一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料，由水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑經(jīng)攪拌、混合、水化及凝結(jié)而成，其中水、P.II52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑占該高強(qiáng)抗裂混凝土材料的重量百分比分別為：水4％～6％、P.II52.5水泥11％～14％、河砂24％～34％、粗骨料石子30％～40％、粉煤灰2％～5％、礦粉1％～3％、硅粉2％～4％、吸水陶粒1％～4％、復(fù)合型外加劑0％～1％。利用本發(fā)明，能夠維持混凝土的高強(qiáng)度、高彈性模量以及良好的施工性能，同時解決混凝土早期開裂的問題，并且不增加生產(chǎn)和施工工藝難度。
【專利說明】一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料。

【背景技術(shù)】
[0002]混凝土是建筑施工中必不可少的重要材料，具有適用環(huán)境廣泛、原料充足、工藝簡單、防火性能好等優(yōu)點，但它是一種脆性材料，尤其是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，道路、橋梁和其他結(jié)構(gòu)工程大量使用的高強(qiáng)混凝土，按常規(guī)組份和配比施工得到的高強(qiáng)混凝土澆筑后很容易產(chǎn)生微裂縫等缺陷。這是因為，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，水灰比不斷降低，導(dǎo)致混凝土材料收縮增大；同時，材料配合比中膠凝材料量顯著增加，混凝土硬化過程中的水化升溫提高。這些因素都容易引起混凝土材料早期開裂。混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中會出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力集中，使內(nèi)部存在微裂紋等缺陷的部位裂紋迅速擴(kuò)展延伸最終形成較大的裂縫。
[0003]混凝土裂縫的發(fā)生與發(fā)展，不僅會影響工程的外觀質(zhì)量，還會明顯增加混凝土材料的滲透性，水、二氧化碳、氯離子會加速侵入混凝土內(nèi)部，影響結(jié)構(gòu)材料的抗凍和抗碳化性能，容易誘發(fā)內(nèi)部鋼筋的銹蝕和混凝土材料的老化，從而可能損害結(jié)構(gòu)的承載能力，降低結(jié)構(gòu)的耐久性。目前國內(nèi)外建設(shè)的許多大型橋梁、江河堤壩、大型體育場館等公用設(shè)施，都或多或少的出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷裂縫，有的部位已經(jīng)延伸到鋼筋部位，使混凝土建筑物的整體性受到破壞，堤壩出現(xiàn)滲漏，地下室滲水變潮，橋梁的安全性受到質(zhì)疑，并最終拆除重建，許多公共場所被迫關(guān)閉，造成大量的人力物力浪費，人們的生命財產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。
[0004]為了解決高強(qiáng)混凝土早期開裂問題，目前通用的技術(shù)措施是摻加膨脹劑減少材料早期收縮。對于處于潮濕環(huán)境及地下的混凝土工程、游泳池及水工工程，其使用的混凝土材料強(qiáng)度標(biāo)號一般在C40以下，目前基本上實現(xiàn)了摻加膨脹劑后混凝土不開裂，不滲漏，保證了這些混凝土建筑物的正常使用。但對于大多數(shù)露天工程，特別是橋梁、大型體育場館的頂板和屋架、大面積公用建筑的地面、飛機(jī)跑道等混凝土構(gòu)筑物，即使強(qiáng)度等級在C40左右，摻加膨脹劑不僅不能起到防裂的作用，而且在使用過程中開裂的更嚴(yán)重。這是由于膨脹劑的水化和水化產(chǎn)物的形成，必須在飽水的條件下進(jìn)行，一旦周圍環(huán)境水分不足，膨脹劑不僅不會起到膨脹抗裂作用，并且由于膨脹劑水化還要爭奪原本不多的水分，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生毛細(xì)管力，導(dǎo)致混凝土收縮，形成裂紋。
[0005]國內(nèi)外的研究者或工程師也有采用減縮劑以緩解高強(qiáng)混凝土的早期收縮開裂現(xiàn)象，但是減縮劑在應(yīng)用中存在著摻量大、成本高，并且存在與其它外加劑的相容性問題以及因延緩水泥水化速率導(dǎo)致的早期強(qiáng)度問題，因此在我國目前沒有大范圍推廣應(yīng)用。
[0006]有的研究者采用摻加纖維的方法來改善高強(qiáng)混凝土的抗早期開裂性能。摻加的纖維一般有玻璃纖維、有機(jī)質(zhì)植物纖維和鋼纖維三種，但是摻加纖維的混凝土坍落度損失大，擴(kuò)展度小，工作性差，不利于長距離運(yùn)輸和泵送施工，且摻加纖維導(dǎo)致混凝土生產(chǎn)工藝復(fù)雜，纖維容易分散不均勻，嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度，因此不能大面積推廣使用。
[0007]近年來有很多研究者采用摻加超吸水樹脂進(jìn)行內(nèi)養(yǎng)護(hù)以達(dá)到抗早期開裂的目的，但是摻加超吸水樹脂同樣存在大幅降低混凝土強(qiáng)度的問題。例如，Pierard J等人在(Pierard J, Pollet V, Cauberg N.Mitigat1n of autogeno usshrinkage in HPC byinternal curing using superabsorbent polymers[J].Belgi an Building Res Inst,2005(9):97;胡曙光，周宇飛，王發(fā)洲，等.高吸水性樹脂顆粒對混凝土自收縮與強(qiáng)度的影響[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，2008 (3):1)中發(fā)現(xiàn)，在混凝土中分別添加膠凝材料質(zhì)量的
0.3%和0.6%的預(yù)吸水高吸水樹脂，28d抗壓強(qiáng)度就降低了 8%和14%。胡曙光等人研究也表明，膠材質(zhì)量0.5 %預(yù)吸水高吸水樹脂的加入對混凝土 7d強(qiáng)度影響較小，但28d強(qiáng)度下降明顯。這主要是因為:高吸水樹脂釋放出水分后，在混凝土中留下蜂窩狀孔洞，減小了試件的有效截面積，試件受壓時在孔洞處易造成應(yīng)力集中，促進(jìn)了微裂紋的生成與發(fā)展，從而降低了混凝土強(qiáng)度。
[0008]最近也有研究者嘗試采用摻加多孔陶粒的辦法緩解混凝土早期開裂現(xiàn)象，如韓宇棟等人(韓宇棟，張君，王振波.預(yù)吸水輕骨料對高強(qiáng)混凝土早期收縮的影響[J].硅酸鹽學(xué)報，2013 (41) =1070-1078)采用預(yù)吸水陶粒改善基準(zhǔn)水灰比為0.33的混凝土的早期收縮性能，該研究在采用多孔陶粒的同時采取了減少水灰比的技術(shù)措施以求保證力學(xué)性能，但是混凝土的彈性模量下降幅度仍高達(dá)19%。這種材料若在工程中使用將嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一 )要解決的技術(shù)問題
[0010]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種低成本、便于施工并且能有效防止早期開裂現(xiàn)象的高強(qiáng)抗裂混凝土材料。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料由水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑經(jīng)攪拌、混合、水化及凝結(jié)而成，其中水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑占該高強(qiáng)抗裂混凝土材料的重量百分比分別為:水4%~6%,P.1152.5水泥11%~14%、河砂24%~34%、粗骨料石子30%~40%、粉煤灰2%~5%、礦粉I %~3%、硅粉2%~4%、吸水陶粒I %~4%、復(fù)合型外加劑0%~1%。
[0013]上述方案中，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料是在攪拌和混合過程中采用復(fù)合型外加劑并加入多孔的吸水陶粒。
[0014]上述方案中，所述吸水陶粒為粉煤灰陶粒、粘土陶粒、頁巖陶?；蚧鸪蓭r陶粒中的一種或多種。
[0015]上述方案中，所述吸水陶粒的預(yù)吸水量為其飽和吸水量的30% -100%。所述吸水陶粒與所述粗骨料石子的體積比小于等于3: 10。
[0016]上述方案中，所述復(fù)合型外加劑為氨基磺酸鹽系列減水劑。
[0017]上述方案中，所述粗骨料石子為級配碎石，包括10~20mm小石子與20~40mm大石子，小石子與大石子的重量比為0.8~1.2:1。
[0018]上述方案中，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中水膠比為0.22~0.32。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]1、本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，能夠防止高強(qiáng)混凝土早期開裂的發(fā)生，在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗裂實驗中基本能夠消除混凝土的早期開裂；能夠減少道路、橋梁和其他結(jié)構(gòu)工程中早期裂縫的產(chǎn)生，降低混凝土材料澆筑后對早期常規(guī)養(yǎng)護(hù)工藝的依賴，并且同時保持混凝土的高抗壓強(qiáng)度和高彈性模量。
[0022]2、本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，生產(chǎn)和施工工藝簡便，摻加的多孔陶粒為自然界廣泛存在的無機(jī)材料，成本低廉，無毒無味，耐高溫抗老化，對環(huán)境無污染，使用方便，適用于各種施工環(huán)境以及工程，尤其對在氣候干燥地區(qū)需要使用高強(qiáng)混凝土建設(shè)的工程具有重要意義，使高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)具有卓越的抗凍、防滲和耐腐蝕等耐久性能，保持結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性和安全性，有效延長高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料的成分重量百分比組成圖。

【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，通過摻加吸水陶粒和復(fù)合型外加劑，不改變普通混凝土的生產(chǎn)和施工工藝，保持高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能和施工性能，實現(xiàn)高強(qiáng)混凝土良好的早期抗裂性能。
[0026]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料的成分重量百分比組成圖，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料由水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑經(jīng)攪拌、混合、水化及凝結(jié)而成，其中水、P.Π52.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑占該高強(qiáng)抗裂混凝土材料的重量百分比分別為:水4%~6%、P.1152.5水泥11%~14%、河砂24%~34%、粗骨料石子30%~40%、粉煤灰2%~5%、礦粉1%~3%、硅粉2%~4%、吸水陶粒1%~4%、復(fù)合型外加劑0%~1%。
[0027]其中，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料是在攪拌和混合過程中采用復(fù)合型外加劑并加入多孔的吸水陶粒。吸水陶?？梢詾榉勖夯姨樟?、粘土陶粒、頁巖陶?；蚧鸪蓭r陶粒中的一種或多種，吸水陶粒的預(yù)吸水量為其飽和吸水量的30% -100%。
[0028]在該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中，吸水陶粒與粗骨料石子的體積比小于等于3: 10，即吸水陶粒占粗骨料石子的體積百分率為0.01% -30%。粗骨料石子為級配碎石，包括10~20mm小石子與20~40mm大石子，小石子與大石子的重量比為0.8~1.2:1。
[0029]在該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中，復(fù)合型外加劑為氨基磺酸鹽減水劑。
[0030]在該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中水膠比為0.22~0.32。
[0031]本發(fā)明提供的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，能夠維持混凝土的高強(qiáng)度、高彈性模量以及良好的施工性能，同時解決混凝土早期開裂問題，并且不增加生產(chǎn)和施工工藝難度。
[0032]優(yōu)選地，對總重量為1500kg的該高強(qiáng)抗裂混凝土材料，按水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑=I1kg~160kg: 280kg ~360kg: 600kg ~900kg: 700kg ~900kg: 30kg ~130kg: 30kg ~80kg: 30kg~160kg: 30kg~90kg: 9kg~21kg的重量比，經(jīng)攪拌、混合、水化、凝結(jié)而得，其中水膠比為0.22~0.32。
[0033]對于上述總重量為1500kg的該高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其制備工藝如下:首先確定吸水陶粒的種類和數(shù)量，然后按照吸水陶粒飽和吸水量的30~100%稱量陶粒浸泡用水的質(zhì)量，再將吸水陶粒與陶粒浸泡用水充分混合。將按配合比稱量好的混凝土拌和物倒入攪拌機(jī)中攪拌，加料順序為:將碎石、陶粒、砂一起加入攪拌30~50秒；將水泥、礦物摻和料加入攪拌30~60秒；將水與復(fù)合型外加劑混合后加入攪拌機(jī)攪拌120~150秒，觀察其坍落度合格后出料。
[0034]實施例1:
[0035]P.1152.5 水泥:312kg
[0036]級配粗骨料石子:798kg(其中大石子與小石子質(zhì)量比為0.8:1)
[0037]普通水洗河砂:722kg
[0038]粉煤灰:104kg
[0039]礦粉:52kg
[0040]硅粉:52kg
[0041]水:130kg
[0042]預(yù)吸水粘土陶粒:60kg (粗骨料體積替換率為20% ;其中含水12kg)
[0043]復(fù)合型氨基磺酸鹽高效減水劑:14kg
[0044]首先稱量粘土多孔陶粒48kg，然后稱量陶粒浸泡用水12kg，再將多孔陶粒與陶粒浸泡用水充分混合。將碎石、陶粒、砂一起加入攪拌30秒；將水泥、礦物摻和料加入攪拌60秒；將水與復(fù)合型外加劑混合后加入攪拌機(jī)攪拌120秒，觀察其坍落度合格后出料。
[0045]經(jīng)檢測，所得高強(qiáng)抗裂混凝土材料(相當(dāng)于強(qiáng)度等級C70)，坍落度162mm，28天抗壓強(qiáng)度79.4MPa，彈性模量3.77X 14MPa0依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的平板開裂實驗48小時內(nèi)未出現(xiàn)裂縫，抗裂性能好。
[0046]實施例2:
[0047]P.1152.5 水泥:332kg
[0048]級配粗骨料石子:783kg(其中大石子與小石子質(zhì)量比為1:1)
[0049]普通水洗河砂:741kg
[0050]粉煤灰:52kg
[0051]礦粉:52kg
[0052]硅粉:104kg
[0053]水:132kg
[0054]預(yù)吸水頁巖陶粒:45kg(粗骨料體積替換率為14% ;其中含水9kg)
[0055]復(fù)合型氨基磺酸鹽高效減水劑:17.7kg
[0056]首先稱量頁巖多孔陶粒36kg，然后稱量陶粒浸泡用水9kg，再將多孔陶粒與陶粒浸泡用水充分混合。將碎石、陶粒、砂一起加入攪拌30秒；將水泥、礦物摻和料加入攪拌60秒；將水與復(fù)合型外加劑混合后加入攪拌機(jī)攪拌120秒，觀察其坍落度合格后出料。
[0057] 經(jīng)檢測，所得高強(qiáng)抗裂混凝土材料(相當(dāng)于強(qiáng)度等級C75)，坍落度155_，28天抗壓強(qiáng)度84.5MPa，彈性模量3.82X 14MPa0依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的平板開裂實驗48小時內(nèi)未出現(xiàn)裂縫，抗裂性能好。
[0058]實施例3:
[0059]P.1I52.5 水泥:345kg
[0060]級配粗骨料石子:771kg(其中大石子與小石子質(zhì)量比為1:1)
[0061]普通水洗河砂:729kg
[0062]粉煤灰:38kg
[0063]礦粉:38kg
[0064]硅粉:145kg
[0065]水:138kg
[0066]預(yù)吸水頁巖陶粒:35kg(粗骨料體積替換率為11% ;其中含水5kg)
[0067]復(fù)合型氨基磺酸鹽高效減水劑:19.3kg
[0068]首先稱量頁巖多孔陶粒30kg，然后稱量陶粒浸泡用水5kg，再將多孔陶粒與陶粒浸泡用水充分混合。將碎石、陶粒、砂一起加入攪拌30秒；將水泥、礦物摻和料加入攪拌60秒；將水與復(fù)合型外加劑混合后加入攪拌機(jī)攪拌120秒，觀察其坍落度合格后出料。
[0069]經(jīng)檢測，所得高強(qiáng)抗裂混凝土材料(相當(dāng)于強(qiáng)度等級C80)，坍落度148mm，28天抗壓強(qiáng)度89.9MPa，彈性模量3.97X 14MPa0依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的平板開裂實驗48小時內(nèi)未出現(xiàn)裂縫，抗裂性能好。
[0070]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料由水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑經(jīng)攪拌、混合、水化及凝結(jié)而成，其中水、P.1152.5水泥、河砂、粗骨料石子、粉煤灰、礦粉、硅粉、吸水陶粒和復(fù)合型外加劑占該高強(qiáng)抗裂混凝土材料的重量百分比分別為:水4%~6%、P.1152.5水泥11 %~14%、河砂24%~34%、粗骨料石子30%~40%、粉煤灰2%~5%、礦粉I %~3%、硅粉2%~4%、吸水陶粒1%~4%、復(fù)合型外加劑0%~1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料是在攪拌和混合過程中采用復(fù)合型外加劑并加入多孔的吸水陶粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒為粉煤灰陶粒、粘土陶粒、頁巖陶粒或火成巖陶粒中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒的預(yù)吸水量為其飽和吸水量的30% -100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，所述吸水陶粒與所述粗骨料石子的體積比小于等于3: 10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，所述復(fù)合型外加劑為氨基磺酸鹽系列減水劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料石子為級配碎石，包括10~20mm小石子與20~40mm大石子，小石子與大石子的重量比為0.8~1.2:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)抗裂混凝土材料，其特征在于，該高強(qiáng)抗裂混凝土材料中水膠比為0.22~0.32。
【文檔編號】C04B28/04GK104129958SQ201410356587
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】郭瑞, 安明喆, 韓松, 劉高, 高原 申請人:中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司