一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土及制备方法
【专利摘要】本发明提供的是一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土及制备方法。先将P·O42.5水泥、最大粒径不超过20mm的石子、砂子、粉煤灰、矿渣投到强制式搅拌机中，之后向搅拌机中加入质量为m1的水，一起搅拌2～3分钟，之后将吸水性树脂与质量为m2的水混合在一起，按照吸水性树脂：水＝1:30进行预饱和后加入到搅拌机中，然后将微纤维、活性激发剂加入到搅拌机中，搅拌1～2分钟，待搅拌均匀后，向质量为m3的水中加入玉米秸秆粉，放入搅拌机中继续进行搅拌直到搅拌均匀，当混凝土搅拌均匀后拉开料门进行施工。本发明的高温荒漠环境下的抗裂混凝土可以运用在对耐久性，强度要求较高的大型水池，高速公路等混凝土工程中。
【专利说明】
一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种混凝土，特别是一种应对高温荒漠环境下的抗裂混凝土。本 发明还涉及一种混凝土的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在植被稀少又缺水的荒漠地区，普通混凝土会由于气候高温干燥，水泥水化热大， 混凝土的散热较慢，内外散热不均匀出现大量的裂缝问题，在一定程度上影响着混凝土的 耐久性和强度。同时，在这种环境下的施工存在着一定的难度且维修工序复杂、费用又高。 因此，高温荒漠环境下的混凝土应该选择合适的基础理论，配合比以及建筑材料等以满足 混凝土的耐久性，强度要求。
[0003] 施工环境多变和施工人员的素质差异以及实际条件的限制，往往导致混凝土养护 不及时或者养护不够，易出现早期的微裂缝。在此种情况下，要求人们开发出高耐久性高强 度的混凝土，而这种高温荒漠环境下的抗裂混凝土，具有高强度，高耐久性，耐高温的优点， 在一定程度上能够防止混凝土的开裂从而使结构的服役寿命得以延长。与本发明相关的公 开报道主要包括：
[0004] 公开号为CNI04446174A的专利文件中，公开了 "一种适用于严酷环境的高抗裂混 凝土及其施工方法"。是一种为了解决混凝土抗裂技术对环境适应性差而提出的适用于严 酷环境的高抗裂混凝土。按照配比称量各原料搅拌得到新拌混凝土，在具有遮阳防风作用 的施工棚中按"之"形顺序浇筑新拌混凝土采用振捣棒进行二次振捣混凝土抹面后，立即喷 涂快速成膜型养护剂进行保温保湿防风养护。
[0005] "粉煤灰高强轻骨料混凝土早期自收缩及抗裂性试验研究"（《硅酸盐学报》2013， 06:1151-1156.)中，掺入不同细度的粉煤灰等量取代水泥10%~30%，制备了粉煤灰高强 轻骨料混凝土，采用自行设计试验和椭圆环法试验分别研究了早期自收缩变形和抗裂性 能，并与基准样进行了对比分析，根据结果分析，在实际工程中，粉煤灰的掺入可作为减小 高强轻骨料混凝土早期自收缩和提高抗裂性能的技术手段。
[0006] "基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法研究"（《混凝土与水泥制品》，2010， 06:15-21.)中公开的方法，以混凝土配合比设计现行规范为基础，参考紧密堆积理论通过 试验拟合出试配强度和浆骨比之间的定量关系以及试配强度和最优砂率的关系，从而为混 凝土配合比设计提供最为关键的两个参数单方用水量和砂率，最终根据配合比设计规范计 算得到各组份的配合比设计结果，具有系统化和可程序化的优点。
[0007] "浅谈抗裂混凝土优化设计及方法"（《混凝土技术》，2007,01:6-8.)中，在满足坍 落度、抗压强度的基本要求的基础上，同时实现低收缩值的配比优化，采用加快混凝土失水 速度的方法，考察混凝土塑性收缩开裂情况，客观反映混凝土的长期抗裂性能。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种适应高温、干燥气候条件的适用于高温荒漠环境的抗 裂混凝土。本发明的目的还在于提供一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土的制备方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的：
[0010]本发明的适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土由P ? 042.5水泥、最大粒径不超过 20mm的石子、II区中砂、粉煤灰、矿渣、微纤维、活性激发剂、玉米秸杆粉、吸水性树脂和水制 成，各原料的重量配比依次为:9.5%~13.5%、40%~50%、25.5%~30%、5.5%~7.5%、 3.5%~5%、0.01%~0.015%、0.01%~0.15%、0.01%~0.015%、0.02%~0.05%和 6.5% ~8%〇
[0011] 本发明的适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土还可以包括：
[0012] 1、所述玉米秸杆粉采用的是干燥的玉米秸杆利用磨碎机磨碎的0.3~2mm颗粒状 粉末。
[0013] 2、所述吸水性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。
[0014] 本发明的适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土的制备方法为：
[0015]先将P ? 042.5水泥、最大粒径不超过20mm的石子、砂子、粉煤灰、矿渣投到强制式 搅拌机中，之后向搅拌机中加入质量为mi的水，一起搅拌2~3分钟，之后将吸水性树脂与质 量为肥的水混合在一起，按照吸水性树脂:水=1:30进行预饱和后加入到搅拌机中，然后将 微纤维、活性激发剂加入到搅拌机中，搅拌1~2分钟，待搅拌均匀后，向质量为m 3的水中加 入玉米秸杆粉，放入搅拌机中继续进行搅拌直到搅拌均匀，当混凝土搅拌均匀后拉开料门 进行施工，其中1111+1112+1113 = ]?，]\1为配比中水的总质量，配比为？- 042.5水泥、最大粒径不超过 20mm的石子、II区中砂、粉煤灰、矿渣、微纤维、活性激发剂、玉米秸杆粉、吸水性树脂和水的 重量配比依次为：9.5%~13.5%、40%~50%、25.5%~30%、5.5%~7.5%、3.5%~5%、 0.01 %~0.015%、0? 01 %~0.15%、0? 01 %~0.015%、0? 02%~0.05%和6.5%~8%。 [0016]公开号为CNI04446174A的专利文件中，采用的是按照配比称量各原料搅拌得到新 拌混凝土，在具有遮阳防风作用的施工棚中按"之"形顺序浇筑新拌混凝土采用振捣棒进行 二次振捣混凝土抹面后，立即喷涂快速成膜型养护剂进行保温保湿防风养护。与本发明采 用基础理论和原材料有本质的区别。"粉煤灰高强轻骨料混凝土早期自收缩及抗裂性试验 研究"一文中，掺入不同细度的粉煤灰等量取代水泥10%~30%，制备了粉煤灰高强轻骨料 混凝土，采用自行设计试验和椭圆环法试验分别研究了早期自收缩变形和抗裂性能。与本 发明采用的基础理论和原材料有明显的不同。"基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方 法研究"一文中，采用的是以混凝土配合比设计现行规范为基础，参考紧密堆积理论通过试 验拟合出试配强度和浆骨比之间的定量关系以及试配强度和最优砂率的关系，从而为混凝 土配合比设计提供最为关键的两个参数单方用水量和砂率，最终根据配合比设计规范计算 得到各组份的配合比设计结果。与本发明采用的原材料有明显的不同。"浅谈抗裂混凝土优 化设计及方法"中，采用的是采用加快混凝土失水速度的方法，考察混凝土塑性收缩开裂情 况，客观反映混凝土的长期抗裂性能，与本发明采用的基础理论和原材料有明显的不同。
[0017] 在高温荒漠的环境下混凝土材料由于高温，本身结构，建筑材料，施工等多方面因 素造成内部孔隙结构被破坏形成的开裂问题。为此本发明提出的一种在高温荒漠的恶劣环 境下的抗裂混凝土，通过改善混凝土的颗粒级配和水灰比使其适应高温、干燥的气候条件。
[0018] 本发明的高温荒漠环境下的抗裂混凝土以P ? 042.5水泥，最大粒径不超过20mm的 石子，n区中砂，粉煤灰，矿渣，在产生较大变形时抵抗收缩应力并且抑制或者减少早期微 裂缝产生的微纤维，激发混凝土中的活性物质，让其发生化学反应产生粘结性，大大降低水 泥用量提高其利用率的活性激发剂，保证水分不蒸发同时减少干缩开裂的玉米秸杆粉，达 到吸水极限后，当外界湿度小于内部湿度会自动释放水分防止混凝土因缺少水分产生裂缝 的高吸水性树脂，水作为主要原料。利用最紧密堆积，保证混凝土通过骨料的紧密堆积制备 而成。微纤维采用的是由AEBE多聚糖和50US纤维素醚生物高分子聚合物化工合成的，能够 使混凝土的抗压、抗折、劈拉强度和抗渗性、抗裂性、抗冲击性均有较大幅度的提高。
[0019] 活性激发剂能够激发混凝土中的活性物质，让其发生化学反应产生粘结性，大大 降低水泥用量提高其利用率。
[0020] 秸杆粉采用的是干燥的玉米秸杆利用磨碎机磨碎的0.3_2mm颗粒状粉末，保水能 力很强。
[0021] 高吸水性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。高吸水性树脂在浇注混凝土前 按照高吸水性树脂：水=1: 30进行预饱和，达到吸水极限后，混凝土在干燥条件下，当外界 湿度小于内部湿度时混凝土内的饱和吸水树脂会自动释放水分防止混凝土因缺少水分产 生裂缝。
[0022] 胶凝材料里的矿物掺合料采用工业废弃物粉煤灰和矿渣。粉煤灰在前期可以增大 混凝土的流动性，帮助混凝土在干燥的条件下浇注成型而且后期可以提供更高的强度和更 紧密的孔隙结构。矿渣可以很好的改善混凝土的孔隙结构提高混凝土在耐久性的表现。 [0023]通过混凝土组成材料的紧密堆积，各组成成分形成了均匀的微观结构，混凝土中 有害孔隙率降低，保证骨料的紧密堆积，提升了混凝土的耐久性和强度。
[0024]为了达到更好我们理想的试验环境，我们把养护室的温度和相对湿度改善到荒漠 条件下。本发明提供的高温荒漠环境下的抗裂混凝土，与普通混凝土相比具有的有效增益 是:通过最紧密堆积，各组成成分形成了均匀的微观结构，混凝土中有害孔隙率降低，保证 骨料的紧密堆积，使用的玉米秸杆粉属于农业废弃物，在这里可以变废为宝，在混凝土中保 水能力较强，且与一般混凝土相比本发明用到的别的材料价格都很便宜且运输方便，大大 提高了经济性，早期混凝土 3天、7天和28天这几个龄期混凝土在干燥条件下基本不会出现 裂缝，后期较一般混凝土具有更好的耐久性和更高的强度。
[0025]本发明的高温荒漠环境下的抗裂混凝土可以运用在对耐久性，强度要求较高的大 型水池，高速公路等混凝土工程中。
[0026]本发明提供的高温荒漠环境下的抗裂混凝土，与普通混凝土相比具有以下特点： [0027]利用最紧密堆积理论，各组成成分形成了均匀的微观结构，混凝土中有害孔隙率 降低，保证骨料的紧密堆积，使用的玉米秸杆粉属于农业废弃物，在这里可以变废为宝，在 混凝土中保水能力较强，且与一般混凝土相比本发明用到的别的材料价格都很便宜且运输 方便，大大提高了经济性，早期混凝土3天、7天和28天这几个龄期混凝土在干燥条件下基本 不会出现裂缝，后期较一般混凝土具有更好的耐久性和更高的强度。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0029] 一种适用于高温荒漠环境下的抗裂混凝土，它以P ? 042.5水泥，最大粒径不超过 20mm的石子，其中粗细石子的比例按照2:3的颗粒级配，II区中砂再加上矿物掺合料即粉煤 灰和矿渣、微纤维(碳纤维、聚丙稀微纤维、木质纤维）、高吸水性树脂(SAP)、玉米秸杆粉和 水作为主要原料，通过最紧密堆积，保证骨料的紧密堆积。
[0030] 本发明提供的高温荒漠环境下的抗裂混凝土是按照以下方法制成，其步骤为：
[0031] 混凝土配比：按照水胶比0.3~0.4进行的配比设计并假设混凝土容重2450kg/m3 进行设计。其中，当水胶比为〇. 3~0.35时，设计混凝土的水泥含量为480kg/m3，当水胶比为 0.35~0.4时设计混凝土的水泥含量为540kg/m 3，砂率设计范围为37%~39%，其中矿物掺 料的比例占胶凝材料的50%，胶凝材料采用粉煤灰和矿渣两种按照3:2进行配比可以最好 的达到实验的要求，对于活性激发剂、吸水树脂、玉米秸杆粉和微纤维按照胶凝材料的 0.1 %~0.2%、0.15%~0.2%、0.1 %~0.15%和0.1 %~0.15%进行配比，粗骨料石子分 为粗、细两种，且粗:细= 2:3。进行最紧密堆积试验后发现制造出来的混凝土可以达到所需 的耐久性要求和强度要求。
[0032]制备方法:首先进行称料环节，将P ? 042.5水泥，最大粒径不超过20mm的石子、砂 子、粉煤灰、矿渣投到强制式搅拌机的混合盘中，之后通过加水栗向混合盘内加入一定量的 水质量为mi，一起搅拌2~3分钟;之后我们取出高吸水性树脂与质量为m2的水混合在一起， 按照高吸水性树脂:水= 1:30进行预饱和，然后将微纤维、活性激发剂加入到搅拌机中，搅 拌1~2分钟，待混合盘中的骨料、胶凝材料、微纤维、活性激发剂搅拌均匀后;称量质量为m 3 的水并加入玉米秸杆粉，将称量后的水放入混合盘中继续进行搅拌直到搅拌均匀，当混凝 土搅拌均匀后拉开料门即可进行施工，其中nu+m 2+m3=M(M为设计中水的总质量）。
[0033]表1的混凝土配合比设计，给出了本发明的六种实施例。
[0034] 经过测试主要力学性能如下：
[0035] 经检测，所得抗裂混凝土材料28d抗压强度35MPa~60MPa，抗折强度6MPa~8MPa。 依据国家标准进行的开裂实验48小时内并未出现裂缝，抗裂性能较好。
[0036]本发明提出混凝土配合比只是一种情况，可以根据实际需求改动但是要保证在设 计范围内。由于混凝土中的吸水树脂和胶凝材料之间的作用比较复杂改动过多会出现混凝 土前期出现裂缝或者后期强度、耐久性下降等现象。
[0037] 表1为混凝土设计配合比
【主权项】
1. 一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土，其特征是：由P · 042.5水泥、最大粒径不超 过20mm的石子、Π 区中砂、粉煤灰、矿渣、微纤维、活性激发剂、玉米秸杆粉、吸水性树脂和水 制成，各原料的重量配比依次为：9.5%~13.5%、40%~50%、25· 5%~30%、5· 5%~ 7.5%、3.5% ~5 %、0.01% ~0.015%、0.01 % ~0.15 %、0.01% ~0.015%、0.02 % ~ 0.05%和 6.5%~8%。2. 根据权利要求1所述的适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土，其特征是:所述玉米秸杆 粉采用的是干燥的玉米秸杆利用磨碎机磨碎的0.3~2_颗粒状粉末。3. 根据权利要求1或2所述的适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土，其特征是:所述吸水 性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。4. 一种适用于高温荒漠环境的抗裂混凝土的制备方法，其特征是:先将P · 042.5水泥、 最大粒径不超过20_的石子、砂子、粉煤灰、矿渣投到强制式搅拌机中，之后向搅拌机中加 入质量为mi的水，一起搅拌2~3分钟，之后将吸水性树脂与质量为m2的水混合在一起，按照 吸水性树脂:水= 1:30进行预饱和后加入到搅拌机中，然后将微纤维、活性激发剂加入到搅 拌机中，搅拌1~2分钟，待搅拌均匀后，向质量为m3的水中加入玉米秸杆粉，放入搅拌机中 继续进行搅拌直到搅拌均勾，当混凝土搅拌均勾后拉开料门进行施工，其中mi+m2+m3 = M，Μ 为配比中水的总质量，配比为Ρ · 042.5水泥、最大粒径不超过20mm的石子、Π 区中砂、粉煤 灰、矿渣、微纤维、活性激发剂、玉米秸杆粉、吸水性树脂和水的重量配比依次为:9.5%~ 13·5%、40%~50%、25·5%~30%、5·5%~7·5%、3·5%~5%、0·01%~0·015%、0·01% ~0.15%、0·01 %~0.015%、0·02%~0.05%和6.5%~8%。
【文档编号】C04B14/02GK105967592SQ201610293104
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】吕建福, 尉天凤, 郭庆勇, 杨凯
【申请人】哈尔滨工程大学