CN116373103A - 高抗裂水工混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种高抗裂水工混凝土的制备方法。该制备方法包括如下步骤：基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量；基于混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量；基于胶凝材料种类、胶凝材料用量、外掺氧化镁活性指数以及外掺氧化镁掺量，配制混凝土。该方法实现了“温升过程可调可控”、“膨胀历程可调可控”，能够有效提升混凝土抗裂性能，通过采用“放热源”的定向调控和“膨胀源”的定量调控技术，实现混凝土温升‑变形的双过程调控，进而制备得到高抗裂、高耐久、高强度的混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种高抗裂水工混凝土的制备方法。
背景技术
温控防裂问题是水工大体积混凝土面临的难题之一，解决该问题需要从材料和结构两方面进行改进。对于材料方面，提升水工大体积混凝土抗裂性能的常用改进方法是采用低水化热的水泥、掺入高含量的粉煤灰以降低胶凝体系的放热量，或者采用外掺膨胀剂对混凝土进行收缩补偿。
虽然上述方法能在一定程度上减轻水工大体积混凝土的开裂风险，但是水工大体积混凝土(例如大坝混凝土)开裂的现象仍然时有发生，因此，现有水工大体积混凝土的抗裂性能仍有待提升。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的水工大体积混凝土的抗裂性能仍有待提升的缺陷，从而提供一种高抗裂水工混凝土的制备方法。
本发明的发明人研究发现，现有技术中在改善混凝土的抗裂性能时，仅从降低热源、补偿收缩等单一方面采取措施进行温控防裂，而且在进行外掺材料的选择时，通常仅考虑混凝土的水化放热总量和膨胀总量的总体控制，而没有考虑混凝土的水化放热过程和膨胀历程对混凝土抗裂性能的影响。但是，水化放热过程以及膨胀历程均会直接影响混凝土的温度应力以及自生体积变形的发展规律，从而影响混凝土的抗裂性能。然而，混凝土的水化放热过程和膨胀历程均受温度等外部环境因素的影响，即使是在水化放热总量和膨胀总量一定的情况下，水化放热过程和膨胀历程也可能存在极大差异，进而导致混凝土的抗裂性能也参差不齐。
因此，要实现对混凝土抗裂性能的有效提升及控制，除了需要对混凝土的水化放热总量和膨胀总量进行优化和控制之外，还需要对混凝土的水化放热过程和膨胀历程进行优化和控制。
为此，本发明提供一种高抗裂水工混凝土制备方法，包括如下步骤：
基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量；
基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量；
基于所述胶凝材料种类、所述胶凝材料用量、所述外掺氧化镁活性指数以及所述外掺氧化镁掺量，配制所述混凝土。
其中，所述胶凝材料用量是指各胶凝材料占所有胶凝材料总质量的百分比(％)；所述外掺氧化镁掺量是指氧化镁质量占所有胶凝材料总质量的百分比(％)。
可选地，水化放热特征包括最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量；所述混凝土的所述目标水化放热特征包括：
所述混凝土的最大水化放热速率满足如下a～b中的任一项：
a、所述混凝土的最大水化放热速率低于预设速率；
b、所述混凝土的最大水化放热速率最小；
和/或，所述混凝土的最大水化放热速率出现时间满足如下c～d中的任一项：
c、所述混凝土的最大水化放热速率出现时间晚于预设时间；
d、所述混凝土的最大水化放热速率出现时间最晚；
和/或，所述混凝土的水化放热总量满足如下e～f中的任一项：
e、所述混凝土的水化放热总量低于预设放热量；
f、所述混凝土的水化放热总量最低。
可选地，所述基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量，包括：
基于至少一种预制浆体的水化放热速率曲线，确定各所述预制浆体对应的最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量，其中，各所述预制浆体由不同预设种类的胶凝材料和/或不同预设用量的胶凝材料制成；
筛选出最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量符合所述目标水化放热特征的预制浆体；
基于筛选出的预制浆体对应的胶凝材料的种类和/或用量，确定所述胶凝材料种类及所述胶凝材料用量。
可选地，在各所述预制浆体中，所述预设种类的胶凝材料包括主胶凝材料和辅助胶凝材料，所述辅助胶凝材料在所述预设种类的胶凝材料中的重量百分含量为20％wt～50wt％。
可选地，所述主胶凝材料包括水泥，所述辅助胶凝材料包括粉煤灰、矿渣、石灰石粉、磷渣粉和凝灰岩粉中的至少一种；
可选地，所述水泥包括低热硅酸盐水泥，所述低热硅酸盐水泥的3d水化热＜220kJ/kg，28d水化热＜310kJ/kg；
可选地，所述水泥中内含方镁石，所述氧化镁在所述水泥中的重量百分含量为4wt％～5wt％，所述氧化镁中的游离氧化镁(方镁石)在所述水泥中的重量百分含量为2wt％～3wt％。
可选地，抗裂性能通过综合抗裂指数表征；所述基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量，包括：
基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程；
基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数和/或所述外掺氧化镁掺量。
可选地，基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数，包括：
基于至少一种第一预制混凝土的自生体积变形曲线，确定各所述第一预制混凝土对应的膨胀历程，其中，各所述第一预制混凝土外掺有不同预设活性指数的氧化镁；
筛选出膨胀历程符合所述目标膨胀历程的第一预制混凝土；
基于筛选出的第一预制混凝土对应的氧化镁的预设活性指数，确定所述外掺氧化镁活性指数。
其中，混凝土的膨胀历程可以通过混凝土的自生体积变形曲线进行表征。
可选地，基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁掺量，包括：
确定基准混凝土的自生体积变形曲线，以及多种第二预制混凝土的自生体积变形曲线，其中，所述基准混凝土中不含有外掺氧化镁，各所述第二预制混凝土对应不同的预设外掺氧化镁掺量；
基于所述基准混凝土的自生体积变形曲线，确定基准变形模型，其中，所述基准变形模型指示所述基准混凝土的自生体积变形值与龄期之间的关联关系；
基于所述基准变形模型和每种所述第二预制混凝土的自生体积变形曲线，确定混凝土的外掺氧化镁变形模型，其中，所述外掺氧化镁变形模型指示所述混凝土的自生体积变形值与龄期以及外掺氧化镁掺量之间的关联关系；
基于所述目标膨胀历程以及所述外掺氧化镁变形模型，确定所述外掺氧化镁掺量。
可选地，所述综合抗裂指数的取值为1.0～1.5，所述基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程，包括：
当所述目标综合抗裂指数为1.0～1.5时，确定所述目标膨胀历程为：90d的膨胀量＞0～70微应变，180d的膨胀量＞10～90微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜30～100微应变。
可选地，所述基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程，包括：
当所述目标综合抗裂指数为1.0时，确定所述目标膨胀历程为：90d的膨胀量＞0，180d的膨胀量＞10微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜30微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.1时，确定所述目标膨胀历程为：28d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞10微应变，180d的膨胀量＞20微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜40微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.2时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞30微应变，180d的膨胀量＞40微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜50微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.3时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞40微应变，180d的膨胀量＞50微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜65微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.4时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞60微应变，180d的膨胀量＞70微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜80微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.5时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞70微应变，180d的膨胀量＞90微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜100微应变。
其中，混凝土的综合抗裂指数K可以通过下式进行计算：
其中，RL为混凝土轴拉强度，MPa；εp为混凝土极限拉伸(×10-6)；C为混凝土徐变度，10-6/MPa；G为混凝土自生体积变形(×10-6)；α为混凝土线膨胀系数，×10-6/℃；Tr为混凝土绝热温升，℃；εs为混凝土干缩率(×10-6)。
可选地，在确定所述胶凝材料种类、所述胶凝材料用量、所述外掺氧化镁活性指数以及所述外掺氧化镁掺量之后，配制所述混凝土时，可以辅以对应的高抗裂、高耐久的混凝土配制技术，以进一步增强混凝土的抗裂性能和耐久度。例如，可以辅以“多粒径骨料堆积、多途径减水叠加”等技术配制高抗裂、高耐久的混凝土。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高抗裂水工混凝土的制备方法，首先，基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量，这能够从“放热源”的角度出发，筛选出符合目标水化放热特征的胶凝材料及其用量，进而实现对混凝土水化放热过程和水化放热总量的同时调控，也即实现混凝土的温升过程可调、放热总量可控；其次，基于混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数以及外掺氧化镁掺量，这能够从“膨胀源”的角度出发，筛选出符合目标抗裂性能的氧化镁及其掺量，进而实现对混凝土膨胀历程和膨胀总量的同时调控，也即实现混凝土的膨胀历程可调、膨胀总量可控。
综上所述，本发明提供了一种“温升过程可调可控”、“膨胀历程可调可控”的低温升、微膨胀、高抗裂水工混凝土的制备方法，通过采用“放热源”的定向调控和膨胀源的定量调控技术，实现混凝土温升-变形的双过程调控，辅以“多粒径骨料堆积、多途径减水叠加”等技术后，能够在优先保证高抗裂性能的同时实现力学性能、耐久性能等多目标协同，保障严酷环境下水工大体积混凝土的高质量。
2.本发明提供的高抗裂水工混凝土的制备方法，基于混凝土的目标水化放热特征进行胶凝材料种类及用量的筛选，并对所述目标水化放热特征进行了特定限定，使得当筛选出的胶凝材料符合目标水化放热特征的要求时，能够实现混凝土水化放热过程的精准控制，达到“慢温升、低放热”的温升调控目标。
3.本发明提供的高抗裂水工混凝土制备方法，先基于混凝土的目标综合抗裂指数确定混凝土的目标膨胀历程，再基于目标膨胀历程，确定外掺氧化镁活性指数和/或外掺氧化镁掺量，这有利于筛选出符合目标膨胀历程要求的外掺氧化镁及其用量，进而能够实现混凝土膨胀历程的精准控制，达到“晚膨胀、慢膨胀、微膨胀”的变形调控目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中各预制浆体的水化放热速率曲线；
图2是本发明实施例中各预制浆体的放热量曲线；
图3是本发明实施例中各第一预制混凝土的自生体积变形曲线；
图4是本发明实施例中基准混凝土与各第二预制混凝土的自生体积变形曲线；
图5是本发明实验例1中混凝土①-⑤的自生体积变形曲线；
图6是本发明实验例2中混凝土⑧和⑨的抗压强度随龄期的变化曲线。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例
制备一种高坝混凝土，该混凝土的设计指标为C18040F90300W9015，由于工程所处地质条件复杂，环境严酷，抗裂等级要求高，具体要求90d及以上龄期综合抗裂指数＞1.0，具体制备过程如下：
1、基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量。其中，水化放热特征为：最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量；目标水化放热特征为：最大水化放热速率最小、最大水化放热速率出现时间最晚且水化放热总量最低。
(1)基于至少一种预制浆体的水化放热速率曲线，确定各所述预制浆体对应的最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量，其中，各所述预制浆体由不同预设种类的胶凝材料和/或不同预设用量的胶凝材料制成。
示例性地，利用主胶凝材料和辅助胶凝材料制备配制预制浆体，主胶凝材料选自低热硅酸盐水泥I或者低热硅酸盐水泥II，辅助胶凝材料选自I级粉煤灰或者S95级矿渣。其中，低热硅酸盐水泥I的3d水化热为206kJ/kg，28d水化热为276kJ/kg，内含方镁石(游离氧化镁)含量为0.34wt％；低热硅酸盐水泥II的3d水化热为198kJ/kg，28d水化热为268kJ/kg，内含方镁石(游离氧化镁)含量为2.4wt％。低热硅酸盐水泥I和低热硅酸盐水泥II的化学组成如表1所示，各预制浆体的配方如表2所示。
表1低热硅酸盐水泥I和低热硅酸盐水泥II的化学组成
表2各预制浆体的配方
| 预制浆体 | 配方 |
| A | 70wt％低热硅酸盐水泥II+30wt％粉煤灰 |
| B | 70wt％低热硅酸盐水泥I+30wt％粉煤灰 |
| C | 70wt％低热硅酸盐水泥II+20wt％粉煤灰+10wt％矿渣 |
| D | 70wt％低热硅酸盐水泥I+20wt％粉煤灰+10wt％矿渣 |
| E | 70wt％低热硅酸盐水泥II+10wt％粉煤灰+20wt％矿渣 |
| F | 70wt％低热硅酸盐水泥I+10wt％粉煤灰+20wt％矿渣 |
按照表2的配方，以水灰比为0.5配制各预制浆体，按照如下方法测试各预制浆体的水化放热速率曲线和放热量曲线：
采用美国TA公司生产的TAM Air型八通道水化微量热仪连续测定恒定温度20℃下水泥浆体在3d(72h)水化龄期内的水化放热速率和累积水化放热总量。该仪器使用的温度范围是5～90℃，温度的波动小于±0.02℃，精确度小于±20μW。
测试结果如图1和图2所示，其中，图1为各预制浆体的水化放热速率曲线，图2为各预制浆体的放热量曲线。具体地，各预制浆体的最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间及水化放热总量如表3所示。
表3各预制浆体的水化放热特征测试结果
(2)筛选出最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量符合所述目标水化放热特征的预制浆体。
具体地，由图1、图2以及表3数据可以看出，最大水化放热速率最小的配方为预制浆体A，最大水化放热速率出现时间最晚的配方为预制浆体A，3d累积水化放热总量最低的配方为预制浆体A，由此确定，最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量符合上述目标水化放热特征的配方为预制浆体A。
(3)基于筛选出的预制浆体对应的胶凝材料的种类和/或用量，确定所述胶凝材料种类及所述胶凝材料用量。
具体地，将筛选出的预制浆体A对应的胶凝材料种类及其用量，确定为本实施例中最终的胶凝材料种类及胶凝材料用量，也即，确定本实施例中使用的胶凝材料为低热硅酸盐水泥II和粉煤灰，其中低热硅酸盐水泥II的用量为70wt％，粉煤灰的用量为30wt％。
2、基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量。其中，所述抗裂性能通过综合抗裂指数进行表征。
(1)所述基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量，可以按照如果步骤进行：
①基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程。
在本实施例中，根据混凝土的配制要求，90d及以上龄期综合抗裂指数＞1.0，基于该目标综合抗裂指数，确定满足该目标综合抗裂指数的混凝土的目标膨胀历程为：90d的膨胀量＞0，180d的膨胀量＞10微应变，1年后膨胀基本稳定，且最大膨胀量为20～30微应变。
②基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数和/或所述外掺氧化镁掺量。
具体地，基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数，可以是：
a、基于至少一种第一预制混凝土的自生体积变形曲线，确定各所述第一预制混凝土对应的膨胀历程，其中，各所述第一预制混凝土外掺有不同预设活性指数的氧化镁。
示例性地，以低热硅酸盐水泥II 70wt％、粉煤灰30wt％作为总胶凝材料，并以总胶凝材料总重量的5％外掺氧化镁，配制多个第一预制混凝土，区别在于氧化镁的活性指数不同。各第一预制混凝土中使用的氧化镁的活性指数如表4所示。
表4各第一预制混凝土中使用的氧化镁的活性指数
| 第一预制混凝土 | 氧化镁活性指数，s |
| A | 不掺氧化镁 |
| B | 50 |
| C | 100 |
| D | 150 |
按照表4的配方，依据DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》的记载配制各第一预制混凝土。配制完毕后，按照如下方法测试各第一预制混凝土的自生体积变形曲线：
混凝土浇筑完毕后，试件表面用环氧树脂包裹密封，然后将试件置于20℃的绝湿环境条件下养护，至规定龄期进行测试，以混凝土终凝时应变计的测值为基准值进行计算外掺MgO混凝土自生体积变形性能。测试结果如图3及表5所示。
表5各第一预制混凝土的自生体积形变测试结果
| 第一预制混凝土 | 90d膨胀量/10-6 | 180d膨胀量/10-6 | 1年后膨胀量/10-6 |
| A | 1.31 | 8.52 | 11.24 |
| B | 18.78 | 20.41 | 36.73 |
| C | 27.81 | 28.22 | 41.28 |
| D | 4.65 | 10.51 | 25.63 |
b、筛选出膨胀历程符合所述目标膨胀历程的第一预制混凝土。
具体地，由图3以及表5数据可以看出，膨胀历程符合上述目标膨胀历程的混凝土为第一预制混凝土D。
c、基于筛选出的第一预制混凝土对应的氧化镁的预设活性指数，确定所述外掺氧化镁活性指数。
具体地，将筛选出的第一预制混凝土D中使用的氧化镁对应的活性指数，确定为本实施例中最终的外掺氧化镁活性指数，也即，确定本实施例中使用的外掺氧化镁的活性指数为150s。
基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁掺量，可以是：
a、确定基准混凝土的自生体积变形曲线，以及多种第二预制混凝土的自生体积变形曲线，其中，所述基准混凝土中不含有外掺氧化镁，各所述第二预制混凝土对应不同的预设外掺氧化镁掺量。
示例性地，按照低热硅酸盐水泥II 70wt％、粉煤灰30wt％的配方配制基准混凝土，然后在该基准混凝土的基础上外掺活性指数为150s的氧化镁，配制3种第二预制混凝土。基准混凝土及各第二预制混凝土的配方如表6所示，其中，氧化镁掺量是指氧化镁的重量相对于总胶凝材料总重量的百分比。
表6基准混凝土及各第二预制混凝土的配方
按照表6的配方配制基准混凝土及各第二预制混凝土，测得基准混凝土及各第二预制混凝土的在90d内的自生体积变形曲线，结果见表7及图4。
表7基准混凝土及各第二预制混凝土自生体积变形测试结果(10-6)
b、基于所述基准混凝土的自生体积变形曲线，确定基准变形模型，其中，所述基准变形模型指示所述基准混凝土的自生体积变形值与龄期之间的关联关系。
由表7和图4可以看出，基准混凝土的基准变形模型可以表示为：
G0(t)＝a×ln(t)-b，其中，a、b为常数，t为龄期(d)。
c、基于所述基准变形模型和每种所述第二预制混凝土的自生体积变形曲线，确定混凝土的外掺氧化镁变形模型，其中，所述外掺氧化镁变形模型指示所述混凝土的自生体积变形值与龄期以及外掺氧化镁掺量之间的关联关系。
示例性地，在上述基准变形模型的基础上，各第二预制混凝土(不同MgO掺量的混凝土)的外掺氧化镁变形模型可表示为：
GM(t)＝KMG0(t)，其中，KM为外掺氧化镁掺量对混凝土自生体积变形的影响系数。
影响系数KM是相对于外掺氧化镁掺量的函数，当掺量为0％时，KM为0，KM可以表示为如下公式：
KM＝c×M，其中，c为常熟，M为外掺氧化镁掺量。
因此，各第二预制混凝土(不同MgO掺量)的外掺氧化镁变形模型可表示为龄期t和掺量M的函数：
GM(t)＝a×c×M×ln(t)-b×c×M，其中，a、b、c均为常数。
在上式中，令k1＝a×c，k2＝b×c，则上式可表示为：
GM(t)＝M×[k1×ln(t)-k2]。
可见，各第二预制混凝土(不同MgO掺量)的外掺氧化镁变形模型可以表示成一个基本方程(G0＇(t))和掺量(M)的乘积：
GM(t)＝MG0＇(t)，G0＇(t)＝k1ln(t)-k2，其中k1、k2为常数，M＞0。
基于各第二预制混凝土(不同MgO掺量)的自生体积变形曲线，确定各第二预制混凝土的自生体积变形值与龄期的关联模型。由表7和图4可以得到：
第二预制混凝土A(M＝4％)的关联模型为：GM(t)＝8.239ln(t)-19.43，也可以表示为GM(t)＝4％×[205.98ln(t)-485.75]，也即GM(t)＝M×[205.98ln(t)-485.75]，在该式中，k1＝205.98，k2＝485.75。
第二预制混凝土B(M＝5％)的关联模型为：GM(t)＝11.468ln(t)-23.95，也可以表示为GM(t)＝5％×[229.36ln(t)-479.00]，也即GM(t)＝M×[229.36ln(t)-479.00]，在该式中，k1＝229.36，k2＝479.00。
第二预制混凝土C(M＝6％)的关联模型为：GM(t)＝12.669ln(t)-26.14，也可以表示为GM(t)＝6％×[211.15ln(t)-435.67]，也即GM(t)＝M×[211.15ln(t)-435.67]，在该式中，k1＝211.15，k2＝435.67。
可以看出，不同掺量下，k1、k2的值基本相同，因此，分别取k1、k2的平均值，作为本实施例中k1、k2的最终取值，得到k1的最终取值为215.50，k2的最终取值为466.81，则确定混凝土的外掺氧化镁变形模型为：
GM(t)＝M×[215.50×ln(t)-466.81]。
d、基于所述目标膨胀历程以及所述外掺氧化镁变形模型，确定所述外掺氧化镁掺量。
具体地，基于上述GM(t)的模型式，通过调整M的取值以使其与前述目标膨胀历程相匹配，并将匹配时的M取值确定为本实施例中最终的外掺氧化镁掺量。经确定，本实施例中最终的外掺氧化镁掺量为5％。
3、基于上述胶凝材料种类、上述胶凝材料用量、上述外掺氧化镁活性指数以及上述外掺氧化镁掺量，配制所述混凝土。
实验例1
为了验证上述实施例中筛选出的混凝土配方的合理性，分别按照表8所示的配方配制混凝土①-⑤。
表8混凝土①-⑤配方
在表8中，粉煤灰(wt％)表示粉煤灰在总胶凝材料中的重量百分含量；减水剂(％)表示减水剂重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；引气剂(％)表示引气剂重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；外掺氧化镁(％)表示外掺氧化镁重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；用水量(kg/m3)表示配制1立方米混凝土的用水量；砂石用量(kg/m3)表示配制1立方米混凝土的砂石用量。
分别测试混凝土①-⑤的自生体积变形曲线，测试结果如图5所示。由图5可以看出，除混凝土②外，其余混凝土的自生体积变形曲线均不符合前述实施例中的目标膨胀历程要求。
实验例2
分别按照表9所示的配方配制混凝土⑥-⑨。
表9混凝土⑥-⑨配方
在表9中，粉煤灰(wt％)表示粉煤灰在总胶凝材料中的重量百分含量；减水剂(％)表示减水剂重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；引气剂(％)表示引气剂重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；外掺氧化镁(％)表示外掺氧化镁重量相对于总胶凝材料总重量的百分比；用水量(kg/m3)表示配制1立方米混凝土的用水量；砂石用量(kg/m3)表示配制1立方米混凝土的砂石用量。
分别测试混凝土⑥-⑨的下述各性能参数，测试方法参照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》进行，测试结果如表10和表11所示。
表10混凝土⑥-⑨的各性能参数(设计龄期180d)
表11混凝土⑥-⑨的抗渗等级、抗冻等级
| 编号 | 抗渗等级 | 抗冻等级 |
| ⑥ | ＞W10 | ＞F250 |
| ⑦ | ＞W10 | ＞F250 |
| ⑧ | ＞W15 | ＞F300 |
| ⑨ | ＞W15 | ＞F300 |
分别参照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》测试混凝土⑧和⑨的抗压强度随龄期的变化曲线，测试结果如图6所示。
由图6可以看出，在添加5％的外掺氧化镁之后，随着龄期的推移，所得混凝土的抗压强度仍然符合要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种高抗裂水工混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量；
基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量；
基于所述胶凝材料种类、所述胶凝材料用量、所述外掺氧化镁活性指数以及所述外掺氧化镁掺量，配制所述混凝土。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水化放热特征包括最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量；所述混凝土的所述目标水化放热特征包括：
所述混凝土的最大水化放热速率满足如下a～b中的任一项：
a、所述混凝土的最大水化放热速率低于预设速率；
b、所述混凝土的最大水化放热速率最小；
和/或，所述混凝土的最大水化放热速率出现时间满足如下c～d中的任一项：
c、所述混凝土的最大水化放热速率出现时间晚于预设时间；
d、所述混凝土的最大水化放热速率出现时间最晚；
和/或，所述混凝土的水化放热总量满足如下e～f中的任一项：
e、所述混凝土的水化放热总量低于预设放热量；
f、所述混凝土的水化放热总量最低。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于混凝土的目标水化放热特征，确定胶凝材料种类及胶凝材料用量，包括：
基于至少一种预制浆体的水化放热速率曲线，确定各所述预制浆体对应的最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量，其中，各所述预制浆体由不同预设种类的胶凝材料和/或不同预设用量的胶凝材料制成；
筛选出最大水化放热速率、最大水化放热速率出现时间和水化放热总量符合所述目标水化放热特征的预制浆体；
基于筛选出的预制浆体对应的胶凝材料的种类和/或用量，确定所述胶凝材料种类及所述胶凝材料用量。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在各所述预制浆体中，所述预设种类的胶凝材料包括主胶凝材料和辅助胶凝材料，所述辅助胶凝材料在所述预设种类的胶凝材料中的重量百分含量为20％wt～50wt％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主胶凝材料包括水泥，所述辅助胶凝材料包括粉煤灰、矿渣、石灰石粉、磷渣粉和凝灰岩粉中的至少一种；
可选地，所述水泥包括低热硅酸盐水泥，所述低热硅酸盐水泥的3d水化热＜220kJ/kg，28d水化热＜310kJ/kg；
可选地，所述水泥中内含氧化镁，所述氧化镁在所述水泥中的重量百分含量为4wt％～5wt％，所述氧化镁中的游离氧化镁在所述水泥中的重量百分含量为2wt％～3wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗裂性能通过综合抗裂指数表征；所述基于所述混凝土的目标抗裂性能，确定外掺氧化镁活性指数及外掺氧化镁掺量，包括：
基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程；
基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数和/或所述外掺氧化镁掺量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁活性指数，包括：
基于至少一种第一预制混凝土的自生体积变形曲线，确定各所述第一预制混凝土对应的膨胀历程，其中，各所述第一预制混凝土外掺有不同预设活性指数的氧化镁；
筛选出膨胀历程符合所述目标膨胀历程的第一预制混凝土；
基于筛选出的第一预制混凝土对应的氧化镁的预设活性指数，确定所述外掺氧化镁活性指数。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述目标膨胀历程，确定所述外掺氧化镁掺量，包括：
确定基准混凝土的自生体积变形曲线，以及多种第二预制混凝土的自生体积变形曲线，其中，所述基准混凝土中不含有外掺氧化镁，各所述第二预制混凝土对应不同的预设外掺氧化镁掺量；
基于所述基准混凝土的自生体积变形曲线，确定基准变形模型，其中，所述基准变形模型指示所述基准混凝土的自生体积变形值与龄期之间的关联关系；
基于所述基准变形模型和每种所述第二预制混凝土的自生体积变形曲线，确定混凝土的外掺氧化镁变形模型，其中，所述外掺氧化镁变形模型指示所述混凝土的自生体积变形值与龄期以及外掺氧化镁掺量之间的关联关系；
基于所述目标膨胀历程以及所述外掺氧化镁变形模型，确定所述外掺氧化镁掺量。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述综合抗裂指数的取值为1.0～1.5，所述基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程，包括：
当所述目标综合抗裂指数为1.0～1.5时，确定所述目标膨胀历程为：90d的膨胀量＞0～70微应变，180d的膨胀量＞10～90微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜30～100微应变。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述混凝土的目标综合抗裂指数，确定所述混凝土的目标膨胀历程，包括：
当所述目标综合抗裂指数为1.0时，确定所述目标膨胀历程为：90d的膨胀量＞0，180d的膨胀量＞10微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜30微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.1时，确定所述目标膨胀历程为：28d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞10微应变，180d的膨胀量＞20微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜40微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.2时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞30微应变，180d的膨胀量＞40微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜50微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.3时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞40微应变，180d的膨胀量＞50微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜65微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.4时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞60微应变，180d的膨胀量＞70微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜80微应变；
当所述目标综合抗裂指数为1.5时，确定所述目标膨胀历程为：7d的膨胀量＞0，90d的膨胀量＞70微应变，180d的膨胀量＞90微应变，365d后膨胀量稳定，且最大膨胀量＜100微应变。
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| PB01 | Publication | ||
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