一种超大体积高强度低水化热混凝土

摘要

本发明涉及一种超大体积高强度低水化热混凝土，该混凝土包括有如下成分：组分（立方用量kg/m3）：水泥 200～260；矿粉 100～160；粉煤灰 80～100；细骨料 740～800；粗骨料 1010～1050；外加剂 4.0～5.0；水 155～165。本发明的超大体积高强度低水化热混凝土应用时可有效降低水化热，在源头上极大地降低控制该大体积混凝土开裂的风险，提高工程的质量。

权利要求

1.一种超大体积高强度低水化热混凝土，其特征在于，该混凝土包括有如下成分：3

组分 立方用量 kg/m水泥 200～260 矿粉 100～160粉煤灰 80～100细骨料 740～800粗骨料 1010～1050外加剂 4.0～5.0 水 155～165 ；

所述的水泥为中低热水泥，其3d水化热为220KJ/Kg，7d水化热为289 KJ/Kg；所述的外加剂为改性的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂内添加有粘度调节剂，其掺量的质量百分比为0.1%～0.3%。

2.根据权利要求1所述的一种超大体积高强度低水化热混凝土，其特征在于，所述的细骨料采用细度模数大于2.3、含泥量小于2.0%、泥块含量小于0.5%的天然中砂。

3.根据权利要求1所述的一种超大体积高强度低水化热混凝土，其特征在于，所述的粗骨料采用粒径为5～25mm的碎石。

4.根据权利要求1所述的一种超大体积高强度低水化热混凝土，其特征在于，所述水泥中混合材用量和混凝土中掺合料用量之和不小于总胶的65%。

说明书

一种超大体积高强度低水化热混凝土

技术领域

[0001] 本发明涉及到建筑材料，特别涉及到一种超大体积高强度低水化热混凝土。

背景技术

[0002] 大体积混凝土最早应用于水工工程，且应用较为普遍。而近年来，随着社会经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，高层建筑和超高层建筑也越来越多，大体积混凝土逐渐成为构建大型设施或超高层建筑的重要组成部分。大体积混凝土在广泛应用于土木工程领域的高层和超高层建筑、大跨度桥梁结构和工业建筑等结构中时，在较多工程中出现开裂现象。造成大体积混凝土开裂的原因可分为两类：一是结构性裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受外力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。温度应力引起裂缝（温度裂缝）, 产生温度裂缝的主要原因是由温差造成的。大体积混凝土在浇筑施工以及后期养护过程中，由于水泥等胶凝材料的水化反应放出大量的热量即水化热，并且混凝土体量大、厚度厚，而混凝土本身是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，内部温度高达60℃～90℃。但混凝土在降温过程中，内部热混凝土约束外部冷混凝土的收缩，即内部温度场存在温度梯度，形成温度应力，引起内应力，在受约束部位，混凝土的收缩，将产生很大的拉应力（因为混凝土的弹性模量，随龄期的增加而加大的缘故），如果超过混凝土的极限抗拉强度，将出现混凝土裂缝，导致混凝土物理力学性能降低，侵蚀介质易渗透到混凝土结构内部，从而降低混凝土寿命。

[0003] 上海中心大厦工程的基础底板设计为一个直径为121m、厚度达6m的大圆筒，混凝土强度等级为C50。该基础底板6万方C50混凝土需要一次性连续浇捣完成。这种超大体积混凝土强度等级之高、一次性方量之大和厚度之厚，这些综合技术条件在现有技术中是从未有过的，以致对如何控制超大体积混凝土水化热，降低混凝土开裂的风险提出了更高的要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有混凝土在大体量浇筑中存在的不足，提供一种超大体积高强度低水化热混凝土。本发明的超大体积高强度低水化热混凝土应用在直径为121m，厚度为6m的体量达60000方的圆筒状结构中，要求浇筑时有效降低水化热，在源头上控制该大体积混凝土开裂，提高工程的质量。

[0005] 为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

[0006] 一种超大体积高强度低水化热混凝土，其特征在于，该混凝土包括有如下成分：

[0007] 组分 立方用量 kg/m3

[0008] 水泥 200～260 [0009] 矿粉 100～160

[0010] 粉煤灰 80～100

[0011] 细骨料 740～800

[0012] 粗骨料 1010～1050

[0013] 外加剂 4.0～5.0 [0014] 水 155～165 。

[0015] 在本发明的混凝土中，所述的水泥为中低热水泥，其3d水化热为220KJ/Kg，7d水化热为289 KJ/Kg。

[0016] 在本发明的混凝土中，所述的细骨料采用细度模数大于2.3、含泥量小于2.0%、泥块含量小于0.5%的天然中砂。

[0017] 在本发明的混凝土中，所述的粗骨料采用粒径为5～25mm的碎石。

[0018] 在本发明的混凝土中，所述的外加剂为改性的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂由麦斯特生产，型号为RP325。聚羧酸系减水剂内添加有粘度调节剂，其掺量的质量百分比为0.1%～0.3%，通过粘度调节剂改性聚羧酸高效减水剂对水的敏感性以及其它原材料质量波动的敏感性。

[0019] 在本发明的混凝土中，所述水泥中混合材用量和混凝土中掺合料用量之和不小于胶凝材料总量的65%。水泥中的混合材是指内掺的矿渣、粉煤灰，混凝土中的掺合料是外掺的矿粉、粉煤灰，总胶是指胶凝材料的总量。

[0020] 基于上述技术方案，本发明的超大体积高强度低水化热混凝土与现有技术相比具有如下技术优点：

[0021] 1.本发明的混凝土中通过配比水泥、矿物掺合料的品种和掺量，并结合外加剂的因素，通过合成作用来降低混凝土中的水化热，保证超大体积超厚混凝土的浇筑质量满足设计、施工和供应等方面的要求。

[0022] 2.本发明选用中低热水泥、大掺量矿粉和粉煤灰等矿物掺合料以及添加聚羧酸系减水剂，可有效地减少混凝土的水化热和放热速率，有利于混凝土早期性能的提高，提高了混凝土抵抗开裂的能力，降低混凝土早期产生缺陷的风险，这一点对于超大体积超厚度大体量混凝土的浇筑效果十分明显。

具体实施方式

[0023] 下面我们结合具体的实施例来对本发明的超大体积高强度低水化热混凝土做进一步的详细阐述，力求从理论设计和实践应用方面来更为清楚的理解本发明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

[0024] 超大体积混凝土裂缝的控制是一个系统性的工程。大体积混凝土的胶凝材料选择与配制、混凝土生产与浇筑施工以及养护等所有环节，都将会影响到最终混凝土工程的质量好坏程度。然而，胶凝材料的水化热是进行大体积混凝土温度裂缝控制设计的最主要参考参数，也是控制超大体积混凝土开裂的源头。经过大量的小试、多次的中试以及一次模拟试验等试验，并对超大体积C50混凝土配合比的水化热、抗压、劈拉、抗折和弹模等性能以及测温进行了深入研究，才确定了超大体积超厚高强混凝土的最终成分配比：

[0025] 组分 立方用量 kg/m3

[0026] 水泥 200～260

[0027] 矿粉 100～160

[0028] 粉煤灰 80～100

[0029] 细骨料 740～800

[0030] 粗骨料 1010～1050

[0031] 外加剂 4.0～5.0 [0032] 水 155～165 。

[0033] 下表是一个具体的C50混凝土配合比设计（单位kg/m3）

[0034]

[0035] 备注：坍落度180mm±30mm；

[0036] 水泥是混凝土胶凝体系中最主要的材料，并且是影响混凝土中温升的最主要因素之一。由于混凝土的导热率低，水泥水化时放出的热量不易散失，容易使混凝土内部最高温度达60℃以上。由于混凝土外表面冷却较快，就使混凝土内外温差达几十度。混凝土外部冷却产生收缩，而内部尚未冷却，就产生内应力，容易产生微裂缝，致使混凝土耐水性降低。采用低放热量和低放热速率的水泥就可降低大体积混凝土的内部温升。因此，主要是采用高性能水泥，降低水泥的水化热和放热速率是极其重要的。选用强度等级为42.5级普通硅酸盐水泥，技术指标符合现行的国家标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》。本发明的实施例中选择的是中低热水泥，因为该水泥3d的水化热在低于中热水泥，7d的水化热在中热水泥和低热水泥之间。并且该水泥的水化放热速率和水化热放热量与水化时间的变化曲线也是较为复合我们工程的实际要求，既满足工程的水化热要求，同时水化热又不是太慢来满足工程的C50高强度要求的特性。本发明实施例中采用的中低热水泥的水化热放热速率和热量随着水化时间成一定的曲线变化，早期放热较快，在12小时左右水泥的水化放热速率达到最大，之后放热速率逐渐降低。

[0037] 活性矿物掺合料是大体积混凝土不可缺少的组分之一，一般常用的有粉煤灰、矿粉等。利用它们的物理效应、填充效应和火山灰效应，不但可以大幅度降低新拌自密实混凝土的内部屈服剪应力，改善流变性能，可以改善自密实混凝土结构的孔结构和力学性能，同时还可以较大幅度地降低水化热。

[0038] 粉煤灰和矿粉等矿物掺合料掺入到C50胶凝体系中，可大幅度的降低混凝土水化热，3d水化热和7d水化热比基准水泥分别降低了22.3%和13.5%。同时，水化热放热速率也比基准水泥慢，以及由水泥、矿粉和粉煤灰组成的胶凝体系水化放热速率的峰值比基准水泥推迟约12小时出现。由于混凝土早期强度性能比较薄弱，水化热峰值的推后，有利于混凝土尽快的发展强度，以至来抵制后期温度应力所引起的温度应力所造成的开裂风险。本发明的混凝土中，水泥中混合材用量和混凝土中掺合料用量之和不小于总胶的65%。水泥中的混合材是指内掺的矿渣、粉煤灰，混凝土中的掺合料是外掺的矿粉、粉煤灰，总胶是指胶凝材料的总量。

[0039] 高性能聚羧酸系减水剂作为最主要的外加剂，是配制大体积C50混凝土的必不可少的组分之一。高性能聚羧酸系减水剂不但可以降低用水量，减少混凝土配合比的总胶用量，同时在水灰比不变的情况下可以降低了单方水泥用量，所以可降低混凝土的绝对温升、减小混凝土的化学收缩。根据W．H．dilger和C．Wang的试验结果：高效减水剂推迟水泥水化的开始时间，但使凝结后的水化速度加快，但总体上比基准水泥的水化放热速率要慢很多。在本发明的混凝土中外加剂为改性的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂由麦斯特生产，型号为RP325。聚羧酸系减水剂内添加有粘度调节剂，其掺量的质量百分比为0.1%～0.3%，通过粘度调节剂改性聚羧酸高效减水剂对水的敏感性以及其它原材料质量波动的敏感性。

[0040] 掺一定量的外加剂的胶凝体系进行水化热检测，也确实能够改变混凝土的整体水化热，不但水化放热速率大幅度的降低，而且水化热放热峰值推迟了约20小时。根据测试，3d和7d水化热分别比基准水泥降低了37.3%和24.6%，降低幅度较大，同时比不掺外加剂的胶凝材料体系的水化热降低了19.3%和12.8%。这些都非常有利于我们对混凝土早期质量的控制。

[0041] 通过选择性能优异的中低热水泥、大掺量矿粉和粉煤灰等矿物掺合料以及添加高性能聚羧酸系减水剂，可有效的减少混凝土的水化热和放热速率，降低混凝土早期强度等性能的发展，有利于混凝土早期性能的提高，降低了混凝土早期产生缺陷的风险，提高了混凝土抵抗开裂的性能。

[0042] 同时，为了解决超大体积混凝土的一次性浇筑的工况，需要考虑和研究C50混凝土的泵送性以及力学性能和温升等参数。

[0043] （1）本实施例中C50混凝土坍落度、扩展度、1小时坍损、2小时坍损如下表所示： C50混凝土在搅拌站发料时的工作性

[0044]

[0045] 由上表可知，该C50配合比的工作性比较好，不但坍损较小，有利于我们长距离的运输，可以为多个搅拌站同时供应，而又能较好的保障混凝土的性能提供保障。同时有利于泵送。

[0046] （2）混凝土含气量

[0047] 下表是本实施例C50混凝土在搅拌站发料时的含气量、入模温度和T500[0048]配比 含气量 入模温度(℃) T500（1小时）
C50配比 2.5% 17.5 18s

[0049] 由上表参数可知，该C50混凝土含气量适中，扩展度流淌到500mm时需18s，不但可以保障混凝土的强度发展，而且可以为混凝土浇筑时不要一次性流淌的太大提供参考和保证。这是由于上海中心大厦基础底板采取中心开花的混凝土施工方式进行一次性浇筑（即从圆饼型的圆心部位首先进行浇筑，而后向四周逐渐搅捣混凝土），这种方式要求混凝土的流淌不宜过大。

[0050] （3）本发明实施例中C50混凝土凝结时间如下表所示：

[0051]初凝时间（h：min） 终凝时间（h：min）
标养室内 13:00 16:10
搅拌站室外 21:30 24：25

[0052] 由上表可知，超大体积混凝土的凝结时间会随着环境温度的不同而有所变化，但也是是满足混凝土浇筑施工要求。

[0053] （4）本发明实施例C50混凝土现场浇筑时的工作性如下表所示：

[0054]配比 坍落度（mm） 扩展度（mm） 倒锥时间（s）
C50配比 210 550 6

[0055] 由上表可以看到，该C50混凝土运输到模拟现场工地后的坍落度和扩展度都较好，整体的和易性包裹性好，有利于泵送、浇筑施工。

[0056] 在重点工程上海中心大厦的建筑过程中，作为超大体积超厚的基础底板，本发明的C50混凝土的拌合物性能较为优异，能够较好的满足我们的泵送、浇筑施工要求。

[0057] 另外，我们对本发明的C50混凝土的抗压、抗折、劈拉、弹模和轴心抗压等性能进行了研究和测试。其数据如下表所示：

[0058]

[0059] 由上表可知，不管是抗压强度还是其他的劈拉强度和弹模都是能够较好的工程设计要求。

[0060] 根据实际工况条件，在现场布置测温点，监测设备采用多点温度微机测量系统。温度监测频率在升温阶段和降温阶段的前5天不应少于1次/2h，其余不应少于1次/4h，当混凝土里表温差连续24h小于25℃时可结束温度监测工作。测试的数据进行汇总处理后，可以得到最高温度随着龄期的变化情况：C50混凝土每天的最高温度随着龄期增长存在一定的的变化规律，在前2天升温速率较快，到第四天时达到最高温度为60.9℃，之后每天逐渐的降温，降温速度平均每天不超过1℃，满足我们的大体积混凝土规范要求。

[0061] 超大体积超厚C50混凝土在拌合物性能以及耐久性等方面满足工程设计要求外，同时由于6万方C50混凝土是在60个小时内一次性连续浇筑完成。这就需要该C50混凝土配合比在满足设计要求的基础，还需要满足工况和施工要求。在保证混凝土质量的基础上，在现有搅拌工艺的基础上调整生产工艺，以便更好的为工程混凝土有效地生产服务。由