高体积稳定性混凝土的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高体积稳定性混凝土的制备方法，主要应用于高温、干燥环境中，其配合比如下：碎石900～1200kg/m3、河砂500～800kg/m3、胶凝材料300～500kg/m3、高效减水剂掺量0.3～1.2%、水胶比0.2～0.5，其中：碎石为三个粒度区间的碎石按比例混合制得，河砂由粗细两个粒度区间河砂组成，胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成。本发明所述的混凝土具有较高的骨料堆积密度（65～75%），进而降低了胶凝材料用量且矿渣、粉煤灰等掺合料所占比例较高，混凝土抗离析、泌水能力和早期体积稳定性（特别是抵抗塑性收缩开裂能力）得到显著提高，且后期体积变形（自收缩和干燥收缩）较小，特别适用于制备高温、干燥地区应用的C30～C50等级混凝土。
【专利说明】高体积稳定性混凝土的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混凝土制备方法，尤其涉及一种高体积稳定性混凝土的制备方法，主要应用于高温、干燥环境中。
【背景技术】
[0002]随着我国建设企业的不断发展壮大，海外工程量大幅度增加。例如，我公司(苏州中材建设有限公司)在阿联酋、沙特、伊拉克、苏丹、安哥拉等北非、中东等地区承担了数十条水泥生产线建设项目，混凝土 (特别是大体积混凝土)工程占据了这些建设中相当大的比重，其质量直接影响或决定了整个工程建设的质量和服役寿命。在北非、中东等高温、干燥地区，建筑设计、施工基本采用欧洲标准，拌制混凝土所用粗、细骨料(石子、砂子)粒径较小，导致混凝土中胶凝材料用量较高且粉煤灰等掺合料掺量较低。高温下混凝土的水化硬化速度过快，导致混凝土过早凝结、早期自收缩较大、塑性开裂严重。干燥环境中混凝土水分损失较大，导致毛细管应力较大，干燥收缩较大，增加了混凝土开裂风险。北非、中东等地区昼夜温差可达30摄氏度以上，经年累月的环境温差使混凝土结构逐渐疲劳，温度应力使混凝土裂缝逐渐扩展，最终致使混凝土结构耐久性差、服役寿命大为缩短。
[0003]因此，如何从混凝土组成、结构角度，改善混凝土的体积稳定性，进而提高混凝土抗裂性能和耐久性，已成为在高温干燥环境中混凝土施工的关键和核心技术。
【发明内容】
[0004]为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高体积稳定性混凝土的制备方法，能够显著改善高温、干燥环境中混凝土的体积稳定性和抗开裂性能，并提供混凝土结构的耐久性和服役寿命。
`[0005]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高体积稳定性混凝土的制备方法，将碎石分为三个粒度区间:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其体积分数分别为20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分为两个粒度区间:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其体积分数分别为50~75%和25~50% ;胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成，其体积分数分别为30~50%、15~25%和35~40% ；以胶凝材料质量百分比计，高效减水剂掺量为0.3~1.2% ;水胶比为0.2~0.5，所述水胶比为混凝土拌合水质量与胶凝材料质量之比。
[0006]作为本发明的优选方案，所述碎石为石灰石质或石英质碎石，该碎石中针片状碎石含量小于10% ;所述河砂中含泥量小于1%。
[0007]作为本发明的优选方案，所述硅酸盐酸水泥为PI或PII型42.5强度等级以上的硅酸盐水泥，其比表面积为350~400m2/kg ;所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉，其比表面积500~600m2/kg，活性指数110~130% ;所述粉煤灰为二级粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面积为250~350m2/kg。
[0008]作为本发明的优选方案，所述高效减水剂为减水率大于30%的聚羧酸减水剂；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。
[0009]作为本发明的优选方案，所述混凝土 28天抗压强度为35~60MPa，混凝土内部温升在35°C以内，28天自收缩为60~130 μ ε，28天干燥收缩为150~300 μ ε。
[0010]本发明的有益效果是:
[0011]I)采用本发明配制的混凝土具有较高的骨料体积分数(65~75%)，从而显著减少了胶凝材料用量。
[0012]2)通过调控硅酸盐水泥、矿渣微粉和粉煤灰的细度和颗粒级配，优化了胶凝材料水化进程，消除了细颗粒水化过快引起的需水量增加、工作性能下降等问题。
[0013]3)利用混凝土使用环境温度较高的特点，最大限度地发挥矿渣微粉等掺合料对混凝土性能的贡献，弥补了硅酸盐水泥用量较低带来的不足。
[0014]4)本发明提高了碎石、砂及胶凝材料颗粒物理堆积作用对混凝土力学性能的贡献，在保证混凝土性能的前提下，显著降低了混凝土中水化产物数量，进而减小混凝土本征收缩，最终达到改善混凝土体积稳定性的目的。
[0015]5)采用本发明制备的混凝土具有抗开裂性能好、内部温升低、自收缩及干燥收缩小等优良特性，特别适用于高温、干燥环境中大坝、水利、公路、桥梁等混凝土结构工程。
[0016]因此，本发明对高效利用胶凝材料，提高高温、干燥环境中混凝土结构的抗开裂性和耐久性都具有重要的意义。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实施例(以C40等级混凝土为例)对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本`发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在本发明的保护范围之内。
[0018]混凝土制备过程:
[0019]按照混凝土配合比，将各原材料搅拌均匀制备成混凝土:(1)测试新拌混凝土的密度(P wet)，并按照式(I)和(2)计算混凝土的固体颗粒含量；(2)将混凝土制备成100*100*10cm平板试样，养护3天后置于50%RH环境中观察混凝土抗开裂情况；(3)将混凝土成型为10*10*10cm立方体试块，在水中养护至一定龄期后，参照《GB/T 50107-2010混凝土强度检验评定标准》测试混凝土强度；(4)将混凝土成型为100mm*100mm*515mm棱柱体试件，参照《GBT50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》测试混凝土的自收缩
和干燥收缩。
[0020]
Pb = P, ' Ψ, + Pg ' Ψ, + Pr ' Λ( I)
[0021]式中:pb、P。、p g、Pf分别为胶凝材料、硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰的密度，Λ、%、?分别为胶凝材料中硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰的体积分数。
[0022]
V + V +y
m — ψ / PcJi / Pin /-A>(P)
%Μ -17\ ￡mt /
+ 馬:.，+ + %)J/aw[0023]式中:p wet为新拌混凝土的密度，P ea、P fa、P b分别为粗骨料、细骨料及胶凝材料的密度，Mca,Mfa,Mb分别为混凝土中粗骨料、细骨料及胶凝材料的质量，ff/Β为混凝土的水胶比(即混凝土用水量与胶凝材料质量之比)。
[0024]普通C40混凝土制备:
[0025]为比较本发明制备的混凝土的效果，采用常规方法制备了普通C40混凝土 (作为参比混凝土)。普通混凝土采用5~31.5_连续级配石灰石质碎石，河砂采用中度模数的硅质河砂，其颗粒级配如表1所示。硅酸盐水泥为PII42.5强度等级硅酸盐水泥，比表面积为350m2/kg，粒化高炉矿渣微粉比表面积为450m2/kg，II级粉煤灰碳含量为4.5%，比表面积为380m2/kg，减水剂为减水率为35%的聚羧酸减水剂。按照表2搅拌均匀制备成混凝土，在20±1°C水中养护至一定龄期后，测试混凝土强度和体积变形参数，结果如表3所示。
[0026]表1粗、细集料的颗粒级配及物理性能
[0027]
【权利要求】
1.一种高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于: 将碎石分为三个粒度区间:4.75~9.5mm、9.5~19mm和19~31.5mm,其体积分数分别为20~35%、25~40%和35~48% ;河砂分为两个粒度区间:1.18~3.2mm和0.08~1.18mm，其体积分数分别为50~75%和25~50% ;胶凝材料由硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰构成，其体积分数分别为30~50%、15~25%和35~40% ；以胶凝材料质量百分比计，高效减水剂掺量为0.3~1.2% ;水胶比为0.2~0.5，所述水胶比为混凝土拌合水质量与胶凝材料质量之比。
2.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于:所述碎石为石灰石质或石英质碎石，该碎石中针片状碎石含量小于10% ;所述河砂中含泥量小于1%。
3.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于:所述硅酸盐酸水泥为PI或PII型42.5强度等级以上的硅酸盐水泥，其比表面积为350~400m2/kg ;所述矿渣微粉为粒化高炉矿渣微粉，其比表面积500~600m2/kg，活性指数110~130% ;所述粉煤灰为二级粉煤灰，其碳含量低于5%、比表面积为250~350m2/kg。
4.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于:所述高效减水剂为减水率大于30%的聚羧酸减水剂；所述混凝土的坍落度控制在17±2cm。
5.根据权利要求1所述的高体积稳定性混凝土的制备方法，其特征在于:所述混凝土28天抗压强度为35~60MPa，混凝土内部 温升在35°C以内，28天自收缩为60~130 μ ε，28天干燥收缩为150~300 μ ε。
【文档编号】C04B28/08GK103819158SQ201410016287
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】刘仁越, 刘玉中, 苏登成 申请人:苏州中材建设有限公司