丙烯酸环氧脂。
优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率20％-40％。
本发明还提供了一种高强超抗冻干硬性混凝土材料的制备方法，包括
S101.将碎石、砂、水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉计量后混合搅拌均匀，搅拌时间为1min，再加入计量后的引气剂、减水剂及水，搅拌时间为4min；
S102.将上一步骤得到的混凝土拌合物注入模具中，在模具上施加 400-600KPa压强，边加压边机械振动30-50s，再静止施加0.1-0.3MPa恒压，加压时间为2min，成型；
S103.成型后拆模，将混凝土块放置于标准养护室，在温度为20±2℃、相对湿度大于95％条件下进行养护。
下面通过具体实施实例对本发明 作进一步详细说明。
实例1
按照1m3混凝土材料，取粒径为5-10mm碎石380kg、粒径为5-20mm碎石 760kg、砂760kg、水泥328kg、硅灰20kg、粉煤灰40kg、矿粉10kg，混合搅拌均匀，再加入减水剂11.23kg、水111kg、引气剂2.08kg，再次搅拌均匀。将混凝土拌合物注入模具中，在模具上施加500KPa压强，边加压边机械振动50s，再静止施加0.3MPa恒压，加压时间为2min，成型后拆模，将试件放置于标准养护室，在温度为20±2℃、相对湿度大于95％进行养护。
实例2
按照1m3混凝土材料，取粒径为5-10mm碎石390kg、粒径为5-20mm碎石 780kg、砂750kg、水泥330kg、硅灰19kg、粉煤灰38kg、矿粉9.5kg，混合搅拌均匀，再加入减水剂11.22kg、水108kg、引气剂2.09kg，再次搅拌均匀。将混凝土拌合物注入模具中，在模具上施加500KPa压强，边加压边机械振动50s，再静止施加0.3MPa恒压，加压时间为2min，成型后拆模，将试件放置于标准养护室，在温度为20±2℃、相对湿度大于95％进行养护。
上述实例进行强度和抗冻性测试，试验方法：强度试验根据GB50081-2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行150mm×150mm×150mm的立方体抗压强度试验。抗冻性试验根据GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的快冻法，制作400mm×100mm×100mm的棱柱体试块，经过0～400次冻融循环，每隔25次测相对动弹性模量和质量损失率。当相对动弹性模量小于60％或质量损失率大于5％，强度损失率超过25％，则混凝土破坏。
表1强度测试结果
编号 3d抗压强度(MPa) 7d抗压强度(MPa) 28d抗压强度(MPa)
实例1 62 72 83
实例2 61 74 80
参照图(1)和图(2)抗冻性测试结果；
经测试，本发明实施实例提供的高强超抗冻干硬性混凝土材料及其制备方法，冻融循环400次质量损失率不到2％，相对动弹性模量大于60％，相比于一般干硬性混凝土材料具有更加良好的强度和抗冻性。另外该混凝土材料快硬早强，可快速拆模，提高生产效率。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种高强超抗冻干硬性混凝土材料，其特征在于高强超抗冻干硬性混凝土材料由水、胶凝材料、砂、碎石、引气剂以及减水剂制成，其中所述的胶凝材料由水泥和矿物掺合料组成，矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿粉；矿物掺合料的质量为水泥质量的20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1；
按照1m3混凝土材料计算，各组分质量为：水100～115kg、水泥320～330kg、硅灰15～20kg、粉煤灰30～40kg、矿粉5～15kg、砂750～780kg、粒径为5-10mm碎石370～390kg、粒径为5-20mm碎石740～780kg、引气剂2～2.5kg、减水剂10～13kg；
其中，所述胶凝材料为矿物掺合料质量占水泥质量20％，硅灰、粉煤灰、矿粉的质量比为2:4:1的水泥-硅灰-粉煤灰-矿粉四元凝胶体系；所述水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥；所述硅灰为二氧化硅含量95％以上，比表面积为20000-25000m2/kg；所述粉煤灰为F类I级粉煤灰；所述矿粉为S95磨细矿渣微粉；所述砂为细度模数为3.0-2.3的天然砂或机制砂；所述碎石为粒径为5-10mm和5-20mm两种粒径级配碎石质量比为1:2，含泥量小于0.5％，压碎指标小于10％；所述引起剂为SB-G型混凝土引气剂，具体为丙烯酸环氧脂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率20％-40％。
2.一种高强超抗冻干硬性混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将碎石、砂、水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉计量后混合搅拌均匀，搅拌时间为1min，再加入计量后的引气剂、减水剂及水，搅拌时间为4min；
S102：将上一步骤得到的混凝土拌合物注入模具中，在模具上施加400-600KPa压强，边加压边机械振动30-50s，再静止施加0.1-0.3MPa恒压，加压时间为2min，成型；
S103：成型后拆模，将混凝土块放置于标准养护室，在温度为20±2℃、相对湿度大于95％进行养护。
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