CN114394795A - 一种抗裂防水型大体积混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗裂防水型大体积混凝土及其制备方法，包括如下重量分数的原料：白云岩碎石粗骨料1000‑1300份、硅质岩人工砂细骨料900‑1100、水泥150‑250份、外加剂10‑20份和水100‑150份；所述外加剂包括沸石、硅烷、纤维素醚和络合剂。本发明提供的大体积混凝土不仅能从根本上解决混凝土内部由于胶凝材料水化引起温度过高而导致大体积混凝土开裂的问题，还具备高强度、耐久性较强、抗渗防水性好、成本较低的优点；制备的大体积混凝土适用于高层楼房基础、地下工程、水利大坝等工程，能够达到长期抗裂防水的效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体是一种抗裂防水型大体积混凝土及其制备方法。
背景技术
大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。现代建筑中时常涉及到大体积混凝土，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，最小断面的任何一个方向的尺寸最小为1m。大体积混凝土开裂的根本原因是混凝土中的拉应力超过了抗拉强度，混凝土的自身性能和地基约束力也是导致开裂的重要原因。并且大体积混凝土的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上问题分析，来保证施工的质量。
目前解决大体积混凝土开裂和防水的方法有很多，如中国专利CN 106904923 B公开一种适用于热带地区的大体积生态混凝土及其施工方法，所述大体积生态混凝土由磷石膏基生态胶凝材料、相变材料管道、水、中砂、碎石、外加剂和水组成，以1份磷石膏基生态胶凝材料为基准，中砂的用量为1.2～3.5份，碎石的用量为1.5～5份，水灰比为0.25～0.5，相变材料管道的用量为磷石膏基生态胶凝材料重量的5～15％，外加剂的掺量为磷石膏基生态胶凝材料重量的1.5～2.5％。所述相变材料管道各组分按重量份数计为：癸酸5～20份、月桂酸20～40份、肉豆蔻酸10～30份、棕榈酸10～20份、硬脂酸5～20份。所述磷石膏基生态胶凝材料各组分按重量份数计为：复合矿渣粉45～80份、复合水泥10～30份、改性磷石膏10～25份。
中国专利CN 108911603 B公开了一种大体积混凝土及其制备和施工工艺，所述大体积混凝土，包括如下重量份数的组分，水170-180份、水泥180-185份、中砂635-730份、粒径为5～25mm的碎石1000-1100份、外掺料94-100份、矿粉160-175份、外加剂5.11-5.12份；所述外加剂包括减水剂和缓凝剂；减水剂和缓凝剂的重量份数比为5.1：(0.11-0.12)；所述缓凝剂包括如下重量百分比的组分：改性纸浆黑液20-40％、麦芽糖20-40％、壳聚糖10-20％、石灰乳3-18％、木质素磺酸钙10-18％、硫酸铝1-5％；所述改性纸浆黑液包括如下处理过程：利用硫酸调节pH至10-11，加入纸浆黑液质量1-2‰的三氯化铁和20-30％的亚硫酸钠，在温度80-85℃下恒温2-4小时，再用硫酸中和至pH为7-9；所述缓凝剂包括如下的制备过程：将麦芽糖、壳聚糖加入至搅拌机中混合均匀，得第一混合物；向第一混合物中继续加入石灰乳、木质素磺酸钙和硫酸铝，继续搅拌均匀，得第二混合物，将纸浆黑液加入至第二混合物中搅拌混合均匀既得缓凝剂。
综上所述，目前主要从材料、结构和施工方面入手的。如加入适当的添加剂，这时通过化学方法达到改善混凝土的结构，从而达到提高混凝土的抗裂性能。但由于外加剂的种类较多，对抗裂防水性能褒贬不一。设计合理的结构形式，形体尺寸及构造设计也是混凝土常规的抗裂方法之一，但方法由于太过复杂，施工成本过高，因此国内外使用该方法的人较少，难以在工程上得到应用。而通过物理方面的措施可以采用复杂的特殊结构和技术措施来减少混凝土的裂缝的产生，主要包括结构表面用保温材料，外围用混凝土电缆，混凝土拌合料的强制冷却、管道冷却板等，但都存在着污染环境，浪费成本，工艺繁琐等问题，很难在工程上得到应用推广。总而言之，目前的方法最终还不能从根本上来解决大体积混凝土的开裂和防水问题。
发明内容
本发明针对当前大体积混凝土以开裂及防水差存在的问题，提供一种抗裂防水型大体积混凝土及其制备方法。本发明提供的大体积混凝土不仅能从根本上解决混凝土内部由于胶凝材料水化引起温度过高而导致大体积混凝土开裂的问题，还具备高强度、耐久性较强、抗渗防水性好、成本较低的优点；制备的大体积混凝土适用于高层楼房基础、地下工程、水利大坝等工程，能够达到长期抗裂防水的效果。
为了实现以上目的，本发明是通过如下技术方案实现:
一种抗裂防水型大体积混凝土，包括如下重量分数的原料：白云岩碎石粗骨料1000-1300份、硅质岩人工砂细骨料900-1100、水泥150-250份、外加剂10-20份和水100-150份；所述外加剂包括沸石、硅烷、纤维素醚和络合剂。
作为本发明方案的进一步优化：所述外加剂中各组分的质量比为4-5:1-2:2-3:1-3。
作为本发明方案的进一步优化：所述白云岩碎石的粒径为5-40mm。
作为本发明方案的进一步优化：所述白云岩碎石的粒径采用粒径分别为20-40mm中石和粒径为5-20mm小石二级配；其中中石和小石的重量比为1-1.5:1。
作为本发明方案的进一步优化：所述的硅质岩人工砂细骨料的细度模数为3.6，孔隙率与为44％，饱和面干吸水率为0.9％。
作为本发明方案的进一步优化：所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，密度为3.11g/m3,含碱量为0.5％，比表面积为365m2/kg。
作为本发明方案的进一步优化：所述沸石为丝光沸石。本发明所采用的丝光沸石是因为丝光沸石比普通沸石具有较强的离子交换能力、吸附性、催化性、热稳定性和耐酸耐碱性，能够使混凝土具有较高的强度和耐久性，提高混凝土的抗裂防水能力。
作为本发明方案的进一步优化：所述纤维素醚为甲基纤维素，取代度为1.8。
作为本发明方案的进一步优化：所述硅烷为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。产品为无色透明液体，在水中水解。沸点290℃。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果包括：
1、本发明以白云岩碎石粗骨料、硅质岩人工砂细骨料、水泥为主要原料制备的大体积混凝土,所采用的白云岩碎石和硅质岩人工砂在大体积混凝土中起到了限制收缩的作用，这是因为白云岩碎石和硅质岩人工砂组合的线膨胀系数较小，在混凝土内部起到限制混凝土的收缩，在一定程度上缓解了普通硅酸盐水泥会因失水干缩的问题，减少混凝土的开裂作用。能从根本上解决混凝土内部因收缩而导致大体积混凝土开裂的问题，再加入沸石、硅烷、纤维素醚和络合剂组成的外加剂，沸石微晶能提高水泥拌合物的均匀性、和易性，促进水泥水化并形成憎水吸附层和不溶性胶体物质，填充水泥毛细孔缝，阻止水分迁移，降低吸水量，提高憎水性和抗渗性。由于沸石中富含Al2O3和SiO2能够与水泥进行均匀连续的水化反应，生成具有微膨胀性的硅铝酸钙，起到补偿早期收缩的作用。纤维素醚为甲基纤维素在混凝土中的作用为改善混凝土的和易性，具有长期的保水作用能够防止混凝土因失水干缩。且沸石与硅烷、纤维素醚和络合剂的协同作用经表面改性处理可以大幅度减小水泥石结构的表面张力，减小水泥毛细孔失水产生的负压，从而减小混凝土的干缩。使制备的大体积混凝土具备高强度、耐久性较强、抗渗防水性好的优点。
2、本发明提供的大体积混凝土组份简单、成本低、原料易得，容易在工程上得到应用，制备的大体积混凝土适用于高层楼房基础、地下工程、水利大坝等工程，能够达到长期抗裂防水的效果。
附图说明
图1为不加入外加剂对比例1大体积混凝土成型后的图片；
图2为实施例1制得的大体积混凝土成型后的图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
以下实施例所用的水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，密度为3.11g/m3,含碱量为0.5％，比表面积为365m2/kg。
所用的硅质岩人工砂细骨料，细度模数为3.6，孔隙率与为44％，饱和面干吸水率为0.9％。
实施例1
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份、外加剂15份和水127份。所述外加剂由重量比为4:1:3:2的丝光沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
实施例2
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)651份、白云岩小石(粒径为5-20mm)429份、硅质岩人工砂细骨料972份、水泥205份、外加剂16份和水132份。所述外加剂由重量比为4:2:2:2的丝光沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
实施例3
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)545份、白云岩小石(粒径为5-20mm)525份、硅质岩人工砂细骨料987份、水泥196份、外加剂12份和水123份。所述外加剂由重量比为4:1:2:3的丝光沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
实施例4
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)608份、白云岩小石(粒径为5-20mm)442份、硅质岩人工砂细骨料1025份、水泥202份、外加剂18份和水124份。所述外加剂由重量比为4:1:2:3的丝光沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
实施例5
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)692份、白云岩小石(粒径为5-20mm)403份，硅质岩人工砂细骨料968份、水泥198份、外加剂14份和水127份。所述外加剂由重量比为4:1:3:2的丝光沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
实施例6
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份、外加剂15份和水127份。所述外加剂由重量比为4:1:3:2的普通沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
对比例1
一种大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份和水127份。
对比例2
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份、聚羧酸减水剂15份和水127份。
对比例3
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份、外加剂7.5份和水127份。所述外加剂由重量比为4:1的丝光沸石和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷组成。
对比例4
一种抗裂防水型大体积混凝土，由如下重量分数的原料制成：白云岩中石(粒径为20-40mm)681份、白云岩小石(粒径为5-20mm)454份、硅质岩人工砂细骨料928份、水泥198份、外加剂7.5份和水127份。所述外加剂由重量比为3:2的甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂组成。
将上述实施例及对比例的大体积混凝土按照如下步骤制备：
S1:按照上述重量配比称取各组分原料，备用；
S2:将白云岩碎石粗骨料、硅质岩人工砂细骨料、水泥依次加入搅拌机，搅拌10s，混合料；
S3:先将外加剂溶于水中，再往混合物加入水(添加外加剂)后继续搅拌3min，即制得大体积混凝土，按照常规方法养护。
将实施例1-6及对比例1-4制得的大体积混凝土的28d抗压强度按照SL/T352-2020中混凝土立方体抗压强度试验。仪器为万能试验机，采用150mm×150mm×150mm的立方体试块，抗压强度按公式1进行计算。
抗渗等级试验将芯样加工为直径150mm，高50mm的圆柱体试样，采用自主设计的ZKS系列微机控制高精度抗渗仪进行抗渗性能试验。
抗裂的参数是按照SL/T352-2020中平板法来测定，采用的试件尺寸为600mm×600mm×63mm。记录开裂时间和裂缝的总长。
表1
| 组别 | 抗压强度(MPa) | 抗渗等级(MPa) | 开裂时间(h) | 裂缝总长(mm) |
| 实施例1 | 37.45 | W12 | 44 | 12.6 |
| 实施例2 | 38.42 | W12 | 43 | 14.8 |
| 实施例3 | 37.69 | W12 | 44 | 15.3 |
| 实施例4 | 39.13 | W12 | 46 | 12.4 |
| 实施例5 | 36.56 | W12 | 38 | 15.7 |
| 实施例6 | 36.39 | W12 | 41 | 13.8 |
| 对比例1 | 25.26 | W6 | 25 | 25.3 |
| 对比例2 | 35.24 | W8 | 30 | 16.5 |
| 对比例3 | 31.28 | W10 | 33 | 21.2 |
| 对比例4 | 28.59 | W10 | 32 | 18.9 |
从上述测试结果可得知：(1)从对比例1和实施例1可以得知，本发明加入了外加剂的混凝土28d后的抗压强度明显高于未添加外加剂的混凝土，抗压强度增强了48.25％，最高强度达到了39.13MPa。且其他实施例强度也都远对照例1不加外加剂的空白组。抗渗等级也明显高于空白组。(2)从实施例1-6与对照例2-4对比可以看出，沸石、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基纤维素和氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂合成的外加剂比只用两种组分合成的外加剂效果更好，但也高于空白组。这是由于各组分的协同共效作用，制得的大体积混凝土抗裂、抗压强度及抗渗防水性能明显提高。(3)对比例1和实施例1混凝土成型后图片如图1、2所示，从图中可以看出加入外加剂后混凝土的抗裂能力都有着较大的提升，开裂的时间比不加外加剂的延长了近20h，裂缝总长也比不加防水剂的短10mm左右。(4)对比例2和实施例1可以看出，本发明外加剂的混凝土比加入减水剂的混凝土的抗渗等级提高了2个等级，但是不如加本发明自制的外加剂。
综上所述，本发明提供的大体积混凝土不仅能从根本上解决混凝土内部由于胶凝材料水化引起温度过高而导致大体积混凝土开裂的问题，还具备高强度、耐久性较强、抗渗防水性好、成本较低的特点；制备的大体积混凝土适用于高层楼房基础、地下工程、水利大坝等工程，能够达到长期抗裂防水的效果。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下为，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于，包括如下重量分数的原料：白云岩碎石粗骨料1000-1300份、硅质岩人工砂细骨料900-1100、水泥150-250份、外加剂10-20份和水100-150份；所述外加剂包括沸石、硅烷、纤维素醚和络合剂。
2.根据权利要求1所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述外加剂中各组分的质量比为4-5:1-2:2-3:1-3。
3.根据权利要求1所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述白云岩碎石的粒径为5-40mm。
4.根据权利要求3所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述白云岩碎石的粒径采用粒径分别为20-40mm中石和粒径为5-20mm小石二级配；其中中石和小石的重量比为1-1.5:1。
5.根据权利要求1所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述的硅质岩人工砂细骨料的细度模数为3.6，孔隙率与为44%，饱和面干吸水率为0.9%。
6.根据权利要求1所述的的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，密度为3.11g/m3,含碱量为0.5%，比表面积为365m2/kg。
7.根据权利要求1所述的的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述沸石为丝光沸石；所述纤维素醚为甲基纤维素，取代度为1.8。
8.根据权利要求1所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述硅烷为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
9.根据权利要求1所述的抗裂防水型大体积混凝土，其特征在于：所述络合剂为氨三乙酸钠的氨基羧酸盐络合剂。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种抗裂防水型大体积混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:按照上述重量配比称取各组分原料，备用；
S2:将白云岩碎石粗骨料、硅质岩人工砂细骨料、水泥依次加入搅拌机，搅拌10-30s，混合料;
S3:先将外加剂溶于水中，再往混合物加入水后继续搅拌2-3min，即制得大体积混凝土。
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