專利名稱：：高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混凝土及其制備方法，特別是涉及一種用于水工結(jié)構(gòu)工程的高性能混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
：用于水工結(jié)構(gòu)工程的混凝土，包括大壩混凝土、廠房混凝土、引水系統(tǒng)混凝土、泄水系統(tǒng)混凝土、抗沖耐磨混凝土等水工結(jié)構(gòu)物，對(duì)混凝土材料有四個(gè)基本要求，首先是必須滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求，其次是必須滿足施工要求，第三是必須滿足耐久性要求，最后還必須滿足經(jīng)濟(jì)性要求。對(duì)已建成并投入運(yùn)行的混凝土壩的調(diào)査結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土壩發(fā)生比預(yù)期使用年限更早的劣化現(xiàn)象，幾乎都是由于其耐久性不能滿足要求造成的。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，從混凝土材料方面，必須考慮的幾個(gè)問題包括①具有更低的水化溫升，以盡量減小溫度梯度帶來的溫度裂縫；②具有適宜的強(qiáng)度和更高的抗裂能力，以確保大壩安全運(yùn)行，并能承受局部的不均勻變形；③應(yīng)具有足夠的抗凍融、抗侵蝕、抗碳化能力，以滿足耐久性要求；④工業(yè)廢渣建筑材料資源化，在混凝土滿足經(jīng)濟(jì)性要求的同時(shí)，使混凝土工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。然而，由于傳統(tǒng)水泥混凝土材料性能的局限性，一直以來，大體積混凝土的體積穩(wěn)定性問題幾乎無一例外地導(dǎo)致大壩混凝土開裂，在提高大壩混凝土抗裂性的研究與應(yīng)用方面難有較大的突破。以耐久性為顯著標(biāo)志的、兼顧混凝土拌和物工作性和強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展的、充分考慮節(jié)約能源資源及環(huán)境保護(hù)的混凝土稱為高性能混凝土。新一代高性能減水劑一一聚羧酸系高性能減水劑的出現(xiàn)，使得采用常規(guī)工藝制備水工結(jié)構(gòu)高性能混凝土成為可能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種體積穩(wěn)定性好、水化溫升低、抗裂性強(qiáng)、耐久性優(yōu)、粉煤灰摻量大且綠色環(huán)保的用于水工結(jié)構(gòu)工程的各強(qiáng)度等級(jí)(通常是指設(shè)計(jì)齡期為28/60/90/180天的強(qiáng)度等級(jí)為C10C50的混凝土)的高性能混凝土及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)路線為影響水工結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的最主要因素是其體積穩(wěn)定性，其宏觀表現(xiàn)主要有①水化溫升導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部產(chǎn)生溫差，造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂；②塑性收縮、自收縮、化學(xué)收縮、干燥收縮等引起的收縮變形；③早期抗拉強(qiáng)度發(fā)展與收縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力的非協(xié)調(diào)性；④混凝土材料自身的非勻質(zhì)性和非穩(wěn)定性等。本發(fā)明采用聚羧酸系高性能減水劑，通過大幅度降低混凝土的水膠比，實(shí)現(xiàn)高摻國標(biāo)I級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)n級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)ni級(jí)粉煤灰，優(yōu)化混凝土組成結(jié)構(gòu)，使混凝土高性能化，從而達(dá)到提高水工結(jié)構(gòu)混凝土材料體積穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)耐久性。為了解決上述技術(shù)問題，基于上述的技術(shù)路線，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案本發(fā)明高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土是由膠凝材料、骨料、水和外加劑制成，其中膠凝材料的用量為150350kg/n^混凝土，外加劑為高性能減水劑，減水劑的用量是膠凝材料總量的0.5%4.5%，水膠比為O.300.50，將膠凝材料、減水劑、水和骨料混合制成表觀密度為24002600kg/mS混凝土的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。其中，所用的高性能減水劑為聚羧酸系高性能減水劑，聚羧酸系高性能減水劑是一種具有高效減水、緩凝保塑、引氣和減縮功能的多功能、環(huán)保型減水劑。前述的膠凝材料是由10%60%的水泥和90%40%的國標(biāo)I級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)II級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)m級(jí)粉煤灰混合而成的，宜選用強(qiáng)度不低于42.5MPa的水泥。粉煤灰為火力發(fā)電廠排放的粉塵經(jīng)收塵處理得到的粉末狀材料，為固體工業(yè)廢棄物；按照國家標(biāo)準(zhǔn)，粉煤灰分為三個(gè)等級(jí)，按照其水硬活性、化學(xué)成分、需水比的大小依次為i級(jí)灰、n級(jí)灰和m級(jí)灰。以粉煤灰和水泥共同組成膠凝材料時(shí)，不僅僅是工業(yè)廢棄物綜合利用問題和節(jié)約資源與能源問題，以及環(huán)境保護(hù)問題，更主要的是改善混凝土諸多方面的性能，粉煤灰在混凝土中高值化利用的程度，即粉煤灰摻量的多少，標(biāo)志著技術(shù)水平的高低，采用大摻量、品質(zhì)較差的粉煤灰制備高性能混凝土，意味著混凝土技術(shù)水平較高，具有創(chuàng)新性。骨料是由20%50%的細(xì)骨料和80%50%的粗骨料混合而成的。其中細(xì)骨料是細(xì)度模數(shù)為2.43.2的中砂，粗骨料是粒度為5150mm的石子或鵝卵石。前述高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，二級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為250350kg/i^混凝土，粗骨料是由粒度為520mm和2040mm的粗骨料依據(jù)粗骨料級(jí)配原理，按照重量比4060:6040混合而成。設(shè)計(jì)齡期為28天的C25的二級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土膠凝材料的用量為280.6kg/i^混凝土，減水劑的用量是膠凝材料總量的2.8%，水膠比為0.36，加入骨料，制成表觀密度為24002600kg/i^的混凝土。三級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為200300kg/mS混凝土，粗骨料是由粒度為520mm、2040mm和4080mm的粗骨料依據(jù)粗骨料級(jí)配原理，按照重量比2040:2040:2040混合而成。設(shè)計(jì)齡期為28天的C25的三級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，膠凝材料的用量為255.6kg/n^混凝土，減水劑的用量是膠凝材料總量的2.6%，水膠比為O.36，加入骨料，制成表觀密度為24002600kg/n^的混凝土四級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為150250kg/mS混凝土，粗骨料是由粒度為520mm、2040mm、4080mm、80150mm的粗骨料依據(jù)粗骨料級(jí)配原理，按照重量比2040:2040:2040:2040混合而成。設(shè)計(jì)齡期為90天的C30的四級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，膠凝材料的用量為188kg/n^混凝土，減水劑的用量是膠凝材料總量的4.8%，水膠比為O.33，加入骨料，制成表觀密度為24002600kg/i^的混凝土前述高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土的制備方法膠凝材料的用量為150350kg/mS混凝土，減水劑的用量是膠凝材料總量的0.5%4.5%，水膠比為0.300.50，依次將骨料、膠凝材料、減水劑和水投入混凝土攪拌機(jī)中攪拌90120秒制成表觀密度為24002600kg/mS混凝土的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的配方和方法制備的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土具有良好的和易性或工作性以利于混凝土的施工，具有適宜的強(qiáng)度和強(qiáng)度發(fā)展以滿足水工結(jié)構(gòu)混凝土的設(shè)計(jì)要求和使用要求，具有較低的水化溫升和較高體積穩(wěn)定性、較高抗裂性并兼具抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性、抗碳化性以滿足耐久性要求，具有高摻粉煤灰的特點(diǎn)，以滿足混凝土技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的要求。高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土具有高工作性、適宜的強(qiáng)度和強(qiáng)度發(fā)展以及高耐久性并可持續(xù)發(fā)展，下面是本發(fā)明混凝土的各種性能參數(shù)具有較好的拌和物流動(dòng)性，坍落度為50110mm，1小時(shí)坍落度損失010%;較好的混凝土拌和物勻質(zhì)性，不離析、不泌水；混凝土拌和物的初凝時(shí)間為1518小時(shí)，終凝時(shí)間為1824小時(shí)；適宜的強(qiáng)度與強(qiáng)度發(fā)展，設(shè)計(jì)齡期為28天/60天/90天/180天的強(qiáng)度等級(jí)為C10C50;良好的抗裂性，混凝土28天的干縮值100200X10一^較低的水化熱，混凝土絕熱溫升3天齡期小于等于20.(TC，7天齡期小于等于28.(TC;較高的耐久性能，混凝土的抗?jié)B等級(jí)為W16W20，混凝土的抗凍等級(jí)為F100300。本發(fā)明的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土與普通混凝土的比較表l混凝土的配比(kgiiT)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表注相應(yīng)齡期強(qiáng)度指抗壓強(qiáng)度，單位為MPa。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式原材料強(qiáng)度不低于42.5MPa的水泥、國標(biāo)II級(jí)粉煤灰、細(xì)度在中砂范圍的天然砂或人工砂、粒徑在5150mm范圍內(nèi)的石、聚羧酸系高性能減水劑和水，按照下表的配合比，分別<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>制備方法首先將石子投入攪拌j扎，再將水泥3F口國標(biāo)II級(jí)粉煤灰分別投入攪拌機(jī)，然后將砂投入攪拌機(jī)，最后將聚羧酸系高性能減水劑和水加入強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)中攪拌120秒，制成表觀密度為2500kg/m^勺一立方米的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。四級(jí)配是齡期為90天的C30混凝土，三級(jí)配是齡期為28天的C25混凝土，二級(jí)配是齡期為28天的C25混凝土。權(quán)利要求1.一種高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，它是由膠凝材料、骨料、水和外加劑制成，其特征在于膠凝材料的用量為150～350kg/m3混凝土，外加劑為高性能減水劑，減水劑的用量是膠凝材料總量的0.5％～4.5％，水膠比為0.30～0.50，將膠凝材料、減水劑、水和骨料混合制成表觀密度為2400～2600kg/m3混凝土的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。2.按照權(quán)利要求l所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于所述高性能減水劑為聚羧酸系高性能減水劑。3.按照權(quán)利要求l所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于所述的膠凝材料是由10%60%的水泥和90%40%的國標(biāo)I級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)II級(jí)粉煤灰或/和國標(biāo)m級(jí)粉煤灰混合而成的。4.按照權(quán)利要求l所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于所述的骨料是由20%50%的細(xì)骨料和80%50%的粗骨料混合而成的。5.按照權(quán)利要求4所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于所述細(xì)骨料是細(xì)度模數(shù)為2.43.2的中砂，所述粗骨料是粒度為5150mm的石子或鵝卵石。6.按照權(quán)利要求5所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于二級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為250350kg/m3混凝土，粗骨料是由粒度為520mm和2040mm的粗骨料按照重量比4060:6040混合而成。7.按照權(quán)利要求5所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于三級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為200300kg/m3混凝土，粗骨料是由粒度為520mm、2040mm和4080mm的粗骨料按照重量比2040:2040:2040混合而成。8.按照權(quán)利要求5所述的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，其特征在于四級(jí)配高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土中膠凝材料的用量為150250kg/m3混凝土，粗骨料是由粒度為520mm、2040mm、4080mm、80150mm的粗骨料按照重量比2040:2C)40:2C)40:2040混合而成。9一種高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土的制備方法，其特征在于膠凝材料的用量為150350kg/m3混凝土，減水劑的用量是膠凝材料總量的O.5%4.5%，水膠比為0.300.50，依次將骨料、膠凝材料、減水劑和水投入混凝土攪拌機(jī)中攪拌90120秒制成表觀密度為24002600kg/m3混凝土的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。全文摘要本發(fā)明提供了一種高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土，它是由膠凝材料、骨料、水和外加劑制成的，其中膠凝材料用量為150～350kg/m³混凝土，外加劑為聚羧酸系高性能減水劑，其用量是膠凝材料總量的0.5％～4.5％，水膠比為0.30～0.50，在攪拌機(jī)中依次加入骨料(砂和石)、膠凝材料(水泥和粉煤灰)、減水劑和水，攪拌90～120秒，制成表觀密度為2400～2600kg/m³的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土。采用本發(fā)明的配方和方法制備的高性能水工結(jié)構(gòu)混凝土具有較低的水化溫升和較高體積穩(wěn)定性、較高抗裂性并兼具抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性、抗碳化性以滿足耐久性要求，具有高摻粉煤灰的特點(diǎn)，以滿足混凝土技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的要求。文檔編號(hào)C04B28/00GK101172828SQ20071020209公開日2008年5月7日申請(qǐng)日期2007年10月17日優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日發(fā)明者何金榮,曾正賓,楊金娣,梁文泉,湛正剛,潘繼錄,耘蘇,許朝政申請(qǐng)人:中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院;貴州國電科技有限責(zé)任公司;貴州特普科技發(fā)展有限公司