CN113173754A - 一种c100防磨蚀薄壁混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C100防磨蚀薄壁混凝土及制备方法，本发明属于混凝土领域，该混凝土由以下材料组成：水泥495份、矿粉51份、粉煤灰90份、硅灰71份、粗骨料1020份、细骨料703份、减水剂21.3份、钢纤维35份、玄武岩纤维0.8份、水134份，以重量份数计。本发明提供了一种C100防磨蚀薄壁混凝土，具有强度高、密度大、孔隙率低、抗变形能力强，以及抗渗和抗冲磨能力强等优异性能。
Description
技术领域
本发明涉及属于混凝土领域，具体来讲涉及的是一种C100防磨蚀薄壁混凝土及制备方法。
背景技术
山区河流具有暴雨之后易发山洪的特点，山洪暴发造成流量猛增，水力增强，带动河底的岩石、砂卵石等物体运移，故山区河流常见漂卵石河床。
位于山区河流中的桥梁，其墩柱混凝土易受到洪水冲刷以及洪水所带动的泥沙、卵石、漂石等物体的冲击、磨蚀而造成损伤，从而影响到结构安全性能。之前对此类桥梁墩柱有采用钢护筒防护等结构，但钢材自身易锈蚀使用寿命不足，也影响了桥梁的美观。
随着混凝土外加剂和矿物掺合料等技术的不断进步，对高强、超高强混凝土的研制有了较好的进展，该类混凝土与普通混凝土相比，具有强度高、密度大、孔隙率低、抗变形能力强，以及抗渗、抗腐蚀、抗震和抗冲击能力强等优异性能。用超高强度的C100混凝土替代钢护筒保护桥梁墩柱，较后者能提高桥梁墩柱的协调和美观，同时也能达到防磨蚀、抗冲击的桥墩防护目的。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种C100防磨蚀薄壁混凝土及制备方法；以现有生产的P.O52.5级普通硅酸盐水泥为基材，采用多掺或复合掺和技术掺入硅灰、S95级以上的粒化高炉矿渣粉、F类I级粉煤灰等磨细矿物掺和料，掺加具有高减水率的聚羧酸系高效减水剂，再通过对砂石骨料的优选，各材料达到最佳配合比例时，可以制得达C100混凝土强度等级要求的超高强混凝土。
本发明是这样实现的，构造一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥470-500份、矿粉40-60份、粉煤灰70-100份、硅灰50-100份、粗骨料900-1100份、细骨料600-800份、减水剂15-25份、钢纤维30-40份、武岩纤维0.5-1.2份、水110-150份，以重量份数计。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥495份、矿粉51份、粉煤灰90份、硅灰71份、粗骨料1020份、细骨料703份、减水剂21.3份、钢纤维35份、武岩纤维0.8份、水134份，以重量份数计。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述水泥选自P.O52.5R水泥，其性能检测结果如下：标准稠度需水量28.4％，比表面积364m2·kg-1，初凝时间136min，终凝时间182min,3天抗折强度6.8MPa，28天抗折强度8.3MPa，3天抗压强度31.5MPa，28天抗压强度61.4MPa，SO3含量2.85％，MgO含量2.05％，安定性合格。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述矿粉选自S95级粒化高炉矿渣粉，其性能检测结果如下：比表面积为409m2·kg-1，流动度比98％，28天强度活性指数97％。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述粉煤灰选自F类I级粉煤灰，其性能检测结果如下：标准稠度需水量89％，SO3含量0.92％，CaO含量0.01％，强度活性指数88.6％。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述硅灰选自SF-95型微硅粉，其性能检测结果如下：标准稠度需水量比106％，比表面积为20146m2·kg-1，SiO2含量95.27％，Cl-含量0.004％，强度活性指数118％。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述粗骨料选自掺配比例为5mm～9.5mm:9.5mm～16mm=4:6的玄武岩碎石，表观密度2920kg/m3，含泥量0.2％，泥块含量0％，针片状含量3.8％，压碎值7.7％，岩石抗压强度165Mpa；所述细骨料选自掺配比例为机制砂:河砂=60%:40%的混合砂，属中砂，其各项技术指标满足JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中Ⅰ类砂的标准要求，砂的级配曲线位于JTG/T F50-2011中Ⅱ区中砂标准值范围内，含泥量1.0％。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述减水剂选自DXPC-1型聚羧酸高性能减水剂，减水率为40％，收缩率比为70%；所述钢纤维长度12mm,直径0.18mm～0.23mm,抗拉强度≥2000Ｍpa。
根据本发明所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：玄武岩纤维：四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司生产BZ-15型，纤维长15mm,抗拉强度≥1250Mpa,断裂伸长率3%，弹性模量（Gpa）≥50Gpa。
一种C100防磨蚀薄壁混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)按上述重量比例准确称取原材料，将细骨料、粗骨料、钢纤维等投入混凝土搅拌机中搅拌2-3min；
(2)再将水泥与外掺材料加入搅拌机中搅拌1-2min；
(3)将水与外加剂加入搅拌机中继续搅拌5-7min即可制得C100防磨蚀薄壁混凝土。
本发明具有如下优点：本发明在此提供一种C100防磨蚀薄壁混凝土及制备方法；以现有生产的P.O52.5级普通硅酸盐水泥为基材，采用多掺或复合掺和技术掺入硅灰、S95级以上的粒化高炉矿渣粉、F类I级粉煤灰等磨细矿物掺和料，掺加具有高减水率的聚羧酸系高效减水剂，再通过对砂石骨料的优选，各材料达到最佳配合比例时，可以制得达C100混凝土强度等级要求的超高强混凝土。混凝土中加入纤维材料可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性。由于纤维的抗拉强度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。
具体实施方式
下面将对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种C100防磨蚀薄壁混凝土，可以按照如下方式予以实施；
实施例1，由以下材料组成：水泥470份、矿粉40份、粉煤灰70份、硅灰50份、粗骨料900份、细骨料600份、减水剂15份、钢纤维30份、武岩纤维0.8份、水110份，以重量份数计。
实施例2，一种C100防磨蚀薄壁混凝土，由以下材料组成：水泥495份、矿粉51份、粉煤灰90份、硅灰71份、粗骨料1020份、细骨料703份、减水剂21.3份、钢纤维35份、武岩纤维0.8份、水134份，以重量份数计。
实施例3，一种C100防磨蚀薄壁混凝土，由以下材料组成：水泥500份、矿粉60份、粉煤灰100份、硅灰100份、粗骨料1100份、细骨料800份、减水剂25份、钢纤维40份、武岩纤维0.8份、水150份，以重量份数计。
本发明实施时；所述水泥选自P.O 52.5R水泥，其性能检测结果如下：标准稠度需水量28.4％，比表面积364m2·kg-1，初凝时间136min，终凝时间182min,3天抗折强度6.8MPa，28天抗折强度8.3MPa，3天抗压强度31.5MPa，28天抗压强度61.4MPa，SO3含量2.85％，MgO含量2.05％，安定性合格。
本发明实施时；所述矿粉选自S95级粒化高炉矿渣粉，其性能检测结果如下：比表面积为409m2·kg-1，流动度比98％，28天强度活性指数97％。
本发明实施时；所述粉煤灰选自F类I级粉煤灰，其性能检测结果如下：标准稠度需水量89％，SO3含量0.92％，CaO含量0.01％，强度活性指数88.6％。
本发明实施时；所述硅灰选自SF-95型微硅粉，其性能检测结果如下：标准稠度需水量比106％，比表面积为20146m2·kg-1，SiO2含量95.27％，Cl-含量0.004％，强度活性指数118％。
本发明实施时；所述粗骨料选自掺配比例为5mm～9.5mm:9.5mm～16mm=4:6的玄武岩碎石，表观密度2920kg/m3，含泥量0.2％，泥块含量0％，针片状含量3.8％，压碎值7.7％，岩石抗压强度165Mpa。所述细骨料选自掺配比例为机制砂:河砂=60%:40%的混合砂，由乐山存辉贸易有限公司和峨边龙门砂石厂提供，属中砂，其各项技术指标满足JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中Ⅰ类砂的标准要求，砂的级配曲线位于JTG/T F50-2011中Ⅱ区中砂标准值范围内，含泥量1.0％。
本发明实施时；所述减水剂选自DXPC-1型聚羧酸高性能减水剂，所述减水剂由重庆迪翔建材有限公司提供，减水率为40％，收缩率比为70%；与水泥和矿物掺合料适应性良好；所述钢纤维长度12mm,直径0.18mm～0.23mm,抗拉强度≥2000Ｍpa。所述玄武岩纤维长15mm,抗拉强度≥1250Mpa,断裂伸长率3%，弹性模量（Gpa）≥50Gpa。
一种C100防磨蚀薄壁混凝土的制备方法，具体步骤如下：
(1)按上述重量比例准确称取原材料，将细骨料、粗骨料、钢纤维等投入混凝土搅拌机中搅拌2-3min；
(2)再将水泥与外掺材料加入搅拌机中搅拌1-2min；
(3)将水与外加剂加入搅拌机中继续搅拌5-7min即可制得C100防磨蚀薄壁混凝土。
对于无配筋的高强薄壁混凝土结构，在混凝土中掺入分散性好的聚丙烯纤维或其它有利于提高混凝土抗磨蚀、抗收缩、抗裂能力的材料，并进行对比试验，可以得到满足设计要求的混凝土配方组分。
C100混凝土属于超高强混凝土范畴，应采用高强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥作为混凝土胶凝材料。
由于水泥在混凝土中不超出500kg/m3的掺量限制，仅依靠水泥作为胶凝材料时远不能达到C100强度等级，一般情况下，以水泥作为胶凝材料的主要组分，在此基础之上增加两种或两种以上的矿物掺合料采用混掺法或者先复合再使用的方式制备超高强混凝土。两种方式中，先复合再使用的方式是通过掺合料均化、球磨磨细等方式进行的，其材料活性指数相对于混掺法高，但需要相应的均化和磨细设备，加工过程相对复杂，在材料用量相对较少时会导致成本的大幅增加，本发明研究项目的C100防磨蚀薄壁混凝土用于工程实体仅70余m3，故采用将水泥及各种矿物掺合料不作事先均化，直接投入混凝土拌合的混合掺用方式。
粉煤灰、矿渣粉、硅灰3种矿物掺和料，主要是依靠富含于材料中的氧化物（如F类粉煤灰含有SiO2、Al2O3和Fe2O3等，矿渣粉含有SiO2、Al2O3等，硅灰含有SiO2等）由水泥水化产生的Ca(OH)2激发活性，进行二次水化反应，生成以C-S-H凝胶为主的胶凝物质。该3种材料均具有微集料效应，即小于45μm筛余的微粉可填充混凝土中的孔隙，与Ca(OH)2反应生成的凝胶也可填充微小孔隙，使混凝土更加致密，有助于提高混凝土强度。
粉煤灰属于惰性材料，强度活性指数一般在70%～80%之间，活性相对较低。其对外加剂的吸附低于水泥，掺入后能提高混凝土减水效果，降低混凝土坍落度经时损失。粉煤灰等量取代水泥后，可以有效降低水泥水化热峰值，且因其密度小于水泥，可以增加混凝土中的浆体体积，能够改善混凝土的粘聚性，提高抗离析能力。适量地掺加粉煤灰能够提高强度、抗渗性和耐久性，但掺量不宜过大，随掺量的增加，碳化速度随之增加，也会降低混凝土内部碱度，诱发钢筋锈蚀，故按不超过胶凝材料总量的15%控制，能够满足JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》表3.0.5-1中采用普通硅酸盐水泥时最大掺量35%的要求。
矿渣粉全称为粒化高炉矿渣粉，标准分为S75、S95、S105共3个等级，其等级号中数字代表着该等级矿渣粉的28d强度活性指数下限值，如S75级矿渣粉的28d强度活性指数不小于75%。制备高强混凝土宜采用S95及其以上等级的矿渣粉，S95级矿渣粉的7d、28d强度活性指数分别不小于70%、95%，S105级矿渣粉的7d、28d活性较S95级更高，强度活性指数分别不小于95%、105%。
矿渣粉中含有的大量球形玻璃体，会起到“滚珠”效应，减少颗粒间的摩擦阻力，能有效改善混凝土拌合物的和易性，提高可泵性，降低坍落度经时损失，提高混凝土工作性能，能够提高混凝土的强度、抗渗性、抗冻性、抗裂性、耐腐蚀性和耐久性。采用矿渣粉等量替代水泥后可以有效延迟水泥水化热峰值的出现时间，有助于混凝土在强度形成期间以更高的强度克服内外温差应力，降低温度裂缝的可能性。薄壁（板）混凝土施工时，宜适当降低矿渣粉掺量。故按不超过胶凝材料总量的15%控制，能够满足JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》表3.0.5-1中采用普通硅酸盐水泥时最大掺量55%的要求。
水泥混凝土用硅灰也称微硅粉，市场常见有SF85～SF96等级的规范，其等级号中数字表示该等级微硅粉的二氧化硅SiO2含量下限值，数字越大，SiO2含量越高，强度活性越好。用于水泥混凝土的硅灰强度活性指数要求不低于105%。
硅灰颗粒度非常小，平均粒度几乎是纳米级别，其在混凝土中可以起到减少离析和泌水，增大粘聚力，提高混凝土强度、抗渗性、耐磨性、抗腐蚀性、耐久性的作用。但由于增大了混凝土粘聚性，掺量不宜过大，掺量范围控制在胶凝材料总量的5～10%，能够满足JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》表3.0.5-1中采用普通硅酸盐水泥时最大掺量10%的要求。
高效减水剂是制备高强混凝土不可或缺的组分。在组成混凝土的原材料确定的情况下，混凝土的水胶比（指混凝土用水量与胶凝材料用量的比值）与其强度之间呈线性相关，水胶比越大时强度越低，反之强度越高。低水胶比的混凝土必须掺加一定量的减水剂，才能使混凝土拌和物具有良好的工作性能，以满足施工需要。高强混凝土采用低水胶比，因此需要掺加具有高减水率的减水剂。聚羧酸系高性能减水剂具有掺量低、减水率高、保坍性好、与水泥及其掺合料的相容性好、混凝土工作性能优良且强度增加效果明显，能降低混凝土收缩，提高混凝土的抗冻能力和耐久性等诸多优点。
高强混凝土宜采用细度模数为2.6～3.0的Ⅱ区中砂作为细集料，要求细集料质地坚硬、级配良好。细集料主要选用天然河砂、机制砂或将二者掺配，其技术指标应满足JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》表6.3.1中Ⅰ类砂的要求。
高强混凝土对碎石母材强度要求较高，要求母体岩石立方体抗压强度不低于混凝土强度标准值的30%,即C100混凝土母材抗压强度要求不低于130MPa。高强混凝土用碎石最大公称粒径不大于25mm，碎石的技术指标应满足应满足JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》表6.4.1中Ⅰ类粗集料的要求，且应采用连续级配。
混凝土中加入纤维材料可防制混凝土裂纹，从而提高抗裂性。由于纤维的抗拉强度大、延伸率大，使混凝土的抗压强度、抗折强度、抗冲磨强度及抗渗性和韧性得以提高，具体参见下表；
表1为：C100配合比不同水灰比抗压强度等检测数据
表2为：同一水灰比无纤维、钢纤维、钢纤维+玄武岩纤维混凝土检测数据
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥470-500份、矿粉40-60份、粉煤灰70-100份、硅灰50-100份、粗骨料900-1100份、细骨料600-800份、减水剂15-25份、钢纤维30-40份、武岩纤维0.5-1.2份、水110-150份，以重量份数计。
2.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：由以下材料组成：水泥495份、矿粉51份、粉煤灰90份、硅灰71份、粗骨料1020份、细骨料703份、减水剂21.3份、钢纤维35份、武岩纤维0.8份、水134份，以重量份数计。
3.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述水泥选自P.O52.5R水泥，其性能检测结果如下：标准稠度需水量28.4％，比表面积364m2·kg-1，初凝时间136min，终凝时间182min,3天抗折强度6.8MPa，28天抗折强度8.3MPa，3天抗压强度31.5MPa，28天抗压强度61.4MPa，SO3含量2.85％，MgO含量2.05％，安定性合格。
4.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述矿粉选自S95级粒化高炉矿渣粉，其性能检测结果如下：比表面积为409m2·kg-1，流动度比98％，28天强度活性指数97％。
5.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述粉煤灰选自F类I级粉煤灰，其性能检测结果如下：标准稠度需水量89％，SO3含量0.92％，CaO含量0.01％，强度活性指数88.6％。
6.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述硅灰选自SF-95型微硅粉，其性能检测结果如下：标准稠度需水量比106％，比表面积为20146m2·kg-1，SiO2含量95.27％，Cl-含量0.004％，强度活性指数118％。
7.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述粗骨料选自掺配比例为5mm～9.5mm:9.5mm～16mm=4:6的玄武岩碎石，表观密度2920kg/m3，含泥量0.2％，泥块含量0％，针片状含量3.8％，压碎值7.7％，岩石抗压强度165Mpa；所述细骨料选自掺配比例为机制砂:河砂=60%:40%的混合砂，属中砂，其各项技术指标满足JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》中Ⅰ类砂的标准要求，砂的级配曲线位于JTG/T F50-2011中Ⅱ区中砂标准值范围内，含泥量1.0％。
8.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：所述减水剂选自DXPC-1型聚羧酸高性能减水剂，减水率为40％，收缩率比为70%；所述钢纤维长度12mm,直径0.18mm～0.23mm,抗拉强度≥2000Ｍpa。
9.根据权利要求1所述的一种C100防磨蚀薄壁混凝土，其特征在于：玄武岩纤维纤维长15mm,技术指标满足GB/T23265-2009标准要求。
10.一种C100防磨蚀薄壁混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)按上述重量比例准确称取原材料，将细骨料、粗骨料、钢纤维投入混凝土搅拌机中搅拌2-3min；
(2)再将水泥与外掺材料加入搅拌机中搅拌1-2min；
(3)将水与外加剂加入搅拌机中继续搅拌5-7min即可制得C100防磨蚀薄壁混凝土。
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