CN113880521B - 一种高强度抗渗混凝土及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及抗渗混凝土技术领域，具体公开了一种高强度抗渗混凝土及其生产方法。一种高强度抗渗混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：骨料650‑780份、砂500‑600份、水泥280‑400份、粉煤灰80‑120份、水100‑200份、减水剂25‑40份、掺合料75‑90份、抗渗剂80‑150份；所述抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯的质量之和与镍盐按质量比(2.5‑4):(4‑7)组成，掺合料为凝灰石粉、石灰石粉、石英粉中的至少两种。本申请的高强度抗渗混凝土可用于水利水电工程、建筑施工等，其具有强度高、抗渗性能好的优点。

Description

一种高强度抗渗混凝土及其生产方法
技术领域
本申请涉及抗渗混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度抗渗混凝土及其生产方法。
背景技术
混凝土在建筑施工、道路桥梁等行业使用非常广泛，尤其是对于水利水电工程，基本上成为现代水工建筑物的主要材料。随着技术的不断发展，采用水泥配制高强抗渗混凝土的技术也不断成熟，在水工行业应用广泛。
随着人们对混凝土技术的不断研究，人们提出了一系列改善混凝土抗渗性能的措施，通过降低孔隙率、改善孔结构等手段来提高混凝土的抗渗性，增强其防水能力。例如，申请公布号为CN108002759A的中国专利公开了一种抗渗混凝土，由水泥、骨料、粉煤灰、膨润土、外加剂和水组成，其中，所述外加剂由下述质量百分比的组分组成：牡蛎壳粉30-40％、乙撑双硬脂酰胺15-25％、三帖皂苷10-20％、三乙醇胺6-12％、膨润土5-10％、十二烷基二羟乙基甜菜碱3-6％、萘磺酸盐2-5％。虽然上述的抗渗混凝土在一定程度上提高了抗渗性能，但在较高渗透压力环境下的抗渗性能仍然较差。
发明内容
为了提高混凝土的抗渗性能，本申请提供一种高强度抗渗混凝土及其生产方法。
第一方面，本申请提供一种高强度抗渗混凝土，采用如下的技术方案：
一种高强度抗渗混凝土，主要由如下重量份数的原料制成：骨料650-780份、砂500-600份、水泥280-400份、粉煤灰80-120份、水100-200份、减水剂25-40份、掺合料75-90份、抗渗剂80-150份；所述抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯的质量之和与镍盐按质量比(2.5-4):(4-7)组成，掺合料为凝灰石粉、石灰石粉、石英粉中的至少两种。
通过采用上述技术方案，采用较低的水灰比和较高的砂率，一方面提升了混凝土的力学性能，另一方面提升混凝土的流动性，体系的密实度更高，内部缺陷较少，具有更高的抗压强度和抗渗性能。并且，掺合料与抗渗剂均匀分散在砂浆体系内后，掺合料内的凝灰石粉、石灰石粉以及石英粉可以起到很好的填充作用，使混凝土的水化反应更加均匀充分，在后期混合过程中产生的气孔更少更小。并且抗渗剂内的聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯与镍盐能够与掺合料中的活性成分发生协同作用，降低骨料、砂、凝胶材料界面处的表面张力，使体系内的气泡分裂细化，改善混凝土内部的孔隙结构，进一步降低水在混凝土内的通量，提升抗渗性能。另外，镍盐解离出的镍离子还能够提高体系的水化程度，增大体系的流动性，混凝土的浆体结构更加致密，整体的抗渗性能得到进一步提升。
优选的，所述抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、镍盐按质量比(1-1.8):(1.5-2.2):(4-7)组成。
通过采用上述技术方案，优化和调整抗渗剂的组成配比，调节混凝土体系内水化反应进度以及掺合料与凝胶材料之间的反应进度，减少内部缺陷数量，改善混凝土的孔隙结构，进一步提升混凝土的抗渗性能。
优选的，所述抗渗剂与掺合料的质量比为(1.05-1.7):1。
通过采用上述技术方案，调整和试验抗渗剂与掺合料的配比，在细化体系内部气孔的同时不对混凝土浆体粘度、强度的影响，使体系的流变行为处于较适宜的水平，混凝土的微观结构更加均匀一致。
优选的，所述镍盐为硫酸镍、氨基磺酸镍中的一种。
通过采用上述技术方案，硫酸镍和氨基磺酸镍能够进一步增加混凝土的前期水化程度，水化产物的密实度更高，减少后期混凝土搅拌振荡时水分向骨料界面处聚集的程度，体系的均匀性和分散程度更高。
优选的，所述掺合料由凝灰石粉、石灰石粉、石英粉按质量比为(2.5-4):(5-10):(2-3)组成。
通过采用上述技术方案，优化调整掺合料中凝灰石粉、石灰石粉、石英粉的组成配比，一方面进一步起到很好的减水作用，增强体系的保水性和均质性，填充空隙和毛细孔，改善体系的孔结构和增大密实度。另一方面，较多的石灰石粉能够起到晶核作用，使石英粉和凝灰石粉聚集在附近，通过与其余集料之间的粒径差异，进一步改善体系内的粒径分布，增大堆积密度，进一步提升混凝土的抗渗性能。
优选的，所述掺合料的平均粒径为100-250μm。
通过采用上述技术方案，100-250μm粒径范围内的掺合料可以进一步提高体系内凝胶体的数量，并使其在整个混凝土界面过渡层内分布更加均匀，混凝土体系的抗渗性能和力学性能更佳。
优选的，所述水泥与掺合料的质量比为(3.7-4.3):1。
通过采用上述技术方案，进一步优化和调整水泥和掺合料的配比，提升掺合料在体系内的填充作用、级配调节作用以及调节水化产物的分布均匀性，提升混凝土的抗渗性能。
第二方面，本申请提供一种高强度抗渗混凝土的生产方法，采用如下的技术方案：一种高强度抗渗混凝土的生产方法，包括如下步骤：
S1：将骨料、砂、水泥、粉煤灰混合均匀制得混合料；
S2：将步骤S1中的混合料、掺合料、抗渗剂、减水剂、水混合均匀即得。
通过采用上述技术方案，先将骨料、砂、水泥、粉煤灰混合均匀，使物料充分混合，然后在将混合料、掺合料、抗渗剂、减水剂、水混合均匀，保持掺合料的组分的活性，与抗渗剂一起均匀分散在砂浆体系内，形成流变性好、均一稳定的混凝土料浆。
优选的，所述步骤S2混合均匀是以搅拌速度400-550rpm的搅拌速度进行混合2-4min。
通过采用上述技术方案，以400-550rpm的搅拌速度使混合料与剩余组分快速形成均一的浆体料，使得混凝土体系的各向同性更好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用较大砂率、较低的水灰比，并在掺合料与抗渗剂的协同作用下，提升了混凝土体系内的密实度，改善混凝土内部的孔隙结构，降低毛细管效应，获得了较佳的抗渗性能，28渗水高度能够达到0.16mm。
2、本申请中优选调整抗渗剂的组成配比，以及掺合料与抗渗剂的组成配比，进一步优化混凝土的内部微观结构组成，提高混凝土的密实度，进一步提高了混凝土的抗渗性能。
3、本申请中采用硫酸镍和氨基磺酸镍，改善体系内前期的水化程度，提升砂浆体系的流动性，进一步提升混凝土体系的密实度和均匀性。
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
实施例1
本实施例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料650kg、砂500kg、水泥280kg、粉煤灰80kg、水100kg、减水剂25kg、掺合料75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比2:2:4组成，聚氧化乙烯20kg，失水山梨醇脂肪酸20kg，氯化镍40kg。掺合料由凝灰石粉、石英粉按质量比2:1组成，凝灰石50kg，石英粉25kg。
骨料为10-15cm连续级配的碎石。砂的细度模数为2.1-2.6，含泥量小于1.5％。水泥为普通硅酸盐水泥，标号为42.5R。粉煤灰为一级粉煤灰。减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率35％。掺合料的平均粒径为350μm。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法，包括如下的步骤：
S1：将骨料、砂、水泥、粉煤灰以350rpm的转速搅拌20min混合均匀制得混合料；
S2：将掺合料、抗渗剂、减水剂、水加入到步骤S1中的混合料内以500rpm的转速搅拌3min混合均匀即得。
实施例2-3
实施例2-3的高强度抗渗混凝土，由如下的原料制成：骨料、砂、水泥、粉煤灰、水、减水剂、掺合料、抗渗剂。
其中，骨料为10-15cm连续级配的碎石。砂的细度模数为2.1-2.6，含泥量小于1.5％。水泥为普通硅酸盐水泥，标号为42.5R。粉煤灰为一级粉煤灰。减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率35％。掺合料的平均粒径为350μm。
实施例2-3中高强度抗渗混凝土的各原料的加入量如表1所示。
表1实施例2-3中高强度抗渗混凝土的各原料的加入量
原料(kg) 实施例1 实施例2 实施例3
骨料 650 720 780
砂 500 560 600
水泥 280 350 380
粉煤灰 80 100 120
水 100 150 200
减水剂 25 32 40
凝灰石粉 50 54 50
石英粉 25 27 25
聚氧化乙烯 20 20 30
失水山梨醇脂肪酸酯 20 25 30
氯化镍 40 75 90
实施例2-3的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比1:1.5:4组成，聚氧化乙烯18.462kg，失水山梨醇脂肪酸27.692kg，氯化镍73.846kg，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例5
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比1.5:2:5.5组成，聚氧化乙烯20kg，失水山梨醇脂肪酸26.667kg，氯化镍73.333kg，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例6
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比1.8:2.2:7组成，聚氧化乙烯19.636kg，失水山梨醇脂肪酸24kg，氯化镍76.364kg，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例7
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例5的不同之处在于：原料中抗渗剂内的氯化镍等质量替换为氨基磺酸镍，其余的与实施例5相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例5相同。
实施例8
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例5的不同之处在于：原料中抗渗剂内的氯化镍等质量替换为硫酸镍，其余的与实施例5相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例5相同。
实施例9
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中掺合料由凝灰石粉、石灰石粉、石英粉按质量比为2.5:5:2组成，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例10
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中掺合料由凝灰石粉、石灰石粉、石英粉按质量比为4:10:3组成，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例11
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中掺合料的平均粒径为100μm，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
实施例12
本实施例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中掺合料的平均粒径为250μm，其余的与实施例2相同。
本实施例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
对比例
对比例1
本对比例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料900kg、砂400kg、水泥300kg、粉煤灰70kg、水130kg、减水剂30kg、掺合料75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比2:2:4组成，聚氧化乙烯20kg，失水山梨醇脂肪酸20kg，氯化镍40kg。掺合料由凝灰石粉、石英粉按质量比2:1组成，凝灰石50kg，石英粉25kg。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料650kg、砂500kg、水泥280kg、粉煤灰80kg、水100kg、减水剂25kg、掺合料75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比1:1:3组成，聚氧化乙烯16kg，失水山梨醇脂肪酸16kg，氯化镍48kg。掺合料由凝灰石粉、石英粉按质量比2:1组成，凝灰石50kg，石英粉25kg。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例的高强抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中抗渗剂内的镍盐为溴化镍，其余的与实施例2相同。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
对比例4
本对比例的高强度抗渗混凝土与实施例2的不同之处在于：原料中掺合料由凝灰石粉、石灰石粉、石英粉按质量比为1.5:12:2.5组成，其余的与实施例2相同。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例2相同。
对比例5
本对比例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料650kg、砂500kg、水泥400kg、粉煤灰80kg、水100kg、减水剂25kg、掺合料75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比1:1:3组成，聚氧化乙烯16kg，失水山梨醇脂肪酸16kg，氯化镍48kg。掺合料由凝灰石粉、石英粉按质量比2:1组成，凝灰石50kg，石英粉25kg。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
对比例6
本对比例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料900kg、砂400kg、水泥300kg、粉煤灰70kg、水130kg、减水剂30kg、掺合料75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂为聚氧化乙烯。掺合料由凝灰石粉、石英粉按质量比2:1组成，凝灰石50kg，石英粉25kg。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
对比例7
本对比例的高强度抗渗混凝土，由如下重量的原料制成：骨料900kg、砂400kg、水泥300kg、粉煤灰70kg、水130kg、减水剂30kg、碳酸钙75kg、抗渗剂80kg。
其中，抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、氯化镍按质量比2:2:4组成，聚氧化乙烯20kg，失水山梨醇脂肪酸20kg，氯化镍40kg。
本对比例的高强度抗渗混凝土的生产方法与实施例1相同。
性能检测试验
检测方法
取实施例1-12以及对比例1-7的高强度抗渗混凝土按国家标准GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定力学性能。按国家标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》测定抗渗性能，样品尺寸渗透压力为3.5MPa，加压时间48h，综合测试结果如表2所示。
表2实施例1-12以及对比例1-7的高强度抗渗混凝土力学性能及抗渗性能测试结果
Figure BDA0003315414420000071
Figure BDA0003315414420000081
分析实施例1-3以及对比例1并结合表2可以看出，调整混凝土的水灰比以及砂率，较低的水灰比和较高的砂率提升了混凝土体系的密实度，提升混凝土的力学性能和抗渗性能。
分析实施例1-3以及对比例6、对比例7并结合表2可以看出，抗渗剂与掺合料分散在砂浆体系内后，能够很好的改善体系中集料界面处的结构性质，改善孔隙组成，大大提升了混凝土的抗渗性能。
分析实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8以及对比例2、对比例3、对比例4并结合表2可以看出，调整和优化抗渗剂的组成配比，以及镍盐的种类，提高抗渗剂对混凝土体系内水化程度的调节作用，改善体系的内部微观结构组成，提高混凝土体系的流变性能，密实程度更高，进一步提升了混凝土的抗渗性能和力学性能。
分析实施例9、实施例10、实施例11-12以及对比例5并结合表2可以看出，进一步调整和优化掺合料的组成配比以及掺合料的粒径，提升掺合料的微集料效应，调节混凝土体系内的水化反应状态和程度，使体系内的集料颗粒与水化产物连结起来，形成致密的三维空间结合体，进一步提升混凝土的抗渗性能。
综上所述，本申请的高强度抗渗混凝土具有较高的强度和抗渗性能，适合应用于水利工程建筑、道路桥梁施工、大型建筑等。
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 (6)

1.一种高强度抗渗混凝土，其特征在于：主要由如下重量份数的原料制成：骨料650-780份、砂500-600份、水泥280-400份、粉煤灰80-120份、水100-200份、减水剂25-40份、掺合料75-90份、抗渗剂80-150份；所述抗渗剂由聚氧化乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯、镍盐按质量比(1-1.8):(1.5-2.2):(4-7)组成，所述镍盐为硫酸镍、氨基磺酸镍中的一种；所述掺合料由凝灰石粉、石灰石粉、石英粉按质量比为(2.5-4):(5-10):(2-3)组成。
2.根据权利要求1所述的一种高强度抗渗混凝土，其特征在于：所述抗渗剂与掺合料的质量比为(1.05-1.7):1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度抗渗混凝土，其特征在于：所述掺合料的平均粒径为100-250μm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度抗渗混凝土，其特征在于：所述水泥与掺合料的质量比为(3.7-4.3):1。
5.一种如权利要求1-4任一所述的高强度抗渗混凝土的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将骨料、砂、水泥、粉煤灰混合均匀制得混合料；
S2：将步骤S1中的混合料、掺合料、抗渗剂、减水剂、水混合均匀即得。
6.根据权利要求5所述的一种高强度抗渗混凝土的生产方法，其特征在于：所述步骤S2混合均匀是以搅拌速度400-550rpm的搅拌速度进行混合2-4min。
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