CN112174599A - 一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土及制备方法 - Google Patents

一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土及制备方法，其原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，所述骨料由中砂、5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石组成，所述胶凝材料由水泥和II级粉煤灰按水泥：II级粉煤灰的重量比为5.3：1混合而成，所述减水剂为分子量30000‑50000的聚羧酸减水剂，所述耐磨剂由硅粉、铁粉和膨胀粉组成。由于原料中采用特殊的耐磨剂、防水剂及特定比例的两级连续粒径混合而成的碎石，最终所得的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土在保证混凝土强度达标的情况下，耐磨性提高10％。可用于中、小型闸坝高速水流冲刷部位的施工。

Description

一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土组合物，具体涉及一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土及制备方法，属于混凝土技术领域。
背景技术
在水利水电工程建设中，由于水工建筑物所使用的混凝土往往会受到推移质水流、高速水流或者含沙水流等的气蚀破坏或者冲刷破坏，进而导致水工建筑物发生泄水闸、溢流坝或者泄洪洞槽等破坏。据调研，在我国运行中约70％的水利水电工程建筑物存在冲刷磨损，可见抗冲耐磨混凝土是水利水电工程中重要的建筑材料。
水工构筑物所用的混凝土常用于水上、水下和水位变动区等部位。水工构筑物所用的混凝土经常或周期性地受环境水作用，因其用途不同，技术要求也不同：常与环境水相接触时，一般要求具有较好的抗渗性；在寒冷地区、特别是在水位变动区应用时，要求具有较高的抗冻性；与侵蚀性的水相接触时，要求具有良好的耐蚀性；在大体积构筑物中应用时，为防止温度裂缝的出现，要求具有低热性和低收缩性；在受高速水流冲刷的部位使用时，要求具有抗冲刷、耐磨及抗气蚀性等。由此可见，抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土是水利工程中，尤其是大型水利工程中最主要的建筑材料。目前的水工构筑物所用的混凝土的抗冲刷、耐磨情况：C50掺各种纤维的28天抗冲磨强度一般为7.0-11.48h/kg·m-2，C50HF高强耐磨粉煤灰混凝土的28天抗冲磨强度一般为7.0-7.8h/kg·m-2，本发明R28C40混凝土的抗冲磨强度数据为7.1h/kg·m-2，抗冲磨强度非常高，已经达到了C50的同级别水平。因此其应用于中、小型闸坝高速水流冲刷部位时，解决了普通混凝土抗冲刷能力差，耐磨性差等的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的抗冲刷能力差，耐磨性差等技术问题而提供一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其适用于中、小型闸坝高速水流冲刷部位。所述抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土由于需要抵抗河水中夹杂的河砂及卵石冲击，添加了耐磨剂，因此具有很好的抗冲刷性能、耐磨性、密实性、高强度和抗渗性等优点，同时给水利工程建筑施工有良好的经济效益提升。
本发明的目的之二是提供上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的制备方法。
本发明的技术方案
一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，按每立方米防渗墙所用的塑性混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的、用量如下：
Figure BDA0002672962020000021
其中所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算；
所述骨料由中砂和碎石组成，中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的胶凝材料由水泥和II级粉煤灰组成，按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1；
所述的防水剂优选为成都亚庆建材有限公司生产的YQ-13防水剂；
所述耐磨剂为由硅粉、铁粉和膨胀粉组成，按质量比计算，即硅粉：铁粉：膨胀粉为1：0.93：0.41，优选采用成都亚庆建材有限公司生产的型号为YQ-10的耐磨剂；
所述的减水剂为聚羧酸减水剂，其为分子量30000-50000，优选为麦斯特301外加剂，玉峰外加剂厂生产。
上述所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量优选如下：
Figure BDA0002672962020000031
所用原料水的量：172kg。
上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的制备方法，具体步骤如下：
将总体积1/3-1/2的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、II级粉煤灰，防水剂、耐磨剂一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为80-100r/min搅拌60-180秒，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性，最终得到抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土。
上述投料完毕后，搅拌机保证搅拌时间不少于60秒，是为了将不同材料混合分散更加均匀，利于优化改良混凝土内部构造，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性。
上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，由于混凝土的抗冲刷、耐磨性能良好，而且混凝土和易性、施工性能也都良好，因此可应用于中、小型闸坝高速水流冲刷部位的施工。
本发明的有益效果
本发明的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，由于采用特殊的耐磨剂、防水剂、特定比例的5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石两级配连续粒级，使得最终所得的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土在保证混凝土强度达标的情况下，可使混凝土耐磨性提高10％，抗冲刷性能优于普通混凝土。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明的各实施例中所用的原料及生产厂家信息如下：
水泥：普通硅酸盐水泥42.5R，拉法基牌；
中砂：细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm，产地都江堰；
碎石：5mm≤粒径D＜20mm的碎石、20mm≤粒径D≤40mm的碎石，产地都江堰；
II级粉煤灰，彭州建兴粉煤灰厂；
防水剂，成都亚庆建材有限公司生产，规格为YQ-13；
耐磨剂，成都亚庆建材有限公司生产，规格为YQ-10；
减水剂，麦斯特301外加剂，玉峰外加剂厂生产。
实施例1
一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，按每立方米防渗墙所用的塑性混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量如下：
Figure BDA0002672962020000041
所用原料水的量为172kg(即所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算)；
所述1774.00kg的骨料由674kg中砂和1100kg碎石组成(即中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63)；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的441.00Kg的胶凝材料由371kg水泥和70kg II级粉煤灰组成(即按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1)；
所述的防水剂为成都亚庆建材有限公司生产的YQ-13防水剂；
所述17.6kg耐磨剂为成都亚庆建材有限公司生产的型号为YQ-10的耐磨剂，由7.5kg硅粉、7kg铁粉和3.1kg膨胀粉组成(即按质量比计算，硅粉：铁粉：膨胀粉为1：0.93：0.41)；
所述的减水剂为玉峰外加剂厂生产的麦斯特301外加剂，为聚羧酸减水剂，其分子量为30000-50000。
上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的制备方法，具体步骤如下：
将总体积1/2的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、粉煤灰，防水剂、耐磨剂一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为100r/min搅拌60秒，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性，最终得到抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土。
实施例2
一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，按每立方米防渗墙所用的塑性混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量如下：
Figure BDA0002672962020000061
所用原料水的量为160kg(即所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算)；
所述1600.00kg的骨料由608kg中砂和992kg碎石组成(即中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63)；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的410.00Kg的胶凝材料由345kg水泥和65kg II级粉煤灰组成(即按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1)；
所述的7.94kg的防水剂为成都亚庆建材有限公司生产的YQ-13防水剂；
所述15.85kg耐磨剂为成都亚庆建材有限公司生产的型号为YQ-10的耐磨剂，由6.77kg硅粉、6.3kg铁粉和2.78kg膨胀粉组成(即按质量比计算，硅粉：铁粉：膨胀粉为1：0.93：0.41)；
所述的6.71kg的减水剂为玉峰外加剂厂生产的麦斯特301外加剂，为聚羧酸减水剂，其分子量为30000-50000。
上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的制备方法，具体步骤如下：
将总体积1/2的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、II级粉煤灰，防水剂、耐磨剂一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为90r/min搅拌120秒，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性，最终得到抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土。
实施例3
一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，按每立方米防渗墙所用的塑性混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量如下：
Figure BDA0002672962020000071
所用原料水的量为189kg(即所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算)；
所述1950.00kg的骨料由741kg中砂和1209kg碎石组成(即中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63)；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的485.00Kg的胶凝材料由408kg水泥和77kg II级粉煤灰组成(即按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1)；
所述的9.70kg的防水剂为成都亚庆建材有限公司生产的YQ-13防水剂；
所述19.37kg耐磨剂为成都亚庆建材有限公司生产的型号为YQ-10的耐磨剂，由8.27kg硅粉、7.7kg铁粉和3.4kg膨胀粉组成(即按质量比计算，硅粉：铁粉：膨胀粉为1：0.93：0.41)；
所述的减水剂为玉峰外加剂厂生产的麦斯特301外加剂，为聚羧酸减水剂，其分子量为30000-50000。
上述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的制备方法，具体步骤如下：
将总体积2/3的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、II级粉煤灰，防水剂、耐磨剂一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为80r/min搅拌180秒，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性，最终得到抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土。
对比例1
一种混凝土，所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂和水组成，按每立方米混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂的量如下：
骨料 1950.00kg
胶凝材料 485.00kg
减水剂 7.41kg；
所用原料水的量为189kg(即所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算)；
所述1950.00kg的骨料由741kg中砂和1209kg碎石组成(即中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63)；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的485.00Kg的胶凝材料由408kg水泥和77kg II级粉煤灰组成(即按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1)。
上述的一种混凝土的制备方法，具体步骤如下：
将总体积2/3的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、II级粉煤灰一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为90r/min搅拌180秒，以确保混凝土拌合物的和易性和均匀性，最终得到混凝土。
按照混凝土抗含砂水流冲刷试验(圆环法)及混凝土抗冲磨试验(水下钢球法)(5150-2017《水工混凝土试验规程》)采用水工混凝土抗冲刷试验机(圆环法，天津市华通试验仪器厂)及混凝土抗冲磨试验仪(水下钢球法，泰鼎精工)对上述实施例1-3所得的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土和对比例1所得的混凝土的抗冲刷性、耐磨性、强度等指标进行测定，测定结果见下表：
Figure BDA0002672962020000091
从上表中可以看出，本发明的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的所有指标都能满足设计相关要求，且抗冲刷性能优于对比例1所得的混凝土。由此表明了本发明的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土的抗冲刷、耐磨性能及抗渗性能良好，分析其原因是由于本发明的抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土中的耐磨剂中的硅粉与水和胶凝材料水泥中的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，同时由于5mm≤粒径D＜20mm和20mm≤粒径D≤40mm两级连续粒径的碎石又填充了水泥颗粒空隙，在改善混凝土粘聚性的同时，还降低了混凝土的泌水量，从而提高了混凝土的密实度、抗渗性与强度，进一步，耐磨剂中的膨胀粉在水环境的条件下，更能发挥出补偿收缩作用，加强了混凝土的密实度及抗渗性能，耐磨剂中的铁粉的加入更是提高了硬化混凝土的耐磨性及抗冲刷能力。同时，防水剂的加入,使混凝土的和易性及保坍型得到大幅度提高，确保了混凝土的施工性能。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所用的原料由骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂和水组成，按每立方米抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量如下：
Figure FDA0002672962010000011
其中所用原料水的量，按水：胶凝材料的重量比为0.39：1的比例计算；
所述骨料由中砂和碎石组成，中砂和碎石的比例，按重量比计算，中砂：碎石为1:1.63；
所述的中砂，细度模数为2.7，孔隙率42％，表观密度2610kg/m3，粒径为0.35-0.50mm；
所述的碎石由5mm≤粒径D＜20mm的碎石和20mm≤粒径D≤40mm的碎石混合而成，按重量比，即5mm≤粒径D＜20mm的碎石：20mm≤粒径D≤40mm的碎石为1:1.5；
所述的胶凝材料由水泥和II级粉煤灰组成，按重量比计算，水泥：II级粉煤灰为5.3：1；
所述的减水剂为聚羧酸减水剂，其为分子量30000-50000；
所述的耐磨剂为由硅粉、铁粉和膨胀粉组成。
2.如权利要求1所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所述的水泥为普通硅酸盐水泥42.5R。
3.如权利要求1所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所述的减水剂为玉峰外加剂厂生产的麦斯特301外加剂。
4.如权利要求1所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所述的防水剂为成都亚庆建材有限公司生产的YQ-13防水剂。
5.如权利要求1所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所述耐磨剂按质量比计算，即硅粉：铁粉：膨胀粉为1：0.93：0.41。
6.如权利要求5所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于所述耐磨剂为成都亚庆建材有限公司生产的型号为YQ-10的耐磨剂。
7.如权利要求6所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土，其特征在于按每立方米抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土计算：
其中所用原料骨料、胶凝材料、减水剂、防水剂、耐磨剂的量如下：
Figure FDA0002672962010000021
8.如权利要求1-7任一所述的一种抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土制备方法，其特征在于步骤如下：
将总体积1/3-1/2的水加入到减水剂中，得到减水剂水溶液，然后将减水剂水溶液、水泥、II级粉煤灰，防水剂、耐磨剂一起投入到搅拌机中，混匀后再加入中砂、碎石及剩余体积的水，然后控制转速为80-100r/min搅拌60-180秒，最终得到抗冲刷、耐磨的水工构筑物所用的混凝土。
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