CN110510950A - 一种抗冻融混凝土拌合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗冻融混凝土拌合料及其制备方法,涉及混凝土技术领域,其技术方案要点是一种抗冻融混凝土拌合料,包括如下重量份的原料:水泥320‑340份、砂700‑720份、碎石940‑980份、掺合料100‑120份、增强纤维6‑10份、抗渗剂10‑20份、减水剂10‑12份以及水120‑140份。本发明通过增强纤维与掺合料的配合,可以降低混凝土的孔隙,提高混凝土致密性,改善混凝土的抗渗抗裂性能以及抗冻融性能,提高混凝土的凝结硬化速度。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域,更具体的说,它涉及一种抗冻融混凝土拌合料及其制备方法。
背景技术
普通混凝土是指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子、外加剂以及矿物掺合料经过均匀搅拌、密实成型以及养护硬化的人造石材;根据混凝土的使用环境的不同,对混凝土性能的要求也有所不同;其中水工混凝土是指经常性或周期性地受水作用的建筑物(或建筑物的一部分)所用的并能保证建筑物在上述条件下长期正常使用的混凝土;水工混凝土常用于水上、水下和水位变动区等部位,在常与环境水接触时,要求具有较好的抗渗性;在寒冷地区、特别是水位变动区,则要求其具有较高的抗冻性;为了提高混凝土的抗冻融性能,一般有两种方法,一种是通过加入引气剂使其内部形成大量地气孔,从而降低了其内部因冻融形成的应力,以减弱其破坏作用,实现抗冻融作用;但是由于混凝土的内部产生了大量的气孔,导致混凝土的致密性下降,因此会导致混凝土的强度以及抗渗性能的下降,影响其耐久性。另一种是通过添加纤维等增强材料,既能提高混凝土的抗渗性能,又能提高其抗压强度,通过提高混凝土的致密性,以提高混凝土的抗冻融性能,比较适合长期受水作用的建筑材料使用。
对于长期暴露在大气与水之中的水工混凝土来说,还应该要求其发热量低,以免产生温度裂缝,因此需要尽可能降低水泥的水化热,为了降低水泥的水化热,除了降低水泥的用量外,还应添加缓凝剂以降低水泥的水化速度和水化热,使其有足够长的时间释放热量,从而降低混凝土因内外的温度差而产生的裂缝;但是缓凝剂的加入又会降低混凝土的早期强度进而影响施工进度,尤其是在与水接触的施工环境下,而传统速凝剂的加入虽然可以使混凝土迅速凝结硬化,但是硬化后的水化热难以释放,使得混凝土内外的温度差较大,而易裂缝。因此,如何能在提高抗冻融混凝土的抗渗、抗裂性能的同时,提高其凝结硬化速度,是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种抗冻融混凝土拌合料,其通过增强纤维与掺合料的配合,可以降低混凝土的孔隙,提高混凝土致密性,改善混凝土的抗渗抗裂性能以及抗冻融性能,提高混凝土的凝结硬化速度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种抗冻融混凝土拌合料,包括如下重量份的原料:水泥320-340份、砂700-720份、碎石940-980份、掺合料100-120份、增强纤维6-10份、抗渗剂10-20份、减水剂10-12份以及水120-140份;所述水泥由重量比为4:1的普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥混合而成。
通过采用上述技术方案,通过增强纤维与掺合料的配合,可以降低混凝土的孔隙,提高混凝土致密性,改善混凝土的抗渗抗裂性能以及抗冻融性能,提高混凝土的凝结硬化速度。
进一步地,所述掺合料由重量比为2:1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉混合而成。
通过采用上述技术方案,掺合料的加入可以降低水泥的添加量,从而降低水化热,采用粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉复配的掺合料可以填充到水泥颗粒之间的空隙中,提高混凝土的致密性,提高混凝土的抗渗性能;并且由于可再分散性乳胶粉具有很好的耐水性以及耐碱性,可以改善抗渗剂中的碱性物质对混凝土后期强度造成的影响。
进一步地,所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰;所述矿渣粉为S95矿粉;所述可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
进一步地,所述增强纤维由重量比为1:1的木质纤维素和聚丙烯纤维混合而成。
通过采用上述技术方案,由木质纤维素与聚丙烯纤维复配得到的增强纤维能有效地控制混凝土的热塑性收缩、干缩以及温度变化等因素引起的微裂纹,利用增强纤维形成的网络作用,在提高混凝土强度的同时,抑制混凝土裂缝的形成和发展,提高混凝土的抗渗抗裂性能。
进一步地,所述抗渗剂由如下重量份的原料制成:铝矾土30-40份、凹凸棒土10-20份、氧化镁10-15份、聚丙烯酸钠10-15份、六甲基二硅氮烷3-5份以及N,N-二甲基丙烯酰胺1-2份。
通过采用上述技术方案,抗渗剂可以填充至水泥之间的微小缝隙中,提高水泥与骨料的粘结力,提高混凝土的致密性以及抗压强度,并且抗渗剂的加入也有助于提高水泥硬化凝结速度,缩短其凝结时间,通过与增强纤维的配合,有助于改善混凝土的后期强度,提高混凝土的耐久性。
进一步地,所述抗渗剂采用如下方法制备:取铝矾土30-40份、凹凸棒土10-20份以及氧化镁10-15份于800-900℃的温度下,煅烧2-3h,然后加入聚丙烯酸钠10-15份、六甲基二硅氮烷3-5份以及N,N-二甲基丙烯酰胺1-2份继续研磨30-40min,过200-400目筛筛选后,得到抗渗剂。
通过采用上述技术方案,将铝矾土、凹凸棒土以及氧化镁经过高温煅烧后,再将其与聚丙烯酸钠、六甲基二硅氮烷以及N,N-二甲基丙烯酰胺研磨制得的抗渗剂,除了可以提高混凝土的抗渗性能,改善混凝土开裂的情况,还有助于提高混凝土的凝结速度,改善其加工性能。
进一步地,砂为Ⅱ区中砂,表观密度为2650-2670kg/m3,颗粒直径为0.5-0.25mm;所述碎石的粒径为5-25mm连续级配,碎石的表观密度为2810-2820kg/m3,松散堆积密度为1540-1550kg/m3。
通过采用上述技术方案,Ⅱ区中砂的级配较好,颗粒比较圆润、光滑、粒形良好,其与混凝土拌合物的和易性较好,其能填充到水泥与粗骨料之间的缝隙中,减少混凝土的空隙,提高混凝土的抗渗性能;使用5-25mm连续级配的碎石作为粗骨料,不同粒径的碎石堆积形成密实填充的搭接骨架,减少孔隙率,提高混凝土的强度。
进一步地,所述减水剂为木质素磺酸钠。
通过采用上述技术方案,混凝土中加入木质素磺酸钠后,可以减少用水量,降低混凝土的水化,降低孔隙率,增加混凝土密实性,从而大大提高混凝土的强度和抗渗性。
本发明的目的之二在于提供一种抗冻融混凝土拌合料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种抗冻融混凝土拌合料的制备方法,包括如下步骤:取水泥320-340份、砂700-720份、碎石940-980份、掺合料100-120份、增强纤维6-10份、抗渗剂10-20份、减水剂10-12份以及水120-140份混合均匀后,得到抗冻融混凝土拌合料。
综上所述,本发明相比于现有技术具有以下有益效果:
1.通过增强纤维与掺合料的配合,可以降低混凝土的孔隙,提高混凝土致密性,改善混凝土的抗渗抗裂性能以及抗冻融性能,提高混凝土的凝结硬化速度;
2.掺合料的加入可以降低水泥的添加量,从而降低水化热,采用粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉复配的掺合料可以填充到水泥颗粒之间的空隙中,提高混凝土的致密性,提高混凝土的抗渗性能;并且由于可再分散性乳胶粉具有很好的耐水性以及耐碱性,可以改善抗渗剂中的碱性物质对混凝土后期强度造成的影响;
3.由木质纤维素与聚丙烯纤维复配得到的增强纤维能有效地控制混凝土的热塑性收缩、干缩以及温度变化等因素引起的微裂纹,利用增强纤维形成的网络作用,在提高混凝土强度的同时,抑制混凝土裂缝的形成和发展,提高混凝土的抗渗抗裂性能;
4.抗渗剂可以填充至水泥之间的微小缝隙中,提高水泥与骨料的粘结力,提高混凝土的致密性以及抗压强度,并且抗渗剂的加入也有助于提高水泥硬化凝结速度,缩短其凝结时间,通过与增强纤维的配合,有助于改善混凝土的后期强度,提高混凝土的耐久性。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、制备例制备例1:取铝矾土30kg、凹凸棒土10kg以及氧化镁10kg于800℃的温度下,煅烧2h,然后加入聚丙烯酸钠10kg、六甲基二硅氮烷3kg以及N,N-二甲基丙烯酰胺1kg继续研磨30min,过200目筛筛选后,得到抗渗剂。
制备例2:取铝矾土35kg、凹凸棒土15kg以及氧化镁12.5kg于850℃的温度下,煅烧2.5h,然后加入聚丙烯酸钠12.5kg、六甲基二硅氮烷4kg以及N,N-二甲基丙烯酰胺1.5kg继续研磨35min,过300目筛筛选后,得到抗渗剂。
制备例3:取铝矾土40kg、凹凸棒土20kg以及氧化镁15kg于900℃的温度下,煅烧3h,然后加入聚丙烯酸钠15kg、六甲基二硅氮烷5kg以及N,N-二甲基丙烯酰胺2kg继续研磨40min,过400目筛筛选后,得到抗渗剂。
制备例4:本制备例与制备例1的不同之处在于,原料中不包含聚丙烯酸钠、六甲基二硅氮烷以及N,N-二甲基丙烯酰胺。
二、实施例实施例1:一种抗冻融混凝土拌合料采用如下方法制备而得:
取P.O42.5普通硅酸盐水泥320kg、中砂700kg、碎石940kg、掺合料100kg、增强纤维6kg、抗渗剂10kg、减水剂10kg以及水120kg混合均匀后,得到抗冻融混凝土拌合料,其中中砂的表观密度为2650kg/m3,颗粒直径为0.5-0.25mm;碎石的粒径为5-25mm连续级配,碎石的表观密度为2810kg/m3,松散堆积密度为1540kg/m3;掺合料由重量比为2:1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉混合而成,粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰,矿渣粉为S95矿粉,可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉;增强纤维由重量比为1:1的木质纤维素和聚丙烯纤维混合而成;抗渗剂选自制备例2制备而得;减水剂为木质素磺酸钠。
实施例2:一种抗冻融混凝土拌合料采用如下方法制备而得:
取P.O42.5普通硅酸盐水泥330kg、中砂710kg、碎石960kg、掺合料110kg、增强纤维8kg、抗渗剂15kg、减水剂11kg以及水130kg混合均匀后,得到抗冻融混凝土拌合料,其中中砂的表观密度为2660kg/m3,颗粒直径为0.5-0.25mm;碎石的粒径为5-25mm连续级配,碎石的表观密度为2815kg/m3,松散堆积密度为1545kg/m3;掺合料由重量比为2:1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉混合而成,粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰,矿渣粉为S95矿粉,可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉;增强纤维由重量比为1:1的木质纤维素和聚丙烯纤维混合而成;抗渗剂选自制备例3制备而得;减水剂为木质素磺酸钠。
实施例3:一种抗冻融混凝土拌合料采用如下方法制备而得:
取P.O42.5普通硅酸盐水泥340kg、中砂720kg、碎石980kg、掺合料120kg、增强纤维10kg、抗渗剂20kg、减水剂12kg以及水140kg混合均匀后,得到抗冻融混凝土拌合料,其中中砂的表观密度为2670kg/m3,颗粒直径为0.5-0.25mm;碎石的粒径为5-25mm连续级配,碎石的表观密度为2820kg/m3,松散堆积密度为1550kg/m3;掺合料由重量比为2:1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉混合而成,粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰,矿渣粉为S95矿粉,可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉;增强纤维由重量比为1:1的木质纤维素和聚丙烯纤维混合而成;抗渗剂选自制备例1制备而得;减水剂为木质素磺酸钠。
三、对比例对比例1:本对比例与实施例1的不同之处在于,原料中未添加抗渗剂。
对比例2:本对比例与实施例1的不同之处在于,抗渗剂选自制备例4制备而得。
对比例3:本对比例与实施例1的不同之处在于,原料中的增强纤维中不包含木质纤维素,掺合料中不包含可再分散性乳胶粉。
四、性能测试按照如下方法,对实施例1-3以及对比例1-3制备的混凝土拌合料的性能进行测试,将测试结果示于表1。
抗冻性能:根据SL191-2008《水工混凝土结构设计规范》中的规定测定其抗冻等级。
抗压强度:按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块,并测量标准试块养护3d、7d以及28d的抗压强度。
早期抗裂性能:按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块,计算混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
抗氯离子渗透性能:按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试标准试块的氯离子渗透深度。
抗水渗透性能:按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试标准试块的渗水深度。
抗渗压力:按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测试标准试块的抗渗压力。
凝结时间:记录混凝土初次凝结硬化的时间以及完全凝结硬化的时间。
表1
F250表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为250次,由表1可知,本发明制备的混凝土拌合料硬化后具有较好的抗冻,此外还具有良好的抗压强度、抗裂性能以及抗渗性能,并且具有较短的凝结时间。
对比例1的原料中未添加抗渗剂;相较于实施例1,对比例1中混凝土的抗冻等级、抗压强度、抗裂性能、抗渗性能均明显下降,并且其凝结时间明显延长,说明抗渗剂的加入提高混凝土的致密性,从而可以提高混凝土的抗冻融性能、抗压强度以及抗裂抗渗性能,并且也有助于提高混凝土的硬化速度,缩短混凝土的凝结时间。
对比例2抗渗剂选自制备例4制备而得,该制备的原料中不包含聚丙烯酸钠、六甲基二硅氮烷以及N,N-二甲基丙烯酰胺;相较于实施例1,对比例2中混凝土的抗冻等级、抗压强度、抗裂性能、抗渗性能均明显下降,并且其凝结时间明显延长,说明抗渗剂中添加聚丙烯酸钠、六甲基二硅氮烷以及N,N-二甲基丙烯酰胺后,可以提高混凝土的抗冻融性能、抗压强度以及抗裂抗渗性能,缩短混凝土的凝结时间;对比例2相较于对比例1与实施例1,说明聚丙烯酸钠、六甲基二硅氮烷以及N,N-二甲基丙烯酰胺的加入有助于提高混凝土的硬化速度,缩短混凝土的凝结时间。
对比例3的原料中的增强纤维中不包含木质纤维素,掺合料中不包含可再分散性乳胶粉;相较于实施例1,对比例3混凝土的的抗冻等级、抗压强度、抗裂性能、抗渗性能均明显下降,说明木质纤维素以及可再分散性乳胶粉的加入可以提高混凝土的抗冻融性能、抗压强度以及抗裂抗渗性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:包括如下重量份的原料:水泥320-340份、砂700-720份、碎石940-980份、掺合料100-120份、增强纤维6-10份、抗渗剂10-20份、减水剂10-12份以及水120-140份。
2.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述掺合料由重量比为2:1:1:1的粉煤灰、矿渣粉、硅灰以及可再分散性乳胶粉混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰;所述矿渣粉为S95矿粉;所述可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
4.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述增强纤维由重量比为1:1的木质纤维素和聚丙烯纤维混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述抗渗剂由如下重量份的原料制成:铝矾土30-40份、凹凸棒土10-20份、氧化镁10-15份、聚丙烯酸钠10-15份、六甲基二硅氮烷3-5份以及N,N-二甲基丙烯酰胺1-2份。
6.根据权利要求5所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述抗渗剂采用如下方法制备:取铝矾土30-40份、凹凸棒土10-20份以及氧化镁10-15份于800-900℃的温度下,煅烧2-3h,然后加入聚丙烯酸钠10-15份、六甲基二硅氮烷3-5份以及N,N-二甲基丙烯酰胺1-2份继续研磨30-40min,过200-400目筛筛选后,得到抗渗剂。
7.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:砂为Ⅱ区中砂,表观密度为2650-2670kg/m3,颗粒直径为0.5-0.25mm;所述碎石的粒径为5-25mm连续级配,碎石的表观密度为2810-2820kg/m3,松散堆积密度为1540-1550kg/m3。
8.根据权利要求1所述的一种抗冻融混凝土拌合料,其特征在于:所述减水剂为木质素磺酸钠。
9.一种抗冻融混凝土拌合料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:取水泥320-340份、砂700-720份、碎石940-980份、掺合料100-120份、增强纤维6-10份、抗渗剂10-20份、减水剂10-12份以及水120-140份混合均匀后,得到抗冻融混凝土拌合料。
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