CN113788650A - 一种轻骨料混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻骨料混凝土,包括以下各组分:525水泥470~480kg/m3,硅灰50~56kg/m3,石块60~64kg/m,粉煤灰陶粒580~590kg/m3,页岩陶粒105~112kg/m3,粉煤灰陶砂150~260kg/m3,标准砂160~268kg/m3,陶砂93~123kg/m3,水120~130kg/m3,纳米二氧化硅和聚羧酸高性能减水剂,其中纳米二氧化硅在配方中质量百分比为0.08~0.12%,聚羧酸高性能减水剂在配方中质量百分比为0.14~0.18%。本发明选用筒压强度较高和表观密度较低的粉煤灰陶粒重新设计轻骨料混凝土的配合比,从而确保轻骨料混凝土的强度≥60MPa;密度≤1850g/cm3。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻骨料混凝土。
背景技术
混凝土是土木工程中最广泛使用的建筑材料。近年来,随着建筑业的急速发展,超高层、大跨度、建筑节能等要求不断提高。工程对材料的性能有了更高的要求,轻骨料混凝土也得到了很大的发展,高性能轻骨料混凝土与传统混凝土相比,强度高、质量轻、而且耐久性好。在建造大跨度桥梁和超高层建筑时,结构自重会大幅度减轻,相应的钢筋密度会减少,基础荷载也会降低,因而其应用越来越广泛。
利用轻骨料配制混凝土,其抗震性、抗裂性、耐久性、耐火性等一系列性能比普通混凝土都有所增强。单从经济性能角度看,尽管轻骨料自身的价格比普通砂石贵,导致轻骨料混凝土的单方造价高于同强度等级的普通混凝土。但是由于其减轻了结构自重,缩小断面尺寸,增加使用面积,降低基础荷载而具有显著的综合经济效益。
基于轻骨料混凝土的一系列优异性能,轻质高强混凝土具有广阔的发展前景和应用价值。与此同时,轻骨料混凝土的强度主要取决于粗轻骨料的强度,而粗轻骨料的强度又与其表观密度密切相关,采用高强的轻骨料则无法实现混凝土的轻质性,采用较轻质的轻骨料则会降低混凝土的强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中采用高强的轻骨料则无法实现混凝土的轻质性,采用较轻质的轻骨料则会降低混凝土的强度的缺陷,提供一种性能优越的一种轻骨料混凝土。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种轻骨料混凝土,包括以下各组分:
525水泥477kg/m3,硅灰53kg/m3,石块62.77kg/m,粉煤灰陶粒(6-8nm)586.14kg/m3,页岩陶粒108.1kg/m3,粉煤灰陶砂(4-6nm)153~255kg/m3,标准砂164.87~263.8kg/m3,陶砂98.37~118kg/m3,水124.1kg/m3,纳米二氧化硅和聚羧酸高性能减水剂(减水率27%),其中纳米二氧化硅在配方中质量百分比为0.10%,聚羧酸高性能减水剂(减水率27%)在配方中质量百分比为0.16%。
有益效果:本发明选用筒压强度较高和表观密度较低的粉煤灰陶粒重新设计轻骨料混凝土的配合比,从而确保轻骨料混凝土的强度≥60MPa;密度≤1850g/cm^3。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是验证页岩陶粒组和粉煤灰陶粒在轻骨料混凝土中的作用实验中试样的3天、28天强度及干表观密度测试结果;
图2是石块用量的验证实验中试样的3天、7天,28天强度及干表观密度测试结果。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
一、验证页岩陶粒组和粉煤灰陶粒在轻骨料混凝土中的作用:
本研究中混凝土的水灰比为0.3,具体配比如下表所示。其中1组表示页岩陶粒组,2组为粉煤灰陶粒组,对试样的3天、28天强度及干表观密度进行测试,结果如图1所示。
两组实验结果表明,同一配比下,只将页岩陶粒替换成粉煤灰陶粒,3天强度后者比前者下降了33.97%,28天强度后者比前者下降了22.56%。
混凝土受压时,基体提供的强度大于骨料所提供的强度时,混凝土强度主要取决于基体强度;但是当基体提供的强度小于骨料所提供的强度时,混凝土强度主要取决于骨料强度。从骨料基本物理性能分析,本实验中所处采用的页岩陶粒其筒压强度比粉煤灰陶粒的筒压强度高,页岩陶粒的承重会好与粉煤灰陶粒;从轻骨料混凝土本身而言,绝大多数的承重由粗骨料来提供,轻骨料混凝土本身所用的陶粒比重会比较大,胶凝材料所占比重就会相对较少,这直接导致了轻骨料混凝土的结构会存在极大程度的不均匀性。当混凝土受压破裂时,由于骨料分布不均匀问题会造成混凝土强度的显著差异。骨料本身结构问题也会引起轻骨料混凝土强度的的差异,页岩陶粒制备的混凝土在受压破碎时,外部会首先被破坏,裂缝向内延伸,绕过骨料本身,延骨料外部进行扩展,形成整体裂纹;但是粉煤灰陶粒的混凝土在受压破碎时,会直接从陶粒内部直接破碎。这是造成页岩陶粒混凝土的3天强度和28天强度显著高于粉煤灰混凝土的重要原因。
二、石块用量的验证实验:
通过验证1得知粉煤灰陶粒的强度会低于页岩陶粒的强度,所以本实验中1,2,3组均使用页岩陶粒,混凝土的水灰比为0.3,具体配比如下表所示。
实验开始之前,将纳米二氧化硅,一半的聚羧酸减水剂和一半的净用水量混合均匀后放入超声破碎机中进行一小时的超声分散。页岩陶粒和陶砂需要在水中预湿一小时,然后经过充分沥水之后再进行实验。
对试样的3天、7天,28天强度及干表观密度进行测试之后得到图2所示:
从一二组的实验结果中可以清楚地看出,虽然两组的干表观密度都低于指标要求的1850kg/cm^3,但是强度却远远低于指标要求的60MPA。这从实验过程中就能猜测到,一二组在同一配比下,只改变石块的添加量,在实验时发现一组的工作性太低,二组的工作性太高,这必然导致成型后混凝土强度产生较大的损失。相比之下,虽然前两组的配合比与第三组的配合比不同,但是实验时发现第三组的的工作性较为良好,这也是其强度较高的重要因素。
对于第三组的强度发展情况,从矿物掺合料的角度进行分析可知,粉煤灰和硅粉都可不同程度的改善混凝土的工作性能。粉煤灰对混凝土的影响主要在强度增长的后期;而硅粉则与粉煤灰不同,主要影响在强度增长的前期,后期则显缓慢。粉煤灰具有显著的活性效应,其中活性成分能与水泥水化产物发生火山灰反应,生成C-S-H凝胶,使界面粘结强度得到相应提高;导致了其前期混凝土的抗压强度减小;后期随着水泥水化产物的不断增多,促进和加速了火山灰反应,大幅促进了混凝土后期强度的增长。对于硅灰的作用,强度的变化趋势大致是随着养护时间和强度呈正相关。随着养护时间的增加,越来越多的硅粉逐渐发生水泥水化二次反应,使浆体孔径变小,整体更密实,提高了抗压强度。
本发明轻骨料混凝土的原料及配合比设计
原料:525水泥,硅灰,石块,粉煤灰陶粒(6-8nm),页岩陶粒,粉煤灰陶砂(4-6nm),标准砂,陶砂,纳米二氧化硅,聚羧酸高性能减水剂(减水率27%),去离子水。
表观密度测试
仪器设备:鼓风烘箱:能使温度控制在(105±5)℃;
天平:称量2kg,感量1g;
广口瓶:1 000mL,磨口,带玻璃片;
方孔筛:孔径为4.75mm的筛一只;
温度计、搪瓷盘、毛巾等。
(2)实验步骤
A.按规定取样,并缩分至略大于规定的数量,风干后筛余小于4.75mm的颗粒,然后洗刷干净,分为大致相等的两份备用。
B.将试样浸水饱和,然后装入广口瓶中。装试样时,广口瓶应倾斜放置,注入饮用水,用玻璃片覆盖瓶口。以上下左右摇晃的方法排除气泡;
C.气泡排尽后,向瓶中添加饮用水直至水面凸出瓶口边缘。然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行,使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后,称出试样、水、瓶和玻璃片总质量,精确至1g。
D.将瓶中试样倒入浅盘,放在烘箱中于(105±5)℃下烘干至恒量,待冷却至室温后,称出其质量,精确至1g。
E.将瓶洗净并重新注入饮用水,用玻璃片紧贴瓶口水面,擦干瓶外水分后,称出水、瓶和玻璃片总质量,精确至1g。
注:试验时各项称量可以在15℃~25℃范围内进行,但从试样加水静止的2h起至试验结束,其温度变化不应超过2℃。
④结果计算与评定
A.表观密度按下式计算,精确至10kg/m3:
ρ2=[G0/(G0+G2-G1)-at]×1000
At----水温对砂表观密度的修正系数。
式中ρ2——表观密度,kg/m3;G0——烘干后试样的质量,g;G1——试样、水、瓶和玻璃片的总质量,g;G2——水、瓶和玻璃片的总质量,g;ρ水——水的密度,1 000kg/m3。
B.表观密度取两次试验结果的算术平均值,两次试验结果之差大于20kg/m3,须重新试验。对颗粒材质不均匀的试样,如两次试验结果之差超过20kg/m3,可取4次试验结果的算术平均值。
实验测得部分原材料干表观密度如下表:
配合比设计:
陶粒的绝对体积占粗骨料体积的75%,质量为:Vg*75%*1880=586.14kg。以上各骨料的质量已经得出,根据各个材料的表观密度计算其重量:
实验一:计算所得的干表观密度为:Pcd=1.15mb+ms+mg=1901.31kg/m^3,与设计要求的1850kg/m3误差为2.78%,
实验二:计算所得的干表观密度为:Pcd=1.15mb+ms+mg=1884.75kg/m^3,与设计要求的1850kg/m3误差为1.88%。
暂且不去调整和重新计算配合比。初步确定轻骨料混凝土配合比见下表:
对试样的3天、28天强度及干表观密度进行测试。
试样1 3天的抗压强度为41MPa,28天的抗压强度为85.6MPa;
试样2 3天的抗压强度为31MPa,28天的抗压强度为75.6MPa。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种轻骨料混凝土,其特征在于,包括以下各组分:
525水泥470~480kg/m3,硅灰50~56kg/m3,石块60~64kg/m,粉煤灰陶粒580~590kg/m3,页岩陶粒105~112kg/m3,粉煤灰陶砂150~260kg/m3,标准砂160~268kg/m3,陶砂93~123kg/m3,水120~130kg/m3,纳米二氧化硅和聚羧酸高性能减水剂,其中,纳米二氧化硅在配方中质量百分比为0.08~0.12%,聚羧酸高性能减水剂在配方中质量百分比为0.14~0.18%。
2.如权利要求1所述的轻骨料混凝土,其特征在于,包括以下各组分:
525水泥477kg/m3,硅灰53kg/m3,石块62.77kg/m3,粉煤灰陶粒586.14kg/m3,页岩陶粒108.1kg/m3,粉煤灰陶砂153kg/m3,标准砂164.87kg/m3,陶砂98.37kg/m3,水124.1kg/m3,纳米二氧化硅和聚羧酸高性能减水剂,其中纳米二氧化硅在配方中质量百分比为0.10%,聚羧酸高性能减水剂在配方中质量百分比为0.16%。
3.如权利要求1所述的轻骨料混凝土,其特征在于,包括以下各组分:
525水泥477kg/m3,硅灰53kg/m3,石块62.77kg/m,粉煤灰陶粒586.14kg/m3,页岩陶粒108.1kg/m3,粉煤灰陶砂255kg/m3,标准砂263.8kg/m3,陶砂118kg/m3,水124.1kg/m3,纳米二氧化硅和聚羧酸高性能减水剂,其中纳米二氧化硅在配方中质量百分比为0.10%,聚羧酸高性能减水剂在配方中质量百分比为0.16%。
4.如权利要求1所述的轻骨料混凝土,其特征在于,粉煤灰陶粒的粒径为6-8nm,粉煤灰陶砂的粒径为4-6nm。
5.如权利要求1所述的轻骨料混凝土,其特征在于,聚羧酸高性能减水剂的减水率为27%。
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