一種超大體積高強度低水化熱混凝土的製作方法
2023-08-11 16:35:01 1
專利名稱：一種超大體積高強度低水化熱混凝土的製作方法
技術領域：
本發明涉及到建築材料，特別涉及到一種超大體積高強度低水化熱混凝土。
背景技術：
大體積混凝土最早應用於水工工程，且應用較為普遍。而近年來，隨著社會經濟和建築技術的發展，建築規模不斷擴大，高層建築和超高層建築也越來越多，大體積混凝土逐漸成為構建大型設施或超高層建築的重要組成部分。大體積混凝土在廣泛應用於土木工程領域的高層和超高層建築、大跨度橋梁結構和工業建築等結構中時，在較多工程中出現開裂現象。造成大體積混凝土開裂的原因可分為兩類一是結構性裂縫，是由外荷載引起的，包括常規結構計算中的主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受外力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。溫度應力引起裂縫(溫度裂縫)，產生溫度裂縫的主要原因是由溫差造成的。大體積混凝土在饒築施工以及後期養護過程中，由於水泥等膠凝材料的水化反應放出大量的熱量即水化熱，並且混凝土體量大、厚度厚，而混凝土本身是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內部不易散發，內部溫度高達60°C 90°C。但混凝土在降溫過程中，內部熱混凝土約束外部冷混凝土的收縮，即內部溫度場存在溫度梯度，形成溫度應力，引起內應力，在受約束部位，混凝土的收縮，將產生很大的拉應力(因為混凝土的彈性模量，隨齡期的增加而加大的緣故)，如果超過混凝土的極限抗拉強度，將出現混凝土裂縫，導致混凝土物理力學性能降低，侵蝕介質易滲透到混凝土結構內部，從而降低混凝土壽命。上海中心大廈工程的基礎底板設計為一個直徑為121m、厚度達6m的大圓筒，混凝土強度等級為C50。該基礎底板6萬方C50混凝土需要一次性連續澆搗完成。這種超大體積混凝土強度等級之高、一次性方量之大和厚度之厚，這些綜合技術條件在現有技術中是從未有過的，以致對如何控制超大體積混凝土水化熱，降低混凝土開裂的風險提出了更高的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有混凝土在大體量澆築中存在的不足，提供一種超大體積高強度低水化熱混凝土。本發明的超大體積高強度低水化熱混凝土應用在直徑為121m， 厚度為6m的體量達60000方的圓筒狀結構中，要求澆築時有效降低水化熱，在源頭上控制該大體積混凝土開裂，提高工程的質量。為了達到上述發明目的，本發明提供的技術方案如下
一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，該混凝土包括有如下成分
組分立方用量kg/m3
水泥200 260
礦粉100 160
粉煤灰80 100細骨料粗骨料外加劑水
1010 1050 4. 0 5. 0
740 800
155 165在本發明的混凝土中，所述的水泥為中低熱水泥，其3d水化熱為220KJ/Kg，7d水化熱為289 KJ/Kg。在本發明的混凝土中，所述的細骨料採用細度模數大於2. 3、含泥量小於2. 0%、泥塊含量小於0. 5%的天然中砂。在本發明的混凝土中，所述的粗骨料採用粒徑為5 25mm的碎石。在本發明的混凝土中，所述的外加劑為改性的聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑由麥斯特生產，型號為RP325。聚羧酸系減水劑內添加有粘度調節劑，其摻量的質量百分比為0. 1% 0. 3%，通過粘度調節劑改性聚羧酸高效減水劑對水的敏感性以及其它原材料質量波動的敏感性。在本發明的混凝土中，所述水泥中混合材用量和混凝土中摻合料用量之和不小於膠凝材料總量的65%。水泥中的混合材是指內摻的礦渣、粉煤灰，混凝土中的摻合料是外摻的礦粉、粉煤灰，總膠是指膠凝材料的總量。基於上述技術方案，本發明的超大體積高強度低水化熱混凝土與現有技術相比具有如下技術優點
1.本發明的混凝土中通過配比水泥、礦物摻合料的品種和摻量，並結合外加劑的因素， 通過合成作用來降低混凝土中的水化熱，保證超大體積超厚混凝土的澆築質量滿足設計、 施工和供應等方面的要求。2.本發明選用中低熱水泥、大摻量礦粉和粉煤灰等礦物摻合料以及添加聚羧酸系減水劑，可有效地減少混凝土的水化熱和放熱速率，有利於混凝土早期性能的提高，提高了混凝土抵抗開裂的能力，降低混凝土早期產生缺陷的風險，這一點對於超大體積超厚度大體量混凝土的澆築效果十分明顯。
具體實施例方式下面我們結合具體的實施例來對本發明的超大體積高強度低水化熱混凝土做進一步的詳細闡述，力求從理論設計和實踐應用方面來更為清楚的理解本發明，但不能以此來限制本發明的保護範圍。超大體積混凝土裂縫的控制是一個系統性的工程。大體積混凝土的膠凝材料選擇與配製、混凝土生產與澆築施工以及養護等所有環節，都將會影響到最終混凝土工程的質量好壞程度。然而，膠凝材料的水化熱是進行大體積混凝土溫度裂縫控制設計的最主要參考參數，也是控制超大體積混凝土開裂的源頭。經過大量的小試、多次的中試以及一次模擬試驗等試驗，並對超大體積C50混凝土配合比的水化熱、抗壓、劈拉、抗折和彈模等性能以及測溫進行了深入研究，才確定了超大體積超厚高強混凝土的最終成分配比
組分立方用量kg/m3
水泥200 260
礦粉100 160粉煤灰80 100
細骨料740 800
粗骨料1010 1050
外加劑4. 0 5. 0
水155 165。 下表是一個具體的C50混凝土配合比設計(單位kg/m3)
水咬比水水泥IT粉_灰I P mm 3 貝炒石子外擁水P. 042.5S 95II級中砂5-2δM0. 361602401208076010304,4
備註坍落度180mm 士 30_ ；
水泥是混凝土膠凝體系中最主要的材料，並且是影響混凝土中溫升的最主要因素之一。由於混凝土的導熱率低，水泥水化時放出的熱量不易散失，容易使混凝土內部最高溫度達60°C以上。由於混凝土外表面冷卻較快，就使混凝土內外溫差達幾十度。混凝土外部冷卻產生收縮，而內部尚未冷卻，就產生內應力，容易產生微裂縫，致使混凝土耐水性降低。採用低放熱量和低放熱速率的水泥就可降低大體積混凝土的內部溫升。因此，主要是採用高性能水泥，降低水泥的水化熱和放熱速率是極其重要的。選用強度等級為42. 5級普通矽酸鹽水泥，技術指標符合現行的國家標準GB175-2007《通用矽酸鹽水泥》。本發明的實施例中選擇的是中低熱水泥，因為該水泥3d的水化熱在低於中熱水泥，7d的水化熱在中熱水泥和低熱水泥之間。並且該水泥的水化放熱速率和水化熱放熱量與水化時間的變化曲線也是較為複合我們工程的實際要求，既滿足工程的水化熱要求，同時水化熱又不是太慢來滿足工程的C50高強度要求的特性。本發明實施例中採用的中低熱水泥的水化熱放熱速率和熱量隨著水化時間成一定的曲線變化，早期放熱較快，在12小時左右水泥的水化放熱速率達到最大，之後放熱速率逐漸降低。活性礦物摻合料是大體積混凝土不可缺少的組分之一，一般常用的有粉煤灰、礦粉等。利用它們的物理效應、填充效應和火山灰效應，不但可以大幅度降低新拌自密實混凝土的內部屈服剪應力，改善流變性能，可以改善自密實混凝土結構的孔結構和力學性能，同時還可以較大幅度地降低水化熱。粉煤灰和礦粉等礦物摻合料摻入到C50膠凝體系中，可大幅度的降低混凝土水化熱，3d水化熱和7d水化熱比基準水泥分別降低了 22. 3%和13. 5%。同時，水化熱放熱速率也比基準水泥慢，以及由水泥、礦粉和粉煤灰組成的膠凝體系水化放熱速率的峰值比基準水泥推遲約12小時出現。由於混凝土早期強度性能比較薄弱，水化熱峰值的推後，有利於混凝土儘快的發展強度，以至來抵制後期溫度應力所引起的溫度應力所造成的開裂風險。本發明的混凝土中，水泥中混合材用量和混凝土中摻合料用量之和不小於總膠的65%。水泥中的混合材是指內摻的礦渣、粉煤灰，混凝土中的摻合料是外摻的礦粉、粉煤灰，總膠是指膠凝材料的總量。高性能聚羧酸系減水劑作為最主要的外加劑，是配製大體積C50混凝土的必不可少的組分之一。高性能聚羧酸系減水劑不但可以降低用水量，減少混凝土配合比的總膠用量，同時在水灰比不變的情況下可以降低了單方水泥用量，所以可降低混凝土的絕對溫升、 減小混凝土的化學收縮。根據W. H. dilger和C. Wang的試驗結果高效減水劑推遲水泥水化的開始時間，但使凝結後的水化速度加快，但總體上比基準水泥的水化放熱速率要慢很多。在本發明的混凝土中外加劑為改性的聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑由麥斯特生產，型號為RP325。聚羧酸系減水劑內添加有粘度調節劑，其摻量的質量百分比為0. 1% 0. 3%，通過粘度調節劑改性聚羧酸高效減水劑對水的敏感性以及其它原材料質量波動的敏感性。摻一定量的外加劑的膠凝體系進行水化熱檢測，也確實能夠改變混凝土的整體水化熱，不但水化放熱速率大幅度的降低，而且水化熱放熱峰值推遲了約20小時。根據測試， 3d和7d水化熱分別比基準水泥降低了 37. 3%和24. 6%，降低幅度較大，同時比不摻外加劑的膠凝材料體系的水化熱降低了 19. 3%和12.8%。這些都非常有利於我們對混凝土早期質量的控制。通過選擇性能優異的中低熱水泥、大摻量礦粉和粉煤灰等礦物摻合料以及添加高性能聚羧酸系減水劑，可有效的減少混凝土的水化熱和放熱速率，降低混凝土早期強度等性能的發展，有利於混凝土早期性能的提高，降低了混凝土早期產生缺陷的風險，提高了混凝土抵抗開裂的性能。同時，為了解決超大體積混凝土的一次性澆築的工況，需要考慮和研究C50混凝土的泵送性以及力學性能和溫升等參數。(1)本實施例中C50混凝土坍落度、擴展度、1小時坍損、2小時坍損如下表所示 C50混凝土在攪拌站發料時的工作性
權利要求
1. 一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，該混凝土包括有如下成分組分立方用量kg/m:水泥200 --260礦粉100 --160粉煤灰80 100細骨料740 --800粗骨料1010 1050外加劑4. 0 --5. 0水155 --165
2.根據權利要求1所述的一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，所述的水泥為中低熱水泥，其3d水化熱為220KJ/Kg，7d水化熱為289 KJ/Kg。
3.根據權利要求1所述的一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，所述的細骨料採用細度模數大於2. 3、含泥量小於2. 0%、泥塊含量小於0. 5%的天然中砂。
4.根據權利要求1所述的一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，所述的粗骨料採用粒徑為5 25mm的碎石。
5.根據權利要求1所述的一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，所述的外加劑為改性的RP325聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑內添加有粘度調節劑，其摻量的質量百分比為0. 1% 0. 3%。
6.根據權利要求1所述的一種超大體積高強度低水化熱混凝土，其特徵在於，所述水泥中混合材用量和混凝土中摻合料用量之和不小於膠凝材料總量的65%。
全文摘要
本發明涉及一種超大體積高強度低水化熱混凝土，該混凝土包括有如下成分水泥200～260 ；礦粉100～160；粉煤灰80～100；細骨料740～800；粗骨料1010～1050；外加劑4.0～5.0；水155～165。本發明的超大體積高強度低水化熱混凝土應用時可有效降低水化熱，在源頭上極大地降低控制該大體積混凝土開裂的風險，提高工程的質量。
文檔編號C04B28/04GK102241497SQ20111014583
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月1日 優先權日2011年6月1日
發明者吳德龍, 陳堯亮, 陳康, 陳建大, 黃玉林, 龔劍 申請人:上海富康建設有限公司, 上海市第一建築有限公司, 上海建工材料工程有限公司, 上海浦升混凝土有限公司, 上海浦新預拌混凝土有限公司, 上海浦蓮預拌混凝土有限公司