CN112521109A - 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土 - Google Patents

一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土 Download PDF

Info

Publication number
CN112521109A
CN112521109A CN202011630518.5A CN202011630518A CN112521109A CN 112521109 A CN112521109 A CN 112521109A CN 202011630518 A CN202011630518 A CN 202011630518A CN 112521109 A CN112521109 A CN 112521109A
Authority
CN
China
Prior art keywords
concrete
elastic modulus
strength
ultimate tensile
ultra
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011630518.5A
Other languages
English (en)
Inventor
秦道天
杨欣
杨静
高丹盈
郭彦伟
宋华锋
朱峰
周璇
张玉山
刘法宝
彭红银
江涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Xixi Expressway Construction Co ltd
Zhengzhou Planning Survey Design And Research Institute
Zhengzhou University
First Engineering Co Ltd of China Railway 23rd Bureau Group Co Ltd
Original Assignee
Henan Xixi Expressway Construction Co ltd
Zhengzhou Planning Survey Design And Research Institute
Zhengzhou University
First Engineering Co Ltd of China Railway 23rd Bureau Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan Xixi Expressway Construction Co ltd, Zhengzhou Planning Survey Design And Research Institute, Zhengzhou University, First Engineering Co Ltd of China Railway 23rd Bureau Group Co Ltd filed Critical Henan Xixi Expressway Construction Co ltd
Priority to CN202011630518.5A priority Critical patent/CN112521109A/zh
Publication of CN112521109A publication Critical patent/CN112521109A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C04B2201/52—High compression strength concretes, i.e. with a compression strength higher than about 55 N/mm2, e.g. reactive powder concrete [RPC]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，是由原料水、水泥、粉煤灰、长石石英砂岩粗、细骨料和减水剂、引气剂按一定重量份配比配制而成。本发明通过大量科学试验，并对材料进行了优选，最终确定采用长石石英砂岩骨料制备混凝土，成功的配制出了高强度低弹模混凝土。经实测，本发明配制的高强低弹模高极限拉伸混凝土强度超过C50，弹性模量不超过2.0×104MPa，极限拉伸值超过1.5×10‑4，解决了以往高强混凝土的弹性模量居高不下的技术难题，显著降低了混凝土的弹强比，明显提高了混凝土的变形能力，用于混凝土防渗墙、电站冷却塔等对混凝土变形能力要求很高的工程中，为降低工程施工成本提供了基础条件。

Description

一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料，尤其是涉及一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土。
背景技术
混凝土材料针对不同的使用场合，对性能参数（如强度、弹性模量等）的要求是不同的。
混凝土防渗墙是在松散透水地基或上石坝堰体中筑成的起防渗作用的地下连续墙，是保证道路地基稳定和大坝安全的工程措施。防渗墙混凝土除应具备一般混凝土的性能外，还应符合防渗墙的使用及施工要求。
防渗墙混凝土一般具有下列特点：较高的强度和较低的弹性模量。防渗墙应能较好地适应地基或坝堰体的变形。因此，当强度一定时，防渗墙混凝土的弹性模量原则上越低越好，也即弹性模量与抗压强度的比值越小越好。水利水电工程防渗墙壁的厚度一般只有60~100cm，与大坝相比十分单薄。但由于它深埋于地基中，水平荷载主要由墙后地基承担，相当于弹性地基上的薄板，所以降低墙体材料的弹性模量有利于改善墙体的应力状态。
电站自然通风冷却塔在运行期间不仅需要承受自身重量、风荷载的作用，且长期处于浓缩循环水高湿热喷淋等环境中，并常年暴露于大气、太阳照射之下，冬季需要承受冻融作用，工作环境恶劣，需要承受较大的变形。对于冷却塔结构而言，为了保证结构的力学性能和耐久性，应采用C40以上的高强混凝土，同时，应尽可能降低混凝土的弹性模量，提高混凝土的极限拉伸变形能力。
表1 混凝土的弹性模量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表1是国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015年版）推荐的不同强度等级混凝土的弹性模量。从表中可见，采用常规手段配制的某一特定强度等级的混凝土的弹性模量几乎是确定的。并且当混凝土强度等级大于C30时，弹性模量超过3.00×104MPa。一般情况下，提高混凝土的强度会导致弹性模量的增大，其应变性能会明显下降。
混凝土的极限拉伸值是混凝土轴向受拉断裂时的应变值。它是混凝土抗裂能力的一个重要指标，极限拉伸值高的混凝土能更好地承受温度变化和干燥收缩带来的变形。通常混凝土的极限拉伸值在1.0×10-4左右。
专利文献CN102320798B针对高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道的底座板低弹性模量混凝土进行了研究。底座板混凝土的设计要求强度等级C30、弹性模量≤3.15×104MPa。底座板上层是乳化沥青砂浆填充层，28天抗压强度≥15.0 MPa、厚度30mm、弹性模量0.7~1.0×104 MPa。底座板的低弹性模量是从轨道的的受力结构方面提出的要求，这样与上层的乳化沥青砂浆填充层能形成一个低弹性模量的缓冲结构，在列车轮轨高速冲击时，两者变形量接近，不容易脱落；同时在底座板下部梁体因温度变化移位变形时，本身可以有较大的变形，而不会发生混凝土脆断。该文献公开了一种低弹模高性能混凝土，混凝土56d强度为38.9MPa时，弹性模量为2.95×104MPa。该混凝土的弹性模量远远大于乳化沥青砂浆填充层的弹性模量。混凝土强度38.9MPa对应的强度等级为C35，表1规范值推荐弹性模量为3.15×104MPa。与之相比，该文献中的弹性模量降低了（1-2.95/3.15）×100%=6.3%。降低效果非常有限。
文献《轻质微膨胀混凝土配合比试验研究》（许汉铮等，长安大学学报（自然科学版），2002年第22卷第6期）公开了一种高强度低弹模混凝土，28d立方体抗压强度为54.9MPa，弹性模量为2.56×104MPa，混凝土干表观密度为1805kg/m3，采用页岩陶粒轻骨料制备而成。采用轻骨料可以降低混凝土的弹模，但是混凝土的密度和耐久性会大幅降低。
文献《混凝土的极限拉伸研究综述》（刘数华等，福建建材，2007年第1期，总第96期）介绍了采用掺合料、外加剂、纤维、石粉等措施提高混凝土极限拉伸值的措施。改变掺合料、外加剂和石粉等材料的用量能提高混凝土的极限拉伸值，但提高效果很有限，最大值为1.20×10-4。采用纤维材料能明显提高混凝土的极限拉伸值，最大值为1.96×10-4。不过，虽然纤维材料对混凝土的受拉性能有明显改善作用，但对混凝土的弹性模量降低不明显，而且会增加施工成本和难度。
通过上述分析可知，对于一些对混凝土变形能力要求很高的工程来说，现有的高强混凝土弹性模量居高不下的技术难题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，以满足对混凝土变形能力要求很高的工程所需。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，是由原料水、水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、减水剂和引气剂按下述重量份配比配制而成：
水140~190份，水泥220~455份，粉煤灰0~120份，细骨料560~750份，粗骨料1020~1250份，减水剂和引气剂适量（按推荐掺入量调整）；
其中细骨料为长石石英砂岩人工砂，所述粗骨料为长石石英砂岩人工碎石，其骨料原岩的饱和抗压强度＞60 MPa。
所述细骨料的细度模数为2.4~2.8，所述粗骨料的粒径为5~20mm。
所述粗骨料的吸水率＜3.0%。
所述水泥为普通硅酸盐42.5级或52.5级水泥。
所述粉煤灰为F类I级或II级粉煤灰。
所述减水剂为高性能或高效减水剂。
所述引气剂为松香型或离子型引气剂。
本发明混凝土的配制方法如下：
1、按重量份配比准确称量各原料；
2、将减水剂和引气剂加入到水中，搅拌均匀备用；将粉煤灰和水泥混合均匀备用；
3、将粗骨料和细骨料加入到混凝土搅拌机中搅拌30s，然后加入水泥和粉煤灰的混合物继续搅拌30s，最后在搅拌状态下加入水、减水剂和引气剂的混合物，搅拌2min；
4、出料，测试混凝土的坍落度满足要求即可使用。
强化混凝土由水泥浆体、骨料和孔隙组成。在水胶比一定的前提下，水泥浆体的变形性能变化不大。对于非引气混凝土来说，混凝土的含气量比较稳定，约为1%左右。除此之外，影响混凝土变形性能的因素主要是骨料的变形性能和骨料与水泥浆的粘结性能。
为实现低弹性模量高进行拉伸值的目的，本发明通过大量科学试验，并对材料进行了优选，最终确定采用砂岩骨料制备混凝土，成功的配制出了高强低弹性混凝土。其中长石石英砂岩的弹性模量只有2.48×104MPa，比C20混凝土的弹性模量还低，但具有较高的抗压强度，可达60MPa~150MPa以上。由其制备的骨料的刚度相应也低，弹性模量低，变形大。本发明科学的选用原料，采用合理的粒度级配，配制出的混凝土强度超过C50，弹性模量不超过2.0×104MPa，极限拉伸值超过1.5×10-4，解决了以往高强混凝土的弹性模量居高不下的技术难题，显著降低了混凝土的弹强比，明显提高了混凝土的变形能力。同时本发明通过粉煤灰（矿物掺合料）的滚珠效应和填充效应，还可以进一步提高混凝土的流动性，满足寒冷地区应用并进一步降低了弹性模量。
本发明配制的高强低弹模高极限拉伸混凝土可用于混凝土防渗墙、电站冷却塔等对混凝土变形能力要求很高的工程中，为降低工程施工成本提供了基础条件。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做更加详细的介绍，以便于本领域技术人员的理解。
下述实施例所用原料如下：
1、水：满足《混凝土用水标准》（JGJ63）对混凝土拌合用水的技术要求；
2、水泥为普通硅酸盐42.5级或52.5级水泥，指标满足《通用硅酸盐水泥》（GB175）要求；
3、粉煤灰为F类I级或II级粉煤灰，指标满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）要求；
4、细骨料为长石石英砂岩人工砂，细度模数为2.62，指标满足《建设用砂》（GB/T14684）II类砂技术要求；
5、粗骨料为长石石英砂岩人工碎石，粒径5~20mm，吸水率2.8%，原岩的饱和抗压强度85MPa，其他指标满足《建设用碎石、卵石》（GB/T14685）II类技术要求；
6、减水剂为高性能或高效减水剂，如（聚羧酸高性能减水剂或萘系高效减水剂），指标满足《混凝土外加剂》（GB8076）技术要求。
7、引气剂为松香型或离子型引气剂，如AE引气剂，指标满足《混凝土外加剂》（GB8076）技术要求。
实施例1 配制一种超低弹性模量高极限拉伸值人工砂混凝土
原料配比：
水140kg，水泥304kg，粉煤灰57kg，细骨料675kg，粗骨料1190kg，高性能减水剂3.61kg。
配制方法：
1、准确称量所用各原料；
2、将减水剂加入到水中，搅拌均匀备用；将粉煤灰和水泥混合均匀备用；
3、将粗骨料和细骨料加入到混凝土搅拌机中搅拌30s，然后加入水泥和粉煤灰的混合物继续搅拌30s，最后在搅拌状态下加入水和减水剂的混合物，搅拌2min；
4、出料，测试混凝土的坍落度满足要求即可使用。
对配制出的成品混凝土进行实测：混凝土坍落度162mm，密度2370kg/m3，28d强度55.7MPa，弹性模量1.76×104MPa，极限拉伸值2.01×10-4。
可满足对强度有较高要求如混凝土防渗墙使用。
实施例2 配制一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土
原料配比：
水142kg，水泥380kg，粉煤灰0kg，细骨料685kg，粗骨料1148kg，高性能减水剂3.8kg，AE引气剂3.8g。
配制方法：
1、准确称量所用各原料；
2、将减水剂和引气剂加入到水中，搅拌均匀备用；
3、将粗骨料和细骨料加入到混凝土搅拌机中搅拌30s，然后加入水泥继续搅拌30s，最后在搅拌状态下加入水，减水剂和引气剂的混合物，搅拌2min；
4、出料，测试混凝土的坍落度满足要求即可使用
对配制出的成品混凝土进行实测：混凝土坍落度170mm，含气量4.5%，密度2350kg/m3，28d强度58.4MPa，弹性模量1. 80×104MPa，极限拉伸值2.02×10-4。
可满足电站自然通风冷却塔混凝土使用。
需要说明的是：将本发明配制的混凝土坍落度控制在180±20mm，对不同强度等级要求的混凝土进行配合比设计，测定其强度、弹性模量和极限拉伸值，结果见表2。
表2 混凝土的弹性模量与极限拉伸值
Figure 738934DEST_PATH_IMAGE002
也就是说，按照本发明公开的内容，适当调整各原料的配比，得到的混凝土可满足对混凝土变形能力有不同要求的实际工程中。

Claims (7)

1.一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：是由原料水、水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、减水剂和引气剂按下述重量份配比配制而成：
水140~190份，水泥220~455份，粉煤灰0~120份，细骨料560~750份，粗骨料1020~1250份，减水剂和引气剂适量；
其中细骨料为长石石英砂岩人工砂，所述粗骨料为长石石英砂岩人工碎石，其骨料原岩的饱和抗压强度＞60 MPa。
2.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述细骨料的细度模数为2.4~2.8，所述粗骨料的粒径为5~20mm。
3.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述粗骨料的吸水率＜3.0%。
4.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐42.5级或52.5级水泥。
5.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为F类I级或II级粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述减水剂为高性能或高效减水剂。
7.根据权利要求1所述的超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土，其特征在于：所述引气剂为松香型或离子型引气剂。
CN202011630518.5A 2020-12-31 2020-12-31 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土 Pending CN112521109A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011630518.5A CN112521109A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011630518.5A CN112521109A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112521109A true CN112521109A (zh) 2021-03-19

Family

ID=74977186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011630518.5A Pending CN112521109A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112521109A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114315273A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 中建西部建设湖南有限公司 一种砂岩骨料体系混凝土及其制备方法与应用
CN114368944A (zh) * 2021-12-24 2022-04-19 中国水电建设集团十五工程局有限公司 堆石坝用软岩属性骨料的混凝土及制备方法
CN114890745A (zh) * 2022-05-13 2022-08-12 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 一种高强高抗裂水工抗冲磨混凝土及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张子琴等: "骨料品种对水工混凝土变形特性的影响", 《混凝土》 *
许丛强: "高强低弹混凝土的试验研究", 《广东土木与建筑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114368944A (zh) * 2021-12-24 2022-04-19 中国水电建设集团十五工程局有限公司 堆石坝用软岩属性骨料的混凝土及制备方法
CN114315273A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 中建西部建设湖南有限公司 一种砂岩骨料体系混凝土及其制备方法与应用
CN114890745A (zh) * 2022-05-13 2022-08-12 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 一种高强高抗裂水工抗冲磨混凝土及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Effect of granite dust on mechanical and some durability properties of manufactured sand concrete
CN106747128B (zh) 一种大流态高强无收缩灌浆料及其制备方法
CN112521109A (zh) 一种超低弹性模量高极限拉伸值高强度人工砂混凝土
CN108558303A (zh) 一种再生混凝土块材及其生产方法
Li et al. Impact of different lithological manufactured sands on high-speed railway box girder concrete
WO2008035221A2 (en) Concrete composition with reduced shrinkage
CN102241497A (zh) 一种超大体积高强度低水化热混凝土
CN110668772A (zh) 全废弃物制备的地聚合物基人工备防石及其制备方法
CN110467407A (zh) 一种c70大体积混凝土及其制备工艺
CN107311567A (zh) 自密实自应力自养护高强混凝土及其制备方法
CN102503307A (zh) 一种新型高强膨胀混凝土
CN107935516A (zh) 一种用于隧道衬砌拱顶带模注浆的微膨胀注浆料
CN110204228A (zh) 早期强度高的低热硅酸盐水泥及其制备方法和应用
CN112408880A (zh) 一种玄武岩纤维透水混凝土及其制备方法
CN110498630A (zh) 一种混凝土复合外加剂及其制备方法和混凝土
Alzaza et al. Mechanical and durability properties of C–S–H-seeded cement mortar cured at fluctuating low temperatures with granulated blast furnace slag as fine aggregates
CN101293766A (zh) 一种单掺火山灰碾压混凝土及其制备方法
CN111333392A (zh) 一种海水拌养珊瑚礁砂c120uhpc及其制备方法
CN110218055A (zh) 一种低硫含量的负温型套筒灌浆料及其制备方法
CN110451896A (zh) 基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土
CN108609972B (zh) 一种高强快硬锚杆注浆材料
CN113135698B (zh) 一种改性磷渣粉作为掺合料制备的混凝土及其制备方法
CN103224364B (zh) 低碳高性能隧道喷射专用系列混凝土
CN111798931B (zh) 一种基于形变控制的机制砂石骨料预应力混凝土配合比设计方法
CN112299778A (zh) 一种高原铁路混凝土的组成及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210319

RJ01 Rejection of invention patent application after publication