CN117383880A - 一种抗裂混凝土及其配比优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了建筑材料领域的一种抗裂混凝土及其配比优化方法，所述抗裂混凝土以kg/m3计，由以下原料组成，水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0‑33kg和聚丙烯纤维0‑1.2kg。本方案以水泥、骨料、砂石、外加剂和水为原料，在其基础上添加氧化镁和聚丙烯纤维，通过配比优化方法获取最优成分及配比，以此制备抗裂混凝土，提高了混凝土的抗裂性能、防水性能和抗冲击性能，在水利水电工程中，即使受到水压冲击，也能够降低裂缝的产生。

Description

一种抗裂混凝土及其配比优化方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体是一种抗裂混凝土及其配比优化方法。
背景技术
众所周知，水利水电工程建设离不开面板堆石坝。由于面板堆石坝对地形和地质条件具有较强的适应能力，并且施工方便、投资省、工期短、运行安全、抗震性好，所以得到广泛的应用。面板堆石坝主要由作为支承结构的堆石体、作为上游面防渗结构的混凝土面板组成。
在水利水电工程的建设和使用过程中，裂缝问题作为混凝土耐久性问题的一个重要课题一直困扰着工程技术人员。面板堆石坝的面板裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝，非结构裂缝包括温度裂缝和干缩裂缝；结构性裂缝是由坝体自重和外部荷载如水压力等引起的裂缝，现有减小裂缝的技术主要包括裂缝修补和优化混凝土，裂缝修补用于产生裂缝后对其修补，难以从根本上防止或降低面板裂缝的产生，优化混凝土能够从根本上防止或降低面板裂缝的产生。
公告号为CN106145842B的专利公开了一种抗裂混凝土，其原料包括：凝胶材料400～450份、砂子700～800份、石子1000～1100份、水150～190份、外加剂5～15份；其中，所述凝胶材料包括水泥、矿粉和粉煤灰，所述水泥的质量与所述矿粉和粉煤灰质量和之比为1.2～1.6，所述矿粉的质量与所述粉煤灰的质量之比为0.3～0.6。
该专利通过优化水泥、矿粉和粉煤灰之间的配比，再添加以聚羧酸系高性能减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸、1,2,3,4,5-戊五醇、聚乙二醇、松香酸组成的外加剂，改善混凝土性能，提高其抗裂性能。
该专利提出的抗裂混凝土虽然在混凝土养护期间能从根本上降低裂缝的产生，然而受水利水电工程的环境制约，混凝土面板常受到水压冲击，该组分制备的抗裂混凝土用于水利水电工程时，其抗压、抗拉强度还有待提高，难以降低水压对混凝土面板冲击造成的裂缝，因此，我们提出了一种抗裂混凝土及其配比优化方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗裂混凝土及其配比优化方法，以解决受水利水电工程的环境制约，混凝土面板常受到水压冲击，现有技术制备的抗裂混凝土用于水利水电工程时，其抗压、抗拉强度还有待提高，难以降低水压对混凝土面板冲击造成的裂缝的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种抗裂混凝土，以kg/m3计，由以下原料组成，水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
进一步，氧化镁的用量包括0kg、19.8kg、26.4kg和33kg、聚丙烯纤维的用量包括0kg、0.9kg和1.2kg。
进一步，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5-10mm的玄武岩，细骨料为玄武岩质中砂；砂石包括天然砂和人造砂中任意一种或其组合；外加剂包括聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸，聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸的质量份数比为8-12:2-6:4-8:1-2。
进一步，一种抗裂混凝土的配比优化方法，包括如下步骤：
S1、确定基础试样和优化的对比试样的成分及配比；
S2、按照不同成分及配比制作试件，且同一成分及配比的试件设置6个，等分为两组，每组三个，记为第一组试件和第二组试件，并进行28天养护；
S3、在养护期间，第一组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗压强度试验，并记录其抗压强度试验结果；
S4、在养护期间，第二组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗拉强度试验，并记录其抗拉强度试验结果；
S5、对比试验结果并根据试验结果获取抗裂混凝土的最优成分及配比。
进一步，所述S1中，基础试样和优化的对比试样的成分设置如下：
基础试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg和粗骨料739.54kg；
第一优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和氧化镁0-33kg；
第二优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和聚丙烯纤维0-1.2kg；
第三优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
进一步，所述S2中试件尺寸为150mm×150mm×150mm，在室温20℃，相对湿度10％-30％的条件下养护。
进一步，所述S3中，抗压强度试验采用万能压力试验机，万能压力试验机上设有下压板和上压板，在下压板和试件顶部分别垫有钢垫板，试验时将试件放在下压板的钢垫板正中间，再将上压板覆盖试件及试件上的钢垫板，以0.3～0.5MPa/s的速度连续均匀地加荷。
进一步，所述S4中，抗拉强度试验采用万能压力试验机，试验前采用湿布擦拭试件，在下压板和试件顶部分别垫有垫条，试验时将试件放在下压板的垫条的中心处，再将上压板覆盖试件及试件上的垫条，以以0.04～0.06MPa/s的速度连续均匀地加荷。
进一步，所述S5中，取同一成分及配比的三个试件的抗压强度试验结果的平均值作为抗压强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗压强度试验结果；取同一成分及配比的三个试件的抗拉强度试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果。
采用上述方案后实现了以下有益效果：
添加氧化镁的作用主要包括：延缓混凝土的初凝和终凝时间，从而增加混凝土在施工过程中的可控性和可塑性；有效减少混凝土收缩，提高混凝土的抗裂性和耐久性；优化混凝土结构，提高混凝土的密实性和强度，增加混凝土的振实性和减水率；改善混凝土的抗渗性和防水性能，以及较好的耐磨性和低碱活性等方面的特性；添加聚丙烯纤维的作用主要包括：提升混凝土的抗裂性和抗冲击性能，使混凝土具有较好的韧性和延展性；改善混凝土的抗渗性和抗风化性能，防止混凝土表层龟裂、剥落等问题的发生；优化混凝土微观结构，增加混凝土内部含水量的均匀性，减少混凝土收缩裂缝；提高混凝土的持久性和使用寿命，降低维护和修复成本。
本方案以水泥、骨料、砂石、外加剂和水为原料，在其基础上添加氧化镁和聚丙烯纤维，通过配比优化方法获取最优成分及配比，以此制备抗裂混凝土，提高了混凝土的抗裂性能、防水性能和抗冲击性能，在水利水电工程中，即使受到水压冲击，其良好的抗裂性能、防水性能和抗冲击性能，能够降低裂缝的产生，解决了受水利水电工程的环境制约，混凝土面板常受到水压冲击，现有技术制备的抗裂混凝土用于水利水电工程时，其抗压、抗拉强度还有待提高，难以降低水压对混凝土面板冲击造成的裂缝的问题。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
一种抗裂混凝土，以kg/m3计，由以下原料组成，水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
实施例2：
与上述实施例的不同之处在于，氧化镁的用量包括0kg、19.8kg、26.4kg和33kg、聚丙烯纤维的用量包括0kg、0.9kg和1.2kg。
实施例3：
与上述实施例的不同之处在于，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5-10mm的玄武岩，细骨料为玄武岩质中砂；砂石包括天然砂和人造砂中任意一种或其组合；外加剂包括聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸，聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸的质量份数比为8-12:2-6:4-8:1-2。
实施例4：
与上述实施例的不同之处在于，还提出了一种抗裂混凝土的配比优化方法，包括如下步骤：
S1、确定基础试样和优化的对比试样的成分及配比，其中基础试样和优化的对比试样的成分设置如下：
基础试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg和粗骨料739.54kg；
第一优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和氧化镁0-33kg；
第二优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和聚丙烯纤维0-1.2kg；
第三优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
基础试样、第一优化试样、第二优化试样和第三优化试样的原材料具体用量如表1：
表1-抗裂混凝土的原材料用量
表1抗裂混凝土的原材料用量(kg/m3)
注：“W”表示水，“C”表示水泥，“外”表示外加剂，“S”表示砂，“小”表示细骨料，“中”表示粗骨料，“M”表示氧化镁，“X”表示纤维，以下同。
其中，KT1和KT2为第二优化试样的成分及配比，KT3和KT4为第一优化试样的成分及配比，KT5-KT10为第三优化试样的成分及配比。
S2、按照S1的成分及配比制作试件：将原材料依次加入铝制试件桶，采用混凝土搅拌机混合搅拌，分别装入试验模，等待成型，所制试件尺寸为150mm×150mm×150mm，且同一成分及配比的试件设置6个，等分为两组，每组三个，记为第一组试件和第二组试件，并在室温20℃，相对湿度10％-30％的条件下养护28天。
S3、在养护期间，第一组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗压强度试验，抗压强度试验采用万能压力试验机，万能压力试验机上设有下压板和上压板，在下压板和试件顶部分别垫有钢垫板，试验时将试件放在下压板的钢垫板正中间，再将上压板覆盖试件及试件上的钢垫板，以0.3～0.5MPa/s的速度连续均匀地加荷，模拟水压冲击，并记录其抗压强度试验结果，抗压强度试验结果如表2所示：
表2-抗裂混凝土抗压强度/MPa表2抗裂混凝土抗压强度/MPa
根据表2可知：(1)单掺MgO或单掺聚丙烯纤维的抗裂混凝土的抗压强度均优于基础试样的抗压强度；(2)不同聚丙烯纤维掺量对不同MgO掺量的抗裂混凝土的抗压强度有少量的影响，当聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，MgO掺量从6％提高到8％、10％后，混凝土的7d抗压强度(16.5MPa、17.4MPa、18.12MPa)分别提高0.9MPa、1.7MPa，14d抗压强度(23.7MPa、26.8MPa、27.3MPa)分别提高3.1MPa、3.6MPa，28d抗压强度(28.8MPa、30.1MPa、32.8MPa)分别提高1.3MPa、4.0MPa；(3)当聚丙烯纤维掺量为1.5kg/m3时，MgO掺量提高到10％后，抗裂混凝土的7d抗压强度为15.1MPa，14d抗压强度提高20.0MPa，28d抗压强度提高26.6MPa，由此可以看出，抗裂混凝土的抗压强度并不是随着MgO和聚丙烯纤维的掺量的增加而继续增加，而是有一定的限度，两者的添加量具有一定的局限性。
S4、在养护期间，第二组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗拉强度试验，抗拉强度试验采用万能压力试验机，试验前采用湿布擦拭试件，在下压板和试件顶部分别垫有垫条，试验时将试件放在下压板的垫条的中心处，再将上压板覆盖试件及试件上的垫条，以以0.04～0.06MPa/s的速度连续均匀地加荷，模拟水压冲击，并记录其抗拉强度试验结果，抗拉强度试验结果如表3所示：
表3-抗裂混凝土抗拉强度/MPa表3抗裂混凝土抗拉强度/MPa
根据表3可知：(1)单掺MgO或单掺聚丙烯纤维的抗裂混凝土的抗拉强度均优于基础试样的抗拉强度；(2)当聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，MgO掺量从6％提高到8％、10％后，混凝土的28d抗拉强度分别为2.08MPa、2.21MPa、2.61MPa，分别提高0.13MPa、0.53MPa，说明随着MgO掺量的增加的同时增加聚丙烯纤维的掺量可以更大幅度的提高抗裂混凝土的抗拉强度，即当聚丙烯纤维掺量为1.2kg/m3的同比的MgO掺量的抗拉强度的增加量(0.38MPa、0.83MPa)分别高于聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3的同比的MgO掺量的抗拉强度的增加量(0.13MPa、0.53MPa)的0.25MPa、0.30MPa；(3)当聚丙烯纤维掺量为1.5kg/m3时，MgO掺量提高到10％后，抗裂混凝土28d抗拉强度为1.93MPa，由此可以看出，抗裂混凝土的抗拉强度随着MgO和聚丙烯纤维的掺量的增加而继续增加，但在两者掺量分分别为10％、1.5kg/m3时的复掺混凝土的抗拉强度有所下降。
S5、对比试验结果：
取同一成分及配比的三个试件的抗压强度试验结果的平均值作为抗压强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗压强度试验结果；取同一成分及配比的三个试件的抗拉强度试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果，根据对比的试验结果可知：
抗裂混凝土的最优成分及配比为：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg，氧化镁的添加量为水泥总质量的10％，聚丙烯纤维的1.2kg/m3。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种抗裂混凝土，其特征在于：以kg/m3计，由以下原料组成，水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
2.根据权利要求1所述的抗裂混凝土，其特征在于：氧化镁的用量包括0kg、19.8kg、26.4kg和33kg、聚丙烯纤维的用量包括0kg、0.9kg和1.2kg。
3.根据权利要求2所述的抗裂混凝土，其特征在于：水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；粗骨料为粒径5-10mm的玄武岩，细骨料为玄武岩质中砂；砂石包括天然砂和人造砂中任意一种或其组合；外加剂包括聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸，聚萘系减水剂、L-苏糖酸钙、聚甲基丙烯酸和松香酸的质量份数比为8-12:2-6:4-8:1-2。
4.一种抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、确定基础试样和优化的对比试样的成分及配比；
S2、按照不同成分及配比制作试件，且同一成分及配比的试件设置6个，等分为两组，每组三个，记为第一组试件和第二组试件，并进行28天养护；
S3、在养护期间，第一组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗压强度试验，并记录其抗压强度试验结果；
S4、在养护期间，第二组试件分别在7d、14d和28d的时候进行抗拉强度试验，并记录其抗拉强度试验结果；
S5、对比试验结果并根据试验结果获取抗裂混凝土的最优成分及配比。
5.根据权利要求4所述的抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：所述S1中，基础试样和优化的对比试样的成分设置如下：
基础试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg和粗骨料739.54kg；
第一优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和氧化镁0-33kg；
第二优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg和聚丙烯纤维0-1.2kg；
第三优化试样：水132kg、水泥330kg、外加剂2.64kg、砂石755.44kg、细骨料493.02kg、粗骨料739.54kg、氧化镁0-33kg和聚丙烯纤维0-1.2kg。
6.根据权利要求4所述的抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：所述S2中试件尺寸为150mm×150mm×150mm，在室温20℃，相对湿度10％-30％的条件下养护。
7.根据权利要求4所述的抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：所述S3中，抗压强度试验采用万能压力试验机，万能压力试验机上设有下压板和上压板，在下压板和试件顶部分别垫有钢垫板，试验时将试件放在下压板的钢垫板正中间，再将上压板覆盖试件及试件上的钢垫板，以0.3～0.5MPa/s的速度连续均匀地加荷。
8.根据权利要求4所述的抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：所述S4中，抗拉强度试验采用万能压力试验机，试验前采用湿布擦拭试件，在下压板和试件顶部分别垫有垫条，试验时将试件放在下压板的垫条的中心处，再将上压板覆盖试件及试件上的垫条，以以0.04～0.06MPa/s的速度连续均匀地加荷。
9.根据权利要求4所述的抗裂混凝土的配比优化方法，其特征在于：所述S5中，取同一成分及配比的三个试件的抗压强度试验结果的平均值作为抗压强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗压强度试验结果；取同一成分及配比的三个试件的抗拉强度试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果，单个试验结果与平均值的允许差值为±15％，若超过平均值的允许差值，则剔除异常值，取余下两个试验结果的平均值作为抗拉强度试验结果。
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