本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土及其制备方法。
背景技术：
水工混凝土是水利工程中，尤其是大型水利工程如大坝等最主要的建筑材料。依据使用在水工建筑物的部位不同，对水工混凝土的技术要求也不同。例如，在大坝溢流坝段、溢洪道等泄水建筑物受高速流水冲刷的部位使用时，要求其具有抗冲刷及耐磨性；在大体积建筑物中应用时，为防止温度裂缝，要求其具有低收缩和低温升特性等。
然而，根据目前我国运行中的大坝泄水建筑物的损害情况来看，由于受到推移质的冲击和挟砂水流悬移质的切削，部分泄水建筑物水工混凝土遭受冲磨破坏的情况十分严重。泄水建筑物过流面一旦破损，不仅修复十分困难且需耗费大量人力、物力，严重的不仅自身受到破坏，甚至危及其他建筑物的安全。特别是近一二十年来兴建或正在建设的大批高坝混凝土结构，在高速含沙水流条件下(最大流速超过40m/s)的抗冲磨破坏问题越来越突出，且很多已建的水利水电工程也因为长期冲磨作用导致结构破坏或破损，极需修缮以保证其正常运行。因此，混凝土冲磨破坏问题是水利水电工程领域中一个不可忽视的耐久性问题。
一般来说，提高混凝土的抗冲耐磨性能的主要措施有：降低水胶比、选用优质骨料及添加矿物掺合料等，这些措施可有效提高混凝土的抗压强度，进而提高混凝土的抗冲耐磨性能。在实际工程中，采用低水胶比以及添加硅粉等措施，可以有效提高混凝土的抗压强度，但会导致混凝土内部水化温升过高，由于混凝土导热性能差，较大的内外温差很容易导致混凝土温度裂缝的产生。混凝土开裂会影响混凝土结构的完整性，在推移质的冲击和挟砂水流悬移质的冲击作用下，混凝土会遭受更严重的冲磨破坏。此外，混凝土强度过高容易导致脆性增大、韧性降低，混凝土在温度、湿度等环境作用下更容易开裂。因此，传统提高混凝土抗冲磨耐磨的措施，容易增加混凝土的开裂风险，降低混凝土冲磨性能。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土及其制备方法，能够降低混凝土的绝热温升，减少温度裂缝的产生，增强水泥石与骨料之间的界面黏结力，改善混凝土韧性，减少混凝土的开裂风险，提高混凝土的抗裂性能；具有水化热低、能源消耗低、韧性好的优点及显著的技术经济效益，同时也会大大降低后期运行和维修的费用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括以下组份的材料：
水：120～140kg/m3；
水泥：251～334kg/m3；
硅粉：15～24kg/m3；
粉煤灰：68～89kg/m3；
纤维：1.0～1.2kg/m3；
砂：590～720kg/m3；
碎石：1226～1292kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.35～3.10kg/m3；
引气剂：0.022～0.032kg/m3。
所述水泥为满足gb200－2003技术要求的42.5低热硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为满足dl/t5055-2007技术要求的f类i级粉煤灰。
所述的纤维为pva聚乙烯醇纤维。
所述的碎石由中石和小石组成，中石的表观密度为2770kg/m3，小石的表观密度为2740kg/m3，中石和小石的比例为55：45。
所述的砂的细度模数为2.7。
所述的聚羧酸减水剂和引气剂满足gb8076-2008技术要求。
上述一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥251～334kg/m3，硅粉15～24kg/m3，粉煤灰68～89kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.0～1.2kg/m3，砂590～720kg/m3，碎石1226～1292kg/m3，加入到混合容器中，搅拌90～120s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水120～140kg/m3，引气剂0.022～0.032kg/m3和聚羧酸减水剂2.35～3.10kg/m3，充分混合搅拌80～90s，即可得到所述的低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
本发明有益效果如下：
1、减少混凝土的绝热温升
本发明提供的低温升的抗裂抗冲磨混凝土采用低热硅酸盐水泥，与普通硅酸盐水泥相比，低热硅酸盐水泥具有水化热低、低能源消耗、低环境负荷、耐久性好等特点。在混凝土中使用低热硅酸盐水泥，可以降低混凝土的绝热温升，减少温度裂缝的产生，并可以简化温控措施，节省费用。
2、提高混凝土抗裂性能
本发明与传统的抗冲磨混凝土相比，克服了混凝土容易产生裂缝现象的常见问题，纤维可在混凝土内形成三维有力的空间支撑体系，改善混凝土的内在结构，增强水泥石与骨料(砂和碎石)之间的界面黏结力，改善混凝土韧性，减少混凝土的开裂风险，提高混凝土的抗裂性能。
将本发明的低温升的抗裂抗冲磨混凝土用于水利等重要的大坝泄水建筑物中，将具有水化温升低、抗裂性能好的优点，在确保大坝安全的前提下，起到了提高大坝抗裂性和抗冲磨性的效果，具有显著的技术经济效益，同时也会大大降低后期运行和维修的费用。
具体实施方式
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括以下组份的材料：
水：120～140kg/m3；
水泥：251～334kg/m3；
硅粉：15～24kg/m3；
粉煤灰：68～89kg/m3；
纤维：1.0～1.2kg/m3；
砂：590～720kg/m3；
碎石：1226～1292kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.35～3.10kg/m3；
引气剂：0.022～0.032kg/m3。
所述水泥为满足gb200－2003技术要求的42.5低热硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为满足dl/t5055-2007技术要求的f类i级粉煤灰。
所述的纤维为pva聚乙烯醇纤维。
所述的碎石由中石和小石组成，中石的表观密度为2770kg/m3，小石的表观密度为2740kg/m3，中石和小石的比例为55：45。
所述的砂的细度模数为2.7。
所述的聚羧酸减水剂和引气剂满足gb8076-2008技术要求。
实施例1
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括：
水：122kg/m3；
低热硅酸盐水泥：327kg/m3；
硅粉：22kg/m3；
粉煤灰：87kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.2kg/m3；
砂：599kg/m3；
碎石：1287kg/m3；
聚羧酸减水剂：3.05kg/m3；
引气剂：0.031kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥327kg/m3，硅粉22kg/m3，粉煤灰87kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.2kg/m3，砂599kg/m3，碎石1287kg/m3，加入到混合容器中，搅拌90s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水122kg/m3，引气剂0.031kg/m3和聚羧酸减水剂3.05kg/m3，充分混合搅拌80s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表1抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表2抗冲耐磨混凝土基本性能
实施例2
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括：
水：125kg/m3；
低热硅酸盐水泥：313kg/m3；
硅粉：21kg/m3；
粉煤灰：83kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.16kg/m3；
砂：621kg/m3；
碎石：1274kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.92kg/m3；
引气剂：0.029kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥313kg/m3，硅粉21kg/m3，粉煤灰83kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.16kg/m3，砂621kg/m3，碎石1274kg/m3，加入到混合容器中，搅拌95s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水125kg/m3，引气剂0.029kg/m3和聚羧酸减水剂2.92kg/m3，充分混合搅拌80s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表3抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表4抗冲耐磨混凝土基本性能
实施例3
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括：
水：128kg/m3；
低热硅酸盐水泥：300kg/m3；
硅粉：20kg/m3；
粉煤灰：80kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.12kg/m3；
砂：642kg/m3；
碎石：1260kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.80kg/m3；
引气剂：0.028kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥300kg/m3，硅粉20kg/m3，粉煤灰80kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.12kg/m3，砂642kg/m3，碎石1260kg/m3，加入到混合容器中，搅拌100s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水128kg/m3，引气剂0.028kg/m3和聚羧酸减水剂2.80kg/m3，充分混合搅拌85s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表5抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表6抗冲耐磨混凝土基本性能
实施例4
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括：
水：131kg/m3；
低热硅酸盐水泥：281kg/m3；
硅粉：19kg/m3；
粉煤灰：75kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.08kg/m3；
砂：667kg/m3；
碎石：1252kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.62kg/m3；
引气剂：0.026kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥281kg/m3，硅粉19kg/m3，粉煤灰75kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.08kg/m3，砂667kg/m3，碎石1252kg/m3，加入到混合容器中，搅拌105s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水131kg/m3，引气剂0.026kg/m3和聚羧酸减水剂2.62kg/m3，充分混合搅拌85s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表7的抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表8抗冲耐磨混凝土基本性能
实施例5
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括：
水：134kg/m3；
低热硅酸盐水泥：264kg/m3；
硅粉：18kg/m3；
粉煤灰：71kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.04kg/m3；
砂：690kg/m3；
碎石：1240kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.47kg/m3；
引气剂：0.025kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥264kg/m3，硅粉18kg/m3，粉煤灰71kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.04kg/m3，砂690kg/m3，碎石1240kg/m3，加入到混合容器中，搅拌110s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水134kg/m3，引气剂0.025kg/m3和聚羧酸减水剂2.47kg/m3，充分混合搅拌90s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表9抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表10抗冲耐磨混凝土基本性能
实施例6
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土，包括
水：137kg/m3；
低热硅酸盐水泥：257kg/m3；
硅粉：17kg/m3；
粉煤灰：69kg/m3；
pva聚乙烯醇纤维：1.0kg/m3；
砂：710kg/m3；
碎石：1222kg/m3；
聚羧酸减水剂：2.40kg/m3；
引气剂：0.024kg/m3。
一种低温升的抗裂抗冲磨混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将低热硅酸盐水泥257kg/m3，硅粉17kg/m3，粉煤灰69kg/m3，pva聚乙烯醇纤维1.0kg/m3，砂710kg/m3，碎石1222kg/m3，加入到混合容器中，搅拌120s，得到混合物；
步骤2，向步骤1所得混合物依次加入水137kg/m3，引气剂0.024kg/m3和聚羧酸减水剂2.40kg/m3，充分混合搅拌90s，即可得到所述低温升的抗裂抗冲磨混凝土。
表11抗冲耐磨混凝土配合比(kg/m3)
表12抗冲耐磨混凝土基本性能
根据dl/t5150－2001《水工混凝土试验规程》相关规定对所制备的抗冲耐磨混凝土进行抗压强度、劈裂抗拉强度、绝热温升、干燥收缩和抗冲磨试验，参见表1至表12。
可以看出，本发明所述的低温升的抗裂抗冲磨混凝土，在保证较高强度的作用下，有效提高了混凝土的抗冲耐磨性，降低了混凝土的干缩变形及绝热温升，避免了混凝土的温控裂缝，进而提高了混凝土的抗裂性能。本发明所述的抗冲耐磨混凝土优于现有技术中普通硅酸水泥或未掺纤维所制备的混凝土。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。