CN110342882A - 一种用于低温环境的混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温环境的混凝土及其制备方法，所述混凝土包括以下质量百分数的物质：10～13wt％的水泥，0～3wt％的粉煤灰，0～1wt％的矿粉，20～28wt％的小石，20～28％wt的中石，4～8％wt的水，0.1～1％wt的复合外加剂，余量为砂。所述制备方法包含以下步骤：(1)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合搅拌均匀，再缓慢加入复合外加剂、水；(2)搅拌2～5min后振捣成型；(3)待混凝土静置硬化之后拆模，将试件放到标准养护室内养护7～90d龄期。本发明双掺粉煤灰‑矿粉时，胶凝材料颗粒体系之间的孔隙可以更好的相互填充，从而使胶凝材料水化后的孔隙率降低，密实程度得以提高，混凝土的力学性能与耐久性满足低温环境使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土材料及其制法，具体为一种用于低温环境的混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，混凝土被越来越多地运用于低温和大温差的环境地区，主要包括储罐、低温的冷藏仓库以及高寒、极地、深海区的土木建筑工程、水利工程建设等各方面。研究不同掺合料对低温、大温差条件下水工混凝土的力学性能以及抗渗性能的影响，对于开拓水工混凝土在低温、大温差条件下的使用具有必不可少的科学指导意义。
我国东北、西北和青藏高原等地区冬季非常寒冷，持续时间长，最低气温通常在 -20℃到-30℃之间。我国不可避免地需要在高寒、大温差条件下的西部地区进行大量的工程建设。目前，我国对高寒、大温差条件下的混凝土性能研究较少。严寒地区冬、夏两季的昼夜温差对混凝土各项性能的影响相对明显，而大部分的混凝土结构在设计阶段并没有考虑低温方面的影响，忽略这些因素的影响可能会导致高寒环境下的混凝土设计的不够合理。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种大温差稳定性好并且适用于低温环境的混凝土，本发明的另一目的是提供一种简单方便的用于低温环境的混凝土的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种用于低温环境的混凝土，包括以下质量百分数的物质： 10～13wt％的水泥，0～3wt％的粉煤灰，0～1wt％的矿粉，20～28wt％的小石，20～28％wt 的中石，4～8％wt的水，0.1～1％wt的复合外加剂，余量为砂。。
其中，中石的直径为20～40mm，小石的直径为5～20mm；水泥为P.O 42.5型普通硅酸盐水泥；粉煤灰F类II级，比表面积为360～370m2/kg；矿粉为S95级矿粉，比表面积为440～450m2/kg；复合外加剂为HT-HPC聚羧酸型减水剂和引气剂，HT-HPC聚羧酸型高效减水剂的质量百分数为85～90wt％，引气剂的质量百分数为10～15wt％，同时加入使得减水剂和引气剂对混凝土的作用效果最佳。
优选以下质量百分数的物质：10.9～11.6wt％的水泥，1～1.3wt％的粉煤灰，0.5～1wt％的矿粉，26.8～27.3wt％的小石，25.8～26.8％wt的中石，5.9～7.1％wt的水，0.3～0.4％wt 的复合外加剂，余量为砂。
上述用于低温环境的混凝土的制备方法，包含以下步骤：
(1)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为40～50r/min、功率为2～3kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(2)搅拌2～5min后装模，进行振捣；
(3)混凝土静置24～30h，硬化之后拆模，将试样移放到标准养护室内养护7～90d龄期。
工作原理：针对西部地区低温环境对水工混凝土的不利影响，本发明研究了-25℃条件下水工混凝土的抗压强度、抗渗性能以及抗碳化性能。本发明以1.3％、1.9％、2.8％的粉煤灰掺量掺入混凝土配合比中，对混凝土试件进行抗压强度、抗渗性能、抗碳化性能试验，分析粉煤灰掺量对混凝土的抗压强度、抗渗性能以及抗碳化性能的影响，并添加了双掺粉煤灰-矿粉试验组以及未掺矿物掺合料试验组，从而确定配合比中最优的矿物掺合料与掺量关系。根据配合比设计要求，首先通过计算确定试配混凝土强度，确定水胶比、单位用水量、砂石用量等，得到混凝土的试验配合比。
有益效果：
1、双掺粉煤灰-矿粉时，因为胶凝材料颗粒体系之间的孔隙可以更好的相互填充，从而使胶凝材料水化后的密实程度大大提高，硬化浆体的孔隙率降低，混凝土的力学性能与耐久性满足低温环境使用要求；
2、另外，双掺粉煤灰-矿粉不仅同时具备单掺粉煤灰混凝土和单掺矿粉混凝土的优点，还控制或克服了单掺粉煤灰混凝土和单掺矿粉混凝土的负效应，粉煤灰和矿粉的综合效应使火山灰反应更加充分，混凝土内部结构更加密实，渗透通路大大减少；
3、混凝土双掺粉煤灰-矿粉后，浆体中部分孔隙被矿粉填充，使得混凝土孔隙率降低，同时浆体中水化硅酸钙凝胶含量相对于单掺粉煤灰时有所增加，而水化硅酸钙凝胶抗碳化能力没有下降，因此双掺粉煤灰-矿粉混凝土的抗碳化性能要优于单掺粉煤灰的混凝土。
附图说明
图1是本发明实施例5的抗压强度与养护龄期关系图。
图2是本发明实施例5的的碳化深度与养护龄期关系图。
图3是本发明实施例5的的相对渗透系数与养护龄期关系图。
具体实施方式
以下各实施例中，所使用的HT-HPC聚羧酸型减水剂与AE型引气剂均购于购于山西黄腾化工有限公司。胶凝材料为水泥、粉煤灰、矿粉，所用胶凝材料均相同。
实施例1
(a)准备11.6wt％P.O 42.5型普通硅酸盐水泥，1.3wt％F类II级、比表面积为360m2/kg的粉煤灰，32.2wt％砂，20.0wt％直径为5mm的小石，28.0wt％直径为20mm 的中石，5.9wt％的水，1.0wt％复合外加剂，复合外加剂为85wt％的HT-HPC聚羧酸型高效减水剂和15wt％的引气剂；
(b)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为40r/min、功率为2kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(c)搅拌2min后装模，进行振捣；
(d)混凝土静置24h，硬化之后拆模，将试样移放到标准养护室内养护至7d、28d、56d、90d龄期。
实施例2
(a)准备11.0wt％P.O 42.5型普通硅酸盐水泥，1.9wt％F类II级、比表面积为370m2/kg的粉煤灰，35.0wt％的砂，28.0wt％直径为20mm的小石，20.0wt％直径为40mm 的中石，4.0wt％水，0.1wt％复合外加剂，复合外加剂为86wt％的HT-HPC聚羧酸型高效减水剂和14wt％的引气剂；
(b)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为41r/min、功率为2.2kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(c)搅拌3min后装模，进行振捣；
(d)混凝土静置25h，硬化之后拆模，将试样移放到标准养护室内养护至7d、28d、56d、90d龄期。
实施例3
(a)准备10.1wt％P.O 42.5型普通硅酸盐水泥，2.8wt％F类II级、比表面积为365m2/kg的粉煤灰，0.5％wtS95级、比表面积为445m2/kg的矿粉，25.0wt％砂，27.3wt％直径为12mm的小石，26.1wt％直径为30mm的中石，8.0wt％水，0.2wt％复合外加剂，复合外加剂为87wt％的HT-HPC聚羧酸型高效减水剂和13wt％的引气剂；
(b)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为42r/min、功率为2.4kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(c)搅拌4min后装模，进行振捣；
(d)混凝土静置23h，硬化之后拆模，将试样移放到标准养护室内养护至7d、28d、56d、90d龄期。
实施例4
(a)例4中不加任何掺合料。准备12.9wt％P.O 42.5型普通硅酸盐水泥，29.3wt％砂，24.5wt％直径为7mm的小石，25.8wt％直径为22mm的中石，7.1wt％水，0.4wt％复合外加剂，复合外加剂为89wt％的HT-HPC聚羧酸型高效减水剂和11wt％的引气剂；
(b)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为47r/min、功率为2.8kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(c)搅拌4min后装模，进行振捣；
(d)混凝土静置26h硬化之后，拆模，将试样移放到标准养护室内养护至7、28、 56、90天龄期。
实施例5
(a)准备10.9wt％P.O 42.5型普通硅酸盐水泥，1wt％F类II级、比表面积为365m2/kg 的粉煤灰，1wt％S95级、比表面积为445m2/kg的矿粉，27.3wt％砂，26.8wt％直径为10mm的小石，26.8wt％直径为20mm的中石，5.9wt％水，0.3wt％复合外加剂，复合外加剂为90wt％的HT-HPC聚羧酸型高效减水剂和10wt％的引气剂；
(b)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合，用转速为50r/min、功率为3kW的搅拌机搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(c)搅拌5min后装模，进行振捣；
(d)混凝土静置30h硬化之后，拆模，将试样移放到标准养护室内养护至7d、28d、56d、90d龄期。
对比性能测试
设置四个平行实验，除了粉煤灰、矿粉的重量百分数与实施例5不同，其余皆相同，具体配方详见表1。
表1原料配比
| 质量百分数 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 粉煤灰 | 1 | 1.3 | 1.9 | 2.8 | 0 |
| 矿粉 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
如图1，双掺粉煤灰-矿粉混凝土的抗压强度最大。随着龄期的增长，混凝土抗压强度增长也逐渐变缓。单掺粉煤灰时，混凝土前期抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而降低，龄期28d之后，混凝土抗压强度逐渐增大，且掺量为1.9wt％的混凝土抗压强度最大。
如图2，双掺粉煤灰-矿粉混凝土在28d、56d、90d时，碳化深度大于未掺入任何矿物掺合料混凝土的碳化深度，小于单掺粉煤灰混凝土的碳化深度。说明无论是单掺还是双掺，用矿粉、粉煤灰取代部分水泥后混凝土抗碳化性能均有所降低。
如图3，双掺粉煤灰-矿粉时，混凝土的相对渗透系数最小，即混凝土的抗渗性能最佳。单掺粉煤灰的情况下，混凝土的相对渗透系数随着粉煤灰掺量的增加而先减小后增大，即混凝土的抗渗性能先提升后降低。经过对比分析，粉煤灰掺量为1.9wt％时，混凝土的相对渗透系数最小，即混凝土的抗渗性能最佳；其次是粉煤灰掺量为1.3wt％的混凝土；粉煤灰掺量为2.8wt％时，混凝土的抗渗性能最差。经过对比分析，未掺粉煤灰和矿粉的混凝土抗渗性能最差。
Claims (10)
1.一种用于低温环境的混凝土，其特征在于包括以下质量百分数的物质：10～13wt％的水泥，0～3wt％的粉煤灰，0～1wt％的矿粉，20～28wt％的小石，20～28％wt的中石，4～8％wt的水，0.1～1％wt的复合外加剂，余量为砂。
2.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述中石的直径为20～40mm，所述小石的直径为5～20mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O42.5型普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为F类II级粉煤灰，比表面积为360～370m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级矿粉，比表面积为440～450m2/kg。
6.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述复合外加剂为HT-HPC聚羧酸型减水剂和引气剂。
7.根据权利要求6所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于：所述HT-HPC聚羧酸型高效减水剂的质量百分数为85～90wt％，所述引气剂的质量百分数为10～15wt％。
8.根据权利要求1所述的一种用于低温环境的混凝土，其特征在于包括以下质量百分数的物质：10.9～11.6wt％的水泥，1～1.3wt％的粉煤灰，0.5～1wt％的矿粉，26.8～27.3wt％的小石，25.8～26.8％wt的中石，5.97.1％wt的水，0.3～0.4％wt的复合外加剂，余量为砂。
9.一种用于低温环境的混凝土的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合并搅拌均匀，再缓慢倒入复合外加剂、水；
(2)搅拌2～5min后装模，进行振捣；
(3)混凝土静置24～30小时硬化之后，拆模，将试样移放到标准养护室内养护7～90d龄期。
10.根据权利要求9所述的一种用于低温环境的混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌的转速为40～50r/min、功率为2～3kW。
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