CN113213843A - 一种低碱混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种低碱混凝土及其制备方法。低碱混凝土按质量分数计，包括如下组分：普通硅酸盐水泥14‑17%，砂24‑29%，石45‑50%，水4‑6%，掺合料3‑7%，外加剂0.5‑1.5%；所述砂选用河中砂；所述石为碎石，粒径为5‑25mm；所述砂和石均为非活性骨料，且未受到海水作用；所述掺和料包括粉煤灰和矿粉，所述外加剂包括减水剂和减胶剂，所述减水剂为point‑400H型减水剂；其制备方法包括如下制备步骤：先将砂和石混合均匀，然后依次添加普通硅酸盐水泥、掺和料、水和外加剂，搅拌均匀后得到低碱混凝土。本申请的低碱混凝土可用于丙烷罐罐壁，其具有防冻融和防开裂的优点。

Description

一种低碱混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种低碱混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土在应用于丙烷罐罐壁时，由于丙烷一般以液态形式储存和运输，且液态丙烷的温度低，所以需要混凝土具备防冻融和防开裂的性能。
但是水泥一般都是高碱性的，容易发生碱骨料反应而导致混凝土发生开裂。故需要制备低碱混凝土以防止开裂现象的发生。
低碱混凝土，即碱含量低的混凝土。一般选用低碱水泥制得，但是仅选用低碱水泥制得的低碱混凝土，其抗开裂效果并不理想。
发明内容
为了改善低碱混凝土的抗开裂性能，本申请提供一种低碱混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低碱混凝土，采用如下的技术方案：
一种低碱混凝土，按质量分数计，原料包括如下组分：普通硅酸盐水泥 14-17%，砂24-29%，石45-50%，水4-6%，掺合料3-7%，外加剂0.5-1.5%；
所述砂选用河中砂；所述石为碎石，粒径为5-25mm；所述砂和石均为非活性骨料，且未受到海水作用；所述掺和料包括粉煤灰和矿粉，所述外加剂包括减水剂和减胶剂，所述减水剂为point-400H型减水剂。
通过采用上述技术方案，由于上述原料均选用碱含量低的物质，从而降低了混凝土整体的碱含量，从而降低该混凝土应用于丙烷罐壁时发生开裂的概率。
其中，由于原料中的砂和石均为非活性骨料，且未受到海水作用，故其碱含量可忽略不计。
掺Point－400H型减水剂的混凝土初期水化热低，与粉煤灰以及矿粉复合使用，能够有效预防和控制大体积混凝土出现温度裂缝。
优选的，所述粉煤灰与所述矿粉的质量比为（2-5）：10。
通过采用上述技术方案，粉煤灰与矿粉的质量比在（2-5）：10范围时，对预防和控制大体积混凝土出现温度裂缝的效果较好。
优选的，所述粉煤灰与所述矿粉的质量比为3：10。
通过采用上述技术方案，粉煤灰与矿粉的质量比为3：10时，对预防和控制大体积混凝土出现温度裂缝的效果最佳。
优选的，所述粉煤灰为Ⅱ级，所述矿粉为S95级。
通过采用上述技术方案，Ⅱ级粉煤灰与S95级矿粉配合使用，能够改善混凝土的工作性，且成本低于水泥。
优选的，所述point-400H型减水剂与所述减胶剂的质量比为（3-5）：1。
通过采用上述技术方案，point-400H型减水剂与减胶剂具有良好的相容性，减胶剂能够提高point-400H型减水剂的分散效果，两者一起使用有利于改善混凝土的和易性，且对混凝土的工作性和力学性能不会产生不利影响。
优选的，所述point-400H型减水剂与所述减胶剂的质量比为3.5：1。
通过采用上述技术方案，减水剂与减胶剂的质量比为3.5：1时，减胶剂对point-400H型减水剂的分散效果最佳，从而有效改善对混凝土的和易性。
优选的，所述外加剂还包括膨胀剂。
通过采用上述技术方案，根据需求添加膨胀剂，膨胀剂能够使混凝土微膨胀，从而抵制因混凝土收缩产生的裂缝。
优选的，所述膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂、S-AC型高性能混凝土膨胀剂中的一种或两者的混合物。
通过采用上述技术方案，上述两种膨胀剂均能够使混凝土微膨胀，从而抵制因混凝土收缩产生的裂缝。
其中，SY-G型高性能膨胀抗裂剂是一种硫铝酸钙（CAS）-铝酸钙（CA）的高性能混凝土膨胀剂，CA的活性高，水化速度较快，CA与硫酸钙水化生成的钙矾石作为早期膨胀源能够补偿混凝土硬化初期的自生收缩以及由水化热温升引起的冷缩和部分的干缩，CA2与硫酸钙水化生成的钙矾石，能够补偿混凝土中期的干缩，减少收缩落差，同时生成的钙矾石能够有效填充在混凝土的孔隙中，与C-S-H凝胶交织在一起，形成致密的水泥石结构。综上，SY-G型高性能膨胀抗裂剂的水化反应活性高，水化反应周期短，膨胀性能稳定，对混凝土早期强度无明显的影响，对后期强度有增强作用。
S-AC型高性能混凝土膨胀剂是一种硫铝酸钙-氧化钙类的高性能混凝土膨胀剂，加入混凝土中，能够与水泥、水拌和后经水化反应生成硫铝酸钙和氢氧化钙，具有膨胀速度快、膨胀稳定期早、稳定性好、收缩落差小、低碱低掺量、对后期水分补充的依赖程度低等特点，能够明显改善混凝土的孔结构和孔级配，适于各种难于养护的结构的抗渗、防裂、补偿收缩效果最佳，且与其他外加剂以及水泥的适应性好。
优选的，所述膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂与S-AC型高性能混凝土膨胀剂的混合物，且两者的质量比为（2-4）：1。
通过采用上述技术方案，膨胀剂为两者的混合物且质量比在（2-4）：1范围内时，两者的协同效果佳，补偿收缩效果好，从而起到抗裂的作用。
第二方面，本申请提供一种低碱混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种低碱混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、按比例称取各原料；
S2、将砂和石混合均匀，得到混料一；
S3、向混料一中加入普通硅酸盐水泥和掺和料并搅拌均匀，得到混料二；
S4、向混料二中加入水，搅拌均匀后得到混料三；
S5、向混料三中加入外加剂，搅拌均匀后得到低碱混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用碱含量低的原料，由于Point－400H型减水剂与粉煤灰、矿粉复配使用，有效预防和控制大体积混凝土出现温度裂缝，从而提高混凝土的抗开裂性能，继而降低混凝土应用于丙烷罐壁时发生开裂的概率；
2、本申请中优选采用SY-G型高性能膨胀抗裂剂和S-AC型高性能混凝土膨胀剂复配使用，由于SY-G型高性能膨胀抗裂剂的添加能够形成致密的水泥石结构，而S-AC型高性能混凝土膨胀剂的添加能够改善混凝土的孔结构和孔级配，两者复配使用能够提高混凝土的抗开裂性能；
3、本申请的方法，制备步骤简单，生产效率高。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
一种低碱混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、按比例称取各原料，按质量分数计，原料包括如下组分：普通硅酸盐水泥 14-17%，砂24-29%，石45-50%，水4-6%，掺合料3-7%，外加剂0.5-1.5%；
S2、将砂和石混合均匀，得到混料一；
S3、向混料一中加入普通硅酸盐水泥和掺和料并搅拌均匀，得到混料二；
S4、向混料二中加入水，搅拌均匀后得到混料三；
S5、向混料三中加入外加剂，搅拌均匀后得到低碱混凝土。
其中，普通硅酸盐水泥可选P.042.5、P.042.5R、P.052.5、P.052.5R中的其中一种，本申请中以P.042.5为例进行说明，P.042.5水泥选自宁波海螺。
砂选用河中砂，选自广东。石为碎石，粒径为5-25mm，选自浙江舟山。砂和石均为非活性骨料，且未受到海水作用，故其碱含量可忽略不计，后续碱含量的计算中并未计算砂和石的碱含量。水选用自来水，也不计算碱含量。
掺和料包括粉煤灰和矿粉，粉煤灰优选Ⅱ级粉煤灰，矿粉优选S95级矿粉。Ⅱ级粉煤灰选自镇海炼化四电站，S95级矿粉选自宁波北电。粉煤灰与所述矿粉的质量比控制在（2-5）：10的范围内，优选质量比为3:10。
外加剂包括减水剂、减胶剂和膨胀剂。减水剂优选point-400H型减水剂，选自浙江科之杰。减胶剂以ZDL-Q为例，选自宁波久天。膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂、S-AC型高性能混凝土膨胀剂中的一种或两者的混合物，优选SY-G型高性能膨胀抗裂剂和S-AC型高性能混凝土膨胀剂的质量比为（2-4）：1。
实施例1
一种低碱混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、按比例称取各原料，包括水泥350kg/m3，砂601kg/m3，石1149kg/m3，水110kg/m3，粉煤灰30kg/m3，矿粉100kg/m3，减水剂11.52kg/m3，膨胀剂1.25kg/m3，减胶剂3.36kg/m3；
其中，膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂和S-AC型高性能混凝土膨胀剂的混合物，且两者的质量比为3：1；
S2、将砂和石混合均匀，得到混料一；
S3、向混料一中加入普通硅酸盐水泥和掺和料并搅拌均匀，得到混料二；
S4、向混料二中加入水，搅拌均匀后得到混料三；
S5、向混料三中加入外加剂，搅拌均匀后得到低碱混凝土。
实施例2-5
实施例2-5中低碱混凝土的制备方法与实施例1中相同，区别仅在于原料的用量不同，具体如表1所示。
表1 实施例1-5中原料各组分及其用量
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例6
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于粉煤灰与矿粉的质量比为1：10。
实施例7
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于粉煤灰与矿粉的质量比为3：5。
实施例8
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于粉煤灰与矿粉的质量比为1：1。
实施例9
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于膨胀剂仅为SY-G型高性能膨胀抗裂剂。
实施例10
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于膨胀剂仅为S-AC型高性能膨胀抗裂剂。
实施例11
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂和S-AC型高性能混凝土膨胀剂中的混合物，且两者的质量比为1：1。
实施例12
本实施例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂和S-AC型高性能混凝土膨胀剂中的混合物，且两者的质量比为5：1。
对比例
对比例1
本对比例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于外加剂仅为减水剂。
对比例2
本对比例中低碱混凝土的制备方法与实施例1相同，区别仅在于外加剂仅为减胶剂。
性能检测试验
1、碱含量
根据CECS 53《混凝土碱含量限值标准》，β值为掺合料有效碱含量占掺和料碱含量百分率，具体如表2所示。
表2 原料中各组分的碱含量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
2、抗压性能
试验一、混凝土从常温降至-60℃再回至常温的抗压强度试验
试件采用立方体，尺寸为100mm×100mm×100mm。配合比设计时检验性试验的试件数为9个。
具体的试验流程为：
(1) 将试件置于低温箱内，以1℃/分钟的降温速率降至-60℃，恒定60分钟；
(2) 取出试件进行塑料膜包裹至常温下48小时；
(3) 采用该批试件进行加载试验。以不大于0.6MPa/s加载速度均匀加载至破坏，并记录破坏时最大荷载值，然后计算其平均值。
试验二、混凝土5℃至-5℃区间冻融循环作用20次后的抗压强度试验
试件采用立方体，尺寸为100mm×100mm×100mm。配合比设计时检验性试验的试件数为9个。
(1) 将试件置于低温箱内，以1℃/小时的降温速率降至5℃；
(2) 以1℃/小时的升降温速率在5℃至-5℃之间进行20个冻融循环后升至常温；
(3) 采用该批试件进行加载试验。以不大于0.6MPa/s加载速度均匀加载至破坏，并记录破坏时最大荷载值，然后计算其平均值。
试验三、-60℃时混凝土的热膨胀系数试验
试件采用棱柱体，尺寸为100mm×100mm×300mm。该试验工况的试件数为12个。具体的试验流程为：
(1) 将试件置于低温箱内，以1℃/1分钟的降温速率降至预定的-60℃；
(2) 达到-60℃后恒温、且恒温波动幅度在上±0.2℃内，总的低温作用时间为48小时；
(3) 到规定温度作用工况时记录其变形值；
(4) 根据试件低温作用前的尺寸和达到规定温度作用工况时记录的变形值计算试件在该低温作用下的膨胀变形系数，然后计算其平均值。
混凝土碱含量和试验一至试验三的试验结果具体如表3所示。
表3 实施例1-12和对比例1-2的试验结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
其中，实施例1-3由常温降至-60℃然后恒温达到给定的试验恒温时间后再密闭地回至常温时，其外观均未发现与常温下相比有明显可见的变化。试件加载过程中均有裂缝开展发出的响声，试件破坏时均有较清脆的爆裂响声。
实施例1-3经历5℃至-5℃间20次冻融循环作用后，其外观均未发现与常温下相比有明显可见的变化。试件加载过程中均有裂缝开展发出的响声，试件破坏时均有清脆的爆裂响声；试件基本上均呈对顶锥状破坏形态，经多次循环升降温冻融作用试件破坏时呈现的骨料粘结性能有所减弱。
实施例1-3由常温降至-60℃及达到给定的试验恒温时间时，其外观均未发现与常温下相比有明显可见的变化。
结合实施例1-3并结合表3可以看出，实施例1-3中混凝土碱含量均小于2.1kg/m3，实施例1-3制得的低碱混凝土均具有良好的抗开裂性能。
结合实施例1、实施例4-5和对比例1-2并结合表3可以看出，实施例1中膨胀系数均大于实施例4-5和对比例1-2，且实施例1中抗压强度均大于实施例4-5和对比例1-2。
实施例1中减水剂与减胶剂的质量比为3.5：1时，制得的低碱混凝土具有优异的抗压性能，且由于在-60℃时膨胀系数较大，从而弥补了混凝土的收缩，达到防治混凝土裂缝，提高混凝土的抗开裂性能。
其原因可能在于：point-400H型减水剂与减胶剂具有良好的相容性，减胶剂能够提高point-400H型减水剂的分散效果，两者一起使用有利于改善混凝土的和易性，且对混凝土的工作性和力学性能不会产生不利影响。
结合实施例1和实施例6-8并结合表3可以看出，实施例1中膨胀系数均大于实施例6-8，且实施例1中抗压强度均大于实施例6-8，说明粉煤灰与矿粉的质量比为3:10时，制得的低碱混凝土性能更佳。
结合实施例1和实施例9-12并结合表3可以看出，实施例1中膨胀系数均大于实施例9-12，且实施例1中抗压强度均大于实施例9-12，说明SY-G型高性能膨胀抗裂剂与S-AC型高性能膨胀抗裂剂的质量比为3:1时，制得的低碱混凝土性能更佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种低碱混凝土，其特征在于，按质量分数计，原料包括如下组分：普通硅酸盐水泥14-17%，砂24-29%，石45-50%，水4-6%，掺合料3-7%，外加剂0.5-1.5%；
所述砂选用河中砂；所述石为碎石，粒径为5-25mm；所述砂和石均为非活性骨料，且未受到海水作用；所述掺和料包括粉煤灰和矿粉，所述外加剂包括减水剂和减胶剂，所述减水剂为point-400H型减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述粉煤灰与所述矿粉的质量比为（2-5）：10。
3.根据权利要求2所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述粉煤灰与所述矿粉的质量比为3：10。
4.根据权利要求1所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅱ级，所述矿粉为S95级。
5.根据权利要求1所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述point-400H型减水剂与所述减胶剂的质量比为（3-5）：1。
6.根据权利要求5所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述point-400H型减水剂与所述减胶剂的质量比为3.5：1。
7.根据权利要求1所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述外加剂还包括膨胀剂。
8.根据权利要求7所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂、S-AC型高性能混凝土膨胀剂中的一种或两者的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种低碱混凝土，其特征在于：所述膨胀剂为SY-G型高性能膨胀抗裂剂与S-AC型高性能混凝土膨胀剂的混合物，且两者的质量比为（2-4）：1。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种低碱混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、按比例称取各原料；
S2、将砂和石混合均匀，得到混料一；
S3、向混料一中加入普通硅酸盐水泥和掺和料并搅拌均匀，得到混料二；
S4、向混料二中加入水，搅拌均匀后得到混料三；
S5、向混料三中加入外加剂，搅拌均匀后得到低碱混凝土。
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