CN113831090B - 一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及其制备方法，水工混凝土原料以重量份计，包括：水155‑175份、水泥355‑365份、粉煤灰102‑144份、硅灰24‑50份、聚丙烯纤维0.9‑1.1份、砂712‑826份、石子1050‑1164份、抗冲磨剂5.5‑8.3份、膨胀剂16.4‑41.0份、气密剂2.5‑3.5份、减水剂6.2‑7.2份。本发明的混凝土在工作性能、抗压强度以及抗冲磨强度等方面具有明显的优势，特别适合水工混凝土的特殊要求。

Description

一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及水工混凝土领域，具体涉及一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及其制备方法。
背景技术
我国建设的水库大坝数量是世界上最多的国家，高达约9.8万座，在这些水工泄水建筑物中，水工混凝土因常年受含泥、含沙的高速水流冲刷与侵蚀的影响而出现各种各样的损坏，渗透侵蚀与冲磨破坏是影响水工混凝土耐久性的主要因素。
目前，为了提高水工混凝土的抗渗能力与抗冲磨能力，不同类型的抗冲磨材料不断地应用混凝土中。抗冲磨材料按胶凝材料种类分，主要分为有机胶凝和无机胶凝两大类。使用有机类抗冲磨材料的水工混凝土磨损率较低，抗冲磨强度高，但材料成本较高，且存在在自然条件下易于逐渐老化、开裂等缺陷；而常见的无机类抗冲磨材料加入混凝土中会使其施工性能变差，早期易出现收缩、开裂等不良现象。可见，仅从添加抗冲磨材料角度考虑很难设计出满足结构性能要求的水工混凝土。
经调查研究，混凝土的施工性差，在施工期间会出现大量的蜂窝、麻面及裂缝现象，这会大幅度增大混凝土的渗透侵蚀损伤与冲磨破坏程度，因此，前期的施工性能也会间接影响水工混凝土后期的耐久性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土及制备方法，本发明的混凝土具有良好的施工性能、力学性能、高耐久性、能源消耗低的优点，同时也降低了企业的生产成本与后期的维护、修补费用，可带来明显的社会、生态及经济效益。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其原料以重量份计，包括：水155-175份、水泥355-365份、粉煤灰102-144份、硅灰24-50份、聚丙烯纤维0.9-1.1份、砂712-826份、石子1050-1164份、抗冲磨剂5.5-8.3份、膨胀剂16.4-41.0份、气密剂2.5-3.5份、减水剂6.2-7.2份。
在本发明中，所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积为340-360kg/m2之间，28d胶砂抗压强度≥47.5MPa，初凝时间≥180min，终凝时间≤245min。
在本发明中，所述粉煤灰为满足GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求的F类Ⅰ级粉煤灰，其细度45μm占比≤12％，需水量比≤96％，28d活性指数比≥75％，SO3含量≤2.7％，烧失量＜3％。
在本发明中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
在本发明中，所述抗冲磨剂包括质量比为10-20:4-6:1-2.5:0.02-0.06:0.04-0.08:0.5-1.0:0.05-0.1:55-75的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水。
在本发明中，所述膨胀剂包括重量比为15-25:15-30:40-60的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
在本发明中，所述气密剂包括质量比为5-15:12-20:2-4:1.5-4.5:1-3:3-5:2-8:40-75的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
在本发明中，所述石子是由5-10mm、5-31.5mm两种粒径的碎石组成，质量比为1:4。
在本发明中，所述表面活性剂为木质素磺酸钙和/或木质素磺酸钠。
在本发明中，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
本发明还提供了一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水泥355-365份、粉煤灰102-144份、硅灰24-50份、聚丙烯纤维0.9-1.1份、砂712-826份、石子1050-1164份、抗冲磨剂5.5-8.3份、膨胀剂16.4-41.0份、气密剂2.5-3.5份在强制式双卧轴搅拌机内混合均匀；
S2、在S1步完成的基础上，加入水95-105份，搅拌60-80s；
S3、在S2步完成的基础上，加入水60-70份和聚羧酸减水剂6.2-7.2份，充分搅拌90-110s，得到大流态抗渗抗冲磨的水工混凝土。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
1.大幅度提高了混凝土的施工性能：
本发明提供的大流态抗渗抗冲磨水工混凝土采用的气密剂为一种复合型外加剂，含有少量的减水组分和润滑组分，其中的减水组分能够改善拌合物工作性能，提高混凝土自身的密实度；润滑组分可以提高混凝土在浇筑过程中的密实性，使浇筑后的表面更易整平和抹光，从而提高抗冲磨性能；其与抗冲磨剂复合使用时，与聚羧酸减水剂有良好的相容性，从而能大幅度改善混凝土拌合物的工作性能，并减少坍落度的经时损失。
2.提高混凝土的抗渗、抗冲磨性能：
本发明采用的抗冲磨剂充分激发粉煤灰的火山灰活性，增加整体胶凝材料早期水化产物的数量，改善混凝土的内部结构，从而提高混凝土早期强度与抗渗性能；在掺加抗冲磨外加剂后，胶凝材料的二次水化反应消耗了水泥浆体中Ca(OH)2，减小了水泥浆体与骨料之间的界面过渡层，增加了水泥浆体与骨料的界面结合强度，提高其抗冲磨性能，从而能够避免骨料在水流不断冲刷作用下从水泥浆体中剥离的现象。
3.本发明提供的混凝土强度等级不低于C50，水泥浆体与骨料的粘结力大，骨料不易脱落；水胶比控制在0.3-0.4之间。
4.将本发明的大流态抗渗抗冲磨水工混凝土用于大坝等泄水建筑物中，将具有良好的施工性能、力学性能、高耐久性、能源消耗低等优点，同时也降低了生产成本与后期的维护、修补费用，可带来明显的社会、生态及经济效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，提供以下实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了验证本发明的大流态抗渗抗冲磨水工混凝土的抗渗抗冲磨效果以及实用性能，将本发明的混凝土与现有的混凝土做了对比试验，实施例如下：
实施例1
本实施例提供的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，原料由水、水泥、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维、砂、石子、抗冲磨剂、膨胀剂、气密剂、聚羧酸减水剂组成，其添加量为水155kg、水泥355kg、粉煤灰102kg、硅灰24kg、聚丙烯纤维1.1kg、砂826kg、石子1164kg、抗冲磨剂5.5kg、膨胀剂16.4kg、气密剂2.5kg、聚羧酸减水剂6.2kg。
所述石子由10mm、20mm两种粒径的碎石组成，质量比为1:4；所述沙为人工砂。
所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积为340-360kg/m2之间，28d胶砂抗压强度≥47.5MPa，初凝时间≥180min，终凝时间≤245min。
所述粉煤灰为满足GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求的F类Ⅰ级粉煤灰，其细度45μm占比≤12％，需水量比≤96％，28d活性指数比≥75％，SO3含量≤2.7％，烧失量＜3％。
所述抗冲磨剂包括质量比为10:4:1:0.02:0.04:0.5:0.05:55的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水，其中表面活性剂为木质素磺酸钙，消泡剂为聚醚类消泡剂。
所述膨胀剂包括重量比为15:15:40的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
所述气密剂包括质量比为5:12:2:1.5:1:3:2:40的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
实施例2
本实施例提供的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，原料由水、水泥、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维、砂、石子、抗冲磨剂、膨胀剂、气密剂、聚羧酸减水剂组成，其添加量为水175kg、水泥355kg、粉煤灰144kg、硅灰50kg、聚丙烯纤维1.1kg、砂712kg、石子1050kg、抗冲磨剂8.3kg、膨胀剂41.0kg、气密剂3.5kg、聚羧酸减水剂7.2kg。
所述石子由5mm、20mm两种粒径的碎石组成，质量比为1:4；所述沙为人工砂。
所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积为340-360kg/m2之间，28d胶砂抗压强度≥47.5MPa，初凝时间≥180min，终凝时间≤245min。
所述粉煤灰为满足GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求的F类Ⅰ级粉煤灰，其细度45μm占比≤12％，需水量比≤96％，28d活性指数比≥75％，SO3含量≤2.7％，烧失量＜3％。
所述抗冲磨剂包括质量比为15:5:2:0.04:0.06:0.8:0.08:60的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水，其中表面活性剂为木质素磺酸钙，消泡剂为聚醚类消泡剂。
所述膨胀剂包括重量比为15:15:40的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
所述气密剂包括质量比为10:15:3:3:2:4:5:60的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
实施例3
本实施例提供的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，原料由水、水泥、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维、砂、石子、抗冲磨剂、膨胀剂、气密剂、聚羧酸减水剂组成，其添加量为水160kg、水泥365kg、粉煤灰120kg、硅灰40kg、聚丙烯纤维0.9kg、砂780kg、石子1100kg、抗冲磨剂7kg、膨胀剂30kg、气密剂3kg、聚羧酸减水剂6.8kg。
所述石子由10mm、31.5mm两种粒径的碎石组成，质量比为1:4；所述沙为人工砂。
所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积为340-360kg/m2之间，28d胶砂抗压强度≥47.5MPa，初凝时间≥180min，终凝时间≤245min。
所述粉煤灰为满足GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求的F类Ⅰ级粉煤灰，其细度45μm占比≤12％，需水量比≤96％，28d活性指数比≥75％，SO3含量≤2.7％，烧失量＜3％。
所述抗冲磨剂包括质量比为20:6:2.5:0.06:0.08:1.0:0.1:75的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水，其中表面活性剂为木质素磺酸钙，消泡剂为聚醚类消泡剂。
所述膨胀剂包括重量比为25:30:60的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
所述气密剂包括质量比为15:20:4:4.5:3:5:8:75的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
实施例4
本实施例提供的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，原料由水、水泥、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维、砂、石子、抗冲磨剂、膨胀剂、气密剂、聚羧酸减水剂组成，其添加量为水160kg、水泥360kg、粉煤灰120kg、硅灰35kg、聚丙烯纤维1kg、砂780kg、石子1100kg、抗冲磨剂7kg、膨胀剂30kg、气密剂3kg、聚羧酸减水剂6.8kg。
所述石子由8mm、20mm两种粒径的碎石组成，质量比为1:4；所述沙为人工砂。
所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积为340-360kg/m2之间，28d胶砂抗压强度≥47.5MPa，初凝时间≥180min，终凝时间≤245min。
所述粉煤灰为满足GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求的F类Ⅰ级粉煤灰，其细度45μm占比≤12％，需水量比≤96％，28d活性指数比≥75％，SO3含量≤2.7％，烧失量＜3％。
所述抗冲磨剂包括质量比为15:5:2:0.04:0.06:0.8:0.08:60的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水，其中表面活性剂为木质素磺酸钙，消泡剂为聚醚类消泡剂。
所述膨胀剂包括重量比为20:23:50的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
所述气密剂包括质量比为10:16:3:3:2:4:5:60的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
对比例1
与实施例4相比，没有抗冲磨剂和气密剂。
对比例2
与实施例4相比，没有气密剂。
对比例3
与实施例4相比，没有抗冲磨剂。
上述实施例1-4、对比例1-3设计强度等级不低于C50，水胶比控制在0.3-04之间。
实施例5
本实施例提供一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土的制备方法，适用于实施例1-4，对比例1-3的制备，具体步骤如下：
S1、按原料配比将水泥、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维、砂、石子、抗冲磨剂、膨胀剂、气密剂在强制式双卧轴搅拌机内混合均匀；
S2、在S1步完成的基础上，加入60％水，搅拌60-80s；
S3、在S2步完成的基础上，加入剩下的水和聚羧酸减水剂，充分搅拌90-110s，得到大流态抗渗抗冲磨的水工混凝土。
实施例6
对实施例1-4、对比例1-3的混凝土的拌合物进行工作性能检测，结果如下：
表1：混凝土工作性能对比试验
Figure BDA0003332144370000101
Figure BDA0003332144370000111
实施例7
将实施例1-4、对比例1-3的混凝土进行抗压和抗冲磨测试，检测结果如下：
表2混凝土抗压和抗冲磨对比试验
Figure BDA0003332144370000112
由表1和表2可知，本发明实施例1-4的混凝土在工作性能、抗压强度、抗冲磨强度等方面明显优于对比例1-3所对应的混凝土。表明本发明的混凝土采用上述原料及制备方法使其具有上述显著的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，其原料以重量份计，包括：水155-175份、水泥355-365份、粉煤灰102-144份、硅灰24-50份、聚丙烯纤维0.9-1.1份、砂712-826份、石子1050-1164份、抗冲磨剂5.5-8.3份、膨胀剂16.4-41.0份、气密剂2.5-3.5份、减水剂6.2-7.2份；所述抗冲磨剂包括质量比为10-20:4-6:1-2.5:0.02-0.06:0.04-0.08:0.5-1.0:0.05-0.1:55-75的表面活性剂、碳化硅、聚丙烯亚胺、柠檬酸钠、羟基柠檬酸钾、硅酸钠、消泡剂、水；所述气密剂包括质量比为5-15:12-20:2-4:1.5-4.5:1-3:3-5:2-8:40-75的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、甲基纤维素、对苯二乙酸二辛酯、聚丙烯酰胺、硅烷偶联剂、十二烷基硫酸钠、水。
2.如权利要求1所述的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
3.如权利要求1所述的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，所述膨胀剂包括重量比为15-25:15-30:40-60的氧化镁、氧化钙、硫铝酸钙。
4.如权利要求1所述的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，所述石子是由5-10mm、5-31.5mm两种粒径的碎石组成，两种碎石质量比为1:4。
5.如权利要求3所述的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，所述表面活性剂为木质素磺酸钙和/或木质素磺酸钠。
6.如权利要求3所述的一种大流态抗渗抗冲磨水工混凝土，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
7.一种如权利要求1所述的大流态抗渗抗冲磨水工混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将水泥355-365份、粉煤灰102-144份、硅灰24-50份、聚丙烯纤维0.9-1.1份、砂712-826份、石子1050-1164份、抗冲磨剂5.5-8.3份、膨胀剂16.4-41.0份、气密剂2.5-3.5份在强制式双卧轴搅拌机内混合均匀；
S2、在S1步完成的基础上，加入水95-105份，搅拌60-80s；
S3、在S2步完成的基础上，加入水60-70份和聚羧酸减水剂6.2-7.2份，充分搅拌90-110s，得到大流态抗渗抗冲磨的水工混凝土。
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