CN111763050B - 一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土及其制备方法，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥430±10kg/m³，粉煤灰50±5kg/m³，硅灰45±5kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂45±2kg/m³，细骨料800±10kg/m³，粗骨料940±10kg/m³，外加剂14±1kg/m³，水160±10kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46％。本发明在原有高抛自密实混凝土的配合比基础上，通过引入三膨胀源复合膨胀剂，实现了与混凝土强度发展和收缩变形的协调发展，获得了良好的膨胀性能，同时选择了合适的水胶比和砂率，使得到的高强度高抛自密实微膨胀混凝土的工作性能和强度要求得到了保证，解决了传统高抛自密实混凝土在泌水离析和拌合物间隙通过性方面所存在的问题。

Description

一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种混凝土技术领域，特别涉及一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土及其制备方法。

背景技术

成都市某超五星写字楼为钢管砼框架－核心筒结构，在施工过程中，为加快工期，砼浇筑时就必须一次性浇筑12m高钢管砼，为满足要求，钢管内混凝土必须采用高强度高抛自密实微膨胀混凝土进行浇筑。高强度高抛自密实微膨胀钢管混凝土结合了“高抛自密实混凝土”、“微膨胀混凝土”、“钢管混凝土”的技术难点，同时还兼具“高强混凝土”的特点，是一项相对复杂且极具挑战的新型混凝土技术，超高钢管砼一次性浇筑过程中，易出现离析泌水现象，进而造成粗集料下沉，砂浆上浮的问题，导致钢管中混凝土严重分层，形成局部的薄弱层，而且硬化混凝土与钢管壁的结合由于泌水形成的水膜的存在也不紧密，会对混凝土质量造成严重破坏。其次，高抛法施工时，由于梁柱节点的存在，混凝土在梁柱节点位置处不能充分填满整个钢管内部，易出现局部空洞、混凝土与钢管内壁脱离等现象。另外，由于钢管砼的全封闭特性，一旦砼浇筑完成，由于对砼的无损检测手段少，不容易检测砼内部质量，如发生砼质量问题，很难进行补救，所以钢管砼必须要求一次成活。

因此，高强度高抛自密实微膨胀钢管混凝土作为一种高性能混凝土，除满足结构设计所需要求的强度和耐久性能外，更要满足良好的施工性，即高流动性、高粘聚性、坍落度损失小，免振达到自密实。由于自密实混凝土的大流动性、水灰比高，容易在浇筑后造成泌水和离析现象，如何解决高抛砼泌水离析和拌合物间隙通过性就成了钢管砼施工成败的关键因素。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土及其制备方法，本发明在原有高抛自密实混凝土的配合比基础上，通过引入三膨胀源复合膨胀剂，实现了与混凝土强度发展和收缩变形的协调发展，获得了良好的膨胀性能，同时选择了合适的水胶比和砂率，使得到的高强度高抛自密实微膨胀混凝土的工作性能和强度要求得到了保证，解决了传统高抛自密实混凝土在泌水离析和拌合物间隙通过性方面所存在的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥430±10kg/m³，粉煤灰50±5kg/m³，硅灰45±5kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂45±2kg/m³，细骨料800±10kg/m³，粗骨料940±10kg/m³，外加剂14±1kg/m³，水160±10kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46％。

作为优选，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥432kg/m³，粉煤灰53kg/m³，硅灰48kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂46kg/m³，细骨料802kg/m³，粗骨料942kg/m³，外加剂14.5kg/m³，水161kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46％。即该配合比即为C70高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比。

进一步，所述三膨胀源复合型膨胀剂为CMA三膨胀源抗裂剂。

进一步，以质量百分数计，所述外加剂由以下组分构成：减水母液20－27％，缓凝剂5％，保水剂1－2％，引气剂万分之1－5，消泡剂万分之1－3，保坍剂10％，减缩剂1％，余量为水和杂质。

进一步，所述水泥28天抗压强度在52MPa以上，所述粉煤灰的需水量比为90％以上，0.045mm筛筛余10±1％，所述硅灰的活性指数为114±2％。

进一步，所述粗骨料为粒径5－20mm的碎石，其表观密度为2.67±0.1g/m³，压碎指标为7±0.5％。

进一步，所述细骨料为细度模数2.7，石粉含量低于6％的中砂。

本发明还包括一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土的制备方法，包括以下步骤：将粗骨料和细骨料及部分水加入搅拌机中预拌，然后加入水泥、三膨胀源膨胀剂、粉煤灰、硅灰和外加剂进行拌合，最后加入剩余的水搅拌均匀后得到混凝土拌合物，混凝土拌合物经浇注后即得到成型的高强度高抛自密实微膨胀混凝土。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明引入了三膨胀源复合型膨胀剂，其能够显著实现与混凝土强度发展和收缩变形的协调发展，获得了良好的膨胀性能，同时，本发明的混凝土配置技术参数的水胶比选择为定值0.300，砂率定值为46％，能够保证混凝土具有良好的流动性和密实性，对降低成本、保证混凝土强度发展有利，解决了传统高抛自密实混凝土在泌水离析和拌合物间隙通过性方面所存在的问题。

2、本发明的高强度高抛自密实微膨胀混凝土在施工浇筑过程中，拌合物和易性良好、12m高空抛落后无离析、泌水现象，具有良好的密实性，混凝土成型后无瑕疵，强度满足要求，大体积高强自密实混凝土得到了成功应用。

附图说明

图1是本发明的对比试验中水胶比对高强度高抛自密实微膨胀混凝土28d抗压强度影响图；

图2是本发明的对比试验中砂率对高强度高抛自密实微膨胀混凝土28d抗压强度影响图；

图3是本发明的C70高抛自密实微膨胀混凝土试验柱实体结构施工现场图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥430±10kg/m³，粉煤灰50±5kg/m³，硅灰45±5kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂45±2kg/m³，细骨料800±10kg/m³，粗骨料940±10kg/m³，外加剂14±1kg/m³，水160±10kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46％。

在上述配合比中，水泥可以为普通硅酸盐水泥，要求28d抗压强度52MPa，安定性合格，下述试验中采用的水泥为峨胜P.O 42.5R普通硅酸盐水泥；粉煤灰可以选择成都Ⅰ级粉煤灰，其需水量比为90％以上，0.045mm筛筛余10±1％，硅灰可以选择成都产二氧化硅94％、活性指数114±2％的硅灰；细骨料一般选择级配Ⅱ区中砂，其细度模数2.7，石粉含量低于6％；粗骨料可以选择成都产的碎石，5－20mm连续级配，表观密度为2.67±0.1g/m³，压碎指标为7±0.5％。

在上述配合比中，为了解决高抛自密实混凝土在泌水离析和拌合物间隙通过性方面所存在的问题，本发明设计了专用外加剂，以质量百分数计，所述专用外加剂由以下组分构成：减水母液20－27％(具体数值根据实际需要选择)，缓凝剂5％，保水剂1－2％(具体数值根据实际需要选择)，引气剂万分之1－5，消泡剂万分之1－3，保坍剂10％，减缩剂1％，余量为水和杂质。该外加剂的固含量在15％左右，减水率在30％左右，抗压强度比达到199％。经对比试验得到，该专用外加剂可以使得高抛自密实混凝土具有合适的流动性，泌水性能良好，抗离析性良好，并且可以使硬化的混凝土抗压强度满足要求，有效解决了高抛自密实混凝土在泌水离析和拌合物间隙通过性方面所存在的问题。

在上述配合比中，所述三膨胀源复合型膨胀剂为江西武冠新材料有限公司生产的CMA三膨胀源抗裂剂，其比表面积为255m2/kg，限制膨胀率水中7d为0.025％，具体配方和性能参数等信息可参考相关专利CN100515974C(三膨胀混凝土抗裂剂)，使用该三膨胀源抗裂剂后，其能够显著实现与高抛自密实混凝土强度发展和收缩变形的协调发展，获得了良好的膨胀性能，而一般三膨胀源膨胀剂由于各自特性不同，在高抛自密实混凝土中的应用效果远不及CMA三膨胀源抗裂剂，因此，本发明的三膨胀源复合型膨胀剂为CMA三膨胀源抗裂剂。

进一步，为了证明该抗裂剂的使用效果，在配合比都相同的条件下，未掺入CMA三膨胀源抗裂剂的混凝土与掺入有CMA三膨胀源抗裂剂的混凝土的性能对比如表1所示，其中，采用NEL－NES型非接触式混凝土收缩变形测定仪对混凝土收缩率进行测试。

表1掺入抗裂剂前后混凝土性能对比试验数据

项目	抗压强度(MPa)	收缩率(ppm)
			未掺入	83.1	340
掺入	82.3	75

由表1的试验结果得到，该抗裂剂能够限制混凝土收缩变形，并且保证混凝土满足高强度的要求，具备可观的应用价值。

在上述配合比中，对于粉煤灰的掺量，粉煤灰是由大量表面光滑的球状玻璃体组成，起到一种“滚珠润滑”作用，能够打破水泥浆的絮凝结构，可达到改善新拌混凝土工作性能的作用，同时，由于可弥补混凝土中的细分不足，阻塞泌水通道，有利于泌水率的降低，改善混凝土的黏聚性，粉煤灰颗粒的形态和亲水特性，其球形玻璃体可吸附一层水膜，可使混凝土具有良好的保水性。另外，粉煤灰还能降低水化热，适宜于大体积混凝土及高温季节混凝土施工。然而，粉煤灰的填充物理作用和火山灰作用使得其对混凝土的后期强度起到一定的作用，但对混凝土的早期强度存在一定的影响，因此需要对粉煤灰的掺量进行控制。为达到节约水泥的效果，又能保证混凝土的强度，增加密实性，改善混凝土综合性能指标，经多次试验总结得到，粉煤灰的配合比为50±5kg/m³为宜，超出该范围则有可能使混凝土的早期强度不达标。

在上述配合比中，对于硅灰的掺量，硅灰的一个主要作用是用于取代水泥用量，通过混凝土试配实验对比基准混凝土配合比用量，以28d抗压强度作为表征得到，随着硅灰含量的增加、水泥含量的降低，混凝土28天抗压强度先增加后降低。其可能原因是：硅灰颗粒细小，具有高度分散性，硅灰主要成分为活性SiO₂，硅灰通过填充效应、火山灰效应能有效地提高混凝土的强度；硅灰还可起到一种独特的微集料效应，即改善胶凝材料系统的颗粒粒径分布，使系统的颗粒堆积更为紧密和合理。但是，当硅灰掺量过多时，过多的未参与反应的硅灰对水泥的粘结强度并无贡献，从而使抗压强度降低。因此，根据试验结果确定得到，硅灰的配合比为45±5kg/m³为宜，超出该范围则有可能使得到的混凝土的抗压强度不达标。

在上述配合比中，混凝土的扩展度、坍落度和强度与水胶比有很大的关联，因此选择合理的水胶比是强度和工作性能的保证。在胶凝材料一定的基础上，水胶比越小，混凝土的流动度越小，无法达到自流平，同时不能保证自密实混凝土的密实性；如果水胶比过大，又会使混凝土的粘聚性和保水性降低，从而降低混凝土的强度。因此，水胶比的确定是设计高强自密实混凝土的一个关键要点。为了确定水胶比，通过设计多组对比试验来确定得到，对比试验按照以上确定的胶凝材料用量的基础上固定砂率，分别用0.250、0.275、0.300、0.325共4个水胶比进行试配，试验结果如表2和图1所示。

表2水胶比对混凝土拌合物工作性影响

由表2和图1得到，随着水胶比的增加，混凝土的强度先增加后降低，当水胶比为0.300时，高强自密实混凝土的工作性能和强度均为最佳，因此，确定水胶比为0.300。

进一步，砂率对混凝土的强度和工作性能影响比较大，在一定范围内随着砂率增加能够提高混凝土的流动度，改善混凝土拌合物和易性，另一方面随着砂率的增加，包裹浆料变薄，润滑作用降低，使得混凝土强度降低，因此选择合理的砂率是控制混凝土强度和工作性能的关键因素。为了确定砂率，通过设计多组对比试验来确定得到，对比试验按照以上确定的胶凝材料用量的基础上固定水胶比，对比试验验证不同砂率(40％、43％、46％、49％)对混凝土工作性能和强度的影响，试验结果见表3和图2。

表3砂率对混凝土拌合物工作性影响

有表3和图2可以得到，当砂率由40％增加到49％时，扩展度先增加后降低，扩展时间先降低后增加，强度随着砂率的增加而降低。因此综合混凝土工作性能和强度的考评，确定46％的砂率为最佳值，此时混凝土具有高流动性能且强度发展良好，非常适合高强度高抛自密实微膨胀混凝土的制备。

进一步，上述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的制备方法，包括以下步骤：将粗骨料和细骨料及部分水加入搅拌机中预拌，然后加入水泥、三膨胀源膨胀剂、粉煤灰、硅灰和外加剂进行拌合，最后加入剩余的水搅拌均匀后得到混凝土拌合物，混凝土拌合物经浇注后即得到成型的高强度高抛自密实微膨胀混凝土。

为了进一步解释本发明的创新点，以下以具体实例为例。

实例1

成都市某超五星写字楼为钢管砼框架-核心筒结构，建筑高度160m，钢管直径900-1050mm，壁厚18-22mm，钢管内砼等级C40-C70，核心筒为钢筋砼剪力墙结构，砼等级C30-C60，标准层层高4m。项目建设周期为22个月，业主为加快工期，要求钢管制作安装三层为一节，钢管柱12m一次性吊装施工，钢管内混凝土也同样一次性浇筑12m，为满足设计要求，钢管内混凝土必须采用高抛自密实微膨胀混凝土进行浇筑，并最终决定采用C70高抛自密实微膨胀混凝土进行浇注，并对C70高抛自密实微膨胀混凝土拌合物提出表4的性能指标要求，如表4所示。

表4高抛自密实钢管混凝土拌合物性能指标要求

按照表4的性能指标要求，传统的高抛自密实钢管混凝土并不能满足，为此，需要设计一种新的高抛自密实钢管混凝土。发明人经过长时间设计和实验后终于得到一种能够满足该性能指标要求的高抛自密实钢管混凝土，即一种C70高抛自密实微膨胀混凝土，其配合比为：水泥432kg/m³，粉煤灰53kg/m³，硅灰48kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂46kg/m³，细骨料802kg/m³，粗骨料942kg/m³，外加剂14.5kg/m³，水161kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46％。按照此配合比，采用现有施工工艺得到的C70高抛自密实混凝土成型标准件，实验测试结果如表5所示。

表5C70高抛自密实微膨胀混凝土工作性能及强度试验结果

由表5可以得到，本发明的高强度高抛自密实微膨胀混凝土的工作性能和强度实验结果完全符合表4的性能指标要求，按照此配合比进行工程应用浇筑时，混凝土拌合物和易性良好，12m高空抛落后无离析、泌水现象，具有良好的密实性，混凝土成型后无瑕疵，强度满足要求，经现场检测，该混凝土拌合物工作性能和强度均达到了规范要求。对成型混凝土进行超声波探伤检测混凝土密实度检测证实，钢管混凝土内部密实，由此，大体积高强自密实混凝土得到了成功应用。高强度高抛自密实微膨胀混混凝土试验柱结构物实体如图3所示。

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 (6)

1.一种高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥430±10kg/m³，粉煤灰50±5kg/m³，硅灰45±5kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂45±2kg/m³，细骨料800±10kg/m³，粗骨料940±10kg/m³，外加剂14±1kg/m³，水160±10kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46%；所述外加剂由以下组分构成：减水母液20-27%，缓凝剂5%，保水剂1-2%,引气剂万分之1-5，消泡剂万分之1-3，保坍剂10%，减缩剂1%，余量为水和杂质；所述三膨胀源复合型膨胀剂为CMA三膨胀源抗裂剂。

2.如权利要求1所述的高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述高强度高抛自密实微膨胀混凝土的配合比为：水泥432kg/m³，粉煤灰53 kg/m³，硅灰48kg/m³，三膨胀源复合型膨胀剂46kg/m³，细骨料802kg/m³，粗骨料942kg/m³，外加剂14.5kg/m³，水161kg/m³，水胶比为0.300，砂率为46%。

3.如权利要求1所述的高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述水泥28天抗压强度在52MPa以上，所述粉煤灰的需水量比为90%以上，0.045mm筛筛余10±1%，所述硅灰的活性指数为114±2%。

4.如权利要求3所述的高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述粗骨料为粒径5-20mm的碎石，其表观密度为2.67±0.1g/m³，压碎指标为7±0.5%。

5.如权利要求4所述的高强度高抛自密实微膨胀混凝土，其特征在于，所述细骨料为细度模数2.7，石粉含量低于6%的中砂。

6.如权利要求1所述的高强度高抛自密实微膨胀混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将粗骨料和细骨料及部分水加入搅拌机中预拌，然后加入水泥、三膨胀源复合型膨胀剂、粉煤灰、硅灰和外加剂进行拌合，最后加入剩余的水搅拌均匀后得到混凝土拌合物，混凝土拌合物经浇注后即得到成型的高强度高抛自密实微膨胀混凝土。

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