高體積穩定性混凝土的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高體積穩定性混凝土的制備方法，主要應用于高溫、干燥環境中，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：碎石為三個粒度區間的碎石按比例混合制得，河砂由粗細兩個粒度區間河砂組成，膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構成。本發明所述的混凝土具有較高的骨料堆積密度（65～75%），進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定性（特別是抵抗塑性收縮開裂能力）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、干燥地區應用的C30～C50等級混凝土。
【專利說明】高體積穩定性混凝土的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混凝土制備方法，尤其涉及一種高體積穩定性混凝土的制備方法，主要應用于高溫、干燥環境中。
【背景技術】
[0002]隨著我國建設企業的不斷發展壯大，海外工程量大幅度增加。例如，我公司(蘇州中材建設有限公司)在阿聯酋、沙特、伊拉克、蘇丹、安哥拉等北非、中東等地區承擔了數十條水泥生產線建設項目，混凝土 (特別是大體積混凝土)工程占據了這些建設中相當大的比重，其質量直接影響或決定了整個工程建設的質量和服役壽命。在北非、中東等高溫、干燥地區，建筑設計、施工基本采用歐洲標準，拌制混凝土所用粗、細骨料(石子、砂子)粒徑較小，導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快，導致混凝土過早凝結、早期自收縮較大、塑性開裂嚴重。干燥環境中混凝土水分損失較大，導致毛細管應力較大，干燥收縮較大，增加了混凝土開裂風險。北非、中東等地區晝夜溫差可達30攝氏度以上，經年累月的環境溫差使混凝土結構逐漸疲勞，溫度應力使混凝土裂縫逐漸擴展，最終致使混凝土結構耐久性差、服役壽命大為縮短。
[0003]因此，如何從混凝土組成、結構角度，改善混凝土的體積穩定性，進而提高混凝土抗裂性能和耐久性，已成為在高溫干燥環境中混凝土施工的關鍵和核心技術。
【發明內容】
[0004]為了克服上述缺陷，本發明提供了一種高體積穩定性混凝土的制備方法，能夠顯著改善高溫、干燥環境中混凝土的體積穩定性和抗開裂性能，并提供混凝土結構的耐久性和服役壽命。
`[0005]本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是:一種高體積穩定性混凝土的制備方法，將碎石分為三個粒度區間:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其體積分數分別為20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分為兩個粒度區間:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其體積分數分別為50~75%和25~50% ;膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構成，其體積分數分別為30~50%、15~25%和35~40% ；以膠凝材料質量百分比計，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量與膠凝材料質量之比。
[0006]作為本發明的優選方案，所述碎石為石灰石質或石英質碎石，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]作為本發明的優選方案，所述硅酸鹽酸水泥為PI或PII型42.5強度等級以上的硅酸鹽水泥，其比表面積為350~400m2/kg ;所述礦渣微粉為粒化高爐礦渣微粉，其比表面積500~600m2/kg，活性指數110~130% ;所述粉煤灰為二級粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面積為250~350m2/kg。
[0008]作為本發明的優選方案，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]作為本發明的優選方案，所述混凝土 28天抗壓強度為35~60MPa，混凝土內部溫升在35°C以內，28天自收縮為60~130 μ ε，28天干燥收縮為150~300 μ ε。
[0010]本發明的有益效果是:
[0011]I)采用本發明配制的混凝土具有較高的骨料體積分數(65~75%)，從而顯著減少了膠凝材料用量。
[0012]2)通過調控硅酸鹽水泥、礦渣微粉和粉煤灰的細度和顆粒級配，優化了膠凝材料水化進程，消除了細顆粒水化過快引起的需水量增加、工作性能下降等問題。
[0013]3)利用混凝土使用環境溫度較高的特點，最大限度地發揮礦渣微粉等摻合料對混凝土性能的貢獻，彌補了硅酸鹽水泥用量較低帶來的不足。
[0014]4)本發明提高了碎石、砂及膠凝材料顆粒物理堆積作用對混凝土力學性能的貢獻，在保證混凝土性能的前提下，顯著降低了混凝土中水化產物數量，進而減小混凝土本征收縮，最終達到改善混凝土體積穩定性的目的。
[0015]5)采用本發明制備的混凝土具有抗開裂性能好、內部溫升低、自收縮及干燥收縮小等優良特性，特別適用于高溫、干燥環境中大壩、水利、公路、橋梁等混凝土結構工程。
[0016]因此，本發明對高效利用膠凝材料，提高高溫、干燥環境中混凝土結構的抗開裂性和耐久性都具有重要的意義。
【具體實施方式】
[0017]以下結合實施例(以C40等級混凝土為例)對本發明的具體實施作進一步說明，但本發明不局限于下述實施例，任何在本`發明的啟示下得出的與本發明相同或相近似的產品，均在本發明的保護范圍之內。
[0018]混凝土制備過程:
[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)測試新拌混凝土的密度(P wet)，并按照式(I)和(2)計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，養護3天后置于50%RH環境中觀察混凝土抗開裂情況；(3)將混凝土成型為10*10*10cm立方體試塊，在水中養護至一定齡期后，參照《GB/T 50107-2010混凝土強度檢驗評定標準》測試混凝土強度；(4)將混凝土成型為100mm*100mm*515mm棱柱體試件，參照《GBT50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》測試混凝土的自收縮
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、粉煤灰的體積分數。
[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、細骨料及膠凝材料的密度，Mca,Mfa,Mb分別為混凝土中粗骨料、細骨料及膠凝材料的質量，ff/Β為混凝土的水膠比(即混凝土用水量與膠凝材料質量之比)。
[0024]普通C40混凝土制備:
[0025]為比較本發明制備的混凝土的效果，采用常規方法制備了普通C40混凝土 (作為參比混凝土)。普通混凝土采用5~31.5_連續級配石灰石質碎石，河砂采用中度模數的硅質河砂，其顆粒級配如表1所示。硅酸鹽水泥為PII42.5強度等級硅酸鹽水泥，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水中養護至一定齡期后，測試混凝土強度和體積變形參數，結果如表3所示。
[0026]表1粗、細集料的顆粒級配及物理性能
[0027]
【權利要求】
1.一種高體積穩定性混凝土的制備方法，其特征在于: 將碎石分為三個粒度區間:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其體積分數分別為20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分為兩個粒度區間:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其體積分數分別為50~75%和25~50% ;膠凝材料由硅酸鹽水泥、礦渣微粉、粉煤灰構成，其體積分數分別為30~50%、15~25%和35~40% ；以膠凝材料質量百分比計，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量與膠凝材料質量之比。
2.根據權利要求1所述的高體積穩定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述碎石為石灰石質或石英質碎石，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.根據權利要求1所述的高體積穩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強度等級以上的硅酸鹽水泥，其比表面積為350~400m2/kg ;所述礦渣微粉為粒化高爐礦渣微粉，其比表面積500~600m2/kg，活性指數110~130% ;所述粉煤灰為二級粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面積為250~350m2/kg。
4.根據權利要求1所述的高體積穩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.根據權利要求1所述的高體積穩定性混凝土的制備方法，其特征在于:所述混凝土28天抗壓強度為35~60MPa，混凝土內部 溫升在35°C以內，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】C04B28/08GK103819158SQ201410016287
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】劉仁越, 劉玉中, 蘇登成 申請人:蘇州中材建設有限公司