CN112110693A - 一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土 - Google Patents

一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，由480～490重量份的水泥、720～730重量份的细骨料、1050～1100重量份的粗骨料、4.8～4.9重量份的外加剂以及156.8～163.2重量份的水混合而成；其中，外加剂为引气剂和减水剂，且引气剂的重量为减水剂的1‰～3‰；混凝土的水胶比为0.32～0.34；本发明通过降低水胶比，使混凝土强度达到标准；通过添加减水剂，改善混凝土的流动性，增加低气压干燥环境下混凝土的坍落度，保障混凝土的工作性能；通过添加引气剂，改善混凝土的微观结构，保障混凝土在高寒高海拔地区低温且大温差环境下的抗冻耐久性，增加混凝土的使用寿命。

Description

一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土。
背景技术
近年来，随着我国西部大开发战略的不断推进，加速了高寒高海拔地区基础设施等的建设，使得该类地区混凝土用量大幅增加。高寒高海拔地区受海拔高度和地理位置的影响，具有气压低、相对湿度低、温度低、昼夜温差大、日照辐射强且日照时间长等环境特点，这种恶劣的环境条件使混凝土的工作性、强度以及耐久性能都降低。
目前，为保障高寒高海拔地区混凝土强度、耐久性等各项性能，一般从两方面进行改善。一方面在配合比设计时进行改善，可以通过降低水胶比、加入外加剂等方式。另一方面改善施工措施：如对原材料进行加热，以保障混凝土在低温天气下正常拌和；采用蓄热法、蒸汽法、暖棚法等方法对混凝土进行养护，以免混凝土成型初期因高寒高海拔地区低温干燥的环境形成初始缺陷；通过在混凝土表面喷洒或涂刷养护剂，使混凝土表面形成一层不透水的密闭养护薄膜，控制混凝土早期失水率，降低混凝土对环境的敏感性，从而提高混凝土性能。
目前，针对混凝土配合比的改善目的及措施往往比较单一，不能兼顾其各项性能，且往往是牺牲某一性能来满足另一性能。施工技术的把控也只能尽量保障混凝土各项性能在各个环节中不再损失，无法从根本上提高混凝土的各项性能。
因此，有必要研究一种可在高寒高海拔地区广泛应用，能同时满足工作性能、力学性能和抗冻耐久性的混凝土。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，能同时满足混凝土的工作性能、力学性能和抗冻耐久性，可适用于高寒高海拔地区。
解决上述技术问题采用的技术方案是：一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，由480～490重量份的水泥、720～730重量份的细骨料、1050～1100重量份的粗骨料、4.8～4.9重量份的外加剂以及156.8～163.2重量份的水混合而成；
其中，外加剂为引气剂和减水剂，且引气剂的重量为减水剂的1‰～3‰；混凝土的水胶比为0.32～0.34。
进一步地，混凝土的水胶比为0.33。
进一步地，水泥为P.II 52.5型硅酸盐水泥。
进一步地，细骨料为中粗砂，其含泥量≤5.9％。
进一步地，中粗砂为天然河砂。
进一步地，粗骨料为矿山碎石，矿山碎石的粒径为5～20mm。
进一步地，粗骨料由第一类矿山碎石和第二类矿山碎石组成，第一类矿山碎石和第二类矿山碎石的质量比为2：3；
其中，第一类矿山碎石的粒径a满足：5≤a＜10mm，第二类矿山碎石的粒径b满足：10≤b＜20mm。
进一步地，减水剂的减水率为15％～30％，引气剂为强引气型引气剂。
本发明的有益效果是：本发明通过降低水胶比，使混凝土强度达到标准；通过添加减水剂，能够破坏水泥颗粒的絮凝结构，分散水泥颗粒和水泥水化颗粒，释放出絮凝结构中的自由水，从而改善混凝土的流动性，增加低气压干燥环境下混凝土的坍落度，保障混凝土的工作性能；在混凝土搅拌过程中，空气分散进入混凝土形成微小气泡，当加入引气剂后，引气剂分子定向吸附排布在这些气泡表面，防止微小气泡兼并增大或上浮破灭，起到稳定微小气泡的作用，从而改善混凝土的微观结构，保障混凝土在高寒高海拔地区低温且大温差环境下的抗冻耐久性，增加混凝土的使用寿命。
附图说明
图1(a)是本发明实施例1混凝土质量损失率随冻融次数变化规律图。
图1(b)是本发明实施例1混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律图。
图2(a)是本发明实施例2混凝土质量损失率随冻融次数变化规律图。
图2(b)是本发明实施例2混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律图。
图3(a)是本发明实施例3混凝土质量损失率随冻融次数变化规律图。
图3(b)是本发明实施例3混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律图。
图4(a)是本发明对比例混凝土质量损失率随冻融次数变化规律图。
图4(b)是本发明对比例混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
高寒高海拔地区受环境气候影响，导致混凝土在拌和浇筑时和易性差，在硬化成型时容易形成内部初始缺陷，导致混凝土后期强度不够、耐久性差。同时由于高寒高海拔地区气温低、温差大，一年中日平均气温处于负温状态的时间较长，故对混凝土的抗冻耐久性要求较高。而根据现有规范得到的配合比，配制出的混凝土在高寒高海拔地区不能满足工作性、力学性能及耐久性的需求。
由于高海拔寒冷地区气压低，抑制了混凝土凝结硬化时水泥水化过程，导致混凝土强度降低。同时也会使混凝土的含气量降低，气泡稳定性差，导致混凝土的抗冻性能降低。本发明混凝土在高海拔寒冷地区应用，可以保障新拌混凝土的工作性、强度和抗冻耐久性。
本发明涉及了一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，目标强度等级为C50，使混凝土在高寒高海拔地区的工作性能及强度得以满足的同时，耐久性也得到保障。具体方案为：
一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，由480～490重量份的水泥、720～730重量份的细骨料、1050～1100重量份的粗骨料、4.8～4.9重量份的外加剂以及156.8～163.2重量份的水混合而成；其中，外加剂为引气剂和减水剂，且引气剂的重量为减水剂的1‰～3‰；混凝土的水胶比为0.32～0.34。更为优选的，混凝土的水胶比为0.33，较低的水胶比有利于提高混凝土在高寒高海拔地区的强度。
在本发明的实施例中，水泥优选为P.II 52.5型硅酸盐水泥。
在本发明实施例中，细骨料为中粗砂，其必须符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，优选地，松散堆积密度为1557kg/m3，该类中粗砂含泥量较高，在本发明中该类中粗砂的含泥量≤5.9％，更为优选地，中粗砂为天然河砂。
在本发明实施例中，粗骨料为矿山碎石，矿山碎石的粒径为5～20mm。更为具体的，粗骨料为矿山碎石由第一类矿山碎石和第二类矿山碎石组成，第一类矿山碎石和第二类矿山碎石的质量比为2：3；其中，第一类矿山碎石的粒径a满足：5≤a＜10mm，第二类矿山碎石的粒径b满足：10≤b＜20mm。该粗骨料不同粒径选择比例使得粗骨料集配良好，减少了骨料颗粒之间的空隙，节约水泥，经济性好，同时可以提高混凝土的和易性、密实度和强度。
在本发明实施例中，减水剂的减水率为15％～30％，引气剂为强引气型引气剂。采用强引气型引气剂可以保障在高寒高海拔地区的引气效果。
本发明通过降低水胶比，增强混凝土强度；通过添加减水剂，增加混凝土的流动性，改善混凝土的工作性能；通过添加引气剂，改善混凝土的微观孔结构，保障混凝土结构在高寒高海拔地区服役时的抗冻耐久性。
实施例1
在该实施例中，各原料具体为：
水泥：某水泥厂生产的P.II 52.5水泥。
细骨料：河砂，中粗砂，细度模数2.98。
粗骨料：包含粒径为5～10mm和10～20mm的两种碎石，其中5～10mm的碎石和10～20mm的碎石质量比为2∶3，同时符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)中的各项规定。
水：普通自来水。
减水剂：某外加剂厂所生产的高效减水剂，减水率≥15％。
引气剂：某外加剂厂所生产的高效引气剂。
以下表1为该实施例中适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土配合比。
表1
Figure BDA0002652722070000041
按照表1中的配合比将减水剂、引气剂与水混合，加入水泥、粗骨料、细骨料进行搅拌，得到一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土。
采用上述质量配比制备的混凝土进行抗压强度试验方法：
将养护龄期为28天的试件安放在试验机的下压板上，试件的承压面与成型时的顶面垂直，试件的中心与试验机下压板中心对准，开动试验机。在试验过程中连续均匀地加荷，荷载速率取0.7MPa/s。当试件接近破坏开始急剧变形时，停止调整试验机油门，直至破坏，然后记录破坏荷载。混凝土立方体抗压强度按下式计算：
fcu＝P/A，
式中：fcu——混凝土立方体试件抗压强度(MPa)；
P——试件破坏荷载(N)；
A——试件承压面积(mm2)。
混凝土立方体抗压强度计算应精确到0.1MPa。取三个试验测值的算术平均值作为该组试件的强度值。
试验结果如表2：
表2
试件编号 抗压强度(MPa)
A-1 54.3
A-2 55.1
A-3 53.8
由表2可知，本实施例制备的抗冻混凝土强度为54.4MPa。
采用表1质量配比制备的混凝土进行冻融试验：本试验操作参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)，采用某公司生产的快速冻融试验机，进行快速冻融试验。
具体步骤如下：
将棱柱体试块在标准养护室内养护24天后取出，然后在温度为15～20℃的水中浸泡，浸泡时水面高出试件顶面20mm，试件浸泡4天后对试件重量和横向基频的初始值进行测量。然后进行冻融循环试验。将试件放入尺寸为110mm×110mm×480mm的冻融循环试验盒中，试验盒中加入高度高出试件顶面2cm的水，再将试件盒放入装有防冻液的试验箱中，其中一个试件用于测定中心温度，并把三个测温计放入冻融箱三个不同位置以便观测温度下降速率。每个冻融循环设置在2～4小时内，冰冻和融化的转换控制在10分钟以内，在冻结和融化终止时，试件中心温度为-17℃和8℃。每25次循环后将试件取出，用水将试件冲洗擦干后测定试块质量和动弹性模量。
试验结果如图1所示，图1(a)为混凝土质量损失率随冻融次数变化规律，图1(b)混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律。由图1可知，经历250次冻融循环后，抗冻混凝土的质量损失率为4.45％，小于5％，相对动弹性模量为66.23％，大于60％，均未达到破坏条件，符合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中的要求。通过对其做冻融循环试验，抗冻融等级可达F250。
实施例2：
采用与实施例1中相同的原料和方法，按照表3的配合比制备得到适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土。
表3
Figure BDA0002652722070000061
本实施例经过与实施例1相同的抗压强度试验和冻融循环试验步骤及方法，得出制备的抗冻混凝土强度为56.1MPa，抗冻融等级可达F250。
如图2所示，图2(a)为混凝土质量损失率随冻融次数变化规律，图2(b)为混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律。由图2所示结果可知，经历250次冻融循环后，抗冻混凝土的质量损失率为4.22％，小于5％，相对动弹性模量为62.31％，大于60％，均未达到破坏条件，符合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中的要求。
实施例3：
采用与实施例1中相同的原料和方法，按照表4的配合比制备得到适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土。
表4
Figure BDA0002652722070000071
本实施例经过与实施例1相同的抗压强度试验和冻融循环试验步骤及方法，得出本实施例制备的抗冻混凝土强度为53.0MPa，抗冻融等级可达F250。
如图3所示，图3(a)为混凝土质量损失率随冻融次数变化规律，图3(b)为混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律。根据图3可知，经历250次冻融循环后，抗冻混凝土的质量损失率为4.52％，小于5％，相对动弹性模量为65.33％，大于60％，均未达到破坏条件，符合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中的要求。
对比例：
该对比例中原材料与实施例1～3的原材料相同，相较于实施例1～3，未添加外加剂。具体按照表5的配合比制备混凝土。
表5
Figure BDA0002652722070000081
按对比例配合比制备得到混凝土，并对其进行抗压强度试验和冻融循环试验，试验方法与实施例1～3相同，得到如下试验结果：
表6
试件编号 抗压强度(MPa)
D-1 47.3
D-2 49.1
D-3 50.8
表6为对比例混凝土抗压强度试验结果，该混凝土的抗压强度为49.1MPa，明显小于本实施例1-3中的抗压强度。
图4(a)为混凝土质量损失率随冻融次数变化规律，图4(b)为混凝土相对动弹性模量损失率随冻融次数变化规律，由图4所示，经历75次冻融循环后，未添加外加剂的普通混凝土的相对动弹性模量为59.20％，小于60％，达到《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)中的破坏条件，故其抗冻融等级为F50，远远小于实施例1～3中的抗冻融等级。
由以上实施例可以看出，本发明提供的适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土配合比配制的混凝土强度高，耐久性好，可用于高寒高海拔地区环境。

Claims (8)

1.一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于，由480～490重量份的水泥、720～730重量份的细骨料、1050～1100重量份的粗骨料、4.8～4.9重量份的外加剂以及156.8～163.2重量份的水混合而成；
其中，所述外加剂为引气剂和减水剂，且引气剂的重量为减水剂的1‰～3‰；所述混凝土的水胶比为0.32～0.34。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述混凝土的水胶比为0.33。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述水泥为P.II 52.5型硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1或2或3任意一项所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述细骨料为中粗砂，其含泥量≤5.9％。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述中粗砂为天然河砂。
6.根据权利要求5所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于；所述粗骨料为矿山碎石，所述矿山碎石的粒径为5～20mm。
7.根据权利要求6所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述矿山碎石由第一类矿山碎石和第二类矿山碎石组成，所述第一类矿山碎石和第二类矿山碎石的质量比为2：3；
其中，所述第一类矿山碎石的粒径a满足：5≤a＜10mm，所述第二类矿山碎石的粒径b满足：10≤b＜20mm。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高寒高海拔地区的抗冻混凝土，其特征在于：所述减水剂的减水率为15％～30％，所述引气剂为强引气型引气剂。
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