一种低水化防辐射高效抗裂混凝土的制作方法

1.本发明涉及建筑工程混凝土技术领域，特别涉及一种低水化防辐射高效抗裂混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.质子和重离子治疗技术是当前最有效的癌症治疗手段，属于放疗中的一种，是国际公认的放疗尖端技术，质子和重离子同属于粒子线，与传统的光子线不同，粒子线可以形成能量布拉格峰，能够在对肿瘤进行集中爆破的同时，减少对健康组织的伤害。徐州质子重离子医院是淮海经济区首个包含质子和重离子治疗的医院，质子重离子治疗区布置质子重离子治疗室、直线加速器、核医学、回旋加速器等，由于质子重离子治疗在实施过程中灰释放高能量的射线，因此在治疗功能进行实现的过程中，如何避免和减小射线对周边的环境的影响，也是质子重离子技术研究的方向，目前常采用的方式为采用辐射屏蔽结构对射线进行屏蔽，该种防辐射屏蔽结构常常采用超厚墙体和楼板进行实现，如徐州质子重离子医院楼板最大厚度超过3m，墙体最大厚度超过5m，均属于大体积混凝土施工。
3.大体积混凝土由于厚度较大，在浇筑过程中，混凝土内部温度在短时间内由于水泥的水化作用会急剧上升，由于大体积混凝土墙体厚度较大导致内部温度难以释放，当混凝土里表温差较大时，就会出现温度裂缝，而某些防辐射墙体设计要求不允许出现大于0.2mm的贯穿裂缝，传统的降低水化热的方法为降低水泥用量，由于混凝土内需要胶凝材料对骨料进行包裹，因此在降低水泥用量的同时需要增加粉煤灰降低水化热，但是粉煤灰密度低，当大量掺入粉煤灰时将导致混凝土的整体密度降低，而某些防辐射混凝土要求具有较高干密度，因此，如何提供一种符合要求的超厚防辐射施工用混凝土，是本发明所要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了能够满足超厚防辐射结构应具有高干密度、裂缝小等具体要求，本发明提供一种低水化防辐射高效抗裂混凝土及其制备方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种低水化防辐射高效抗裂混凝土及其制备方法，所述混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥100份、粉煤灰40-70份、粗骨料400-700份、细骨料250-550份、水45-90份、抗裂剂8-18份和减水剂1.5-4份；优选地，所述混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥204份、粉煤灰126份、粗骨料1065份、细骨料815份、水155份、抗裂剂30份和减水剂5.4份；优选地，所述混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥229份、粉煤灰111份、粗骨料1059份、细骨料815份、水160份、抗裂剂30份和减水剂5.4份；所述混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥204份、粉煤灰126份、粗骨料1092份、细骨料835份、水159份、抗裂剂30份和减水剂6份；优选地，所述混凝土由以下重量份数的原料制成：水泥229份、粉煤灰111份、粗骨
料1059份、细骨料815份、水155份、抗裂剂30份和减水剂5.4份。
6.其中，所述水泥的品种等级为p
·
o42.5，检测其化学成分包括：c3a5.3 wt%、mgo1.1 wt%、so32.0 wt%、碱含量0.45 wt%、cl-0.02 wt%、游离cao0.55 wt%、loss0.67 wt%；其性能为：比表面积355m2/kg、密度3.09g/cm3、初凝时间155min、终凝时间230min、安定性≤5.0mm。
7.所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其物理性能为：比表面积246m2/kg、密度2.24g/cm3、so30.95%、烧失量1.48%、需水量比100%。
8.所述粗骨料由重量比为1.8-3.5:1的玄武岩和石灰岩组成；玄武岩和石灰岩的重量比优选为2.1-2.9:1，更优选为2.33:1。
9.所述玄武岩的物理性能为：表观密度2880kg/m3、堆积密度1469kg/m3、孔隙率49%、含泥量0.3%、泥块含量0.2%；所述石灰岩的物理性能为：表观密度2735kg/m3、堆积密度1370kg/m3、孔隙率50%、含泥量0.4%、泥块含量0.3%。
10.所述细骨料为中砂，所述中砂的物理性能为：泥块含量0.5%、含泥量1.5%、粒径＜150μm的含量4.6%、细度模数2.9、表观密度2650 kg/m3、堆积密度1430 kg/m3、紧密密度1620 kg/m3、含水率5.3%。
11.所述抗裂剂为hme-v混凝土抗裂剂；所述减水剂为pca-i型聚羧酸减水剂。
12.本发明的有益效果是：1、相比传统的混凝土，本发明通过降低水泥含量有效降低水泥的水化热，进而降低超厚大体积混凝土因里表温差大产生裂缝的概率；2、通过在胶凝材料中掺加粉煤灰，在降低水化热的情况下，可以保证胶凝材料的总量，进而保证混凝土胶凝材料对骨料的包裹作用；3、因降低水泥含量、增加粉煤灰，将导致混凝土的整体密度下降，本发明通过增加其骨料的密度，进而保证混凝土的整体密度满足2350kg/m3的要求；4、通过掺入外加剂，有效降低混凝土自生裂隙的产生，从而有效保证防辐射混凝土结构的防辐射要求。
附图说明
13.图1 为混凝土抗裂试验数据图。
具体实施方式
14.本发明的防辐射混凝土要求其干密度要大于2.35kg/m3，因此在降低水泥用量、掺加粉煤灰的同时，还需要通过调整比例以及采用其他密度较大的骨料来保证防辐射混凝土的干密度。为实现混凝土降低水化热的同时，还要满足的混凝土的干密度要求，本发明主要通过以下方式实现：1、普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。因此在对混凝土进行适配时，在保证混凝土强度的前提下，尽量减少水泥的用量，通过适配数据显示，尽量减少水泥用量，试验表明每增加 10kg 水泥，其水化热将使用混凝土的温度相应上升 1℃。
15.2、在降低水泥掺量的同时，为保证混凝土胶凝材料对骨料的包裹作用，在混凝土
中掺入粉煤灰，在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料，能提高混凝土的和易性、提高不透水、气性、抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能、降低水化热、改善混凝土的耐高温性能、减轻颗粒分离和析水现象、减少混凝土的收缩和开裂以及抑制杂散电流对混凝土中钢筋的腐蚀。
16.3、普通混凝土干密度为2300kg/m3~2400kg/m3，为降低混凝土水化热，需在混凝土中减少水泥的重量，并加入大量粉煤灰，常用的水泥密度为3100kg/m3，粉煤灰的密度一般为2200kg/m3，因此降低水泥，增加粉煤灰会导致混凝土的整体密度降低，为保证防辐射混凝土2350kg/m3的要求，本发明在混凝土研发时，通过对徐州当地的岩石进行考察，最终选定了密度较大的玄武岩（密度为2880kg/m3）作为粗骨料，通过适当的调配来提高混凝土整体的密度。
17.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
18.实施例1c30混凝土本实施例提供了一种低水化防辐射高效抗裂的c30混凝土，其各组分用量如下：水泥204kg、粉煤灰126kg、粗骨料1065kg、细骨料815kg、水155kg、抗裂剂30kg和减水剂5.4kg。
19.其中，水泥的品种等级为p
·
o42.5，检测其化学成分包括：c3a5.3wt%、mgo1.1wt%、so32.0wt%、碱含量0.45wt%、cl-0.02wt%、游离cao0.55wt%、loss0.67wt%；其性能为：比表面积355m2/kg、密度3.09g/cm3、初凝时间155min、终凝时间230min、安定性≤5.0mm。
20.粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其物理性能为：比表面积246m2/kg、密度2.24g/cm3、so30.95%、烧失量1.48%、需水量比100%。
21.玄武岩的物理性能为：表观密度2880kg/m3、堆积密度1469kg/m3、孔隙率49%、含泥量0.3%、泥块含量0.2%；石灰岩的物理性能为：表观密度2735kg/m3、堆积密度1370kg/m3、孔隙率50%、含泥量0.4%、泥块含量0.3%。
22.细骨料为中砂，中砂的物理性能为：泥块含量0.5%、含泥量1.5%、粒径＜150μm的含量4.6%、细度模数2.9、表观密度2650kg/m3、堆积密度1430kg/m3、紧密密度1620kg/m3、含水率5.3%。
23.实施例2c30混凝土本实施例提供了一种低水化防辐射高效抗裂的c30混凝土，其各组分用量如下：水泥204kg、粉煤灰126kg、粗骨料1092kg、细骨料835kg、水159kg、抗裂剂30kg和减水剂6kg；其中，粗骨料为玄武岩764kg和石灰岩328kg。
24.其中，水泥的品种等级为p
·
o42.5，检测其化学成分包括：c3a5.3wt%、mgo1.1wt%、so32.0wt%、碱含量0.45wt%、cl-0.02wt%、游离cao0.55wt%、loss0.67wt%；其性能为：比表面积355m2/kg、密度3.09g/cm3、初凝时间155min、终凝时间230min、安定性≤5.0mm。
25.粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其物理性能为：比表面积246m2/kg、密度2.24g/cm3、so30.95%、烧失量1.48%、需水量比100%。
26.玄武岩的物理性能为：表观密度2880kg/m3、堆积密度1469kg/m3、孔隙率49%、含泥量0.3%、泥块含量0.2%；石灰岩的物理性能为：表观密度2735kg/m3、堆积密度1370kg/m3、孔隙率50%、含泥量0.4%、泥块含量0.3%。
27.细骨料为中砂，中砂的物理性能为：泥块含量0.5%、含泥量1.5%、粒径＜150μm的含
量4.6%、细度模数2.9、表观密度2650kg/m3、堆积密度1430kg/m3、紧密密度1620kg/m3、含水率5.3%。
28.实施例3c35混凝土本实施例提供了一种低水化防辐射高效抗裂的c35混凝土，其各组分用量如下：水泥229kg、粉煤灰111kg、粗骨料1059kg、细骨料815kg、水160kg、抗裂剂30kg和减水剂5.4kg。
29.其中，水泥的品种等级为p
·
o42.5，检测其化学成分包括：c3a5.3wt%、mgo1.1wt%、so32.0wt%、碱含量0.45wt%、cl-0.02wt%、游离cao0.55wt%、loss0.67wt%；其性能为：比表面积355m2/kg、密度3.09g/cm3、初凝时间155min、终凝时间230min、安定性≤5.0mm。
30.粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其物理性能为：比表面积246m2/kg、密度2.24g/cm3、so30.95%、烧失量1.48%、需水量比100%。
31.玄武岩的物理性能为：表观密度2880kg/m3、堆积密度1469kg/m3、孔隙率49%、含泥量0.3%、泥块含量0.2%；石灰岩的物理性能为：表观密度2735kg/m3、堆积密度1370kg/m3、孔隙率50%、含泥量0.4%、泥块含量0.3%。
32.细骨料为中砂，中砂的物理性能为：泥块含量0.5%、含泥量1.5%、粒径＜150μm的含量4.6%、细度模数2.9、表观密度2650kg/m3、堆积密度1430kg/m3、紧密密度1620kg/m3、含水率5.3%。
33.实施例4c35混凝土本实施例提供了一种低水化防辐射高效抗裂的c35混凝土，其各组分用量如下：水泥229kg、粉煤灰111kg、粗骨料1059kg、细骨料815kg、水155kg抗裂剂30kg和减水剂5.4kg；其中，粗骨料为玄武岩741kg和石灰岩318kg。
34.其中，水泥的品种等级为p
·
o42.5，检测其化学成分包括：c3a5.3wt%、mgo1.1wt%、so32.0wt%、碱含量0.45wt%、cl-0.02wt%、游离cao0.55wt%、loss0.67wt%；其性能为：比表面积355m2/kg、密度3.09g/cm3、初凝时间155min、终凝时间230min、安定性≤5.0mm。
35.粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其物理性能为：比表面积246m2/kg、密度2.24g/cm3、so30.95%、烧失量1.48%、需水量比100%。
36.玄武岩的物理性能为：表观密度2880kg/m3、堆积密度1469kg/m3、孔隙率49%、含泥量0.3%、泥块含量0.2%；石灰岩的物理性能为：表观密度2735kg/m3、堆积密度1370kg/m3、孔隙率50%、含泥量0.4%、泥块含量0.3%。
37.细骨料为中砂，中砂的物理性能为：泥块含量0.5%、含泥量1.5%、粒径＜150μm的含量4.6%、细度模数2.9、表观密度2650kg/m3、堆积密度1430kg/m3、紧密密度1620kg/m3、含水率5.3%。
38.各组混凝土指标测定试验按照表格1的配比制备各组混凝土，并测定各组混凝土如下指标：干密度、混凝土实测强度、抗裂、坍落度等。
39.表1各实验组混凝土配比参照表
1、干密度测定通过测定各试验组混凝土的初始重量、标养后烘干密度得到各组试验的重量损失，取各组试验重量损失的平均值，得到初始重量与干密度的关系，进而可以确定在采用当地材料的情况下，干密度2350kg/m3对应的初始重量。
40.表2 各组混凝土干密度试验结果
2、强度测定水泥掺量是影响混凝土强度的一个指标，当水泥掺量降低时，混凝土的强度也会逐步下降，因此本实验混凝土适配时，需要对混凝土的强度进行持续检测。由于混凝土内掺加了大量的粉煤灰，导致混凝土达到设计强度的速度较慢，因此在实验适配时，对混凝土的7天强度、28天强度以及60天强度进行了持续检测，检测结果如表3所示。
41.表3 各组混凝土强度检测结果
3、抗裂试验图1为试验组c30-3与常规未添加抗裂剂的混凝土抗裂试验的对比结果，图中，纵坐标为自生体积变形（με）、横坐标为时间。由图1能够看出，由于试验组c30-3增加了高效抗裂剂，使混凝土在降温阶段产生自生体积膨胀来抵消混凝土的温度收缩，进而达到了降低裂缝发生的概率的效果。
42.4、坍落度测定由于防辐射结构厚度较大，钢筋密集，因此混凝土坍落度指标控制，可以有效保证混凝土的流动性，进而保证混凝土的浇筑质量，通过试验最终确定混凝土的坍落度为160
±
20。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。