CN103435306A

CN103435306A - 一种低收缩开裂自密实混凝土

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Publication number: CN103435306A
Application number: CN2013103834369A
Authority: CN
Inventors: 董荣珍; 郭良亭; 卫军; 余志武; 黄滢; 陈兵; 齐云轩
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2013-12-11

Abstract

一种低收缩开裂自密实混凝土，其配比组成有：水泥、碎石、砂子、矿物掺合料、抗收缩开裂复合外加剂。本发明在解决了自密实混凝土拌合物泌水、离析、黏聚性差和经时损失大的缺点的基础上，大大降低了硬化后自密实混凝土早期收缩开裂，从而保证自密实混凝土良好的耐久性和体积稳定性，满足大面积工程等实际施工应用，且本发明在满足各用料基本规范要求的基础上通过配合比优化，至少节约水泥用量40kg/m³。

Description

一种低收缩开裂自密实混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料，具体为一种低收缩开裂自密实混凝土。

背景技术

由于混凝土组成材料的多样性和结构复杂性，混凝土开裂成为混凝土工程中难以避免的问题。特别是为适应现代混凝土技术发展，自密实混凝土因其免振捣自流平的特点而应用日益广泛，但是自密实混凝土由于其较低的水灰比、较大的胶凝材料用量以及多种外加剂的掺入使其收缩开裂更为显著，伴随着裂缝的产生，自密实混凝土耐久性问题越来越突出，所以改善自密实混凝土收缩开裂问题成为现代混凝土技术的一大课题。

对于混凝土收缩开裂问题，现在研究大多集中在实验室条件下进行，这和实际施工条件相差太大，所以使得部分补偿收缩技术在实际施工应用中难以取得理想的效果，抗开裂作用较差，特别是对于对环境依赖性较大的膨胀剂更是如此。另外做为自密实混凝土第五、第六组分—矿物掺合料和化学外加剂的复合掺入使得自密实混凝土收缩开裂问题更为严峻，复掺不当不但达不到期望的性能要求，而且容易导致自密实混凝土其他出现性能恶化的情况。所以为满足实际施工应用，研发一种适用于实际施工环境的低收缩开裂自密实混凝土具有重大意义。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种低收缩开裂自密实混凝土，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明结合实际施工环境和养护条件对自密实混凝土工作性和收缩开裂进行试验，确定出不同养护条件下矿物掺合料以及抗收缩开裂符合外加剂对自密实混凝土收缩开裂影响规律，从而确定出具有较低收缩开裂的自密实混凝土配合比。

本发明特点有：能够明显改善自密实混凝土流动性和保水性、黏聚性之间的矛盾，具有不离析、不泌水、流动性好且经时损失小的优点，试验是在根据实际施工条件的自然环境下进行的，从而能很好的应用于自密实混凝土工程建设中，并且该配合比在保证了混凝土抗压强度的基础上通过掺加较大掺量的矿物掺合料以等量取代水泥用量降低了自密实混凝土的成本，并明显改善了自密实混凝土的体积稳定性。另外，通过掺加抗收缩开裂复合外加剂，使本发明大大降低了早期开裂，提高了早期抗收缩开裂的能力，使得本发明能较好的适用于大面积浇筑工程。

本发明中各材料用量对应的单位体积质量指标为：

碎石800kg/m³～1000kg/m³；砂子670kg/m³～800kg/m³；

水泥280kg/m³～400kg/m³；矿物掺合料150kg/m³～250kg/m³；

复合外加剂50kg/m³～70kg/m³；拌合水170kg/m³～230kg/m³；

其中，碎石用量系数0.52～0.6、砂体积用量系数0.42～0.45、矿物掺合料用量百分比0～40%、抗收缩开裂复合外加剂用量百分比9%～14%、水泥用量符合水胶比0.3～0.4。

本发明中碎石是通过将两种粒径的石子进行复合使用，两种粒径的石子质量比通过最大堆积密度确定为1:3~1:2（粒径5～10mm:粒径10～20mm）。这样形成的骨料之间搭配合理、孔隙率更小，不但可以减小孔隙砂浆占有量，增大自密实混凝土骨料间砂浆厚度增大混凝土工作性，而且可以最大限度的增加混凝土骨料体积含量，从而减小混凝土的体积收缩。另外，骨料级配越好，混凝土体系材料分布越均匀，混凝土出现塑性沉降收缩开裂的可能性就越小。

本发明中砂子使用为普通的水洗河砂-中砂，没有特别选定中砂偏粗型，所以使得该配合比具有较大活动空间，不会因局限于某种特种材料使得该配合比难以应用。

本发明中砂率的大小通过工作性正交试验经过极差分析得出，试验得出砂体积系数在0.42～0.45之间，此时对应的砂率在0.44～0.47，在此范围内拌合物经时损失最小，拌合物不出现干涩、泌水现象。

本发明中矿物掺合料采用粉煤灰和矿粉，质量比为3:1~1:1，其中，粉煤灰采用的为Ⅰ级粉煤灰，比表面积大于等于600m²/kg，该粉煤灰碳含量低，小于等于6%，对外加剂吸附性较低，粉煤灰各项指标符合混凝土对矿物外加剂的质量要求。

本发明中矿粉采用的是S95矿粉，比表面积大于等于400m²/kg，矿粉各化学成分含量均满足混凝土对矿物外加剂的质量要求。

本发明在于采用较大掺量的矿物掺合料，从而能够较大程度降低混凝土中水泥用量，节约成本，并有效降低了早期水化热。在完成工作性、体积稳定性及强度指标的要求下，与目前大多自密实混凝土配制相比本发明同强度等级的自密实混凝土可节约水泥40kg/m³，可低成本20元，从而更适于现代低能耗的要求。

矿物掺合料在自密实混凝土中掺量百分比及粉煤灰、矿粉彼此之间的质量比是通过正交试验和收缩开裂试验确定的，从而使该发明中矿物掺合料的使用具有充足的试验依据，在同样选用粉煤灰和矿粉作为矿物掺合料的情况下使本发明中自密实混凝土的工作性和体积稳定性趋于更优。

本发明中抗收缩开裂复合外加剂采用多种化学成分复合而成，其中包括减水成分、引气成分和膨胀剂成分，各组分之间的质量比为1:(0.1～0.3):（8～14）。

复合外加剂的各组成成分及各成分掺量由正交试验和收缩开裂试验确定，该复合外加剂种类较少、易配制、并且稳定性较高，掺量在9%～14%之间时复合外加剂的掺入能明显改善自密实混凝土的工作性以及抗开裂性能，该复合外加剂的掺入能够明显降低混凝土早期收缩值和收缩速率，有助于早期膨胀发生，有效避免了早期裂缝的出现，这使得该发明中的自密实混凝土能较好的应用于对收缩开裂控制比较严格的工程中。

为进一步分析矿物掺合料对复合外加剂的影响，本发明通过浆体碱度（PH）变化测试、微观成分（XRD）分析以及相容性试验深入分析矿物掺合料和复合外加剂复掺对自密实混凝土收缩开裂的影响规律及影响机理，得证矿物掺量在30%～40%时对掺有膨胀剂的中高强自密实混凝土补偿收缩具有较好的改善作用，矿物掺合料的掺入对钙矾石的形成无不良影响，从而确定了本发明有良好的适用性。

本发明中水泥的用量复合水胶比为0.3~0.4，水胶比计算式为

，当水胶比选择在0.3～0.4之间时能够配制出满足工作性及低收缩开裂的C30～C60各强度等级自密实混凝土。

有益效果：本发明通过采用常用建筑材料，在降低经济成本的基础上，满足自密实混凝土拌合物工作要求的条件下，最大程度的降低自密实混凝土的早期收缩开裂，从而获得更好的施工应用效果。

附图说明

图1 为本发明较佳实施例的扩展度试验结果图。

图2 为本发明较佳实施例的坍落度试验结果图。

图3 为本发明较佳实施例的中偏差试验结果图。

图4 为本发明较佳实施例的L型仪和J环试验现场图。

图5 为本发明较佳实施例的抗收缩开裂试验准备现场图。

图6 为本发明较佳实施例的抗收缩开裂试验准备现场图。

图7 为本发明较佳实施例的抗收缩开裂试验现场图。

图8 为本发明较佳实施例的抗收缩开裂试验结果图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。

下表为本发明的实施例：

表1：自密实混凝土单位体积材料用量 kg/m³

Figure 2013103834369100002DEST_PATH_IMAGE002

试验中粗骨料采用的是碎石，砂为普通河砂—中砂，水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰比表面积为642m²/kg，矿粉比表面积为428m²/kg。符合外加剂中复合成分含有引气剂、减水剂、膨胀剂和缓凝剂。

(1)工作性及强度试验：

工作性试验测定时，混凝土搅拌量为每次搅拌45L，采用搅拌机搅拌，各类仪器在使用前洗净湿润，主要测定指标有：扩展度、坍落度、L型仪高度比值、J环内外高差及扩展度、中偏差。经时损失采取测定一小时后上述工作性的各项指标。工作性测定后对混凝土留样测定3d、7d、28d强度。实验数据如下表：

表2：新拌自密实混凝土工作性

表3：自密实混凝土不同龄期的强度

通过表2、表3可知，上述各强度等级自密实混凝土的工作性均能很好的满足规范要求，扩展度在经时后仍能保证在600mm以上，J环、中偏差以及L型仪等指标仍能满足自密实混凝土规范要求。在水泥用量不大的情况下(如类别A)，自密实混凝土强度仍然能达到40MPa以上，当水泥用量在360kg/m³时，自密实混凝土的强度能够达到70MPa以上，能够满足高强自密实混凝土的要求。

(2)平板开裂试验：

通过测定30天龄期内平板开裂裂缝条数和宽度、初裂时间，确定总开裂面积，单位开裂面积及单位面积开裂条数确定自密实混凝土抗开裂能力。采用放大镜观察裂缝，裂缝宽度通过裂缝测宽仪进行读取。实验数据如下：

表4：自密实混凝土平板裂缝开裂特性

表5：自密实混凝土平板裂缝开裂面积统计

通过表4、表5可知，该实施例中自密实混凝土初裂时间较晚，开裂裂缝条数很少，最大裂缝宽度不足0.1mm，从而可以看出该自密实混凝土具有较好的抗开裂效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，各材料用量对应的单位体积质量指标为：

碎石800kg/m³～1000kg/m³；砂子670kg/m³～800kg/m³；

水泥280kg/m³～400kg/m³；矿物掺合料150kg/m³～250kg/m³；

复合外加剂50kg/m³～70kg/m³；拌合水170kg/m³～230kg/m³。

2.根据权利要求1所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述碎石用量系数0.52～0.6、砂子体积用量系数0.42～0.45、矿物掺合料用量百分比0～40%、复合外加剂用量百分比9%～14%、水泥用量符合水胶比0.3～0.4。

3.根据权利要求1或2所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述碎石是通过将两种粒径的石子进行复合使用，两种粒径的石子质量比为1:3~1:2。

4.根据权利要求3所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述石子的两种粒径为粒径5～10mm和粒径10～20mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料采用的是粉煤灰和矿粉，粉煤灰与矿粉的质量比为3:1～1:1。

6.根据权利要求5所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述粉煤灰含碳量小于等于6%、比表面积大于等于600m²/kg，所述矿粉比表面积大于等于400 m²/kg。

7.根据权利要求1或2所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述复合外加剂采用的是多种化学成分复合而成，其中包括有减水成分、引气成分和膨胀剂成分。

8.根据权利要求7所述的一种低收缩开裂自密实混凝土，其特征在于，所述复合外加剂各组成成分之间质量比为减水成分：引气成分：膨胀剂成分=1:(0.1～0.3):（8～14）。