一种大体积长寿命混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种大体积长寿命混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、我国《大体积混凝土施工标准》gb50496-2018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。传统的方法中多采用掺入大量矿物掺合料来降低混凝土的水化热，利用微集料效应提升混凝土的耐久性。西方国家已经采用大掺量矿物掺合料高性能混凝土(hpc)建造了设计寿命为150年的中东海湾混凝土桥梁、设计寿命为250年的荷兰东谢尔德预应力混凝土海闸和设计寿命为300年的澳大利亚昆士兰布里斯班大桥。

2、但是，大量矿物掺合料的添加容易造成混凝土开裂而严重降低混凝土的耐久性。目前，常采用中低热水泥结合膨胀剂的方法来抑制混凝土的开裂(例如专利cn111943583a，一种低收缩高抗裂高耐久长寿命混凝土及其制备方法和专利cn115159923 a，一种低收缩抗冻大体积混凝土)。然而，在实际工程中特种水泥成本较高而导致使用量较少；膨胀剂使用后至少一周的养护很难得到保证。因此，很有必要提出新的措施来增加混凝土的抗开裂能力以及开裂后的修复能力，以满足百年混凝土甚至千年混凝土的服役寿命。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种长寿命大体积混凝土及其制备方法，通过多尺度硅酸盐水泥搭配渗透结晶防水剂和膨胀剂等外加剂，实现在较低水化放热条件下，保证混凝土的早期强度和超长服役期内的后期强度，可以大幅提高混凝土的服役寿命。

2、为实现上述目的，本发明提供一种长寿命大体积混凝土，按单位体积质量计包括以下材料：多尺度硅酸盐水泥250～350kg/m3；粉煤灰50～200kg/m3；矿粉0～150kg/m3；细骨料700～900kg/m3；粗骨料1000～1200kg/m3；膨胀剂20～40kg/m3；渗透结晶防水剂0～5kg/m3；减水剂5～10kg/m3；纤维0～10kg/m3；水150～180kg/m3；

3、所述多尺度硅酸盐水泥包括平均粒径为10～15um的普通硅酸盐水泥、平均粒径为20～25um的中尺寸水泥以及平均粒径为30～35um的大尺寸水泥。多尺度硅酸盐水泥为三种颗粒的级配水泥混凝土胶凝材料，相比传统的低热水泥、中低热水泥的早期强度更高，由于多尺度硅酸盐水泥从本质上属于普通硅酸盐水泥，其中硅酸三钙的含量约为60％以上，比低热水泥、中低热水泥中的硅酸三钙更高，早期强度会更好。此外，多尺度硅酸盐水泥可以减少水泥的粉磨时间，节能降碳，同时比低热水泥的成本更低，更有利于工程项目的大规模使用。

4、进一步的，所述普通硅酸盐水泥、中尺寸水泥以及大尺寸水泥的体积分别占所述多尺度硅酸盐水泥总体积的30～70％、20～60％和10～20％。

5、进一步的，所述普通硅酸盐水泥的比表面积不大于360m2/kg，所述中尺寸水泥的比表面积不大于340m2/kg，所述大尺寸水泥的比表面积不大于320m2/kg。

6、进一步的，所述渗透结晶防水剂的表面还包覆有一层疏水硅烷，例如聚甲基氢硅烷。渗透结晶防水材料主要靠水泥水化产生的氢氧化钙反应来密实前期水化产生的空隙，从而增加混凝土的强度；在水化后期，渗透结晶材料与水泥反应还可以使混凝土具有自愈合的能力。本发明采用的水化抑制渗透结晶材料，在渗透结晶材料表面包覆一层疏水硅烷，可以在水泥混凝土中有较长的休眠期，延缓渗透结晶材料与水泥基之间的反应，从而较好的保留渗透结晶的自愈合能力，保证超长服役期内的反应活性和一定的修复能力。

7、进一步的所述膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合ii型膨胀剂。采用膨胀剂补偿混凝土的收缩，从根本上抑制混凝土的收缩开裂。考虑到膨胀剂作用的发挥，混凝土制作工艺中通常要求新制备的混凝土带模养护7天。

8、进一步的，所述纤维为聚丙烯纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、聚甲醛纤维和钢纤维中的一种或几种。

9、进一步的，所述粉煤灰和矿粉的添加量之和≤200kg/m3。优选地，矿粉0～50kg/m3，更优选矿粉0～30kg/m3。长寿命大体积混凝土中大量掺入粉煤灰、矿粉等辅助胶凝材料，这些材料发生二次水化会消耗混凝土中的氢氧化钙，因此本发明中限制辅助胶凝材料的用量最高不超过200kg/m3。同时，增加水泥颗粒的平均体积，减缓水泥的反应速度，从而保证在超长的服役时间内渗透材料可以与水泥反应，提升混凝土的强度和自愈合性能。

10、进一步的，所述细骨料为细度模数在2.3～3.0的河沙，所述粗骨料为粒径在5～20mm的石灰岩。

11、进一步优选的，长寿命大体积混凝土按单位体积质量计包括以下材料：多尺度硅酸盐水泥260～300kg/m3；粉煤灰100～150kg/m3；矿粉0～50kg/m3；细骨料700～800kg/m3；粗骨料1000～1100kg/m3；膨胀剂20～40kg/m3；渗透结晶防水剂2～5kg/m3；减水剂5～10kg/m3；纤维0～5kg/m3；水150～180kg/m3。

12、本发明还提供一种以上任一项所述的长寿命大体积混凝土的制备方法，包括：将长寿命大体积混凝土的各种原材料加入到混凝土搅拌机中，搅拌(约100～150s)好后加入到模具中，带模养护到7d后脱模。其中，纤维通过专门的给料机边搅拌边添加。

13、进一步的，所述混凝土表面还涂刷有无机硅防腐涂料，所述无机硅防腐涂料的主要成分为无机硅酸盐材料，可以实现混凝土同寿命。

14、本发明的有益效果如下：

15、(1)本发明提供的长寿命大体积混凝土，通过对胶凝材料尺度的设计可以实现在较低水化放热条件下，保证混凝土的早期强度和超长服役期内的后期强度。56d氯离子扩散系数≤0.5×10-12m2/s，预计服役寿命可达到500年以上。

16、(2)本发明提出的长寿命大体积混凝土，可以大幅提高混凝土的服役寿命，减少了建筑物全寿命周期内的碳排放，为大体积超长服役工程提供了有力的技术支持。

技术特征：

1.一种长寿命大体积混凝土，其特征在于，按单位体积质量计包括以下材料：多尺度硅酸盐水泥250～350kg/m3；粉煤灰50～200kg/m3；矿粉0～150kg/m3；细骨料700～900kg/m3；粗骨料1000～1200kg/m3；膨胀剂20～40kg/m3；渗透结晶防水剂0～5kg/m3；减水剂5～10kg/m3；纤维0～10kg/m3；水150～180kg/m3；

2.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥、中尺寸水泥以及大尺寸水泥的体积分别占所述多尺度硅酸盐水泥总体积的30～70％、20～60％和10～20％。

3.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥的比表面积不大于360m2/kg，所述中尺寸水泥的比表面积不大于340m2/kg，所述大尺寸水泥的比表面积不大于320m2/kg。

4.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述渗透结晶防水剂的表面还包覆有一层疏水硅烷。

5.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合ii型膨胀剂。

6.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、聚甲醛纤维和钢纤维中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，所述粉煤灰和矿粉的添加量之和≤200kg/m3；

8.根据权利要求1-7任一项所述的长寿命大体积混凝土，其特征在于，按单位体积质量计包括以下材料：多尺度硅酸盐水泥260～300kg/m3；粉煤灰100～150kg/m3；矿粉0～50kg/m3；细骨料700～800kg/m3；粗骨料1000～1100kg/m3；膨胀剂20～40kg/m3；渗透结晶防水剂2～5kg/m3；减水剂5～10kg/m3；纤维0～5kg/m3；水150～180kg/m3。

9.一种权利要求1-8任一项所述的长寿命大体积混凝土的制备方法，其特征在于，包括：将长寿命大体积混凝土的各种原材料加入到混凝土搅拌机中，搅拌好后加入到模具中，带模养护到7d后脱模。

10.根据权利要求9所述的长寿命大体积混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土表面还涂刷有无机硅防腐涂料，所述无机硅防腐涂料的主要成分为无机硅酸盐材料。

技术总结
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种长寿命大体积混凝土及其制备方法。包括：多尺度硅酸盐水泥250～350kg/m3；粉煤灰50～200kg/m3；矿粉0～150kg/m3；细骨料700～900kg/m3；粗骨料1000～1200kg/m3；膨胀剂20～40kg/m3；渗透结晶防水剂0～5kg/m3；减水剂5～10kg/m3；纤维0～10kg/m3；水150～180kg/m3；多尺度硅酸盐水泥包括平均粒径分别为10～15um、20～25um和30～35um的三种水泥。本发明可以增加混凝土的强度和自修复能力，大大提升混凝土的服役寿命，预测混凝土服役寿命可达到500年。

技术研发人员：李扬,赵宇翔,张全贵,万维福
受保护的技术使用者：北京建筑材料科学研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17