CN110240450A - 一种适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土 - Google Patents

Abstract

一种适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，由按重量份计的下列原料混配而成：P·O52.5水泥400～480份、S75级粒化高炉矿渣粉50～106份、河砂690～703份、5mm～20mm连续级配石灰岩碎石1089～1107份、饱水陶砂45份，聚羧酸高性能减水剂11.0～11.7份，水160份。本发明通过骨料优选、饱水陶砂与河砂复掺技术，达到紧密堆积并产生内养护效应，显著降低了混凝土早期收缩率和开裂风险；通过聚羧酸高性能减水剂优化配伍技术，在保证减水率的条件下，科学调控25～40℃的环境条件下混凝土的保坍时间和凝结时间满足施工要求；采用一定比例粒化高炉矿渣粉取代水泥，提高高温低湿环境下混凝土的工作性和降低水化热，提高施工可操作性。

Description

一种适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土。

背景技术

混凝土通常作为主要建筑材料，它具有易成型、能耗低、耐久性好、经济实用以及与钢材结合可制成各种承重机构的优点，是当代应用最广泛的建筑材料。但在施工时间段年平均气温超过30℃的高温低湿河谷地区气候条件下，在要求混凝土具有良好施工性的同时，还要保证其力学性能和耐久性能满足要求。因此，要求混凝土具有较低的水化热、较长的初凝时间，强度、抗收缩性能及抗裂性能也必须达到较高的标准。

在公路桥涵施工过程中，混凝土强度等级高、用水量低、胶凝材料用量高、混凝土黏度高，易造成混凝土泵送阻力大、失水快、工作性损失较大。且高温河谷地区“集热效应”较为突出，混凝土的泵送施工控制难度进一步加大。如何对常规混凝土进行改进使之更适用于上述条件环境中的混凝土施工，是一个亟待解决的问题。中国专利CN108083726A提供了一种适用于热带沙漠高温气候条件的混凝土配制方法，可有效解决沙漠地区高抗渗混凝土的生产施工。但根据该专利所提供的配合比参数生产的混凝土，其强度等级不能满足强度等级达到C50以上。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种强度等级C50以上的适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，以适用于高温低湿环境混凝土施工。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，所述混凝土由按重量份计的下列原料混配而成：

P·O52.5水泥400～480份、S75级粒化高炉矿渣粉50～106份、河砂690～703份、5mm～20mm连续级配石灰岩碎石1089～1107份、饱水陶砂45份，聚羧酸高性能减水剂11.0～11.7份，水160份。

进一步地，所述聚羧酸高性能减水剂是一种减水率大于30％、混凝土缓凝时间大于8h、1h坍落度无损失的功能化聚羧酸减水剂，包括以下组分复配而成：高减水聚羧酸减水剂母液10％、高保坍聚羧酸减水剂母液6％、缓释型聚羧酸减水剂母液3％、高和易性聚羧酸减水剂母液3％、缓凝剂3％～5％、甲基纤维素醚0.1％～0.8％、引气剂0.03％、消泡剂0.05％、水为余量，各组分的质量百分数和为100％，聚羧酸减水剂母液的固含量为50％；所述聚羧酸减水剂母液酸醚比为1.9～3.2，重均分子质量35000～45000，侧链结构为HPEG。

进一步地，所述的聚羧酸高性能减水剂，当混凝土浇筑温度为25℃～30℃时，缓凝剂按质量分数由1％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为30℃～35℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为35℃～40℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和3％蔗糖组成。

进一步地，所述的聚羧酸高性能减水剂，河砂细度模数为2.6～2.7时，甲基纤维素醚的质量分数为0.1％～0.5％；河砂细度模数为2.8～3.0时，甲基纤维素醚的质量分数为0.3％～0.8％。

本发明所述河砂含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，细度模数在2.6～3.0；所述5mm～20mm连续级配石灰岩碎石中的石灰石满足5mm～20mm连续级配要求，针片状颗粒含量≤5％，不规则颗粒含量≤10％，连续级配松散堆积空隙率≤43.0％；所述饱水陶砂是将陶砂进行预浸水至吸水率≥8％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明针对高温河谷地区降雨少、湿度小、蒸发大、日照充足、气温高的气候特征，开发了一种适用于高温低湿河谷地区使用抗裂低收缩高性能混凝土，所采用的聚羧酸高性能减水剂可根据不同施工环境温度和原材料性能指标调整复配参数，以满足混凝土具有良好施工性的同时，力学性能和耐久性也能满足施工要求。

第二，本发明提供了一种强度等级可达C50以上且适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，通过骨料优选和复掺技术，降低混凝土孔隙率和水分蒸发速率，达到紧密堆积并产生内养护效应，可降低混凝土早期收缩率，降低开裂风险。

第三，本发明所提供的混凝土在生产过程中可综合利用工业废渣，通过掺入粒化高炉矿渣粉的技术手段可在一定程度上减少水泥用量，降低水化热，改善混凝土和易性，满足泵送施工要求，可为高温低湿环境下公路工程混凝土的绿色施工提供理论依据和参考。

综上，本发明通过骨料优选、饱水陶砂与河砂复掺技术，达到紧密堆积并产生内养护效应，显著降低了混凝土早期收缩率和开裂风险；通过聚羧酸高性能减水剂优化配伍技术，在保证减水率的条件下，科学调控25～40℃的环境条件下混凝土的保坍时间和凝结时间满足施工要求；采用一定比例粒化高炉矿渣粉取代水泥，提高高温低湿环境下混凝土的工作性和降低水化热，提高施工可操作性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对本发明的混凝土的具体实施例，本发明中的适用于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土的各组分及质量配比一般选取如下范围：P·O52.5水泥400～480份、S75级粒化高炉矿渣粉50～106份、河砂690～703份、5mm～20mm连续级配石灰岩碎石1089～1107份、饱水陶砂45份、聚羧酸高性能减水剂11.0～11.7份、水160份。具体的数值用量是根据配合比的设计方法计算得出。

碎石级配对混凝土工艺性能会产生一定影响，在实际施工过程中，混凝土浇筑通常选择泵送施工。对于泵送混凝土，常用级配有5～20mm和5～25m两种。碎石基于以下两点考虑：5～20mm级配碎石最大粒径较小，更有助于提高新拌混凝土流动性，便于在浇筑过程中混凝土达到自密实混凝土的工作性能要求；公路桥涵施工过程中钢筋绑扎较为密集，钢筋间距较小，采用较小粒径的碎石，有利于在浇筑时填充钢筋缝隙。

常用普通硅酸盐水泥为P·O52.5和P·O42.5两种，其区别在于采用特定试验方法，水泥胶砂试验28d强度分别大于52.5MPa和42.5MPa，本发明采用P·O52.5水泥可以在达到相同强度等级的前提下降低单方混凝土水泥用量，水泥用量的降低可以降低浆体粘度，有利于混凝土工作性能的提升。

粒化高炉矿渣粉分为S75级和S95级，掺入矿渣粉的主要目的是减少水泥用量，从而降低水泥的水化热，降低开裂风险。且因为矿粉具有一定活性，因此硬化混凝土不会因为矿粉的掺入导致强度下降，基于本发明所述配合比设计方法，其强度富余量可以使硬化混凝土强度达到设计强度等级的120％以上，因此综合经济性考虑，选择成本较低的S75级矿粉即可满足配合比设计要求。

本发明的河砂含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，细度模数在2.6～3.0；所述石灰石满足5mm～20mm连续级配要求，针片状颗粒含量≤5％，不规则颗粒含量≤10％，连续级配松散堆积空隙率≤43.0％；所述陶砂需进行预浸水，其吸水率≥8％。

本发明所述的所述聚羧酸高性能减水剂是一种减水率大于30％、混凝土缓凝时间大于8h、1h坍落度无损失的功能化聚羧酸减水剂，包括以下组分复配而成：高减水聚羧酸减水剂母液10％、高保坍聚羧酸减水剂母液6％、缓释型聚羧酸减水剂母液3％、高和易性聚羧酸减水剂母液3％、缓凝剂3％～5％、甲基纤维素醚0.1％～0.8％、引气剂0.03％、消泡剂0.05％、水为余量，各组分的质量百分数和为100％，聚羧酸减水剂母液的固含量为50％；所述聚羧酸减水剂母液酸醚比为1.9～3.2，重均分子质量35000～45000，侧链结构为HPEG。

本发明所述的聚羧酸高性能减水剂，当混凝土浇筑温度为25℃～30℃时，缓凝剂按质量分数由1％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为30℃～35℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为35℃～40℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和3％蔗糖组成。

本发明所述的聚羧酸高性能减水剂，其特征在于，河砂细度模数为2.6～2.7时，甲基纤维素醚的质量分数为0.1％～0.5％；河砂细度模数为2.8～3.0时，甲基纤维素醚的质量分数为0.3％～0.8％。

除非另有说明，上述描述中所述及的百分比均为质量百分比。

制备本发明所述混凝土所用的各种原料，如P·O52.5水泥、S75级粒化高炉矿渣粉、河砂、5mm～20mm连续级配石灰岩碎石、陶砂、高减水聚羧酸母液、高保坍聚羧酸母液、缓凝型聚羧酸母液、聚醚类引气剂、有机硅消泡剂等均可市购，也可根据现有技术自行配制。

下面列举根据不同的施工条件提出的配合比参数，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的日气温分别为25℃、30℃、35℃、40℃，具体配合比参数及混凝土性能指标见表1～表5。表1中的水泥即P·O52.5水泥、矿渣粉即S75级粒化高炉矿渣粉、碎石即5mm～20mm连续级配石灰岩碎石。

表1实施例1～4混凝土配合比参数(kg/m³)

表2实施例1～4混凝土工作性指标

表3实施例1～4混凝土力学性能

表4实施例1～4平板开裂试验指标

表5实施例1～4早期收缩率

新拌混凝土坍落度均在210mm以上，倒提时间在5s以内，扩展度均大于560mm，新拌混凝土和易性较好，坍落度饼中心均未出现骨料堆积现象，边缘均没有出现浆体析出现象；且1h后混凝土工作性能无损失。混凝土的28d强度均达设计值的125％以上，强度及静力受压弹性模量满足设计及施工要求。采用实施例1～4配合比参数生产混凝土早期收缩率较小，且混凝土抗裂等级均可达到Ⅲ级。

通过实施例证明，本发明可降低混凝土的收缩率，提高混凝土抗裂性能。本发明还可以降低水化热和提高混凝土强度，延长混凝土初凝时间，提高混凝土和易性，增强施工可操作性，保证混凝土浇筑质量，同时降低成本、增强施工可操作性。

Claims (7)

1.一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述混凝土由按重量份计的下列原料混配而成：P·O52.5水泥400～480份、S75级粒化高炉矿渣粉50～106份、河砂690～703份、5mm～20mm连续级配石灰岩碎石1089～1107份、饱水陶砂45份，聚羧酸高性能减水剂11.0～11.7份，水160份。

2.根据权利要求1所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂是一种减水率大于30％、混凝土缓凝时间大于8h、1h坍落度无损失的功能化聚羧酸减水剂，包括以下组分复配而成：高减水聚羧酸减水剂母液10％、高保坍聚羧酸减水剂母液6％、缓释型聚羧酸减水剂母液3％、高和易性聚羧酸减水剂母液3％、缓凝剂3％～5％、甲基纤维素醚0.1％～0.8％、引气剂0.03％、消泡剂0.05％、水为余量，各组分的质量百分数和为100％，聚羧酸减水剂母液的固含量为50％；所述聚羧酸减水剂母液酸醚比为1.9～3.2，重均分子质量35000～45000，侧链结构为HPEG。

3.根据权利要求1或2所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂，当混凝土浇筑温度为25℃～30℃时，缓凝剂按质量分数由1％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为30℃～35℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和2％蔗糖组成；温度为35℃～40℃时，缓凝剂按质量分由2％葡萄糖酸钠和3％蔗糖组成。

4.根据权利要求1或2所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂，河砂细度模数为2.6～2.7时，甲基纤维素醚的质量分数为0.1％～0.5％；河砂细度模数为2.8～3.0时，甲基纤维素醚的质量分数为0.3％～0.8％。

5.根据权利要求1所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述河砂含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，细度模数在2.6～3.0。

6.根据权利要求1所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述5mm～20mm连续级配石灰岩碎石中的石灰石满足5mm～20mm连续级配要求，针片状颗粒含量≤5％，不规则颗粒含量≤10％，连续级配松散堆积空隙率≤43.0％。

7.根据权利要求1所述的一种适于高温河谷地区的高抗裂低收缩高性能混凝土，其特征在于，所述饱水陶砂是将陶砂进行预浸水至吸水率≥8％。