CN115159923B - 一种低收缩抗冻大体积混凝土 - Google Patents

一种低收缩抗冻大体积混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低收缩抗冻大体积混凝土，属于混凝土材料技术领域，解决现有大体积混凝土水化热高、易收缩和开裂的技术问题。本发明包括按重量配置的以下原料：早强低水化热硅酸盐水泥250～320kg/m3、粉煤灰80～150kg/m3、膨胀剂20～40kg/m3、外加剂0～5kg/m3、减水剂7～10kg/m3、粗集料1000～1100kg/m3、细集料750～800kg/m3、水140～160kg/m3。本发明利用早强低水化热硅酸盐水泥搭配粉煤灰、外加剂和热膨胀系数低的集料制备混凝土，用于降低大体积混凝土水化热，减少收缩和防止开裂，提高抗冻性，延长大体积混凝土使用寿命。

Description

一种低收缩抗冻大体积混凝土
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种低收缩抗冻大体积混凝土。
背景技术
大体积混凝土是指一次浇筑量大于1000m3或混凝土结构最小几何尺寸大于或等于1m的混凝土。这类混凝土由于体积大、散热面积小，混凝土内部温升可达80～90℃以上，混凝土的内外温度差引起的应力，易使混凝土收缩开裂，从而造成混凝土抗冻性、抗渗性、抗离子腐蚀性下降，混凝土结构耐久性下降，使用寿命缩短。
JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》要求，用于大体积混凝土的胶凝材料，其3d水化热和7d水化热分别不宜大于240kJ/kg和270kJ/kg。为降低大体积混凝土的水化热，专利公开号为CN114117793A、专利名称为基于矿物掺合料水化热的大体积混凝土配合比设计方法，以混凝土的强度和绝热温升作为混凝土配合比设计指标，确定矿物掺合料种类，在满足混凝土强度的同时降低胶凝材料的水化热，进而减小大体积混凝土因温度产生的收缩。但上述方法仅限于理论计算，该混凝土实际收缩和抗冻性未见报道。专利公开号为CN113683352A专利名称为一种地下空间用抗裂、抗腐蚀的大体积混凝土制备工艺则利用矿粉和粉煤灰取代部分硅酸盐水泥，同时将新型高效减水剂、缓蚀剂、减缩剂、增稠剂、引气剂、消泡剂等外加剂掺入到混凝土中，改善混凝土的抗裂性能和抗腐蚀性能，提高混凝土的使用寿命。但未提及胶凝材料的水化热，无法判断是否满足《普通混凝土配合比设计规程》要求。
此外，为了降低大体积混凝土内外温度差，专利公开号为CN112457051A、专利名称为防止大体积混凝土开裂的大体积混凝土施工工艺利用水循环降低混凝土温度；专利公开号为CN109853975A、专利名称为大体积混凝土构件的养护调节装置及其使用方法利用喷淋装置和温度检测器，对大体积混凝土进行连续喷水降温。上述施工工艺，无疑增加施工成本和施工难度。
因此，本发明提供了一种低收缩抗冻大体积混凝土，利用早强低水化热硅酸盐水泥搭配粉煤灰、外加剂和热膨胀系数低的集料制备混凝土，用于降低大体积混凝土水化热，减少收缩和防止开裂，提高抗冻性，延长大体积混凝土使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种低收缩抗冻大体积混凝土，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：
早强低水化热硅酸盐水泥：250～320kg/m3；
粉煤灰：80～150kg/m3；
膨胀剂：20～40kg/m3；
外加剂：0～5kg/m3；
减水剂：7～10kg/m3；
粗集料：1000～1100kg/m3；
细集料：750～800kg/m3；
水：140～160kg/m3。
进一步地，所述外加剂为可再分散乳胶粉、纤维素醚和十二烷基硫酸钠的任意一种或几种，可再分散乳胶粉、纤维素醚、十二烷基硫酸钠的配置重量分别为：0～5kg/m3、0～120g/m3、0～20g/m3。
进一步地，所述纤维素醚为非离子型纤维素醚。
进一步地，所述早强低水化热硅酸盐水泥由95％的熟料和5％的石膏组成。
进一步地，所述早强低水化热硅酸盐水泥熟料率值为：石灰饱和系数：0.80 ～0.88；硅率：2.50～2.70；铝率：0.70～0.75。
进一步地，所述早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为350±10m2/kg。
进一步地，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂、铝酸钙类膨胀剂、U型膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和复合膨胀剂中的任意一种。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量为20％。
进一步地，所述粗集料为碎石，粒径为5～31.5mm，所述碎石由石灰岩或辉长岩破碎制成。
进一步地，所述细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)与中、低热硅酸盐水泥相比，早强低水化热硅酸盐水泥3d强度更高，不会延缓工程工期；与普通硅酸盐水泥相比，早强低水化热硅酸盐水泥水化热更低，无需添加任何混合材或矿物掺合料即可满足JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》大体积混凝土的水化热要求，实现了早强与低水化热的协同匹配。本发明在保证大体积混凝土结构工期的同时，还可在一定程度上降低了混凝土内外温差，提高混凝土抗收缩性和抗冻性，具有良好的应用前景。
(2)外加剂具有引气作用，可降低早期混凝土的弹性模量、增强混凝土塑性、对塑性收缩压力起到一定的缓解作用、同时增加混凝土抗冻性。
(3)外加剂中的可再分散乳胶粉，其弹性模量远小于混凝土，可使混凝土具有良好的变形性能。此外，纤维素醚具有保水增粘作用，可减少混凝土收缩值。
(4)膨胀剂能使混凝土在硬化过程中因化学作用产生一定体积膨胀，补偿收缩，提高混凝土抗裂性。
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，以下对本发明进一步详细说明。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。
本发明提供的一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：
早强低水化热硅酸盐水泥：250～320kg/m3；
粉煤灰：80～150kg/m3；
膨胀剂：20～40kg/m3；
外加剂：0～5kg/m3；
减水剂：7～10kg/m3；
粗集料：1000～1100kg/m3；
细集料：750～800kg/m3；
水：140～160kg/m3。
作为优选，所述外加剂为可再分散乳胶粉、纤维素醚和十二烷基硫酸钠的任意一种或几种，可再分散乳胶粉、纤维素醚、十二烷基硫酸钠的配置重量分别为：0～5kg/m3、0～120g/m3、0～20g/m3。
作为优选，所述纤维素醚为非离子型纤维素醚。
作为优选，所述早强低水化热硅酸盐水泥由95％的熟料和5％的石膏组成。
作为优选，所述早强低水化热硅酸盐水泥熟料率值为：石灰饱和系数：0.80 ～0.88；硅率：2.50～2.70；铝率：0.70～0.75。
作为优选，所述早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为350±10m2/kg。
作为优选，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂、铝酸钙类膨胀剂、U型膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和复合膨胀剂中的任意一种。
作为优选，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量为20％。
作为优选，所述粗集料为碎石，粒径为5～31.5mm，所述碎石由石灰岩或辉长岩破碎制成。
作为优选，所述细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
实施例1
一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：早强低水化热硅酸盐水泥320kg/m3、粉煤灰80kg/m3、U型膨胀剂20kg/m3、可再分散乳胶粉5kg/m3、羟乙基甲基纤维素醚60g/m3、减水剂10kg/m3、粗集料1100kg/m3、细集料750kg/m3、水组成140kg/m3。
本实施例中，早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为350m2/kg；粗集料为石灰岩破碎所得的碎石，其粒径为5～31.5mm连续粒级；细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
实施例2
一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：早强低水化热硅酸盐水泥280kg/m3、粉煤灰120kg/m3、明矾石类膨胀剂30kg/m3、可再分散乳胶粉3kg/m3、十二烷基硫酸钠20g/m3、减水剂8.5kg/m3、粗集料1050kg/m3、细集料800kg/m3、水150kg/m3。
本实施例中，早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为360m2/kg；粗集料为为辉长岩破碎所得的碎石，粒径为5～31.5mm连续粒级；细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
实施例3
一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：早强低水化热硅酸盐水泥300kg/m3、粉煤灰100kg/m3、铝酸钙类膨胀剂40kg/m3、羟乙基甲基纤维素醚30g/m3、十二烷基硫酸钠20g/m3、减水剂7kg/m3、粗集料1000 kg/m3、细集料800kg/m3、水160kg/m3。
本实施例中，早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为350m2/kg；粗集料为为石灰岩破碎所得的碎石，粒径为5～31.5mm连续粒级；细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
实施例4
一种低收缩抗冻大体积混凝土，包括按重量配置的以下原料：早强低水化热硅酸盐水泥250kg/m3、粉煤灰150kg/m3、U型膨胀剂30kg/m3、可再分散乳胶粉3.5kg/m3、十二烷基硫酸钠10g/m3、减水剂8kg/m3、粗集料1100kg/m3、细集料750kg/m3、水150kg/m3。
本实施例中，早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为340m2/kg；粗集料为为石灰岩破碎所得的碎石，粒径为5～31.5mm连续粒级；细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
本发明实施例1～4制备的混凝土早强低热水泥性能如下表1所示：
表1实施例1～4制备的混凝土早强低热水泥性能指标数据
由表1得知，本发明制得的混凝土3d抗压强度≥24.0MPa，3d抗折强度≥ 5.0MPa，28d抗压强度≥60.0MPa，28d抗折强度≥9.0MPa；3d水化热≤240kJ/kg， 7d水化热≤270kJ/kg；
本发明实施例1～4制备的混凝土水化热和混凝土性能指标如下表2所示：
表2实施例1～4制备的混凝土水化热和混凝土性能指标数据
注：表2中收缩下降率是指：本发明制备的混凝土28d收缩率与同强度等级的普通混凝土28d收缩率相比，收缩率的下降量。
由表2得知，本发明制得的混凝土28d收缩率小于0.25‰，与同强度等级的普通混凝土相比，收缩值下降率超过30％；混凝土经过300次冻融循环(快冻法)后，质量损失率小于5％，动弹性模量下降至不低于75％；在混凝土早期开裂试验中，单位面积上的总开裂面积≤200mm2/m2。
所述各实施例进行的试验：
水泥胶砂性能测试参见GB/T 17671《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》；
水泥和水泥+粉煤灰胶凝材料水化热测试采用TAM Air水泥水化量热仪进行；
混凝土快速冻融法、早期抗裂试验以及收缩试验参见GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》标准。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，其原料为按重量配置的以下组份：
早强低水化热硅酸盐水泥：250~320kg/m3；
粉煤灰：80~150 kg/m3；
膨胀剂：20~40 kg/m3；
外加剂：0~5kg/m3；
减水剂：7~10kg/m3；
粗集料：1000~1100 kg/m3；
细集料：750~800kg/m3；
水：140~160 kg/m3；
所述早强低水化热硅酸盐水泥由95%的熟料和5%的石膏组成；
所述早强低水化热硅酸盐水泥熟料率值为：石灰饱和系数：0.80 ~0.88；硅率：2.50~2.70；铝率：0.70~0.75；
所述外加剂为可再分散乳胶粉、纤维素醚和十二烷基硫酸钠的任意一种或几种，可再分散乳胶粉、纤维素醚、十二烷基硫酸钠的配置重量分别为：0~5kg/m3、0~120g/ m3、0~20g/m3；
所述粗集料为碎石，粒径为5~31.5mm，所述碎石由石灰岩或辉长岩破碎制成。
2.根据权利要求1所述的一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，所述纤维素醚为非离子型纤维素醚。
3.根据权利要求1所述的一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，所述早强低水化热硅酸盐水泥的比表面积为350±10m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂、铝酸钙类膨胀剂、U型膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和复合膨胀剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量为20%。
6.根据权利要求1所述的一种低收缩抗冻大体积混凝土，其特征在于，所述细集料细度模数为2.8，平均粒径为0.38mm。
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