一种低收缩抗开裂混凝土的制作方法

1.本发明涉及建筑材料领域，尤其是涉及一种低收缩抗开裂混凝土。


背景技术：

2.混凝土的收缩开裂问题已成为现代混凝土界的普遍影响，严重影响了建筑工程结构的正常使用和使用寿命。
3.混凝土收缩开裂的主要原因是由于混凝土在硬化的过程中内外水份蒸发速率不同，混凝土表面水份损失过快，变形较大，内部水份损失慢，变形较小，导致混凝土内外变形不同，而较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力从而导致裂缝的产生。目前针对混凝土干缩开裂问题最常见的措施是在混凝土中添加高吸水性树脂，或者在混凝土养护时在混凝土表面洒水、喷雾等；虽然添加高吸水树脂能够解决混凝土的收缩开裂问题，但吸水树脂释水后会在混凝土内部留下空洞，从而影响混凝土的力学性能；而洒水和喷雾只是暂时使混凝土表面湿润，但是水份并不易进入混凝土内部，不能达到预期的养护效果。


技术实现要素：

4.为了降低混凝土的收缩率，本发明提供一种低收缩抗开裂混凝土。
5.本发明提供的一种低收缩抗开裂混凝土采用如下的技术方案：一种低收缩抗开裂混凝土，所述混凝土按重量份计包括胶凝材料580-610份、机制砂780-880份、碎石900-940份、外加剂25-35份、水130-160份，其中胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣，按重量比计，水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣为5：(1.6-2.1)：(1.2-1.7):(0.9-1.3)。
6.优选的，所述水与胶凝材料的重量比为0.23-0.25。
7.优选的，所述水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣的重量比为5：(1.7-2.1)：(1.4-1.7):(1-1.3)。
8.优选的，所述水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣的重量比为5：(1.7-1.9)：(1.4-1.6):(1-1.3)。
9.通过采用上述技术方案，在本技术中由于煤灰和矿粉具有形态效益、填充效益和二次水化反应作用，使混凝土的密实度增加，另一方面，本技术研究发现掺加粉煤灰、矿粉和矿渣后混凝土用水量相比于原有用水量得到进一步降低，从而在一定程度上也增加了混凝土的密实度，使混凝土内部失水阻力变大，收缩减小。因此本技术通过控制混凝土的水胶比以及胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿粉以及矿渣的比例这两方面来提高混凝土的密实性能，促使混凝土的收缩降低，抗开裂性能提升。
10.此外，粉煤灰、矿粉和矿渣的配合使用，能够使得混凝土内的微集料效应和反应活性形成良好的匹配，改变水化相和过渡区的孔结构，起到有效的填充作用，从而细化水化相的孔结构，对混凝土的收缩起到进一步的限制作用，达到抗开裂的效果。
11.优选的，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
12.通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂对水泥具有高的分散作用，能较好的保持混凝土的坍落度，可以使混凝土拌合物的流动性大大提高，同时在保持良好的流动性的情况下大幅度减少混凝土拌合物的用水量，进而提高混凝土的密实度。
13.优选的，所述外加剂包括聚羧酸减水剂、碱激发剂和膨胀剂，按重量比计，聚羧酸减水剂：碱激发剂：膨胀剂为1：(0.2-0.6)：(0.5-0.8)。
14.优选的，所述外加剂包括聚羧酸减水剂、碱激发剂和膨胀剂，按重量比计，聚羧酸减水剂：碱激发剂：膨胀剂为1：(0.3-0.5)：(0.6-0.8)，进一步的碱激发剂采用细度模数为2.1-2.3的钠水玻璃。
15.通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂、碱激发剂和膨胀剂的配合使用，不仅可以补偿混凝土部分收缩变形，降低混凝土因收缩开裂的概率，调节混凝土的发气量，进而控制混凝土的孔结构，提高混凝土的密实度，进而降低混凝土的收缩。
16.优选的，所述碎石的吸水率≤2％，针片状颗粒含量≤5％，压碎指标值为4-5％。
17.通过采用上述技术方案，将碎石的吸水率、针片状颗粒含量、压缩指标值限定在本技术的范围内时，能够对混凝土的收缩起到进一步的限制作用，达到降低收缩的目的。
18.综上所述，本发明具有以下有益效果：本技术通过控制混凝土的水胶比以及胶凝材料中各组分的比例，保证混凝土内水化所需用水量，同时还能够加快混凝水化的速度，使得体系内水化产物能够有效填充混凝土内部孔隙，提高混凝土的密实度，此外外加剂中减水剂、碱激发剂、膨胀剂的配合使用，使得混凝土水化速度较快，水化程度较大，产生的水化产物能够有效填充孔隙，使得孔结构变得更加致密，对所以混凝土的收缩起到一定的限制作用。
具体实施方式
19.以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
20.由于混凝土干缩机理主要是由水泥石结构失水引起的，在干燥环境下，水份从混凝土表面蒸发，首先是粗孔和大毛细孔中的自由水，这些水份散失并不会引起混凝土很大体积变形，接着是小毛细孔和胶粒间孔的吸附水，这些水份散失会引起较大程度的体积变形，最后当强结晶水和结构水这些结合水散失时，混凝土结构开始破化。所以本技术通过调整混凝土的水胶比、胶凝材料中各组分的比例以及外加剂中各组分的比例来测试混凝土干缩率以及开裂面积，同时测试水胶比、胶凝材料中各组分的比例以及外加剂中各组分的比例对混凝土的流动性能以及抗压强度的影响，保证低收缩、低开裂面积的情况下混凝土依然具有良好的施工性能以及所需的抗压强度。
21.本技术原料均采用市售，具体说明如下：(1)水泥采用p.o52.5普通硅酸盐水泥，烧失量为0.89％，28天抗压强度60.6mpa，28天抗折强度为9.6mpa；(2)粉煤灰采用ⅰ级粉煤灰，7天活性指数为88％，28天活性指数为108％；(3)矿粉采用s95级矿粉，7天活性指数为75％，28天活性指数为100％；(4)聚羧酸减水剂固含量为40％，减水率为30％；(5)膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙类复合膨胀剂；
(6)碱激发剂采用钠水玻璃，细度模数为2.1-2.3。
22.(7)矿渣化学成分如下表所示本技术混凝土是将胶凝材料、机制砂、碎石、外加剂和水加入搅拌罐中，混合搅拌均匀即可得到本技术的低收缩抗开裂混凝土。
23.实施例1一种低收缩抗开裂混凝土，胶凝材料580kg、机制砂780kg、碎石900kg、减水剂25kg、水130kg；其中胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣，其中水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣的重量比为5:1.6:1.2:0.9；碎石的吸水率为2％，针片状颗粒含量为4％，压碎指标值为4-5％。
24.实施例2-7一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例1的不同之处是，水胶比发生变化，其余未变，具体含量参照表1所示。
25.表1 实施例1-7混凝土配比表，单位：kg7混凝土配比表，单位：kg实施例8一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:1.7:1.4:1，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
26.实施例9一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:1.8:1.6:1.1，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
27.实施例10一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:1.9:1.6:1.1，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
28.实施例11一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:1.8:1.7:1.1，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
29.实施例12
一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:1.8:1.6:1.3，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
30.实施例13一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处是，水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的重量比为5:2.1:1.7:1.3，其余与实施例5相同，具体配比参照表2。
31.表2 实施例8-13混凝土配比表，单位：kg实施例14一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例9的不同之处在于：机制砂820kg、碎石920kg、减水剂30kg，其余组分含量与实施例9中的相同。
32.实施例15一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例9的不同之处在于：机制砂880kg、碎石940kg、减水剂35kg，其余组分含量与实施例9中的相同。
33.实施例16一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例14的不同之处在于，外加剂包括减水剂、水玻璃和膨胀剂，按重量比，减水剂：水玻璃：膨胀剂为1:0.2:0.5，具体含量如表3所示，其他组分与实施例14中的组分相同。
34.对比实施例16-1一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例16的不同之处在于，外加剂包括减水剂和膨胀剂，按重量比，减水剂：膨胀剂为1:0.5，具体含量如表3所示，其他组分与实施例16中的组分相同。
35.对比实施例16-2一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例16的不同之处在于，外加剂包括减水剂和膨胀剂，按重量比，减水剂：水玻璃为1:0.2，具体含量如表3所示，其他组分与实施例16中的组分相同。
36.实施例17一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例14的不同之处在于，外加剂包括减水剂、水玻璃和膨胀剂，按重量比，减水剂：水玻璃：膨胀剂为1:0.4:0.6，具体含量如表3所示，其他组分与实施例14中的组分相同。
37.实施例18一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例14的不同之处在于，外加剂包括减水剂、水玻
璃和膨胀剂，按重量比，减水剂：水玻璃：膨胀剂为1:0.6:0.8，具体含量如表3所示，其他组分与实施例14中的组分相同。
38.表3 实施例16-18、对比实施例的混外加剂配比表，单位：kg对比例1-3一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处在于，胶凝材料中无矿渣或无矿粉或无粉煤灰，具体参照表4所示，其余组分及含量与实施例5的相同。
39.对比例4一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处在于，胶凝材料中水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣的重量比为5:1.5:1.8:0.7，具体含量如表4所示，其余组分含量与实施例5相同。
40.对比例5一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处在于，胶凝材料中水泥：粉煤灰：矿粉：矿渣的重量比为5:2.3:1.0:0.5，具体含量如表4所示，其余组分含量与实施例5相同。
41.表4 对比例1-3中胶凝材料配比表，单位：kg对比例6一种低收缩抗开裂混凝土，与实施例5的不同之处在于，水的量为170kg，即水胶比为：0.283，其余组分的含量与实施例5的均相同。
42.性能检测对本技术实施例、对比实施例和对比例得到的低收缩抗开裂混凝土进行普通力学性能试验、混凝土收缩、早期抗裂试验，检测结果如下表所示。
43.混凝土普通性能试验按照gb/t50081-2002《混凝土普通力学性能试验方法》中的规定进行，强度试件尺寸为100
×
100
×
100mm，检测结果如表5所示；混凝土收缩、抗裂测试按gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的规定进行，测试收缩件尺寸为100
×
100
×
515mm，测试抗裂件尺寸为800
×
600
×
100mm。
44.表5 混凝土工作性能和力学性能试验结果表
从表5中可以看出：实施例1-7中，混凝土出机时的坍落度均在200mm以上，且2h后混凝土的坍落度在200mm左右，具有良好的流动性，说明本技术水胶比在0.224-0.262之间时能够满足c60混凝土的施工要求，且实施例1-7中混凝土28天的抗压强度在64mpa以上，也满足c60混凝土的强度要求。
45.实施例8-18、对比实施例16-1、对比实施例16-2中可以看出，在水胶比与实施例5中的水胶比相同的情况下，当改变水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例、机制砂、碎石和减水剂的配比量、外加剂的配比时，混凝土的流动性、抗压强度与实施例5中的流动性、抗压强度相差不大，说明水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例、机制砂、碎石和减水剂的配比量、外加剂的配比在本技术限定的范围内时，均能够有效保证混凝土的流动性，提高混凝土的抗压强度。
46.对比例1-3与实施例5相比，当胶凝材料中缺少矿渣、矿粉、粉煤灰中的任意一种时，混凝土的流动性降低，且混凝土7天和28天的抗压强度均降低，说明胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的配合使用，不仅可以保障混凝土的流动性能，同时还有助于提高混凝土的抗压强度。
47.对比例4-5与实施例5相比，当水胶比相同时，当胶凝材料中水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例不在本技术的范围内时，混凝土的流动性和抗压强度均低于本技术实施例5中的流动性和抗压强度，说明水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例在本技术限定的范围内时，有助于提高混凝土的流动性和抗压强度。
48.表6 混凝土干燥收缩测试结果表混凝土干燥收缩测试结果表从表6中可以看出：实施例1-5中混凝土的干缩率随着水胶比的增加而呈逐渐降低的趋势，且在实施例5时干缩率达到最低，实施例6-7中的干缩率与实施例5中的干缩率基本接近但却呈现上升的趋势，其主要原因是水胶比小时，混凝土内部孔径减小，毛细孔及微细毛孔比率增大，此时自由水份的消失会造成极大的收缩应力，当水胶比较大时，混凝土内部水份含量高，存在于较大的空隙中，随着水泥水化反应的继续进行，水泥石结构进一步致密化，这些大空隙中的水份逐渐失去不会产生较大的毛细管张力，所以混凝土的收缩率也比较小。
49.此外，实施例1-7中，混凝土出现裂缝的时间也逐渐延长，24小时总开裂面积也呈先降低后上涨的趋势，且在实施例5时，裂缝数以及总开裂面积达到最小，说明水胶比为0.25时，混凝土的抗裂性能也较优。
50.实施例8-13中，当水胶比与实施例5的水胶比相同时，实施例8-13中混凝土的收缩率均小于实施例5中混凝土的收缩率，实施例8-13中混凝土的抗裂性能也优于实施5中的抗裂性能，说明水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例在此范围内时，对混凝土的开裂性能起到限制作用。
51.实施例14-15中，当水胶比以及水泥、粉煤灰、矿粉和矿渣的比例与实施例9中的相同后，改变机制砂、碎石和减水剂的含量，其收缩率降低，同时混凝土出现开裂的时间相比
于实施例9中的开裂时间更迟，但当机制砂、碎石和减水剂的含量达到本技术限定的最大值时，实施例15中的干缩率虽小于实施例9中的干缩率，但高于实施例14中的干缩率，且实施例15中的抗开裂面积也大于实施例13中的抗开裂面积，说明机制砂、碎石和减水剂的含量为实施例14中的含量时，混凝土的干燥收缩率以及抗开裂性能均达到较优的效果。
52.实施例16-18中，当外加剂采用减水剂、水玻璃和膨胀剂后，混凝土的干缩率以及开裂面积也均降低，说明水玻璃、膨胀剂与减水剂的配合使用，使得混凝土水化速度较快，水化程度较大，所以混凝土体系中水化产物填充孔隙，使得孔结构变得更加致密，对所以混凝土的收缩起到一定的限制作用，收缩率降低，开裂面积也降低。
53.对比实施例16-1、对比实施例16-2与实施例16相比，当外加剂由减水剂和膨胀剂或减水剂和水玻璃组成时，混凝土干缩率和开裂面积虽低于只使用减水剂时的干缩率和开裂面积，但却大于三者共用时的性能，说明减水剂、水玻璃和膨胀剂三者共同使用时，不仅可以保证混凝土具有良好的流动性能，还能够降低混凝土的收缩率和开裂面积。
54.对比例1-6中可以看出，对比例1-6中混凝土的干缩率以及开裂面积均高于本技术实施例5中混凝土的干缩率和开裂面积，也由此可以说明，本技术中各组分相互作用、相互配合才能够有效降低混凝土的干缩率以及开裂面积。
55.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。