CN106082818A - 混凝土及其制作、施工方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土及其制作、施工方法，属于桥梁领域。混凝土主要由按重量份计的以下组分制作而成：水泥1～3份；砂1～2份；碎石1.8～3份；水0.2～0.5份；聚羧酸盐减水剂0.01～0.03份。砂的细度模数为2.5～3.0；30wt％的碎石的粒径为5～10mm，70wt％的碎石的粒径为5～25mm。在该混凝土浇筑过程中，混凝土内的最高温度小于60℃、初凝时间大于8小时、终凝时间不大于12小时。通过薄层浇筑的施工方式，并且控制混凝土的浇筑温度，可以避免混凝土出现温度裂纹的问题。

Description

混凝土及其制作、施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁领域，具体而言，涉及一种混凝土及其制作、施工方法。

背景技术

系杆拱桥是拱桥中的一种，其具有拱桥的一般特征，同时又具有自身的优点。系杆拱桥具有拱与梁的优点，通过将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用。系杆拱桥的拱端的水平推力用拉杆承受，使拱端支座不产生水平推力，拱与弦间用两端铰接的竖直杆联结而成。但是，在实际施工过程中，当系杆拱桥的拱脚为体积较大的混凝土时，施工难度相对较大。混凝土施工过程中存在温度变化过程，现有的普通混凝土凝结速度太快，导致热量不能较好地释放，混凝土内部的温度可高达60～90℃，从而导致凝结的混凝土表面出现大量裂纹的问题，进而对混凝土质量及耐久性造成永久损害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土及其制作方法，可延长混凝土的凝结时间，利于降低混凝土内部温度，减少出现温度裂纹的情况。

本发明的另一目的在于提供一种上述混凝土的施工方法，以控制混凝土浇筑过程中的温度，避免混凝土出现温度裂纹的问题。

本发明是这样实现的：

一种混凝土，主要由按重量份计的以下组分制作而成：水泥1～3份；砂1～2份；碎石1.8～3份；水0.2～0.5份；聚羧酸盐减水剂0.01～0.03份。其中，砂的细度模数为2.5～3.0，碎石中的粒度分布为5～10mm的重量比例为30％、5～25mm的重量比例为70％。

上述混凝土的制作方法包括以下步骤：将水泥、砂、碎石混合形成胶合料；将聚羧酸盐减水剂用水溶解形成减水剂溶液；以及将胶合料与减水剂溶液搅拌混合，即得混凝土。

混凝土的施工方法包括以下步骤：将混凝土以薄层浇筑的方式连续浇筑入预制的模板；浇筑完成后，对混凝土进行水雾养护；终凝后，覆盖遮蔽物并洒水保湿，混凝土浇注入预制的模板时温度在28℃以下。

上述方案的有益效果：本发明提供了一种混凝土具有强度高、水泥用量少、坍落度低以及初凝时间长的优点。通过采用本发明提供的混凝土，以及施工方法，可以实现良好的施工效果，混凝土内部最高温度不大于60℃，混凝土表面无温度裂纹。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的混凝土及其制作、施工方法进行具体说明：

一种混凝土，其特征在于，主要由按重量份计的以下组分制作而成：

水泥1～3份；砂1～2份；碎石1.8～3份；水0.2～0.5份；聚羧酸盐减水剂0.01～0.03份。砂的细度模数为2.5～3.0，碎石中的粒度分布为5～10mm的重量比例为30％、5～25mm的重量比例为70％。

优选地，各组分的含量如下：水泥1.5～2份；砂1.0～1.4份；碎石1.9～2份；水0.3～0.5份；聚羧酸盐减水剂0.012～0.02份。更优选地，各组分的含量如下：水泥1份；砂1.37份；碎石1.89份；水0.31份；聚羧酸盐减水剂0.012份。

由于水泥与水混合的过程中会产生大量的水化热，且温度提升快、散热慢，从而容易导致混凝土内部积蓄大量的水泥水化热，使混凝土的内部温度急剧上升。当混凝土内外温差较大时，在一定的约束条件下混凝土表面会产生相当大的拉应力，从而导致混凝土在收缩徐变时将会产生裂缝。

因此，混凝土中的水泥优选采用低水化热水泥，其3天水化热在200KJ/Kg以下、7天水化热在250KJ/Kg以下。进一步地，水泥的用量优选为500Kg/m³混凝土。

砂和碎石作为混凝土中的骨料。碎石为骨架，砂作为填充材料，填充于碎石的空隙之间。使用尺寸适宜的砂和碎石，可以使得混凝土更加致密、凝结后的强度也更高。当砂的细度模数减小，则砂的表面积增大，进而导致混凝土的和易性与强度降低。本发明中，砂的细度模数为2.5～3.0，且碎石中的粒度分布为5～10mm的重量比例为30％、5～25mm的重量比例为70％。采用上述细度模数的砂以及粒度分布的碎石，可以实现砂和碎石较好的级配，能够在一定程度降低混凝土中的总表面积，从而减少需要填充在碎石、砂表面和空隙内的水泥浆的数量，从而也减少了用水量和水泥的用量。

减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。减水剂多属于阴离子表面活性剂，例如，木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。减水剂加入混凝土拌合物后，对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性。减水剂加入后，可使拌混凝土的和易性改善，明显减少水泥石内部孔隙体积，水泥更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。此外，减水剂还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。

聚羧酸系减水剂有多种，如聚苯乙烯磺酸钠、丙烯酸醚共聚物、美国Grance公司的Adva系列，瑞士SIKA公司的Viscocrete3010等，山东高强建材有限公司的GQ-101聚羧酸高效减水剂，江西天祥科技有限公司的TX-2环保型聚羧酸高性能减水剂。聚羧酸盐减水剂是一种具有“梳状”或“树枝状”结构的高分子聚合物材料，其分子主链上连接有多个有一定长度和刚度的支链，且在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团。聚羧酸盐减水剂的主链吸附在水泥颗粒表面后，支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉，阻碍了颗粒相互接近，从而达到分散、减水作用。由于聚羧酸盐减水剂的空间结构特点，其具有空间位阻作用，并且不以时间延长而弱化，因此，聚羧酸减水剂的分散作用更为持久。此外，减水剂还有利于使得混凝土的时间延长。

本发明提供的混凝土通过聚羧酸盐减水剂的使用减少水的使用，通过合理的砂和碎石的级配，进一步地减少水和水泥的用量，从而使得水泥和水混合时的水化热降低，避免混凝土内的由水泥水化热产生过高温的问题。另外，聚羧酸盐减水剂的使用，使得混凝土的初凝时间延长，从而避免了混凝土过快凝结，使得混凝土中的水化热能够逐渐地释放，降低混凝土内、外温差过，从而避免了温度裂纹的产生。本发明提供的混凝土的强度可达到f_c3≥42.5MPa，即3天龄期的混凝土的立方体抗压强度在42.5MPa以上；f_c28≥50MPa即28天龄期的混凝土的立方体抗压强度在50MPa以上；坍落度在140～180mm；初凝不小于8h，终凝不大于12h。

上述混凝土可通过以下方法制作而成。具体地，包括以下步骤：将水泥、砂、碎石混合形成胶合料；将聚羧酸盐减水剂用水溶解形成减水剂溶液；以及将胶合料与减水剂溶液搅拌混合，即得混凝土。

优选地，将水泥、砂、碎石混合时，水泥的温度在40℃以下、砂和碎石的温度均在20℃以下，将聚羧酸盐减水剂用水溶解时，水的温度在20℃以下。通过控制水泥、碎石、砂以及水的温度，有利于降低拌合制作而成的混凝土的温度。温度过高会导致水泥的水化反应速率过快，从而导致短时间内发出大量的水化热，容易引起热聚集和温度的急剧升高。

此外，砂和碎石的含泥率均优选在2wt％以下、含水率均优选在2wt％以下。由于砂和碎石中所含有的泥会吸附混凝土中的减水剂和水，从而导致混凝土的流动性下降，从而增加用水量，导致水化热增加。其次，泥还会包裹砂和碎石，阻碍水泥和砂、碎石的结合，使得各种原料之间的粘结力减弱，同时还会弱化水泥的水化反应，形成强度薄弱区，从而降低混凝土的坍落度。

为了提高混凝土性能，优选对各原料以及制作、使用过程进行控制。

(1)优化混凝土配合比，降低水泥水化热

优化混凝土配合比，选择级配良好的中粗砂、碎石，采用高效优良的缓凝减水剂，减少水泥用量，降低用水量；选用低水化热水泥。水泥：水泥分批检验，保证质量稳定。

粗细骨料：碎石、砂须级配优良，料源稳定，入场后分批检验，严格控制其含泥量，如果达不到要求，用水冲洗合格后方能使用，其它指标符合规范要求。

(2)降低混凝土拌和料入仓温度

降低原材料的温度，特别是降低比热最大的水和用量最多的骨料的温度。

(2.1)拌和用水：拌和用水采用温度低的深井水。拌和站水管及水箱加设遮阳和隔热设施，避免拌和用水在水箱中长期存放，控制水温不超过20℃。

(2.2)骨料：骨料堆场搭设遮阳棚或进行覆盖，避免阳光直射。在混凝土搅拌前对骨料喷洒冷水降温，控制骨料温度不超过20℃。但使用中要严格控制砂石料含水量。

(2.3)水泥：在水泥使用前7天进场，以降低水泥温度。严格控制水泥的细度以及水泥进入搅拌机前的温度，确保水泥入机温度不大于40℃。

(3)混凝土拌制时的温度控制

混凝土搅拌站料斗、皮带运输机、搅拌机采取遮阳措施，避免日光直射。混凝土拌和时，根据搅拌方量大小选择在一天气温较低的时间段进行。搅拌前对相关搅拌设备进行洒水降温，但使用时与混凝土材料接触面不得存在附着水。为了降低混凝土搅拌时发生摩擦产生的热量，在满足规范要求的前提下尽量缩短搅拌时间。

在进行混凝土搅拌前，除对骨料含水率进行测量外，对环境温度以及胶凝材料、骨料、水等材料的温度进行测量，并形成相关记录。根据测温结果对混凝土的出机温度进行推算。当推算混凝土出机温度大于25℃时，对原材采取上述措施进行降温。尤其是要加强对拌和用水的降温。在有必要时，使用冰块对拌和用水进行降温。但冰块不得进入料仓，混凝土中不得含有冰块。加强对混凝土出机温度的测量，确保混凝土出机温度不大于25℃。

(4)混凝土的运输过程中的温度控制

混凝土运输搅拌车包裹篷布，尽量缩短运输时间，减少混凝土吸收外部热量。篷布保持湿润，以加强散热。运输混凝土过程中慢速搅拌混凝土。对长距离混凝土输送管道采取覆盖防晒措施，并喷洒冷水对其降温。严格规范现场管理，加强拌和站与混凝土浇筑现场的信息沟通，加强施工调度。对混凝土进场速度与现场浇筑进度进行严格控制，合理安排，尽量缩短混凝土到达现场等待浇筑的时间，降低环境温度对混凝土的不利影响。

上述混凝土的施工方法包括以下步骤：将混凝土以薄层浇筑的方式连续浇筑入预制的模板。浇筑完成后，对混凝土进行水雾养护。终凝后，覆盖遮蔽物并洒水保湿，混凝土浇注入预制的模板时温度在28℃以下。

通过采用薄层浇筑的方式，可避免大体积混凝土浇筑使得的水化热的传递。薄层厚度为30～50cm，优选为30cm。连接浇筑混凝土有助于浇筑的构造物的温度梯度的稳定，同时利于保持混凝土之间的凝结速度和强度。此外，连续浇筑还可避免混凝土的温度差异过大的问题。

较佳地，在浇筑混凝土时，还利用振动器进行振捣，振动器***下层已经振动的混凝土层的深度为5～10cm，振动器的移动距离不超过振动器的作用半径的1.5倍。通过振捣使混凝土之间充分接触、反应，从而改善混凝土的致密性和凝结强度。

在混凝土浇注完毕后，对于混凝土的裸露面，及时采用喷洒水雾养护，终凝后覆盖土工布，洒水保湿，可有效地防止塑性裂纹产生。混凝土养护过程中，对外界环境及混凝土内外温度进行监控测量，控制好混凝土降温梯度，避免出现裂纹。

根据施工方量，选择在一天温度较低的时间进行浇筑，不宜在一天当中温度较高时浇筑。在进行混凝土浇注时，加强混凝土拌和物性能试验，对混凝土温度进行测量，确保混凝土入模温度不大于28℃。其次，保证混凝土浇筑的连续性，缩短混凝土从搅拌机到入模的传递时间及浇筑时间。

较佳地，在浇注混凝土之前，对预制的模板进行冷却。具体地，模板拼装到位后，模板周围采取遮阳措施，防止模板被阳光直射。钢筋绑扎完毕后，及时进行覆盖，避免在阳光下曝晒。在浇注混凝土前，采用冷水淋洒钢模板外侧以降低模板温度。采用冷水淋洒钢筋骨架，对非模板介质的接触面也彻底淋湿。钢筋、模板在浇筑时不宜有附着水。这不仅能够使钢筋骨架保持相对较低的温度，还能够使由吸收和蒸发引起的混凝土水蒸汽的损失降到最低。

在具体施工过程中，还可优选地进行质量监控。为防止混凝土离析，加强混凝土浇筑前的各项检查、准备工作，切实执行工序检查、施工准备签认制度。尤其是在模板拼装过程中，加强拼缝密封性检查。在钢模板拼缝上，粘贴双层双面胶带。但需注意不得将胶带挤入模板内部。加长串筒，保持串筒下口距混凝土浇筑面不大于1.0米，并随浇筑进度逐渐向上提升。混凝土下落方向避开钢筋，避免混凝土与钢筋碰撞。串筒上布置下料料斗，浇筑时控制混凝土泵送速度，避免混凝土从料斗中溢出。串筒纵横向间距不大于2米，避免混凝土长距离流动。严格控制混凝土实际坍落度在设计坍落度±20mm范围内，以保证混凝土和易性良好，避免混凝土在流动过程中离析。

为减少出现施工冷缝的问题，加强现场施工调度，保证混凝土供应的连续性。加强泵车使用前的检查，确保泵车状态良好。准备1台泵车备用，或汽车吊配料斗备用，以防泵车故障造成混凝土浇筑同断。加强混凝土外加剂质量检查，保证外加剂缓凝效果及掺加数量，确保混凝土缓凝时间达到设计要求。

为避免浇筑的混凝土出现蜂窝麻面，严格按层厚30cm进行水平分层浇筑、分层振捣。振捣过程中，振动器***下层混凝土5～10cm，使下上层混凝土结合牢固。分区振捣，一层一振捣，振捣要快插慢拔，振动器振动时的移动间距，不超过振动器作用半径1.5倍。振动器与侧模保持5～10cm的距离并避免碰触钢筋，振动器***下层混凝土5～10cm，使下上层混凝土结合牢固。振捣时间以混凝土不再下沉、振动器周围无气泡上升、混凝土表面呈现平坦、泛浆为止。加强拌和站和浇筑现场混凝土质量控制，严格控制混凝土坍落度。对拌和站的砂、碎石质量进行严格控制，在每次浇筑混凝土前，对砂、碎石含水量进行测定，根据材料含水量确定混凝土施工配合比，控制混凝土实际坍落度。

为了避免预制的浇筑模板出现错台的问题，对于安装模板时错台小于1mm的面板，尽量调整对齐。无法对齐时，采用腻子刮平错台处。对于错台超过1mm的模板，拆除重新安装。在模板内部增加临时横撑，内顶外拉，使模板背楞坚固程度相同。在混凝土浇筑至临时横撑处时将其取出，避免浇筑过程中因面板受力而错开。

以下结合实施例对本发明的混凝土及其制作、施工方法作进一步的详细描述。

本发明中的聚羧酸盐减水剂购买自BASF公司，牌号为RHEOPLUS411；水泥代号为P.O42.5。

实施例一

混凝土包括以下组分：1千克水泥、砂1.37千克、碎石1.89千克、水0.31千克以及聚羧酸盐减水剂0.012千克。水泥的3天水化热为200KJ/Kg，7天水化热为250KJ/Kg。砂含水率0.5wt％、含泥率1wt％；碎石含水率0.1wt％、含泥率1wt％。砂的细度模数为2.5。

制作方法如下：将40℃水泥、20℃砂以及17℃碎石搅拌混合得到胶合料。将聚羧酸盐减水剂与20℃水混合，得到减水剂溶液。将胶合料逐渐加入减水剂溶液中并同时进行搅拌，得到混凝土。混凝土的初凝时间为8小时，终凝时间为12小时；坍落度180mm；强度f_c3为42.5MPa、f_c28为50MPa。

施工流程如下：将28℃的混凝土以厚度为30cm的薄层浇筑的方式连续浇筑入预制的模板。浇筑完成后，对混凝土进行水雾养护；终凝后，覆盖土工布并洒水保湿。混凝土内的最高温度小于60℃，且混凝土表面无温度裂纹。

实施例2

混凝土包括以下组分：1千克水泥、砂2千克、碎石3千克、水0.5千克以及聚羧酸盐减水剂0.02千克。水泥的3天水化热为187KJ/Kg，7天水化热为222KJ/Kg；砂含水率2wt％、含泥率0.3wt％；碎石含水率0.08wt％、含泥率2wt％、砂的细度模数为2.6。

制作方法如下：将35℃水泥、16℃砂以及20℃碎石搅拌混合得到胶合料。将聚羧酸盐减水剂与15℃水混合，得到减水剂溶液。将胶合料逐渐加入减水剂溶液中并同时进行搅拌，得到混凝土。混凝土的初凝时间为8小时，终凝时间为11小时；坍落度146mm；强度f_c3为44MPa、f_c28为51MPa。

施工流程如下：将25℃混凝土以厚度为35cm的薄层浇筑的方式连续浇筑入用水喷淋冷却的预制的模板。浇筑完成后，对混凝土进行水雾养护；终凝后，覆盖土工布并洒水保湿。混凝土内的最高温度小于60℃，且混凝土表面无温度裂纹。

实施例3

混凝土包括以下组分：2千克水泥、砂1.6千克、碎石2.2千克、水0.3千克以及聚羧酸盐减水剂0.026千克。水泥的3天水化热为180KJ/Kg，7天水化热为220KJ/Kg；砂含水率0.08wt％、含泥率0.7wt％；碎石含水率1wt％、含泥率1.2wt％。砂的细度模数为3.0。

制作方法如下：将40℃水泥、20℃砂以及15℃碎石搅拌混合得到胶合料。将聚羧酸盐减水剂与18℃水混合，得到减水剂溶液。将胶合料逐渐加入减水剂溶液中并同时进行搅拌，得到混凝土。混凝土的初凝时间为6小时，终凝时间为10小时；坍落度152mm；强度f_c3为43MPa、f_c28为56.3MPa。

施工流程如下：将28℃的混凝土以厚度为30cm的薄层浇筑的方式连续浇筑入预制的模板。浇筑完成后，对混凝土进行水雾养护；终凝后，覆盖土工布并洒水保湿。浇筑过程中，利用振动器进行分层振捣，振动器***下层已经振动的混凝土层的深度为7.5±2.5cm，振动器的移动距离是振动器的作用半径的1.5倍。混凝土内的最高温度小于60℃，且混凝土表面无温度裂纹。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种混凝土，其特征在于，主要由按重量份计的以下组分制作而成：

水泥1～3份；

砂1～2份；

碎石1.8～3份；

水0.2～0.5份；

聚羧酸盐减水剂0.01～0.03份；

所述砂的细度模数为2.5～3.0；所述碎石中30wt％的粒径为5～10mm，70wt％的粒径为5～25mm。

2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，主要由按重量份计的以下组分制作而成：

所述水泥1.5～2份；

所述砂1.0～1.4份；

所述碎石1.9～2份；

所述水0.3～0.5份；

所述聚羧酸盐减水剂0.012～0.02份。

3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述水泥的3天水化热在200KJ/Kg以下、7天水化热在250KJ/Kg以下。

4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚羧酸盐减水剂包括聚苯乙烯磺酸钠、丙烯酸醚共聚物中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述砂和所述碎石的含泥率均在2wt％以下、含水率均在2wt％以下。

6.一种权利要求1-5任一项所述的混凝土的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将水泥、砂、碎石混合形成胶合料；

将聚羧酸盐减水剂用水溶解形成减水剂溶液；以及将所述胶合料与所述减水剂溶液搅拌混合，即得所述混凝土。

7.根据权利要求6所述的混凝土的制作方法，其特征在于，将水泥、砂、碎石混合时，所述水泥的温度在40℃以下、所述砂和所述碎石的温度均在20℃以下，将聚羧酸盐减水剂用水溶解时，所述水的温度在20℃以下。

8.一种权利要求1-5任一项所述的混凝土的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述混凝土以薄层浇筑的方式连续浇筑入预制的模板；浇筑完成后，对所述混凝土进行水雾养护；终凝后，覆盖遮蔽物并洒水保湿，所述混凝土浇注入所述预制的模板时温度在28℃以下。

9.根据权利要求8所述的混凝土的施工方法，其特征在于，在浇筑所述混凝土时，还利用振动器进行振捣，所述振动器***下层已经振动的混凝土层的深度为5～10cm，所述振动器的移动距离不超过所述振动器的作用半径的1.5倍。

10.根据权利要求8所述的混凝土的施工方法，其特征在于，所述混凝土的初凝时间大于8小时、终凝时间小于12小时，所述混凝土的坍落度为140～180mm。