一种高性能面板混凝土及其制备方法

摘要

本发明提供了一种用于制备面板堆石坝中面板的高性能混凝土及其制备方法，以克服现有混凝土体积稳定性不够的问题。它是由胶凝材料、骨料、水和外加剂制成的，其中胶凝材料的用量为280～390Kg/立方米混凝土，外加剂为减水剂，减水剂的用水量是胶凝材料总量的0.7～3.5％，水胶比为0.30～0.45，在搅拌机中依次加入骨料(砂和石)、胶凝材料(水泥和粉煤灰)、减水剂和水，搅拌90～120秒，制成表观密度为2400～2600Kg/m3的面板混凝土。采用本发明的配方和方法制备的高性能面板混凝土具有较高体积稳定性、较高抗裂性并兼具抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗碳化性的高性能混凝土。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土及其制备方法，特别是涉及一种用于制备面板堆石坝中面板的高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝是水利水电工程中最常见的、也是发展最快的、以堆石料分层碾压填筑、主要以混凝土面板作为上游防渗体的一种土石坝挡水建筑物。

随着科学技术的不断进步，尤其是大型振动碾的出现，使堆石体填筑密度明显提高，变形减小，渗水减少，且安全性、经济性、适应性俱佳，成为一种极具竞争力的新坝型。混凝土面板是面板堆石坝的主体防渗结构，又是水、大气和堆石体的分界面，工作环境复杂，因此对用于制备面板的混凝土的性能有较高要求，主要包括：①必须具有良好的抗渗性，以满足挡水防渗的要求；②应具有足够的抗冻融、抗侵蚀、抗碳化能力，以满足耐久性要求；③具有足够的柔性，以适应堆石体的变形；④具有一定的强度和抗裂能力，以确保大坝安全运行，并能承受局部的不均匀变形。然而，由于传统水泥混凝土材料性能的局限性，一直以来，面板混凝土的体积稳定性问题几乎无一例外地导致面板混凝土开裂，在提高面板混凝土抗裂性的研究与应用方面难有较大的突破。

以耐久性为显著标志的、兼顾混凝土拌和物工作性和强度及强度发展的、充分考虑节约能源资源及环境保护的混凝土称为高性能混凝土。新一代高性能混凝土外加剂的出现，使得采用常规工艺制备高性能混凝土面板成为可能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种体积稳定性好的高性能的用于制备堆石坝中面板的高性能面板混凝土及其制备方法，以克服现有技术的不足。

本发明的技术路线为：影响面板混凝土体积稳定性(抗裂性)的主要因素有：①塑性收缩、自收缩、化学收缩、热收缩、干燥收缩等引起的收缩变形；②早期抗拉强度发展与收缩变形产生的拉应力的非协调性；③混凝土材料自身的非匀质性和非稳定性等。本发明采用聚羧酸系高性能减水剂，通过大幅度降低水胶比，实现高掺I、II级粉煤灰，优化混凝土组成结构，使混凝土高性能化，从而达到提高混凝土面板堆石坝的面板混凝土材料及结构耐久性的技术路线。

为了解决上述技术问题，基于上述的技术路线，本发明采用如下的技术方案：

本发明的高性能面板混凝土是由胶凝材料、骨料、水和外加剂制成的，其中胶凝材料的用量为280～390Kg/立方米混凝土，外加剂为减水剂，减水剂的用量是胶凝材料总量的0.7～3.5％，水胶比为0.30～0.45，将胶凝材料、减水剂、水和骨料混合制成表观密度为2400～2600Kg/m³的面板混凝土。

在上述的高性能面板混凝土中还可以加入化学纤维，化学纤维的加入量为0.6～1.0Kg/立方米混凝土。掺入化学纤维的目的是更好的降低面板混凝土早期开裂的风险。

优选地，按照如下的配比来制备高性能面板混凝土：胶凝材料的用量为315Kg/立方米混凝土，减水剂的用量是胶凝材料总量的3.2％，水胶比为0.34，将胶凝材料、减水剂、水和骨料混合制成表观密度为2400～2600Kg/m³的面板混凝土。

前述的胶凝材料是由45～75％的粉煤灰和25～55％的水泥组成的，所述的粉煤灰最好选用国标I级或II级粉煤灰，所述水泥的强度最好不低于42.5MPa。粉煤灰为火力发电厂排放的粉尘经收尘处理得到的粉末状材料，为固体工业废弃物；按照国家标准，粉煤灰分为三个等级，按照其水硬活性的大小依次为I级灰、II级灰和III级灰。以粉煤灰和水泥共同组成胶凝材料时，不仅仅是工业废弃物综合利用问题和节约资源与能源问题，以及环境保护问题，更主要的是改善混凝土诸多方面的性能，粉煤灰在混凝土中高值化利用的程度，即粉煤灰掺量的多少，标志着技术水平的高低，采用大掺量、品质较差的粉煤灰制备高性能混凝土，意味着混凝土技术水平较高，具有创新性。

前述的高性能面板混凝土中的骨料是由30～56％的砂和44～70％的石子混合组成的，其砂为人工砂或/和天然砂，所述的砂最好选用中砂，石子的粒度最好5～40mm范围内。

前述的减水剂最好选用聚羧酸系高性能减水剂，化学纤维选用聚丙烯类化学纤维。聚羧酸系高性能减水剂是一种具有缓凝保塑、引气和减缩功能的外加剂。

制备前述高性能面板混凝土方法为：依次将砂、石、水泥、粉煤灰、减水剂和水投入搅拌机中搅拌90～120秒即得高性能面板混凝土。

上述的制备方法中，在将水泥和粉煤灰投入搅拌机之前，最好先将水泥和粉煤灰混合均匀，这样更有利于使双组分的胶凝材料相互混合均匀，以制得质量均匀的混凝土材料。

与现有技术相比，采用本发明的配方和方法制备的高性能面板混凝土具有较高体积稳定性、较高抗裂性并兼具抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗碳化性的高性能混凝土。高性能面板混凝土具有高工作性、适宜的强度和强度发展以及高耐久性，下面是本发明混凝土的各种性能参数：

具有较好的拌和物流动性，坍落度为70～220mm，1小时坍落度损失5～10％；较好的混凝土拌和物匀质性，不离析、不泌水；混凝土拌和物的初凝时间为10～12小时，终凝时间为12～18小时；混凝土3天抗压强度14～20MPa，抗拉强度1.5～2.0Mpa，7天抗压强度25～28MPa，抗拉强度2.0～2.5Mpa，28天抗压强度36～40MPa，抗拉强度3.0～4.5MPa；混凝土28天的干缩值100～200×10^-6；混凝土绝热温升3天时小于等于22.0℃，7天时小于等于30.0℃；混凝土的抗渗等级为W14～W16；混凝土的抗冻等级为F100～300。

本发明高性能面板混凝土与普通混凝土的比较：

表1面板混凝土配合比(kg·m^？)

表注：石子二级配，中石∶小石＝55∶45；氧化镁外掺3％，LHPA为聚羧酸系高性能减水剂，AE-A为引气剂。

表2面板混凝土的性能

  混凝土 胶材(kg ·m^？)  粉煤灰掺  量(％) 用水量( kg·m^？)  水胶  比  砂率  (％)  坍落度  (mm)  含气量  (％) 容重(kg· m^？)  普通  331.0  25 139  0.42  0.36  91  4.5  2377  高性能  5-L  316.2  50 107.5  0.34  0.39  95  2.9  2430

  高性能  6-L  316.7  60 95  0.30  0.38 89  2.7  2448  高性能  6-B  350  60 105  0.30  0.43 196  2.8  2420

具体实施方式

本发明的优选实施方式：

原料：强度不低于42.5MPa的水泥157Kg、国标I级粉煤灰158Kg、细度在中砂范围的天然砂或人工砂804Kg、粒度在5～40mm范围内的石子1205Kg、聚羧酸系高性能减水剂10.12Kg、水107.5Kg和聚丙烯类化学纤维0.9Kg。

制备方法：首先将水泥和国标I级粉煤灰一块混合均匀，然后依次将砂、石子、混合均匀的水泥和国标I级粉煤灰胶凝材料、聚羧酸系高性能减水剂、聚丙烯类化学纤维和水加入强制式混凝土搅拌机中搅拌100秒，即可制成表观密度约为2500Kg/m³的一立方米的高性能面板混凝土。

制作时，根据所制作的面板混凝土的量和所要求的表观密度来确定作为骨料的砂和石的加入量，加入骨料时，将所制作的面板混凝土的表观密度控制在2400～2600Kg/m³的范围即可。