本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土及制备方法。
背景技术：
碾压混凝土是一种干硬性贫水泥的混凝土，使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层压实。碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点。目前，碾压混凝土已被广泛应用于水利水电工程，但是碾传统碾压混凝土拌和物干硬、粘聚性较差，因此，为保证骨料的均匀分部及大坝的长期耐久性，一般采用二、三级配骨料，即骨料粒径限制在80mm以内，碾压混凝土胶凝材料少、成本低的优势无法充分体现；国内大坝约定俗成地普遍采用30cm层厚作为二级配、三级配碾压混凝土浇筑层厚，无法充分体现碾压混凝土坝快速摊铺、快速碾压、快速上升的优势。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒1-5份、乙二醇单丁醚8-16份、聚二甲基硅氧烷3-8份、水泥47-55份、减水剂13-21份、碎石78-86份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1；其中减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸16-24份、羟乙基纤维素7-15份、四硼酸钠2-6份、水性聚氨酯5-12份、亚麻油0.5-4份。
作为本发明进一步的方案：所述适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒2-4份、乙二醇单丁醚10-14份、聚二甲基硅氧烷5-6份、水泥49-53份、减水剂15-19份、碎石80-84份。
作为本发明进一步的方案：减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸18-22份、羟乙基纤维素9-13份、四硼酸钠3-5份、水性聚氨酯7-10份、亚麻油1-3份。
作为本发明进一步的方案：所述适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒3份、乙二醇单丁醚12份、聚二甲基硅氧烷5份、水泥51份、减水剂17份、碎石82份。
作为本发明进一步的方案：减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸20份、羟乙基纤维素11份、四硼酸钠4份、水性聚氨酯8份、亚麻油2份。
一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土的制备方法，由以下步骤组成：
1)减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理28-30min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂；
2)将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的四级配碾压混凝土配方科学，与现有的三级配混凝土相比抗压强度和抗折强度更高，更难能可贵的是，本发明所制备得到的碾压混凝土在VC值、抗渗等级、抗冻强度、极限拉伸、绝热温升等方面与现有的三级碾压混凝土相比均具有一定的优势。本发明碾压混凝土的制备方法的工作流程简单，占地面积小，设备布置灵活便捷，生产效率提高，提高大坝浇筑层厚，大坝浇筑速度可提高约55％。本发明碾压混凝土生产过程中不浪费水资源，不产生污水和粉尘，对周边环境不造成污染，无需另设防尘和除尘设备，节能环保效益显著。综上，本发明无放射性污染，且性能稳定，强度高，收缩小，抗渗，耐磨，具有较好的使用安全性，另外在耐久性、耐磨性、承载能力等方面也优于现有的三级碾压混凝土。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒1份、乙二醇单丁醚8份、聚二甲基硅氧烷3份、水泥47份、减水剂13份、碎石78份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1；其中减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸16份、羟乙基纤维素7份、四硼酸钠2份、水性聚氨酯5份、亚麻油0.5份。
减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理28min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂。将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
实施例2
本发明实施例中，一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒5份、乙二醇单丁醚16份、聚二甲基硅氧烷8份、水泥55份、减水剂21份、碎石86份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1；其中减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸24份、羟乙基纤维素15份、四硼酸钠6份、水性聚氨酯12份、亚麻油4份。
减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理30min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂。将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
实施例3
本发明实施例中，一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒2份、乙二醇单丁醚10份、聚二甲基硅氧烷5份、水泥49份、减水剂15份、碎石80份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1。减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸18份、羟乙基纤维素9份、四硼酸钠3份、水性聚氨酯7份、亚麻油1份。
减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理29min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂。将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
实施例4
本发明实施例中，一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒4份、乙二醇单丁醚14份、聚二甲基硅氧烷6份、水泥53份、减水剂19份、碎石84份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1。减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸22份、羟乙基纤维素13份、四硼酸钠5份、水性聚氨酯10份、亚麻油3份。
减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理29min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂。将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
实施例5
本发明实施例中，一种适用水电水利工程的四级配碾压混凝土，由以下原料按照重量份的组成：锡纳米颗粒3份、乙二醇单丁醚12份、聚二甲基硅氧烷5份、水泥51份、减水剂17份、碎石82份，碎石由特大石、大石、中石、小石组成，碎石的粒径范围是5mm-120mm，其中特大石、大石、中石、小石的粒径范围分别为80mm-120mm、40mm-80mm、20mm-40mm、5mm-20mm，特大石∶大石∶中石∶小石的质量比为4∶3∶4∶1。减水剂由以下按照重量份的成分组成：甲基丙烯酸20份、羟乙基纤维素11份、四硼酸钠4份、水性聚氨酯8份、亚麻油2份。
减水剂的制备：将四硼酸钠与其质量2.2倍的去离子水混合，制得四硼酸钠溶液；将甲基丙烯酸与四硼酸钠溶液混合，并在77℃的温度下加热搅拌处理29min，然后再在该温度下边搅拌边加入羟乙基纤维素，升温至86℃，加入亚麻油并在该温度下超声处理15min，超声功率为800W；然后加入水性聚氨酯，并在128℃的温度下搅拌处理35min即得减水剂。将乙二醇单丁醚与其质量7倍的去离子水混合，制得乙二醇单丁醚溶液；将水泥、锡纳米颗粒、聚二甲基硅氧烷、复合减水剂、碎石与乙二醇单丁醚溶液混合搅拌均匀即得四级配碾压混凝土。
对比例1
除不含有减水剂外，其配方及制备过程与实施例5一致。
对比例2
除不含有锡纳米颗粒外，其配方及制备过程与实施例5一致。
对比例3
除不含有减水剂、锡纳米颗粒外，其配方及制备过程与实施例5一致。
对比例4
用市售减水剂替换实施例5的减水剂，其余均与实施例一致。
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、SL352-2006《水工混凝土试验规程》测试上述实施例1-5及对比例1-4制得的四级配碾压混凝土和传统三级配碾压混凝土的VC值、抗压强度、自生体积变形、绝热温升、干缩率、抗渗等级和抗冻等级等性能参数，相关测试结果见表1。
表1四级配碾压混凝土基本性能
本发明四级配混凝土拌和物具有良好的工作性，VC为不超过2.5s，在上述配比中，本实施例1四级配混凝土在力学性能和耐久性能与传统三级配碾压混凝土相当的前提下，干缩和自生体积变形比传统三级配混凝土显著降低，同时可以降低水化热温升2.2℃～3.3℃，从而可简化温控措施、显著降低温控成本，提高大体积混凝土体积稳定性。实施例5与对比例1-4相比较，可知，本发明中各原料的相互作用下方能得到上述性能。
将本发明四级配混凝土用于水电水利工程，将具有更优的抗裂性，能保证工程在使用过程中的可靠性，降低后期运行和维修的费用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。