CN110423055A - 一种超长结构用抗裂混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超长结构用抗裂混凝土，属于混凝土的技术领域，按照重量份数计，制备原料包括水泥80‑110份、粉煤灰46‑62份、细骨料355‑380份、粗骨料380‑410份、外加剂7‑15份、抗裂组分0.5‑3.5份；其中，外加剂包括减水剂2‑8份、膨胀剂3‑7份、引气剂1‑6份；抗裂组分包括钢纤维5‑12份、木质纤维2‑9份、陶粒11‑25份、高吸水性树脂6‑12份。本发明具有较好的抗裂性。

Description

一种超长结构用抗裂混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土的技术领域，尤其是涉及一种超长结构用抗裂混凝土。

背景技术

混凝土是现代建筑中使用最广泛、应用量最大的人工材料，具有许多优点，如承载力强、原料来源丰富等等，可以配制成不同强度、不同性能、不同形状的建筑构件。

混凝土材料发展至今，出现了流动性与密实性的矛盾，出现了早期和后期裂缝的问题，出现了耐久性的问题。在诸多混凝土结构的建设和使用过程中，裂缝问题作为混凝土耐久性问题的一个重要课题一致困扰着工程技术人员。尤其是随着近年来，泵送混凝土的广泛应用以及结构形式日益趋大化、复杂化，使得这一问题越发突出。

因此，通过科学的研究裂缝的产生，研制出抗裂性较好的混凝土十分有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种超长结构用抗裂混凝土，具有较好的抗裂性。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超长结构用抗裂混凝土，按照重量份数计，制备原料包括水泥80-110份、粉煤灰46-62份、细骨料355-380份、粗骨料380-410份、外加剂7-15份、抗裂组分0.5-3.5份；其中，外加剂包括减水剂2-8份、膨胀剂3-7份、引气剂1-6份；抗裂组分包括钢纤维5-12份、木质纤维2-9份、陶粒11-25份、高吸水性树脂6-12份。

通过采用上述技术方案，抗裂性是指混凝土抵抗干缩变形或温度变形而发生裂缝的能力，这些变形多引起的拉应力如果超过了混凝土的抗拉极限强度时就发生裂缝，也就是说，这些变形量超过了混凝土的极限拉伸应变值时，混凝土就发生裂缝。因此，混凝土的极限拉伸值或抗拉极限强度越大时，它的抗裂性就越高。

本发明以水泥、粗骨料、细骨料为基础，又添加有粉煤灰、抗裂组分及外加剂。粉煤灰的掺入可提高混凝土早期抗裂性能，粉煤灰较大的细度，以及二次水化作用使得混凝土更加密实。粉煤灰在改善混凝土孔结构的同时，能产生更多的C-S-H凝胶，进一步堵塞氯离子扩散通道，且粉煤灰具有较高的CA成分，可有效捕捉混凝土表面渗透的氯离子，有助于降低氯离子的扩散速度，提高混凝土的耐久性。

为提高混凝土的力学强度及抗裂性，于制备原料中加入抗裂组分。抗裂组分包括钢纤维、木质纤维、陶粒及高吸水性树脂。其中，钢纤维的抗拉强度及弹性模量均较高，可提高混凝土的力学性能，但断裂延伸率却很低，仅达到1.0-2.0％；而本发明中所选用的另一种纤维即为木质纤维，木质纤维具有较好的分散性能及柔韧性能，形成三维网状结构体系，具有良好的稳定性。木质纤维在水、碱性及弱酸性溶液中不发生溶解，因此在水泥水化反应过程中木质纤维的性能不发生改变，可很大程度上提高混凝土的抗腐蚀性，最重要的是木质纤维的抗拉强度及断裂延伸率均较好，断裂延伸率达到4.4-14.3％，可提高混凝土的韧性。其次，木质纤维的弹性模量很低，与钢纤维形成对比。

当抗拉强度较高或弹性模量较低时，极限拉伸值就越大，对应的混凝土的抗裂性就越好。因此，木质纤维与钢纤维配合使用可起到协同作用，严格控制钢纤维与木质纤维之间的比例，不仅可提高混凝土的抗裂性，还可提高混凝土的抗拉强度及韧性。

另外，陶粒为多孔结构，多孔陶粒可与混凝土形成较好的界面，陶粒的加入也可提高混凝土的极限拉伸值，进而提高混凝土的抗裂性能。

混凝土在硬化初期，表面和内部短时间内失水过快是造成收缩裂缝的主要原因。而后期出现裂缝一般是由于强度和外部应力造成的，后期的裂缝是以前期裂缝为基础的。因此，若想要解决裂缝问题，要从降低硬化初期失水过快方面入手。

高吸水性树脂含有大量的羧基和羟基等强亲水性基团，可以与水形成氢键而轻易吸收大量的自由水，并且高吸水性树脂具有三维交联网络结构，可通过溶胀作用将自由水固定在聚合物网络内部。因此，高吸水性树脂可以吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水，即使在混凝土内部强碱环境中依然可以保证几十倍的吸水倍率。高吸水性树脂的水分在早期水化阶段不参与水泥水化反应，当混凝土中自由水分含量降至一定程度时，高吸水性树脂内部的水分逐渐被释放，用于弥补混凝土内部相对湿度的降低，从而降低混凝土的收缩；另外，充分的内部保湿养护还可提高混凝土的极限拉伸值，进而提高混凝土的抗裂性。

另外，还添加有外加剂，外加剂包括减水剂、膨胀剂和引气剂。当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使得水泥浆形成絮凝结构，使得10-30％的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。

加入减水剂后，减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹的部分水，参与流动，从而有效的增加混凝土拌合物的流动性。减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而进一步提高混凝土的流动性。

膨胀剂加入水泥混凝土后，参与水化或与水泥水化产物反应，形成钙矾石，钙矾石的生成使固相体积增加很大，引起表观体积膨胀，以补偿混凝土的收缩，提高抗裂性。混凝土中有微小分散的空气炮存在，引气剂的加入可降低单位体积中开口的毛细管数量，从而改善混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗渗性。

本发明于制备原料中加入钢纤维、木质纤维以获得较好的力学性能及较低的弹性模量，加入陶粒及高吸水性树脂以提高混凝土的极限拉伸值；加入减水剂、引气剂及膨胀剂，以提高混凝土的流动性、抗渗性及抗裂性；通过多种外加剂与抗裂组分相配合的形式提高混凝土的抗裂性、力学性能及抗渗性。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，制备原料还包括石粉20-35份。

通过采用上述技术方案，石粉可与粉煤灰形成良好的级配，使得混凝土具有较好的流动性和粘聚性，即可有效填充骨料之间的空隙，又较好的粘附包裹骨料，形成较密实的混凝土微观孔结构，从而提高混凝土的抗渗性。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，所述制备原料还包括钢渣15-28份。

通过采用上述技术方案，钢渣具有多孔性能，有良好的保水性能，能延迟混凝土早期开裂时间，同时，裂缝宽度和面积较普通混凝土显著降低，钢渣的加入可提高混凝土内部相对湿度，抑制混凝土早期开裂。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，制备原料包括水泥88-96份、粉煤灰50-58份、石粉25-30份、钢渣18-24份、细骨料362-374份、粗骨料392-405份、外加剂10-12份、抗裂组分1.8-2.6份。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，所述抗裂组分包括钢纤维8-10份、木质纤维4-7份、陶粒11-25份、高吸水性树脂6-12份。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，所述外加剂包括减水剂3-6份、膨胀剂4.2-5.7份、引气剂3-5份。

本发明进一步设置为：所述减水剂选用为聚羧酸减水剂。

本发明进一步设置为：按照重量份数计，膨胀剂选用为钙基膨胀剂。

本发明进一步设置为：所述引气剂选用为脂肪醇磺酸盐。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.钢纤维与木质纤维相互弥补，严格控制钢纤维与木质纤维之间的比例，不仅可提高混凝土的抗裂性，还可提高混凝土的抗拉强度及韧性。

2.高吸水性树脂可降低混凝土的收缩，另外，高吸水性树脂与陶粒还可提高混凝土的极限拉伸值，进而提高抗裂性；

3.多种外加剂的加入可提高混凝土的流动性、抗渗性及抗裂性。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

以下实施例中所选用木质纤维的长度为1.5-2.0mm，直径为0.1-0.3mm，钢纤维的长度为20-35mm，直径为0.3-0.6mm；水泥选用普通硅酸盐水泥，所选用骨料的物理参数如表a所示。

表a原料物理参数

	空隙率(％)	表观密度(kg/m<sup>3</sup>)	粒径(mm)
				细骨料	32	2756	1.5-4.5mm
粗骨料	35	2689	25-40mm

实施例1

一种超长结构用抗裂混凝土，按照重量份数计，制备原料包括水泥80份、粉煤灰46份、石粉20份、钢渣15份、细骨料355份、粗骨料410份、外加剂15份、抗裂组分3.5份；其中，外加剂包括聚羧酸减水剂2份、钙基膨胀剂3份、脂肪醇磺酸盐1份；抗裂组分包括钢纤维12份、木质纤维9份、陶粒11份、高吸水性树脂6份。

实施例2

一种超长结构用抗裂混凝土，按照重量份数计，制备原料包括水泥92份、粉煤灰54份、石粉28份、钢渣21份、细骨料366份、粗骨料398份、外加剂11份、抗裂组分2.2份；其中，外加剂包括聚羧酸减水剂5份、钙基膨胀剂4.8份、脂肪醇磺酸盐4份；抗裂组分包括钢纤维5份、木质纤维6份、陶粒18份、高吸水性树脂9份。

实施例3

一种超长结构用抗裂混凝土，按照重量份数计，制备原料包括水泥110份、粉煤灰62份、石粉35份、钢渣24份、细骨料380份、粗骨料380份、外加剂7份、抗裂组分0.5份；其中，外加剂包括聚羧酸减水剂8份、钙基膨胀剂7份、脂肪醇磺酸盐6份；抗裂组分包括钢纤维5份、木质纤维2份、陶粒25份、高吸水性树脂12份。

实施例4

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，制备原料包括水泥88份、粉煤灰58份、石粉25份、钢渣24份、细骨料362份、粗骨料405份、外加剂10份、抗裂组分2.6份。

实施例5

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，制备原料包括水泥96份、粉煤灰50份、石粉30份、钢渣18份、细骨料374份、粗骨料392份、外加剂12份、抗裂组分1.8份。

实施例6

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，抗裂组分中钢纤维为8份、木质纤维为7份。

实施例7

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，抗裂组分中钢纤维为10份、木质纤维为4份。

实施例8

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，外加剂包括减水剂3份、膨胀剂5.7份、引气剂3份。

实施例9

一种超长结构用抗裂混凝土，与实施例2的区别在于，按照重量份数计，外加剂包括减水剂6份、膨胀剂4.2份、引气剂5份。

对比例1

市售混凝土。

性能检测

参照《纤维混凝土试验方法标准》进行轴向拉伸实验、弯曲试验和抗压试验，试验结果如表1所示；参照国家标准GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》以检测混凝土的抗渗性能，检测结果如表2所示；参照行业标准《水泥早期抗裂性试验方法》以检测混凝土的抗裂性，检测结果如表2所示：

表1 实施例1-9及对比例1的力学性能测试结果

表2 实施例1-9及对比例1的抗渗性能及抗裂性测试结果

由表1及表2可看出，实施例1-9的力学性能及抗渗性、抗裂性均优于对比例1；抗裂等级安全系数均能达到1.43及以上，抗拉强度最高达6.13MPa，极限拉伸应变最高达4.06％，弯曲性能、抗压性能及抗渗性也较为优异，说明通过本发明的制备方法所获得的混凝土的抗裂性较好的同时还具有较好的力学性能。

实施例4-5与实施例2相比，进一步缩小了制备原料中各组分的含量，说明制备原料中各个组分之间的比例将会影响混凝土的最终性能。

实施例6-7与实施例2相比改变了钢纤维与木质纤维的含量，测试结果说明木质纤维与钢纤维配合使用可起到协同作用，严格控制钢纤维与木质纤维之间的比例，不仅可提高混凝土的抗裂性，还可提高混凝土的抗拉强度及韧性。

实施例8-9与实施例2相比改变了减水剂、膨胀剂及引气剂之间的配比，检测结果说明，减水剂、膨胀剂及引气剂之间的配比将会影响混凝土的最终性能，需要严格控制三者的含量，从而使得三者之间达到协同作用，起到最好的增强效果。

综上所述，本发明于制备原料中加入钢纤维、木质纤维以获得较好的力学性能及较低的弹性模量，加入陶粒及高吸水性树脂以提高混凝土的极限拉伸值；加入减水剂、引气剂及膨胀剂，以提高混凝土的流动性、抗渗性及抗裂性；通过多种外加剂与抗裂组分相配合的形式提高混凝土的抗裂性、力学性能及抗渗性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，制备原料包括水泥80-110份、粉煤灰46-62份、细骨料355-380份、粗骨料380-410份、外加剂7-15份、抗裂组分0.5-3.5份；其中，外加剂包括减水剂2-8份、膨胀剂3-7份、引气剂1-6份；抗裂组分包括钢纤维5-12份、木质纤维2-9份、陶粒11-25份、高吸水性树脂6-12份。

2.根据权利要求1所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，制备原料还包括石粉20-35份。

3.根据权利要求2所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，所述制备原料还包括钢渣15-28份。

4.根据权利要求3所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，制备原料包括水泥88-96份、粉煤灰50-58份、石粉25-30份、钢渣18-24份、细骨料362-374份、粗骨料392-405份、外加剂10-12份、抗裂组分1.8-2.6份。

5.根据权利要求4所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，所述抗裂组分包括钢纤维8-10份、木质纤维4-7份、陶粒11-25份、高吸水性树脂6-12份。

6.根据权利要求4所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，所述外加剂包括减水剂3-6份、膨胀剂4.2-5.7份、引气剂3-5份。

7.根据权利要求6所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述减水剂选用为聚羧酸减水剂。

8.根据权利要求6所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：按照重量份数计，膨胀剂选用为钙基膨胀剂。

9.根据权利要求6所述的一种超长结构用抗裂混凝土，其特征在于：所述引气剂选用为脂肪醇磺酸盐。