CN110922122A - 一种低水化热高强大体积混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低水化热高强度大体积混凝土，各组分及含量为：水泥83～145kg/m3，矿粉270～332kg/m3，水100～140kg/m3，碎冰30～50kg，碎石900～1100kg/m3，砂750～900kg/m3，复合外加剂8～50kg/m3。本发明采用水泥‑矿粉的二元胶凝体系，利用矿粉大掺量替代水泥并结合功能型外加剂，有效降低水泥用量，改善水泥水化产生大量热量造成的裂缝等问题，并进一步增强混凝土的密实度，提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力和强度，有效保障所得大体积混凝土的工作性能和耐久性能；且涉及的工艺简单、操作方便，造价成本低，可广泛应用于热带雨林气候下板式转换层等领域。

Description

一种低水化热高强大体积混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能建筑材料技术领域，具体涉及一种低水化热高强度大体积混凝土及其 制备方法。
背景技术
大体积混凝土转换层作为实现“转变功能、一楼多用”的结构过渡层，是目前高层建筑 中实现垂直转换最常用的结构形式，被越来越多地应用到现代建筑中。在国内，梁式转换层 是高层建筑当中经常使用的一种转换层结构，转换方式主要利用建筑物的框架结构中的房梁 与承重支柱来为转换层结构提供稳定性；而在国际上，由于板式转换层布置手法相对自由因 而得到广泛应用；现阶段当中，板式转换结构设计通常被运用于造型设计比较复杂的建筑物 上，板式转换层的优点在于下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐。但是，板式 转换层相对于梁式转换层，具有板厚、自重大、材料消耗多，且厚板的巨大荷载会集中作用 于建筑物中部，容易产生底部变形集中等缺点。
此外，由于板式转换层为空中大体积混凝土，在凝固过程混凝土六面均与空气接触，导 致混凝土外层散热快，内层与外层的温差较大体积底板更大，会进一步使混凝土产生较大的 温度变形以及温度应力导致裂缝的发生。为保证整体施工质量，通常需要额外增加降温、散 热、保温、加强养护和增加监控等诸多措施。
通常大体积混凝土通过掺加矿粉和粉煤灰来取代水泥，降低水泥用量，使水泥水化反应 产生的热量大幅减少，降低开裂风险、提高混凝土泵送流动性和后期强度：单掺大量粉煤灰 时，混凝土强度将会降低，抗冻性下降；而单掺大量矿粉，矿粉细颗粒表面吸附水分过多， 将导致混凝土泌水，不利于混凝土的泵送施工。目前国内通常采用粉煤灰和矿粉双掺来配制 大体积混凝土，如1569537A公开了一种大掺量矿粉高性能混凝土及其制备方法，双掺矿粉 和粉煤灰的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能较差，不利于海边环境工程的耐久性；CN101343161A 公开了一种仪脱硫石膏为激发剂的水泥-矿渣粉胶凝体系，该体系需要参加激发剂来提高混凝 土的早期强度。
我国建筑业企业面临着复杂严苛的施工环境，在东南亚某些地区甚至存在现场原材料(如 粉煤灰、矿砂等)极其短缺的问题。如马来西亚公主湾项目，因无法采购到适合的粉煤灰， 项目部不得不采用单一高掺量矿粉的方式，但容易导致水化热高、混凝土泌水等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于针对复杂严苛的境外施工环境，提供一种板式转换层用大体积混 凝土，其水化热低、强度高，并具有较好的工作性能和耐久性能；且涉及的工艺简单、操作 方便，适合推广应用；同时可有效解决矿粉掺量过高时，由于矿粉细颗粒表面吸附水分过多， 导致混凝土泌水，不利于混凝土泵送施工等问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种转换层用低水化热高强度大体积混凝土，各组分及其含量按重量份数计为：水泥 83～145kg/m3，矿粉270～332kg/m3，水100～140kg/m3，碎冰30-50kg，碎石900～1100kg/m3， 砂750～900kg/m3，复合外加剂8～50kg/m3。
上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；矿粉为S95级矿粉。
上述方案中，所述水泥和矿粉构成胶凝材料，其中矿粉占胶凝材料总质量的65～80％。
根据上述方案，所述碎石为5～20mm连续级配；砂为细度模数在2.5～2.8、含泥量小于2％ 的中砂。
根据上述方案，所述外加剂由减水组分A、缓凝组分B和粘度调节组分C按 1:(0.1～0.35):(0.1～0.5)的质量比复合而成；其中减水组分A为自制聚羧酸型减水剂；缓凝组分B为葡萄糖酸钠、葡糖糖酸钙中的一种；粘度调节组分C为纤维素醚、聚乙烯醇、淀粉中的 一种。
其中，所述自制减水组分的结构式见式I：
Figure BDA0002271453940000021
其中，a为1～25的整数，b为1～25的整数，c为1～50的整数，d为1～200的整数，m为1～50的整数，n为1～50的整数，x为1～20的整数。
上述一种转换层用低水化热高强度大体积混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按配比称取各原料，各组分及其含量为：水泥83～145kg/m3，矿粉270～332kg/m3， 水100～140kg/m3，碎冰30～50kg，碎石900～1100kg/m3，砂750～900kg/m3，复合外加剂8～50 kg/m3；
2)将0-20kg碎冰放置在骨料传送带上来降低骨料的温度，后将石、砂、0～20kg/m3碎冰 和70～100kg/m3的水混合搅拌均匀，得到湿混合骨料，向所述湿混合骨料中加入水泥搅拌均 匀，得混合水泥物料；然后加入剩余水、碎冰、矿粉和外加剂搅拌均匀，即得入模温度低于 30℃的高强大体积混凝土混合料，然后入模成型；
3)将所得成型混凝土进行六面保温养护，其中上表面采用薄膜覆盖、内部造雾的养护保 温措施，达到对上表层混凝土保湿、防风、遮阳效果；其余5面采用在模板外层覆盖保温棉 的方式，养护至龄期即得所述大体积混凝土。
本发明的原理为：
1)本发明在混凝土中加入矿粉能够减少水泥的用量，通过加入碎冰降低由水泥-矿粉释 放的水化热，同时加入自制的功能型外加剂解决由矿粉引起的混凝土泌水问题，改善混凝土 的工作性，并进一步增进后期强度、改善混凝土的内部结构、提高抗硫酸盐侵蚀能力；
2)本发明严格控制混凝土初始温度和水化过程中的最高温度、内外温差，可以降水泥 水化热低，而且干躁收缩低，尤其适用于大体积高强高性能混凝土的制备，实现混凝土水化 期间中心最高温度不超过75℃，表里温差不超过25℃的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)高掺量矿粉的加入可有效减低水泥的添加量，减少因水泥水化产生大量热量造成的裂 缝现象；且高掺量矿粉的加入有利于增强混凝土的密实度，并与本发明所述复合外加剂配合 作用，有效提高所得大体积混凝土的强度和抗硫酸盐侵蚀能力，适用于制备板式转换层等。
2)本发明采用原材料降温处理(骨料冰水预冷、胶凝材料提前备货)手段，混凝土配 制采用水与碎冰结合实现大体积混凝土的入模温度低于30℃，进一步促使混凝土绝热温升低 于50℃，有效控制水泥水化热；
3)本发明采用的自制功能型外加剂，通过结构设计增加该外加剂亲水极性，同时提高了 空间位阻作用，有效降低高掺量矿粉产生的泌水问题，改善混凝土的工作性能，并进一步增 强所得大体积混凝土的后期强度和抗硫酸盐侵蚀能力等。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进 一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
以下实施例中，试验环境温度为31℃，采用的原材料为：普通硅酸盐水泥、S95级矿粉、 5～20mm的连续级配碎石、细度模数为2.7且含泥量为0.5％的中砂，外加剂由自制功能聚羧 酸减水剂、葡萄糖酸钠、纤维素醚复合而成；其中自制减水组分的结构式见式I：
Figure BDA0002271453940000041
其中，a为4，b为1，c为2，d为20，m为50，n为25，x为3；
以羟丁基乙烯基醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和马来酸酐为主要原料，经自由基聚 合而成；具体包括如下步骤：
1)按配比称取各原料，各单体及其所占质量百分比包括：羟丁基乙烯基醚55％、异戊烯 醇聚氧乙烯醚27％、丙烯酸16％和马来酸酐2％；将称取的羟丁基乙烯基醚和异戊烯醇聚氧乙 烯醚溶于水中，升温至50℃，得到水溶液I；
2)将丙烯酸、马来酸酐、链转移剂混合溶于水中，得混合溶液II；
3)将引发剂溶于水中，得到引发剂溶液III；
4)将溶液II和III同时匀速滴加到水溶液I中，滴加完成后在50℃的温度条件下反应2 小时，然后降温并加碱中和至pH为6.7，即得自制功能聚羧酸减水剂。
实施例1
一种转换层用低水化热高强度大体积混凝土，每立方米大体积混凝土的制备原料包括： 水泥145kg、矿粉270kg、砂820kg、石925kg、水125kg、碎冰30kg和复合外加剂9.4kg(外 加剂组分为：自制聚羧酸减水剂6.6kg、葡萄糖酸钠1.2kg、纤维素醚1.2kg)；
其制备方法包括如下步骤：
将石、砂和70wt％的水混合搅拌20s，得到湿混合骨料，在所述湿混合骨料中加入水泥 搅拌均匀，得到含有水泥的混合物料；在所述含有水泥的混合物料中加入剩余水、碎冰、矿 粉和自制外加剂进行搅拌60s，得到大体积混凝土；然后按照板式转换层要求进行浇筑；对浇 筑转换层进行六面养护，对上表面蓄水10cm，并在水上方20cm处覆盖薄膜，达到对上表层 混凝土保湿、防风、遮阳效果；对其余5面采用在模板外层覆盖保温棉的保温养护措施。
实施例2
一种转换层用低水化热高强度大体积混凝土，每立方米大体积混凝土的制备原料包括： 水泥83kg、矿粉332kg、砂850kg、石900kg、水100kg、碎冰50kg和复合外加剂9.4kg(外加剂组分为：自制聚羧酸减水剂6kg、葡萄糖酸钠1.2kg、纤维素醚2.2kg)；
其制备方法包括如下步骤：
将石、砂和70wt％的水混合搅拌20s，得到湿混合骨料，在所述湿混合骨料中加入水泥 搅拌40s，得到含有水泥的混合物料；在所述含有水泥的混合物料中加入剩余水、碎冰、矿粉 和自制外加剂进行搅拌60s，得到大体积混凝土混合料，然后按照板式转换层要求进行浇筑， 对浇筑转换层进行六面养护，对上表面蓄水10cm，并在水上方20cm处覆盖薄膜，达到对上 表层混凝土保湿、防风、遮阳效果；对其余5面采用在模板外层覆盖保温棉的保温养护措施。
实施例3
一种转换层用低水化热高强度大体积混凝土，每立方米大体积混凝土的制备原料包括： 水泥130kg、矿粉280kg、砂850kg、石900kg、水120kg、碎冰40kg和复合外加剂8.4kg(外 加剂组分为：自制聚羧酸减水剂6kg、葡萄糖酸钠1.2kg、纤维素醚1.2kg)；
其制备方法包括如下步骤：
将10kg碎冰放置在骨料传送带上来降低骨料的温度，后将石、砂、10kg碎冰和70wt％ 的水混合搅拌20s，得到湿混合骨料，在所述湿混合骨料中加入水泥搅拌40s，得到含有水泥 的混合物料；在所述含有水泥的混合物料中加入剩余水、碎冰、矿粉和自制外加剂进行搅拌 60s，得到大体积混凝土，然后按照板式转换层要求进行浇筑，对浇筑转换层进行六面养护， 对上表面蓄水10cm，并在水上方20cm处覆盖薄膜，达到对上表层混凝土保湿、防风、遮阳 效果；对其余5面采用在模板外层覆盖保温棉的保温养护措施。
对比例1
一种大体积混凝土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于该大体积混凝土按 水泥-粉煤灰-矿粉三元体系配合；每立方米大体积混凝土的制备原料包括：水泥145kg、粉煤 灰150、矿粉120kg、砂820kg、石925kg、水155kg、和复合外加剂9.4kg(外加剂组分为： 自制聚羧酸减水剂6kg、葡萄糖酸钠1.2kg、纤维素醚2.2kg)；
其制备方法包括如下步骤：
将石、砂和70wt％的水混合搅拌20s，得到湿混合骨料，在所述湿混合骨料中加入水泥 搅拌40s，得到含有水泥的混合物料；在所述含有水泥的混合物料中加入剩余水、矿粉和外加 剂进行搅拌60s，得到大体积混凝土，然后按照板式转换层要求进行浇筑，对浇筑转换层进行 六面养护，对上表面蓄水10cm，并在水上方20cm处覆盖薄膜，达到对上表层混凝土保湿、 防风、遮阳效果；对其余5面采用在模板外层覆盖保温棉的保温养护措施。
对比例2
一种大体积混凝土，其制备方法与实施例1相同，不同之处在于所使用的外加剂由聚羧 酸减水剂ZJ-1a-01(中建商品混凝土有限公司提供的普通减水型聚羧酸减水剂)6.6kg、葡萄糖 酸钠1.2kg、纤维素醚1.6kg复配得到。
将实施例1～3及对比例1～2所得大体积混凝土，进行性能测试，具体包括：根据GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久 性能试验方法标准》中进行检测各实施例及对比例制备的大体积混凝土的工作性、强度和抗 硫酸盐侵蚀性能试验；并根据检查孔内温度计显示的中心温度和内外温差变化进行测试，测 试结果见表1和表2。
表1工作性及温控测试结果
Figure BDA0002271453940000061
表2强度及抗硫酸盐侵蚀测试结果
Figure BDA0002271453940000062
上述结果表明，本发明所得单掺矿粉的大体积混凝土内外温差小与双掺大体积混凝土内 外温差相当，可以避免大体积混凝土因为水化热过分集中释放造成其内部温差过大而产生裂 缝等问题，且密实度大、抗压强度高，并可进一步提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。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他不同形式的变化或者变动，这里 无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明 创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低水化热高强度大体积混凝土，各组分及其含量为：水泥83～145kg/m3，矿粉270～332kg/m3，水100～140kg/m3，碎冰30～50kg，碎石900～1100kg/m3，砂750～900kg/m3，复合外加剂8～50kg/m3。
2.根据权利要求1所述的低水化热高强度大体积混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥；矿粉为S95级矿粉。
3.根据权利要求1所述的低水化热高强度大体积混凝土，其特征在于，所述水泥和矿粉构成胶凝材料，其中矿粉占胶凝材料总质量的65～80％。
4.根据权利要求1所述的低水化热高强度大体积混凝土，其特征在于，所述碎石为5～20mm连续级配；砂为细度模数为2.6～2.8、含泥量小于2％的中砂。
5.根据权利要求1所述的低水化热高强度大体积混凝土，其特征在于，所述复合外加剂由减水组分A、缓凝组分B和粘度调节组分C按1:(0.1～0.35):(0.1～0.5)的质量比复合而成；其中减水组分A为自制聚羧酸型减水剂；缓凝组分B为葡萄糖酸钠、葡糖糖酸钙中的一种；粘度调节组分C为纤维素醚、聚乙烯醇、淀粉中的一种。
6.根据权利要求5所述的低水化热高强度大体积混凝土，其特征在于，所述自制聚羧酸型减水剂的结构式见式I：
Figure FDA0002271453930000011
其中，a为1～25的整数，b为1～25的整数，c为1～50的整数，d为1～200的整数，m为1～50的整数，n为1～50的整数，x为1～20的整数。
7.权利要求1～6任一项所述低水化热高强度大体积混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按配比称取各原料，各组分及其含量为：水泥83～145kg/m3，矿粉270～332kg/m3，水100～140kg/m3，碎冰30～50kg，碎石900～1100kg/m3，砂750～900kg/m3，复合外加剂8～50kg/m3；
2)将0～20kg/m3碎冰放置在骨料传送带上来降低骨料的温度，然后将石、砂、0～20kg/m3碎冰和70～100kg/m3的水混合搅拌均匀，得到湿混合骨料，向所述湿混合骨料中加入水泥搅拌均匀，得混合水泥物料；然后加入剩余水、碎冰、矿粉和外加剂搅拌均匀，即得入模温度低于30℃的高强大体积混凝土混合料，然后入模成型；
3)将所得成型混凝土进行六面保温养护，其中上表面采用薄膜覆盖、内部造雾的养护保温措施；其余5面采用在模板外层覆盖保温棉的方式，养护至龄期，即得所述大体积混凝土。
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