本发明涉及混凝土材料技术领域，特别是指一种用于防渗面板的抗裂混凝土及制备方法。
背景技术：
国内外面板混凝土工程实践表明，混凝土面板在浇筑过程中和水库蓄水后常因多种原因不可避免的发生收缩，严重的甚至产生裂缝，导致耐久性降低，这些裂缝如果贯穿了面板，就会通过裂缝渗漏水。在面板裂缝为数不多、宽度不大的情况下，渗水流量较小，可通过堆石体，排向下游，不致立即影响坝体的安全。但当面板内钢筋通过裂缝处，长期经受漏水的锈蚀，或因止水破坏等原因，面板形成较大的裂缝，则可能对坝体的安全稳定性造成影响。
针对混凝土防渗面板的收缩开裂问题，有较多的工程解决方案，各有利弊。补偿收缩混凝土是近些年来发展迅速的抗裂防渗材料，它在普通混凝土中掺入膨胀剂，利用其膨胀产生的预压应力来抵消一部分混凝土硬化期间产生的收缩，同时反应生成的钙矾石等化学产物可以填充混凝土内部形成的微小缝隙，改善混凝土的微观结构，增加其致密性，进而减少混凝土裂缝的产生和发展，其性质决定了补偿收缩混凝土在水利行业中有着良好的应用前景。然而，补偿收缩混凝土的膨胀性能存在不确定性，它和膨胀剂的种类与掺量、现场养护水平以及环境温度等因素的变化密切相关。工程实践表明，面板混凝土的开裂主要发生在早期养护阶段，和施工工艺及措施关系重大，已有多个工程中补偿收缩混凝土失效的案例。如何使补偿收缩混凝土在工程中正常发挥抗收缩功能是急需解决的一个重要工程问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于防渗面板的抗裂混凝土及制备方法。
该抗裂混凝土成分组成为：水泥、粉煤灰、膨胀剂、砂、碎石、减水剂和纤维，各组分质量配比为水泥8-10％，粉煤灰2-4％，膨胀剂1-2％，水5-10％，砂28-32％，碎石50-55％，减水剂0.2-0.4％，纤维0.04-0.05％，各组分的质量百分比总和满足100％。
其中：
水泥为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰；膨胀剂为uea膨胀剂；砂为非活性天然河砂，砂应质地坚硬、清洁、级配良好，细度模数为2.4-2.8，平均粒径为0.5-0.35mm；碎石为非活性碎石，其中粒径为5mm～20mm和20mm～40mm的非活性碎石掺量分别为40％和60％；减水剂为sn-2高效减水剂；纤维为聚丙烯纤维。
该抗裂混凝土的制备步骤如下：
s1.先将水泥、粉煤灰、膨胀剂等胶凝材料在搅拌机中充分混合；
s2.加入砂、碎石等骨料及纤维并充分搅拌，搅拌时间不少于2分钟；
s3.将减水剂按厂家浓度要求稀释于水中，然后将溶液缓慢倒入搅拌机，并充分搅拌均匀。
该混凝土制备时环境温度应高于0℃；应尽量在混凝土初凝前完成浇筑工作，终凝后方可拆模；混凝土制作要求应满足《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb50081-2002)和《混凝土结构工程施工规范》(gb50666-2011)。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
采用本发明方法制备的纤维补偿收缩混凝土的前期劈拉强度相对于普通粉煤灰混凝土有明显的提升、前期自由膨胀效果明显、各时期膨胀率明显高于普通粉煤灰混凝土，该混凝土极大程度的限制了混凝土后期的收缩，提高了混凝土的抗裂性能，减少了裂缝的产生。
附图说明
图1为本发明用于防渗面板的抗裂混凝土与普通粉煤灰混凝土劈拉强度对比图；
图2为本发明用于防渗面板的抗裂混凝土与普通粉煤灰混凝土自由膨胀率对比图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针提供一种用于防渗面板的抗裂混凝土及制备方法。
该抗裂混凝土成分组成为：水泥、粉煤灰、膨胀剂、砂、碎石、减水剂和纤维，各组分质量配比为水泥8-10％，粉煤灰2-4％，膨胀剂1-2％，水5-10％，砂28-32％，碎石50-55％，减水剂0.2-0.4％，纤维0.04-0.05％，各组分的质量百分比总和满足100％。
其中：
所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为f类ⅰ级粉煤灰；膨胀剂为uea膨胀剂；砂为非活性天然河砂；碎石为非活性碎石，其中粒径为5mm～20mm和20mm～40mm的非活性碎石掺量分别为40％和60％；减水剂为sn-2高效减水剂；纤维为聚丙烯纤维。
该抗裂混凝土的制备步骤如下：
s1.先将水泥、粉煤灰、膨胀剂等胶凝材料在搅拌机中充分混合；
s2.加入砂、碎石等骨料及纤维并充分搅拌，搅拌时间不少于2分钟；
s3.将减水剂按厂家浓度要求稀释于水中，然后将溶液缓慢倒入搅拌机，并充分搅拌均匀。
该混凝土制备时环境温度应高于0℃；应尽量在混凝土初凝前完成浇筑工作，终凝后方可拆模；混凝土制作要求应满足《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb50081-2002)和《混凝土结构工程施工规范》(gb50666-2011)。
该混凝土的原材料要求明细如下：
(1)水泥
本发明采用42.5普通硅酸盐水泥，根据《通用硅酸盐水泥》(gb175-2007)标准要求，按《水泥比表面积测定方法-勃氏法》(gb/t8074-2008)、《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(gb/t1346-2011)、《水泥胶砂强度检验方法iso法》(gb/t17671-1999)和《水泥密度测定方法》(gb/t208-2014)对本发明中使用的水泥样品进行比表面积、凝结时间、安定性、强度等级、密度检验，水泥样品的各项物理指标均达标，结果见表1。
表1水泥物理指标
(2)粉煤灰
粉煤灰采用f类ⅰ级粉煤灰，根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(gb/t1596-2005)对f类ⅰ级粉煤灰的技术要求，按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(gb/t1596-2005)、《水泥密度测定方法》(gb/t082014)和《水泥化学分析方法》(gb/t176-2008)对粉煤灰的细度、需水量比、烧失量、含水量、密度、so3含量进行检验，按《水泥化学分析方法》(gb/t176-1996)对本发明中使用的粉煤灰样品的碱含量进行检验，粉煤灰样品各项指标均符合要求，检测结果见表2。
表2粉煤灰物理指标
(3)膨胀剂
膨胀剂采用uea膨胀剂，根据《混凝土膨胀剂》(gb23439-2009)对本发明中使用的膨胀剂样品的限制膨胀率、抗压强度、细度、凝结时间进行检验，膨胀剂样品各项指标均符合要求，检测结果见表3。
表3膨胀剂物理指标
(4)减水剂
减水剂采用sn-2高效减水剂(缓凝型液体)，根据《混凝土外加剂》(gb8076-2008)及《混凝土外加剂均质性检验方法》(gb/t8077-2012)对本发明中使用的减水剂样品进行减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比、密度、ph值、氯离子含量、碱含量检验，减水剂样品各项指标均符合要求，检测结果见表4。
表4减水剂物理指标
(5)细骨料
混凝土采用天然河砂(非活性)，根据《水工混凝土施工规范》(sl677-2014)对细骨料的品质要求，按《水工混凝土试验规程》(sl352-2006)，对本发明中使用的细骨料样品进行细度模数、含泥量、泥块含量、表观密度、饱和面干密度、吸水率进行检验，细骨料样品各项指标均符合要求，检测结果见5。
表5细骨料物理指标
(6)粗骨料
混凝土用粗骨料为非活性碎石，粒径采用5mm～20mm(掺量40％)、20mm～40mm(掺量60％)二级配。根据《水工混凝土施工规范》(sl677-2014)对粗骨料的品质要求，按《水工混凝土试验规程》(sl352-2006)，对本发明中使用的粗骨料样品的含泥量、泥块含量、堆积密度、紧密密度、中径筛余量、吸水率、超逊径进行检验，粗骨料样品各项指标均符合要求，检测结果见表6。
表6粗骨料物理指标
抗裂混凝土的配合比设计案例如下：
提出适用于提高混凝土面板抗裂性能的纤维补偿收缩混凝土的一种参考配合比设计如下表：
表7纤维补偿收缩混凝土配合比设计表
表8单方混凝土用量表(kg/m3)
各组分材料的品质要求如下：
水泥：标号为p.o42.5的普通硅酸盐水泥。
粉煤灰：符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(gbt1596-2005)中技术要求。
膨胀剂：根据膨胀率及强度试验，采用工程中最常用的uea型膨胀剂，限制膨胀率需满足表9，同时需符合《混凝土外加剂应用技术规范》(gb50119-2013)13节中的技术要求。
表9补偿收缩混凝土限制膨胀率
减水剂：建议使用缓凝型高效减水剂hwr-r，应符合《混凝土外加剂》(gb8076-2008)中的技术要求。
纤维：聚丙烯纤维。
(1)混凝土配制强度确定
根据《水工混凝土试验规程》(sl352-2006)附录a水工混凝土配合比设计方法，混凝土配制强度按下式计算：
fcu，0＝fcu，k+tσ
式中：
fcu，0——混凝土配制强度(mpa)；
fcu，k——混凝土设计龄期的设计抗压强度(mpa)；
t——保证率系数，由给定的保证率p选定；
σ——混凝土立方体抗压强度标准差(mpa)。
本试验混凝土设计抗压强度为25mpa，设计龄期为28d，抗压强度保证率p取95％，取概率系数t＝1.645，取立方体抗压强度标准差σ＝4.0，得：
fcu，0＝25+1.645*4＝31.58mpa
(2)水胶比
根据混凝土应达到设计要求的强度等级及耐久性要求，混凝土符合《水工混凝土试验规程》(sl352-2006)，初选水胶比为0.4，0.45，0.5进行配合比试验，由水胶比与28天强度相关性曲线，推出水胶比为0.47的二级配补偿收缩混凝土。
(3)粉煤灰及外加剂
依据实际工程需要，补偿收缩混凝土粉煤灰掺量选择20％，减水剂掺量为2.2％。
(4)砂率
根据选定的骨料(粗细骨料按照水利标准sl352-2006时，均以饱和面干状态计)，按照在水胶比为0.47和胶凝材料用量保持不变条件下，通过砂率的变化，混凝土拌和物坍落度较大、拌和物和易性好，所对应的最优砂率为37％。
(5)用水量
根据骨料最大粒径、坍落度、外加剂、粉煤灰掺量以及最优砂率通过试拌，确定单方混凝土用水量为140kg/m3。
(6)砂、石料用量
依据《水工混凝土试验规程》(sl352-2006)，砂、石料用量由已确定的用水量、胶凝材料用量和砂率，根据绝对体积法计算，公式如下：
砂料用量：
ms＝vs，gsvρs
石料用量：
mg＝vs，g(1-sv)ρg
式中：
vs，g——砂、石的绝对体积，m3
mw——每立方米混凝土用水量，kg
mc——每立方米混凝土水泥用量，kg
mp——每立方米混凝土掺合料用量，kg
ms——每立方米混凝土砂料用量，kg
mg——每立方米混凝土石料用量，kg
a——混凝土含气量
sv——体积砂率
ρw——水的密度，kg/m3
ρc——水泥密度，kg/m3
ρp——掺合料密度，kg/m3
ρs——砂料饱和面干密度密度，kg/m3
ρg——石料饱和面干密度密度，kg/m3
采用本发明的纤维补偿收缩混凝土的前期劈拉强度相对于普通粉煤灰混凝土有明显的提升，对比结果如图1所示；采用本发明的纤维补偿收缩混凝土前期自由膨胀效果明显，其各时期膨胀率明显高于普通粉煤灰混凝土，两种混凝土自由膨胀率对比如图2所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。