高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，主要應(yīng)用于高溫、干燥環(huán)境中，其配合比如下：碎石900～1200kg/m3、河砂500～800kg/m3、膠凝材料300～500kg/m3、高效減水劑摻量0.3～1.2%、水膠比0.2～0.5，其中：碎石為三個(gè)粒度區(qū)間的碎石按比例混合制得，河砂由粗細(xì)兩個(gè)粒度區(qū)間河砂組成，膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構(gòu)成。本發(fā)明所述的混凝土具有較高的骨料堆積密度（65～75%），進(jìn)而降低了膠凝材料用量且礦渣、粉煤灰等摻合料所占比例較高，混凝土抗離析、泌水能力和早期體積穩(wěn)定性（特別是抵抗塑性收縮開(kāi)裂能力）得到顯著提高，且后期體積變形（自收縮和干燥收縮）較小，特別適用于制備高溫、干燥地區(qū)應(yīng)用的C30～C50等級(jí)混凝土。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土制備方法，尤其涉及一種高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，主要應(yīng)用于高溫、干燥環(huán)境中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)建設(shè)企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，海外工程量大幅度增加。例如，我公司(蘇州中材建設(shè)有限公司)在阿聯(lián)酋、沙特、伊拉克、蘇丹、安哥拉等北非、中東等地區(qū)承擔(dān)了數(shù)十條水泥生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目，混凝土 (特別是大體積混凝土)工程占據(jù)了這些建設(shè)中相當(dāng)大的比重，其質(zhì)量直接影響或決定了整個(gè)工程建設(shè)的質(zhì)量和服役壽命。在北非、中東等高溫、干燥地區(qū)，建筑設(shè)計(jì)、施工基本采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)，拌制混凝土所用粗、細(xì)骨料(石子、砂子)粒徑較小，導(dǎo)致混凝土中膠凝材料用量較高且粉煤灰等摻合料摻量較低。高溫下混凝土的水化硬化速度過(guò)快，導(dǎo)致混凝土過(guò)早凝結(jié)、早期自收縮較大、塑性開(kāi)裂嚴(yán)重。干燥環(huán)境中混凝土水分損失較大，導(dǎo)致毛細(xì)管應(yīng)力較大，干燥收縮較大，增加了混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。北非、中東等地區(qū)晝夜溫差可達(dá)30攝氏度以上，經(jīng)年累月的環(huán)境溫差使混凝土結(jié)構(gòu)逐漸疲勞，溫度應(yīng)力使混凝土裂縫逐漸擴(kuò)展，最終致使混凝土結(jié)構(gòu)耐久性差、服役壽命大為縮短。
[0003]因此，如何從混凝土組成、結(jié)構(gòu)角度，改善混凝土的體積穩(wěn)定性，進(jìn)而提高混凝土抗裂性能和耐久性，已成為在高溫干燥環(huán)境中混凝土施工的關(guān)鍵和核心技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，能夠顯著改善高溫、干燥環(huán)境中混凝土的體積穩(wěn)定性和抗開(kāi)裂性能，并提供混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和服役壽命。
`[0005]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，將碎石分為三個(gè)粒度區(qū)間:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其體積分?jǐn)?shù)分別為20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分為兩個(gè)粒度區(qū)間:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其體積分?jǐn)?shù)分別為50~75%和25~50% ;膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構(gòu)成，其體積分?jǐn)?shù)分別為30~50%、15~25%和35~40% ；以膠凝材料質(zhì)量百分比計(jì)，高效減水劑摻量為0.3~1.2% ;水膠比為0.2~0.5，所述水膠比為混凝土拌合水質(zhì)量與膠凝材料質(zhì)量之比。
[0006]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述碎石為石灰石質(zhì)或石英質(zhì)碎石，該碎石中針片狀碎石含量小于10% ;所述河砂中含泥量小于1%。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述硅酸鹽酸水泥為PI或PII型42.5強(qiáng)度等級(jí)以上的硅酸鹽水泥，其比表面積為350~400m2/kg ;所述礦渣微粉為?；郀t礦渣微粉，其比表面積500~600m2/kg，活性指數(shù)110~130% ;所述粉煤灰為二級(jí)粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面積為250~350m2/kg。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述高效減水劑為減水率大于30%的聚羧酸減水劑；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述混凝土 28天抗壓強(qiáng)度為35~60MPa，混凝土內(nèi)部溫升在35°C以內(nèi)，28天自收縮為60~130 μ ε，28天干燥收縮為150~300 μ ε。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]I)采用本發(fā)明配制的混凝土具有較高的骨料體積分?jǐn)?shù)(65~75%)，從而顯著減少了膠凝材料用量。
[0012]2)通過(guò)調(diào)控硅酸鹽水泥、礦渣微粉和粉煤灰的細(xì)度和顆粒級(jí)配，優(yōu)化了膠凝材料水化進(jìn)程，消除了細(xì)顆粒水化過(guò)快引起的需水量增加、工作性能下降等問(wèn)題。
[0013]3)利用混凝土使用環(huán)境溫度較高的特點(diǎn)，最大限度地發(fā)揮礦渣微粉等摻合料對(duì)混凝土性能的貢獻(xiàn)，彌補(bǔ)了硅酸鹽水泥用量較低帶來(lái)的不足。
[0014]4)本發(fā)明提高了碎石、砂及膠凝材料顆粒物理堆積作用對(duì)混凝土力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，在保證混凝土性能的前提下，顯著降低了混凝土中水化產(chǎn)物數(shù)量，進(jìn)而減小混凝土本征收縮，最終達(dá)到改善混凝土體積穩(wěn)定性的目的。
[0015]5)采用本發(fā)明制備的混凝土具有抗開(kāi)裂性能好、內(nèi)部溫升低、自收縮及干燥收縮小等優(yōu)良特性，特別適用于高溫、干燥環(huán)境中大壩、水利、公路、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)工程。
[0016]因此，本發(fā)明對(duì)高效利用膠凝材料，提高高溫、干燥環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的抗開(kāi)裂性和耐久性都具有重要的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合實(shí)施例(以C40等級(jí)混凝土為例)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例，任何在本`發(fā)明的啟示下得出的與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0018]混凝土制備過(guò)程:
[0019]按照混凝土配合比，將各原材料攪拌均勻制備成混凝土:(1)測(cè)試新拌混凝土的密度(P wet)，并按照式(I)和(2)計(jì)算混凝土的固體顆粒含量；(2)將混凝土制備成100*100*10cm平板試樣，養(yǎng)護(hù)3天后置于50%RH環(huán)境中觀察混凝土抗開(kāi)裂情況；(3)將混凝土成型為10*10*10cm立方體試塊，在水中養(yǎng)護(hù)至一定齡期后，參照《GB/T 50107-2010混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土強(qiáng)度；(4)將混凝土成型為100mm*100mm*515mm棱柱體試件，參照《GBT50082-2009普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》測(cè)試混凝土的自收縮
和干燥收縮。
[0020]
Pb = P, ' Ψ, + Pg ' Ψ, + Pr ' Λ( I)
[0021]式中:pb、P。、p g、Pf分別為膠凝材料、硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰的密度，Λ、%、?分別為膠凝材料中硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰的體積分?jǐn)?shù)。
[0022]
V + V +y
m — ψ / PcJi / Pin /-A>(P)
%Μ -17\ ￡mt /

+ 馬:.，+ + %)J/aw[0023]式中:p wet為新拌混凝土的密度，P ea、P fa、P b分別為粗骨料、細(xì)骨料及膠凝材料的密度，Mca,Mfa,Mb分別為混凝土中粗骨料、細(xì)骨料及膠凝材料的質(zhì)量，ff/Β為混凝土的水膠比(即混凝土用水量與膠凝材料質(zhì)量之比)。
[0024]普通C40混凝土制備:
[0025]為比較本發(fā)明制備的混凝土的效果，采用常規(guī)方法制備了普通C40混凝土 (作為參比混凝土)。普通混凝土采用5~31.5_連續(xù)級(jí)配石灰石質(zhì)碎石，河砂采用中度模數(shù)的硅質(zhì)河砂，其顆粒級(jí)配如表1所示。硅酸鹽水泥為PII42.5強(qiáng)度等級(jí)硅酸鹽水泥，比表面積為350m2/kg，粒化高爐礦渣微粉比表面積為450m2/kg，II級(jí)粉煤灰碳含量為4.5%，比表面積為380m2/kg，減水劑為減水率為35%的聚羧酸減水劑。按照表2攪拌均勻制備成混凝土，在20±1°C水中養(yǎng)護(hù)至一定齡期后，測(cè)試混凝土強(qiáng)度和體積變形參數(shù)，結(jié)果如表3所示。
[0026]表1粗、細(xì)集料的顆粒級(jí)配及物理性能
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，其特征在于: 將碎石分為三個(gè)粒度區(qū)間:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其體積分?jǐn)?shù)分別為20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分為兩個(gè)粒度區(qū)間:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其體積分?jǐn)?shù)分別為50~75%和25~50% ;膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構(gòu)成，其體積分?jǐn)?shù)分別為30~50%、15~25%和35~40% ；以膠凝材料質(zhì)量百分比計(jì)，高效減水劑摻量為0.3~1.2% ;水膠比為0.2~0.5，所述水膠比為混凝土拌合水質(zhì)量與膠凝材料質(zhì)量之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述碎石為石灰石質(zhì)或石英質(zhì)碎石，該碎石中針片狀碎石含量小于10% ;所述河砂中含泥量小于1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述硅酸鹽酸水泥為PI或PII型42.5強(qiáng)度等級(jí)以上的硅酸鹽水泥，其比表面積為350~400m2/kg ;所述礦渣微粉為?；郀t礦渣微粉，其比表面積500~600m2/kg，活性指數(shù)110~130% ;所述粉煤灰為二級(jí)粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面積為250~350m2/kg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述高效減水劑為減水率大于30%的聚羧酸減水劑；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高體積穩(wěn)定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述混凝土28天抗壓強(qiáng)度為35~60MPa，混凝土內(nèi)部 溫升在35°C以內(nèi)，28天自收縮為60~130 μ ε，28天干燥收縮為150~300 μ ε。
【文檔編號(hào)】C04B28/08GK103819158SQ201410016287
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】劉仁越, 劉玉中, 蘇登成 申請(qǐng)人:蘇州中材建設(shè)有限公司