一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土及制備方法。先將P·O42.5水泥、最大粒徑不超過20mm的石子、砂子、粉煤灰、礦渣投到強制式攪拌機中，之后向攪拌機中加入質量為m1的水，一起攪拌2～3分鐘，之后將吸水性樹脂與質量為m2的水混合在一起，按照吸水性樹脂：水＝1:30進行預飽和后加入到攪拌機中，然后將微纖維、活性激發(fā)劑加入到攪拌機中，攪拌1～2分鐘，待攪拌均勻后，向質量為m3的水中加入玉米秸稈粉，放入攪拌機中繼續(xù)進行攪拌直到攪拌均勻，當混凝土攪拌均勻后拉開料門進行施工。本發(fā)明的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土可以運用在對耐久性，強度要求較高的大型水池，高速公路等混凝土工程中。
【專利說明】
一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土及制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種混凝土，特別是一種應對高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土。本 發(fā)明還涉及一種混凝土的制備方法。
【背景技術】
[0002] 在植被稀少又缺水的荒漠地區(qū)，普通混凝土會由于氣候高溫干燥，水泥水化熱大， 混凝土的散熱較慢，內外散熱不均勻出現(xiàn)大量的裂縫問題，在一定程度上影響著混凝土的 耐久性和強度。同時，在這種環(huán)境下的施工存在著一定的難度且維修工序復雜、費用又高。 因此，高溫荒漠環(huán)境下的混凝土應該選擇合適的基礎理論，配合比以及建筑材料等以滿足 混凝土的耐久性，強度要求。
[0003] 施工環(huán)境多變和施工人員的素質差異以及實際條件的限制，往往導致混凝土養(yǎng)護 不及時或者養(yǎng)護不夠，易出現(xiàn)早期的微裂縫。在此種情況下，要求人們開發(fā)出高耐久性高強 度的混凝土，而這種高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土，具有高強度，高耐久性，耐高溫的優(yōu)點， 在一定程度上能夠防止混凝土的開裂從而使結構的服役壽命得以延長。與本發(fā)明相關的公 開報道主要包括：
[0004] 公開號為CNI04446174A的專利文件中，公開了 "一種適用于嚴酷環(huán)境的高抗裂混 凝土及其施工方法"。是一種為了解決混凝土抗裂技術對環(huán)境適應性差而提出的適用于嚴 酷環(huán)境的高抗裂混凝土。按照配比稱量各原料攪拌得到新拌混凝土，在具有遮陽防風作用 的施工棚中按"之"形順序澆筑新拌混凝土采用振搗棒進行二次振搗混凝土抹面后，立即噴 涂快速成膜型養(yǎng)護劑進行保溫保濕防風養(yǎng)護。
[0005] "粉煤灰高強輕骨料混凝土早期自收縮及抗裂性試驗研究"（《硅酸鹽學報》2013， 06:1151-1156.)中，摻入不同細度的粉煤灰等量取代水泥10%~30%，制備了粉煤灰高強 輕骨料混凝土，采用自行設計試驗和橢圓環(huán)法試驗分別研究了早期自收縮變形和抗裂性 能，并與基準樣進行了對比分析，根據(jù)結果分析，在實際工程中，粉煤灰的摻入可作為減小 高強輕骨料混凝土早期自收縮和提高抗裂性能的技術手段。
[0006] "基于緊密堆積理論的混凝土配合比設計方法研究"（《混凝土與水泥制品》，2010， 06:15-21.)中公開的方法，以混凝土配合比設計現(xiàn)行規(guī)范為基礎，參考緊密堆積理論通過 試驗擬合出試配強度和漿骨比之間的定量關系以及試配強度和最優(yōu)砂率的關系，從而為混 凝土配合比設計提供最為關鍵的兩個參數(shù)單方用水量和砂率，最終根據(jù)配合比設計規(guī)范計 算得到各組份的配合比設計結果，具有系統(tǒng)化和可程序化的優(yōu)點。
[0007] "淺談抗裂混凝土優(yōu)化設計及方法"（《混凝土技術》，2007,01:6-8.)中，在滿足坍 落度、抗壓強度的基本要求的基礎上，同時實現(xiàn)低收縮值的配比優(yōu)化，采用加快混凝土失水 速度的方法，考察混凝土塑性收縮開裂情況，客觀反映混凝土的長期抗裂性能。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種適應高溫、干燥氣候條件的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗 裂混凝土。本發(fā)明的目的還在于提供一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土的制備方法。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0010]本發(fā)明的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土由P ? 042.5水泥、最大粒徑不超過 20mm的石子、II區(qū)中砂、粉煤灰、礦渣、微纖維、活性激發(fā)劑、玉米秸桿粉、吸水性樹脂和水制 成，各原料的重量配比依次為:9.5%~13.5%、40%~50%、25.5%~30%、5.5%~7.5%、 3.5%~5%、0.01%~0.015%、0.01%~0.15%、0.01%~0.015%、0.02%~0.05%和 6.5% ~8%〇
[0011] 本發(fā)明的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土還可以包括：
[0012] 1、所述玉米秸桿粉采用的是干燥的玉米秸桿利用磨碎機磨碎的0.3~2mm顆粒狀 粉末。
[0013] 2、所述吸水性樹脂為丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物。
[0014] 本發(fā)明的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土的制備方法為：
[0015]先將P ? 042.5水泥、最大粒徑不超過20mm的石子、砂子、粉煤灰、礦渣投到強制式 攪拌機中，之后向攪拌機中加入質量為mi的水，一起攪拌2~3分鐘，之后將吸水性樹脂與質 量為肥的水混合在一起，按照吸水性樹脂:水=1:30進行預飽和后加入到攪拌機中，然后將 微纖維、活性激發(fā)劑加入到攪拌機中，攪拌1~2分鐘，待攪拌均勻后，向質量為m 3的水中加 入玉米秸桿粉，放入攪拌機中繼續(xù)進行攪拌直到攪拌均勻，當混凝土攪拌均勻后拉開料門 進行施工，其中1111+1112+1113 = ]?，]\1為配比中水的總質量，配比為？- 042.5水泥、最大粒徑不超過 20mm的石子、II區(qū)中砂、粉煤灰、礦渣、微纖維、活性激發(fā)劑、玉米秸桿粉、吸水性樹脂和水的 重量配比依次為：9.5%~13.5%、40%~50%、25.5%~30%、5.5%~7.5%、3.5%~5%、 0.01 %~0.015%、0? 01 %~0.15%、0? 01 %~0.015%、0? 02%~0.05%和6.5%~8%。 [0016]公開號為CNI04446174A的專利文件中，采用的是按照配比稱量各原料攪拌得到新 拌混凝土，在具有遮陽防風作用的施工棚中按"之"形順序澆筑新拌混凝土采用振搗棒進行 二次振搗混凝土抹面后，立即噴涂快速成膜型養(yǎng)護劑進行保溫保濕防風養(yǎng)護。與本發(fā)明采 用基礎理論和原材料有本質的區(qū)別。"粉煤灰高強輕骨料混凝土早期自收縮及抗裂性試驗 研究"一文中，摻入不同細度的粉煤灰等量取代水泥10%~30%，制備了粉煤灰高強輕骨料 混凝土，采用自行設計試驗和橢圓環(huán)法試驗分別研究了早期自收縮變形和抗裂性能。與本 發(fā)明采用的基礎理論和原材料有明顯的不同。"基于緊密堆積理論的混凝土配合比設計方 法研究"一文中，采用的是以混凝土配合比設計現(xiàn)行規(guī)范為基礎，參考緊密堆積理論通過試 驗擬合出試配強度和漿骨比之間的定量關系以及試配強度和最優(yōu)砂率的關系，從而為混凝 土配合比設計提供最為關鍵的兩個參數(shù)單方用水量和砂率，最終根據(jù)配合比設計規(guī)范計算 得到各組份的配合比設計結果。與本發(fā)明采用的原材料有明顯的不同。"淺談抗裂混凝土優(yōu) 化設計及方法"中，采用的是采用加快混凝土失水速度的方法，考察混凝土塑性收縮開裂情 況，客觀反映混凝土的長期抗裂性能，與本發(fā)明采用的基礎理論和原材料有明顯的不同。
[0017] 在高溫荒漠的環(huán)境下混凝土材料由于高溫，本身結構，建筑材料，施工等多方面因 素造成內部孔隙結構被破壞形成的開裂問題。為此本發(fā)明提出的一種在高溫荒漠的惡劣環(huán) 境下的抗裂混凝土，通過改善混凝土的顆粒級配和水灰比使其適應高溫、干燥的氣候條件。
[0018] 本發(fā)明的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土以P ? 042.5水泥，最大粒徑不超過20mm的 石子，n區(qū)中砂，粉煤灰，礦渣，在產生較大變形時抵抗收縮應力并且抑制或者減少早期微 裂縫產生的微纖維，激發(fā)混凝土中的活性物質，讓其發(fā)生化學反應產生粘結性，大大降低水 泥用量提高其利用率的活性激發(fā)劑，保證水分不蒸發(fā)同時減少干縮開裂的玉米秸桿粉，達 到吸水極限后，當外界濕度小于內部濕度會自動釋放水分防止混凝土因缺少水分產生裂縫 的高吸水性樹脂，水作為主要原料。利用最緊密堆積，保證混凝土通過骨料的緊密堆積制備 而成。微纖維采用的是由AEBE多聚糖和50US纖維素醚生物高分子聚合物化工合成的，能夠 使混凝土的抗壓、抗折、劈拉強度和抗?jié)B性、抗裂性、抗沖擊性均有較大幅度的提高。
[0019] 活性激發(fā)劑能夠激發(fā)混凝土中的活性物質，讓其發(fā)生化學反應產生粘結性，大大 降低水泥用量提高其利用率。
[0020] 秸桿粉采用的是干燥的玉米秸桿利用磨碎機磨碎的0.3_2mm顆粒狀粉末，保水能 力很強。
[0021] 高吸水性樹脂為丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物。高吸水性樹脂在澆注混凝土前 按照高吸水性樹脂：水=1: 30進行預飽和，達到吸水極限后，混凝土在干燥條件下，當外界 濕度小于內部濕度時混凝土內的飽和吸水樹脂會自動釋放水分防止混凝土因缺少水分產 生裂縫。
[0022] 膠凝材料里的礦物摻合料采用工業(yè)廢棄物粉煤灰和礦渣。粉煤灰在前期可以增大 混凝土的流動性，幫助混凝土在干燥的條件下澆注成型而且后期可以提供更高的強度和更 緊密的孔隙結構。礦渣可以很好的改善混凝土的孔隙結構提高混凝土在耐久性的表現(xiàn)。 [0023]通過混凝土組成材料的緊密堆積，各組成成分形成了均勻的微觀結構，混凝土中 有害孔隙率降低，保證骨料的緊密堆積，提升了混凝土的耐久性和強度。
[0024]為了達到更好我們理想的試驗環(huán)境，我們把養(yǎng)護室的溫度和相對濕度改善到荒漠 條件下。本發(fā)明提供的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土，與普通混凝土相比具有的有效增益 是:通過最緊密堆積，各組成成分形成了均勻的微觀結構，混凝土中有害孔隙率降低，保證 骨料的緊密堆積，使用的玉米秸桿粉屬于農業(yè)廢棄物，在這里可以變廢為寶，在混凝土中保 水能力較強，且與一般混凝土相比本發(fā)明用到的別的材料價格都很便宜且運輸方便，大大 提高了經(jīng)濟性，早期混凝土 3天、7天和28天這幾個齡期混凝土在干燥條件下基本不會出現(xiàn) 裂縫，后期較一般混凝土具有更好的耐久性和更高的強度。
[0025]本發(fā)明的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土可以運用在對耐久性，強度要求較高的大 型水池，高速公路等混凝土工程中。
[0026]本發(fā)明提供的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土，與普通混凝土相比具有以下特點： [0027]利用最緊密堆積理論，各組成成分形成了均勻的微觀結構，混凝土中有害孔隙率 降低，保證骨料的緊密堆積，使用的玉米秸桿粉屬于農業(yè)廢棄物，在這里可以變廢為寶，在 混凝土中保水能力較強，且與一般混凝土相比本發(fā)明用到的別的材料價格都很便宜且運輸 方便，大大提高了經(jīng)濟性，早期混凝土3天、7天和28天這幾個齡期混凝土在干燥條件下基本 不會出現(xiàn)裂縫，后期較一般混凝土具有更好的耐久性和更高的強度。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0029] 一種適用于高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土，它以P ? 042.5水泥，最大粒徑不超過 20mm的石子，其中粗細石子的比例按照2:3的顆粒級配，II區(qū)中砂再加上礦物摻合料即粉煤 灰和礦渣、微纖維(碳纖維、聚丙稀微纖維、木質纖維）、高吸水性樹脂(SAP)、玉米秸桿粉和 水作為主要原料，通過最緊密堆積，保證骨料的緊密堆積。
[0030] 本發(fā)明提供的高溫荒漠環(huán)境下的抗裂混凝土是按照以下方法制成，其步驟為：
[0031] 混凝土配比：按照水膠比0.3~0.4進行的配比設計并假設混凝土容重2450kg/m3 進行設計。其中，當水膠比為〇. 3~0.35時，設計混凝土的水泥含量為480kg/m3，當水膠比為 0.35~0.4時設計混凝土的水泥含量為540kg/m 3，砂率設計范圍為37%~39%，其中礦物摻 料的比例占膠凝材料的50%，膠凝材料采用粉煤灰和礦渣兩種按照3:2進行配比可以最好 的達到實驗的要求，對于活性激發(fā)劑、吸水樹脂、玉米秸桿粉和微纖維按照膠凝材料的 0.1 %~0.2%、0.15%~0.2%、0.1 %~0.15%和0.1 %~0.15%進行配比，粗骨料石子分 為粗、細兩種，且粗:細= 2:3。進行最緊密堆積試驗后發(fā)現(xiàn)制造出來的混凝土可以達到所需 的耐久性要求和強度要求。
[0032]制備方法:首先進行稱料環(huán)節(jié)，將P ? 042.5水泥，最大粒徑不超過20mm的石子、砂 子、粉煤灰、礦渣投到強制式攪拌機的混合盤中，之后通過加水栗向混合盤內加入一定量的 水質量為mi，一起攪拌2~3分鐘;之后我們取出高吸水性樹脂與質量為m2的水混合在一起， 按照高吸水性樹脂:水= 1:30進行預飽和，然后將微纖維、活性激發(fā)劑加入到攪拌機中，攪 拌1~2分鐘，待混合盤中的骨料、膠凝材料、微纖維、活性激發(fā)劑攪拌均勻后;稱量質量為m 3 的水并加入玉米秸桿粉，將稱量后的水放入混合盤中繼續(xù)進行攪拌直到攪拌均勻，當混凝 土攪拌均勻后拉開料門即可進行施工，其中nu+m 2+m3=M(M為設計中水的總質量）。
[0033]表1的混凝土配合比設計，給出了本發(fā)明的六種實施例。
[0034] 經(jīng)過測試主要力學性能如下：
[0035] 經(jīng)檢測，所得抗裂混凝土材料28d抗壓強度35MPa~60MPa，抗折強度6MPa~8MPa。 依據(jù)國家標準進行的開裂實驗48小時內并未出現(xiàn)裂縫，抗裂性能較好。
[0036]本發(fā)明提出混凝土配合比只是一種情況，可以根據(jù)實際需求改動但是要保證在設 計范圍內。由于混凝土中的吸水樹脂和膠凝材料之間的作用比較復雜改動過多會出現(xiàn)混凝 土前期出現(xiàn)裂縫或者后期強度、耐久性下降等現(xiàn)象。
[0037] 表1為混凝土設計配合比
【主權項】
1. 一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土，其特征是：由P · 042.5水泥、最大粒徑不超 過20mm的石子、Π 區(qū)中砂、粉煤灰、礦渣、微纖維、活性激發(fā)劑、玉米秸桿粉、吸水性樹脂和水 制成，各原料的重量配比依次為：9.5%~13.5%、40%~50%、25· 5%~30%、5· 5%~ 7.5%、3.5% ~5 %、0.01% ~0.015%、0.01 % ~0.15 %、0.01% ~0.015%、0.02 % ~ 0.05%和 6.5%~8%。2. 根據(jù)權利要求1所述的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土，其特征是:所述玉米秸桿 粉采用的是干燥的玉米秸桿利用磨碎機磨碎的0.3~2_顆粒狀粉末。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土，其特征是:所述吸水 性樹脂為丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物。4. 一種適用于高溫荒漠環(huán)境的抗裂混凝土的制備方法，其特征是:先將P · 042.5水泥、 最大粒徑不超過20_的石子、砂子、粉煤灰、礦渣投到強制式攪拌機中，之后向攪拌機中加 入質量為mi的水，一起攪拌2~3分鐘，之后將吸水性樹脂與質量為m2的水混合在一起，按照 吸水性樹脂:水= 1:30進行預飽和后加入到攪拌機中，然后將微纖維、活性激發(fā)劑加入到攪 拌機中，攪拌1~2分鐘，待攪拌均勻后，向質量為m3的水中加入玉米秸桿粉，放入攪拌機中 繼續(xù)進行攪拌直到攪拌均勾，當混凝土攪拌均勾后拉開料門進行施工，其中mi+m2+m3 = M，Μ 為配比中水的總質量，配比為Ρ · 042.5水泥、最大粒徑不超過20mm的石子、Π 區(qū)中砂、粉煤 灰、礦渣、微纖維、活性激發(fā)劑、玉米秸桿粉、吸水性樹脂和水的重量配比依次為:9.5%~ 13·5%、40%~50%、25·5%~30%、5·5%~7·5%、3·5%~5%、0·01%~0·015%、0·01% ~0.15%、0·01 %~0.015%、0·02%~0.05%和6.5%~8%。
【文檔編號】C04B14/02GK105967592SQ201610293104
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】呂建福, 尉天鳳, 郭慶勇, 楊凱
【申請人】哈爾濱工程大學