CN111499293A - 一种抗裂防渗混凝土 - Google Patents

一种抗裂防渗混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗裂防渗混凝土，属于建筑材料技术领域。包括以下质量份的各组分：水泥200～300份、粉煤灰100～150份、碎石950～1100份、砂850～1050份、纳米无机氧化物0.5～1份、纳米氧化锌0.5～1份、外加剂6～12份、自修复剂1～3份，水155～170份。本发明以纳米无机氧化物、纳米氧化锌、外加剂、自修复剂为主要原料，利用纳米材料的小尺寸效应、表面界面效应、自修复效应以及表面能条件技术等改善优化混凝土孔隙和密实度，自修复阻断水分修复裂缝；通过抑制混凝土拌合物凝结硬化水分蒸发，降低水化放热速率与孔溶液表面能，从而实现混凝土体积稳定性最大化；最后将可能出现的裂缝进行自修复；进而实现在混凝土全周期范围内均具有抗裂性和抗渗性，改善混凝土耐久性和结构安全。

Description

一种抗裂防渗混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体为一种抗裂防渗混凝土。
背景技术
随着我国基础设施建设的加快，涉及的地下工程及超大、超长结构越来越多，对混凝土耐久性要求越来越高，从而对混凝土抗裂性及防渗性能提出了更高的新要求；混凝土裂缝是影响混凝土耐久性、结构安全与建筑使用寿命最直接最重要的因素，解决混凝土抗裂性，提高混凝土抗渗性将有利于我国基础设施建设推进，更有利于树立良好的国际质量品牌。
目前，由于混凝土塑性收缩、水化热、干缩等形成的裂缝极为普遍，为防止混凝土裂缝提高抗渗性，主要采取掺入膨胀剂和聚丙烯纤维的双掺技术，并增加胶凝材料用量提高混凝土强度等级等措施；该技术措施虽在一定程度上改善混凝土抗裂性，但膨胀剂其膨胀率控制难度大，养护环境要求苛刻；胶凝材料用量增加将带来提高温度应力集中及化学收缩等风险，且不利于成本控制和可持续发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好保水性、粘聚性和保坍性的抗裂防渗混凝土，本发明混凝土能实现混凝土由表及里，且混凝土生命周期中均具有防裂抗渗保护功能，提高混凝土结构的耐久性和安全性，进而从工作性角度保证混凝土质量。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种抗裂防渗混凝土，包括以下质量份的各组分：水泥200～300份、粉煤灰100～150份、碎石950～1100份、砂850～1050份、纳米无机氧化物0.5～1份、纳米氧化锌0.5～1份、外加剂6～12份、自修复剂1～3份，水155～170份。
进一步，所述抗裂防渗混凝土，包括以下质量份的各组分：水泥230～280份、粉煤灰120～135份、碎石1000～1050份、砂900～1000份、纳米无机氧化物0.7～0.9份、纳米氧化锌0.6～0.8份、外加剂8～10份、自修复剂1.5～2.5份，水160～165份。
进一步，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，其细度控制在300～350m2/kg；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，活性指数70～75％，需水比90～95％，细度5～8％。
进一步，所述碎石为5～31.5mm的连续级配普通碎石，泥块含量≤0.2％；所述砂为Ⅱ区中砂，300μm筛孔的颗粒通过量20％～25％。
进一步，所述纳米无机氧化物为纳米SiO2，其粒径为50～400nm，其中50～150nm粒径与200～400nm粒径的质量比为(2～3)：(7～8)。纳米无机氧化物在混凝土水化过程中起到晶种和级配最紧密填充的作用，使得混凝土具有更加密实和匀质的结构，优选的纳米二氧化硅能达到较佳的效果。
进一步，所述纳米氧化锌的粒径为200～400nm。纳米氧化锌在碱性条件下溶解，对混凝土水化速率进行调控，从而控制混凝土温度梯度，较少温度应力集中。
进一步，所述外加剂的包括聚羧酸减水剂，抑制蒸发剂和毛细孔负压调节剂，且聚羧酸减水剂，抑制蒸发剂，毛细孔负压调节剂的固含量比为(7～8)：(1～2)：1。外加剂的固含量优选为15％。
所述聚羧酸减水剂的固含量为25～30％，减水率为25～30％。
所述抑制蒸发剂包括质量比为(1.5～2)：(8～8.5)的丙烯酸乳液和丙三醇，丙烯酸乳液的固含量优选为40％。抑制蒸发剂在混凝土浇筑完成后能在收光面形成封闭膜，降低混凝土水分蒸发速率。
所述毛细孔负压调节剂包括质量比为(8～8.5)：(1.5～2)的聚丙二醇和二丙酮醇，聚丙二醇的分子量优选为400～600。毛细孔负压调节剂在混凝土硬化后有效调剂混凝土毛细孔中孔溶液表面能，从而降低毛细孔负压，达到降低干缩率的作用。
进一步，所述自修复剂包括载体Fe(OH)3絮状多孔胶体和高活性材料磨细矿渣。所述自修复剂的制备方法为：将Fe2(SO4)3与NaOH反应形成Fe(OH)3絮状多孔胶体，将絮状多孔胶体烘干至恒重，加入硅酸钠和磨细矿渣，混合搅拌均匀。Fe(OH)3絮状多孔胶体为载体，将硅酸钠为激发剂与高活性材料磨细矿渣储存孔结构中，在裂缝出现破坏载体时，有水分或湿润条件下，高活性材料、硅酸钠和硫酸钠激发剂与渗入的水分反应，消耗渗入的水分并填补裂缝修复裂缝，实现自修复。
进一步，所述硅酸钠和磨细矿渣的质量比为(1～1.5)：(8.5～9)，所述硅酸钠和磨细矿渣的总体积与絮状多孔胶体的体积比为(2～3)：(1～2)；所述磨细矿渣的细度为800～1000m2/kg。
进一步，所述水为普通自来水，用于提供混凝土拌合物优异的工作性及水化所需的水分。
本发明抗裂防渗混凝土的制备方法是直接将各组分按质量份数混合均匀，在混合前应将各原料制备好。
本发明以纳米无机氧化物、纳米氧化锌、外加剂、自修复剂为主要原料，利用纳米材料的小尺寸效应、表面界面效应、自修复效应以及表面能条件技术等改善优化混凝土孔隙和密实度，自修复阻断水分修复裂缝；通过抑制混凝土拌合物凝结硬化水分蒸发，降低水化放热速率与孔溶液表面能，从而实现混凝土体积稳定性最大化；最后将可能出现的裂缝进行自修复；进而实现在混凝土全周期范围内均具有抗裂性和抗渗性，改善混凝土耐久性和结构安全。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明抗裂防渗混凝土，凝土表面形成有效的隔离层，能降低水分蒸发，具有良好的防塑性收缩表面裂缝性能，从混凝土凝结硬化过程中进行裂缝控制，筑好混凝土抗裂防渗性的第一道防线。
2、本发明抗裂防渗混凝土，能有效改善混凝土水化放热速率和孔溶液表面能，实现消除混凝土温度应力及干缩裂缝的作用，提高混凝土体积稳定性；抗裂防渗混凝土中自修复剂，在存在裂缝及渗水时，能及时反应堵塞裂缝修复混凝土，防止裂缝进一步扩展并修复密实混凝土。
3、本发明抗裂防渗混凝土工作性优于普通混凝土，具有良好的保水性、粘聚性和保坍性，能保证混凝土施工质量。
4、本发明涉及的抗裂防渗混凝土能实现混凝土由表及里，且混凝土生命周期中均具有防裂抗渗保护功能，提高混凝土结构的耐久性和安全性。
5、本发明涉及的制备工艺和操作步骤简单方便，无需高温高压等设备，只需高速搅拌混合装置，适合大规模工业化生产，应用前景广阔。
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：
水泥：普通硅酸盐水泥P·O 42.5，细度330～350m2/kg；
粉煤灰：I级粉煤灰，活性指数70％，需水比90％，细度5％；
砂：机制砂Ⅱ区中砂，300μm筛孔的颗粒通过量20％～25％；
碎石：5～31.5mm碎石，连续级配，泥块含量≤0.2％；
纳米无机氧化物：纳米SiO2，其粒径50～150nm与粒径200～400nm的质量比为3:7。
纳米氧化锌：粒径为200～400nm。
外加剂：固含量为15％，其组分聚羧酸减水剂：抑制蒸发剂：毛细孔负压调节剂的质量比为7：1.5：1。聚羧酸减水剂固含量30％，减水率25％；抑制蒸发剂由质量比为2：8的丙烯酸乳液(固含量40％)和丙三醇组成；毛细孔负压调节剂为由质量比为8：2的聚丙二醇(分子量为400～600)和二丙酮醇组成。
自修复剂：将0.5mol/L的Fe2(SO4)3与3mol/L的NaOH等体积反应形成Fe(OH)3絮状多孔胶体，再将絮状多孔胶体置于105～110℃烘箱至恒重；将Na2SiO3·9H2O与细度900～1000m2/kg的磨细矿渣按质量比为1：9混合，再与恒重絮状多孔胶体以体积比2：1进行混合搅拌45min，搅拌转速为500～600r/min。其中硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)，AR，≥98％。
水：普通自来水。
将上述各原料按配比混合均匀，即可得到抗裂防渗混凝土。
表1为各实施例抗裂防渗混凝土及对比组配合比表。
表1抗裂防渗混凝土配合比/质量份
Figure BDA0002418630940000051
表2抗裂防渗混凝土对比组配合比/质量份
Figure BDA0002418630940000061
按照表1和表2配合比制备的抗裂防渗混凝土，其中掺入纳米氧化锌其混凝土凝结时间影响显著，纳米氧化锌掺入量为0.5～1份，其初凝结时间由基准9h延迟到12～18h。所配制出的混凝土的28d龄期性能如表3和表4所示。
表3基准组与抗裂防渗混凝土28d龄期性能
编号 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 抗渗等级 平板开裂面积mm<sup>2</sup>/m<sup>2</sup>
基准组C30 36.3 2.7 P8 395
基准组C40 48.5 3.9 P10 314
实施例1-C30 37.9 3.2 >P12 43
实施例2-C30 38.8 3.3 >P12 36
实施例3-C30 39.7 3.5 >P12 32
实施例4-C40 49.9 4.2 >P12 21
实施例5-C40 51.3 4.5 >P12 16
实施例6-C40 52.9 4.6 >P12 10
表4对比组抗裂防渗混凝土28d龄期性能
编号 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 抗渗等级 平板开裂面积mm<sup>2</sup>/m<sup>2</sup>
对比组1 36.9 2.8 >P12 51
对比组2 37.8 3.3 >P12 70
对比组3 38.3 2.9 >P12 99
对比组4 39.9 3.4 >P12 68
对比组5 38.7 3.1 >P12 73
根据表1混凝土配合比制备的混凝土其性能指标测试结果表3和表4表明，实施例中C30和C40混凝土强度均有一定程度的增加，抗渗等级均超过P12，而抗裂性能改善最为明显，裂缝减少了约90～95％。
从对比组数据分析表明，掺纳米SiO2对混凝土强度有一定增强作用，对混凝土抗压强度影响不显著，通过提高混凝土抗折强度，一定程度增强混凝土抗裂性能；纳米氧化锌、抑制蒸发剂、毛细孔负压调节剂、自修复剂对混凝土抗裂性能影响显著，且存在叠加复合作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，包括以下质量份的各组分：水泥200～300份、粉煤灰100～150份、碎石950～1100份、砂850～1050份、纳米无机氧化物0.5～1份、纳米氧化锌0.5～1份、外加剂6～12份、自修复剂1～3份，水155～170份。
2.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，其细度控制在300～350m2/kg；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，活性指数70～75％，需水比90～95％，细度5～8％。
3.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述碎石为5～31.5mm的连续级配普通碎石，泥块含量≤0.2％；所述砂为Ⅱ区中砂，300μm筛孔的颗粒通过量20％～25％。
4.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述纳米无机氧化物为纳米SiO2，其粒径为50～400nm，其中50～150nm粒径与200～400nm粒径的质量比为(2～3)：(7～8)。
5.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述纳米氧化锌的粒径为200～400nm。
6.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述外加剂的包括聚羧酸减水剂，抑制蒸发剂和毛细孔负压调节剂，且聚羧酸减水剂，抑制蒸发剂，毛细孔负压调节剂的固含量比为(7～8)：(1～2)：1。
7.如权利要求6所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的固含量为25～30％，减水率为25～30％；所述抑制蒸发剂包括质量比为(1.5～2)：(8～8.5)的丙烯酸乳液和丙三醇；所述毛细孔负压调节剂包括质量比为(8～8.5)：(1.5～2)的聚丙二醇和二丙酮醇。
8.如权利要求1所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述自修复剂包括载体Fe(OH)3絮状多孔胶体和高活性材料磨细矿渣。
9.如权利要求8所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述自修复剂的制备方法为：将Fe2(SO4)3与NaOH反应形成Fe(OH)3絮状多孔胶体，将絮状多孔胶体烘干至恒重，加入硅酸钠和磨细矿渣，混合搅拌均匀。
10.如权利要求9所述一种抗裂防渗混凝土，其特征在于，所述硅酸钠和磨细矿渣的质量比为(1～1.5)：(8.5～9)，所述硅酸钠和磨细矿渣的总体积与絮状多孔胶体的体积比为(2～3)：(1～2)。
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