一种高强、抗裂大体积混凝土

本发明属于混凝土工程技术领域，更具体地说，它涉及一种高强、抗裂大体积混凝土。

背景技术：

我国《大体积混凝土施工规范》gb50496-2009里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。

大体积混凝土最早应用于水工工程，且应用较为普遍。而近年来，随着社会经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，高层建筑和超高层建筑也越来越多，大体积混凝土逐渐成为构建大型设施或超高层建筑的重要组成部分。然而，大体积混凝土相对于普通混凝土，由于结构尺寸较大，其结构内部水泥产生大量的水化热不容易散发出来，而外部温度始终与环境温度保持一致，混凝土内外温差较大，往往易导致温度裂缝的产生，造成强度降低，影响结构安全和正常使用。

为了解决由水化热引起的体积形变导致混凝土开裂与强度降低的问题，通常使用以下方法：1、采用内部降温法降低混凝土内外温差，在混凝土内部预埋水管，并通入冷却水，降低混凝土内部最高温度；2、采用保温法，在结构物外侧覆盖保温材料，在缓慢散热过程中，使得混凝土获得必要强度，控制混凝土的内外温差小于20℃；3、在混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时干裂。这些方法都使用外部工艺改善大体积混凝土的开裂问题，其在实际操作过程中较为繁琐。因此从混凝土本身的组成和配比上来改善混凝土抗裂性能对于现代建筑施工工程具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高强、抗裂大体积混凝土，其具有水化热低，优良的抗裂和强度性能的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高强、抗裂大体积混凝土，以1立方米的混凝土计，组分如下：

低热硅酸盐水泥280-420kg；

改性矿物掺合料90-260kg；

中砂700-900kg；

5-25mm连续级配碎石900-1200kg；

水150-220kg；

功能型复合外加剂5-10kg。

进一步，以质量份计，所述改性矿物掺合料包含30-70份矿渣、25-55份煤渣、0-35份脱硫灰，并且三者质量合计100份，然后加入三者质量0.2-0.5％的葡萄糖酸钠与0.1-0.2％的聚合醇胺，通过机械粉磨至80μm筛筛余不超过10％制备而成。

进一步，以质量份计，所述功能型复合外加剂由18-42份低水化热缓凝性减水剂、18-42份保水内养护抗裂型减水剂、10-35份超保坍后增强型保坍剂、5-20份降粘聚合物复配而成，并且四者质量合计100份。

更进一步，以质量份计，所述低水化热缓凝性减水剂制备方法如下：

a1.在高压反应釜中加入22.6份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和1.2份四氢铝锂，氮气置换若干次后开始抽真空至表压-0.085mpa，然后升温至120℃开始脱水1-2h，测氧含量，待氧含量合格后(氧含量不大于5ppm)，降温至115℃；控制压力小于0.4mpa，接着匀速向反应釜内通入环氧乙烷63.7份与环氧丙烷242.4份均匀混合物，环状单体全部通入反应釜后保持温度120℃老化至压力不再下降，降温出料，得到分子量2000左右的聚醚单体；

a2.将制得的聚醚单体加入带有搅拌棒的四口烧瓶中，采用水浴加热升温至65℃；将3.3份过氧化二叔丁基、0.9份巯基乙酸和60份水配制成a液；将46.2份丙烯酸、0.8份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇、4.3份甲醛合次硫酸氢钠和120份水配制成b液；同时滴加a、b液，其中a液滴加2.5小时，b液滴加2小时；a液滴加完后保温1小时，一次性投入8.3份三乙醇胺并补水至总质量为1000份，即制得所述的低水化热缓凝性减水剂。

更进一步，以质量份计，所述的保水内养护抗裂型减水剂的制备方法如下：

b1.在高压反应釜中加入21.37份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和1.3份质量比为2:1的氢氧化钠和氰化钠的组合物，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098mpa，然后升温至120℃开始脱水1.9h，后降温至115℃；开始向反应釜通入环状单体，向反应釜中通入60.95份环氧乙烷和244.11份环氧丙烷，控制压力小于0.4mpa，通完后于115℃保温老化至压力不再下降，降温出料，得到粗聚醚；

b2.将粗聚醚置于反应釜中，氮气负压置换3次，升温至127℃搅拌2.5h，降温至85℃，后加入蒸馏水搅拌0.8h，边抽真空边升温至120℃，得到成品聚醚；

b3.将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至45℃；将2.8份质量比为2:3的抗坏血酸和焦亚硫酸钠的组合物、6.5份质量比为1:1的偶氮二异丁腈和过氧化二叔丁基的组合物、4.2份质量比为1:3的巯基乙酸和巯基丙醇的组合物和水配制成a液；将47.65份丙烯酸、1.0份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和水配制成b液；用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中，其中a液滴加0.7小时，b液滴加2.2小时；滴加完a、b液后保温1小时制得混凝土减水剂；

b4.将5.1份质量比为3:5的碳酸钾和氢氧化钾的组合物加入制得的混凝土减水剂中并补水至总质量为1000，即制得所述的保水内养护抗裂型减水剂。

更进一步，以质量份计，所述的超保坍后增强型保坍剂的制备方法如下：

c1.在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入18份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇和0.8份四氢铝锂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.15mpa，然后升温至130℃开始脱水1h；接着向反应釜通入环氧丙烷305份，控制压力小于0.5mpa，通完后于140℃保温老化至压力不再下降，降温出料，得到2000左右分子量聚醚单体；

c2.将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至55℃；将3.4份过硫酸铵和水配制成a液；将46.0份丙烯酸二乙酯、2份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇、4.6份亚硫酸氢钠、1.2份质量比为1:4.2的巯基丙酸和巯基乙酸和水配制成b液；用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中，其中a液滴加3小时，b液滴加2.5小时；滴加完a、b液后保温1小时，将12.4份氢氧化钠加入制得的聚醚类保坍剂中并补水至总质量为1000，即得所述的超保坍后增强型保坍剂。

更进一步，以质量份计，所述的降粘聚合物由以下方案制备所得：

d1.在高压反应釜中加入25份4-乙烯基苯酚，加入0.10份四氢铝锂，然后于搅拌下，进行氮气置换4次，开启加热，升温至120℃左右，之后开始缓慢向反应器内通入80份反-2.3-环氧丁烷进行诱导反应，诱导过程中逐渐升温至120-155℃左右，并维持恒温130℃，维持压力相对恒定在0.25mpag，并保温约2小时，待反应器压力不再下降时，再次加入0.12份氢氧化钾，缓慢向容器中通入240份反-2.3-环氧丁烷进行诱导反应，维持温度在135℃，待反应容器内压力不再降低时，将温度降至80℃，抽真空脱气后，出料，得到分子量为600左右的不饱和中间体；

d2.将不饱和中间体与220份的去离子水加入四口烧瓶中做底料，50份丙烯酸加120份去离子水做a料；1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸加4.5份次亚磷酸钠与50份去离子水配成b料；1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料；将水浴锅升温至35℃后，安装好装入底料的四口烧瓶，一次性加入1/3c料后匀速滴加a料与b料，a料滴加3小时，b料滴加3小时10分钟，待反应进行到1.2小时后，用稀硫酸调节反应釜内ph为5，然后一次性加入剩余c料，a料、b料滴加完毕后，加碱中和并补水至总质量为1000，熟化1小时自然冷却至室温即得降粘聚合物溶液。

更进一步的优选，所述降粘聚合物的质量分数为40％。

本发明的另一目的在于提供利用上述方法制备的高强、抗裂大体积混凝土。

基于上述技术方案，本发明的高强、抗裂大体积混凝土与现有技术相比具有如下技术优点：

1.本发明的混凝土中胶凝材料采用低热硅酸盐水泥与改性矿物掺合料混合而成，水泥水化放热是导致大体积混凝土内部温度升高的最主要因素，本发明采用低热硅酸盐水泥，从源头减少了热量的产生。同时，利用改性矿物掺合料替代部分水泥，有利于延长胶凝材料的凝结时间，避免集中水化放热，也是控制混凝土内部温度升高的关键因素。并且，利用煤渣、矿渣、脱硫灰，加入葡萄糖酸钠与聚合醇胺，然后粉磨制备的改性矿物掺合料具有良好的火山灰活性，有助于混凝土后期强度的提升，保证混凝土结构具有良好的机械强度。此外，脱硫灰具有高硫、高钙的特点，水化后产生微膨胀，能够一定程度地补偿混凝土的收缩，防止裂纹的产生。因此，本发明通过组分优化，对于提升大体积混凝土的力学性能与抗裂性能效果十分明显。

2.本发明采用低水化热缓凝性减水剂、保水内养护抗裂型减水剂、超保坍后增强型保坍剂、降粘聚合物复配而成的功能型复合外加剂，是针对于低热缓凝性大体积混凝土所研制，能够有效改善本发明大体积混凝土的工作性能，同时具有显著的缓凝、降低水化热的效果，有利于大体积混凝土早期性能的改善，提高了混凝土抵抗开裂的能力，降低混凝土产生缺陷的风险。

附图说明

图1为实施例1制备的28d龄期的混凝土的sem图；

图2为实施例3制备的28d的混凝土的sem图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的高强、抗裂大体积混凝土做进一步阐述，力求从理论设计和实践应用方面更为清楚的理解本发明，但不以此限制本发明的保护范围。

实施例

一种高强、抗裂大体积混凝土，以1立方米的混凝土计，组分如下：

低热硅酸盐水泥280-420kg；

改性矿物掺合料90-260kg；

中砂700-900kg；

5-25mm连续级配碎石900-1200kg；

水150-220kg；

功能型复合外加剂5-10kg。

进一步，以质量份计，所述改性矿物掺合料包含30-70份矿渣、25-55份煤渣、0-35份脱硫灰，并且三者质量合计100份，然后加入三者质量0.2-0.5％的葡萄糖酸钠与0.1-0.2％的聚合醇胺，通过机械粉磨至80μm筛筛余不超过10％制备而成。

进一步，以质量份计，所述功能型复合外加剂由18-42份低水化热缓凝性减水剂、18-42份保水内养护抗裂型减水剂、10-35份超保坍后增强型保坍剂、5-20份降粘聚合物复配而成，并且四者质量合计100份。

更进一步，以质量份计，所述低水化热缓凝性减水剂制备方法如下：

a1.在高压反应釜中加入22.6份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和1.2份四氢铝锂，氮气置换若干次后开始抽真空至表压-0.085mpa，然后升温至120℃开始脱水1-2h，测氧含量，待氧含量合格后(氧含量不大于5ppm)，降温至115℃；控制压力小于0.4mpa，接着匀速向反应釜内通入环氧乙烷63.7份与环氧丙烷242.4份均匀混合物，环状单体全部通入反应釜后保持温度120℃老化至压力不再下降，降温出料，得到分子量2000左右的聚醚单体；

a2.将制得的聚醚单体加入带有搅拌棒的四口烧瓶中，采用水浴加热升温至65℃；将3.3份过氧化二叔丁基、0.9份巯基乙酸和60份水配制成a液；将46.2份丙烯酸、0.8份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇、4.3份甲醛合次硫酸氢钠和120份水配制成b液；同时滴加a、b液，其中a液滴加2.5小时，b液滴加2小时；a液滴加完后保温1小时，一次性投入8.3份三乙醇胺并补水至总质量为1000份，即制得所述的低水化热缓凝性减水剂。

更进一步，以质量份计，所述的保水内养护抗裂型减水剂的制备方法如下：

b1.在高压反应釜中加入21.37份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和1.3份质量比为2:1的氢氧化钠和氰化钠的组合物，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098mpa，然后升温至120℃开始脱水1.9h，后降温至115℃；开始向反应釜通入环状单体，向反应釜中通入60.95份环氧乙烷和244.11份环氧丙烷，控制压力小于0.4mpa，通完后于115℃保温老化至压力不再下降，降温出料，得到粗聚醚；

b2.将粗聚醚置于反应釜中，氮气负压置换3次，升温至127℃搅拌2.5h，降温至85℃，后加入蒸馏水搅拌0.8h，边抽真空边升温至120℃，得到成品聚醚；

b3.将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至45℃；将2.8份质量比为2:3的抗坏血酸和焦亚硫酸钠的组合物、6.5份质量比为1:1的偶氮二异丁腈和过氧化二叔丁基的组合物、4.2份质量比为1:3的巯基乙酸和巯基丙醇的组合物和水配制成a液；将47.65份丙烯酸、1.0份3-烯丙氧基-1,2-丙二醇和水配制成b液；用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中，其中a液滴加0.7小时，b液滴加2.2小时；滴加完a、b液后保温1小时制得混凝土减水剂；

b4.将5.1份质量比为3:5的碳酸钾和氢氧化钾的组合物加入制得的混凝土减水剂中并补水至总质量为1000，即制得所述的保水内养护抗裂型减水剂。

更进一步，以质量份计，所述的超保坍后增强型保坍剂的制备方法如下：

c1.在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入18份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇和0.8份四氢铝锂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.15mpa，然后升温至130℃开始脱水1h；接着向反应釜通入环氧丙烷305份，控制压力小于0.5mpa，通完后于140℃保温老化至压力不再下降，降温出料，得到2000左右分子量聚醚单体；

c2.将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至55℃；将3.4份过硫酸铵和水配制成a液；将46.0份丙烯酸二乙酯、2份2-乙氧基-3-丁烯-1-醇、4.6份亚硫酸氢钠、1.2份质量比为1:4.2的巯基丙酸和巯基乙酸和水配制成b液；用滴加泵将a、b液滴加至反应釜中，其中a液滴加3小时，b液滴加2.5小时；滴加完a、b液后保温1小时，将12.4份氢氧化钠加入制得的聚醚类保坍剂中并补水至总质量为1000，即得所述的超保坍后增强型保坍剂。

更进一步，以质量份计，所述的降粘聚合物由以下方案制备所得：

d1.在高压反应釜中加入25份4-乙烯基苯酚，加入0.10份四氢铝锂，然后于搅拌下，进行氮气置换4次，开启加热，升温至120℃左右，之后开始缓慢向反应器内通入80份反-2.3-环氧丁烷进行诱导反应，诱导过程中逐渐升温至120-155℃左右，并维持恒温130℃，维持压力相对恒定在0.25mpag，并保温约2小时，待反应器压力不再下降时，再次加入0.12份氢氧化钾，缓慢向容器中通入240份反-2.3-环氧丁烷进行诱导反应，维持温度在135℃，待反应容器内压力不再降低时，将温度降至80℃，抽真空脱气后，出料，得到分子量为600左右的不饱和中间体；

d2.将不饱和中间体与220份的去离子水加入四口烧瓶中做底料，50份丙烯酸加120份去离子水做a料；1.2份质量比为1:2的巯基丙酸与巯基乙酸加4.5份次亚磷酸钠与50份去离子水配成b料；1.2份过硫酸铵加60份去离子水配成c料；将水浴锅升温至35℃后，安装好装入底料的四口烧瓶，一次性加入1/3c料后匀速滴加a料与b料，a料滴加3小时，b料滴加3小时10分钟，待反应进行到1.2小时后，用稀硫酸调节反应釜内ph为5，然后一次性加入剩余c料，a料、b料滴加完毕后，加碱中和并补水至总质量为1000，熟化1小时自然冷却至室温即得降粘聚合物溶液。

按照上述制备方法高强、抗裂大体积混凝土(实施例1-6)，各实施例的组分如下表：

表1实施例每立方米混凝土的原材料配比(单位：kg)

注：a：低水化热缓凝性减水剂；b：保水内养护抗裂型减水剂。

各实施例制备产品性能测试：

1、坍落度和扩展度测试：

表2实施例工作性能(mm)

通过实施例坍落度与拓展度的结果可知，本发明的混凝土具有良好的工作性，且经时坍落度、拓展度较初始坍落度、拓展度降低较小，表明胶凝材料水化缓慢，凝结时间长，这对大体积混凝土是有利的。

2、抗压强度测试：

表3实施例抗压强度(mpa)

通过实施例抗压强度结果可知，本发明混凝土早期强度相对较低，这是因为胶凝材料水化缓慢，强度发展缓慢，而后期强度较高，90d强度达到60mpa以上，表明本发明的大体积混凝土具有优异的力学性能。

3、表观形态测试：

由实施例1(图1)与实施例3(图2)的28d龄期的扫描电镜(sem)图片可见，本发明的混凝土微观结构致密，微裂纹较少，表明本发明较好地防止了裂纹的产生，抗裂性能优良。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。