高抗裂混凝土生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种高抗裂混凝土生产方法，尤其涉及一种通过混凝土原材料筛选、胶凝材料体系水化热测试、胶凝材料体系约束开裂测试和、混凝土温度应力测试、混凝土配合比初步设计优选出抗裂性能好的混凝土配合比，并依照该混凝土配合比生产出高抗裂混凝土的方法。所述生产方法包括筛选混凝土原材料；胶凝材料体系水化热测试；胶凝材料体系约束开裂测试；混凝土温度应力测试；混凝土配合比初步设计；优选抗裂性能最好的混凝土配合比；依照混凝土配合比生产出高抗裂混凝土；本发明通过上述步骤优选出抗裂性能好的混凝土配合比；使生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
【专利说明】高抗裂混凝土生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高抗裂混凝土生产方法，尤其涉及一种通过混凝土原材料筛选、胶凝材料体系水化热测试、胶凝材料体系约束开裂测试、混凝土温度应力测试和混凝土配合比初步设计优选出抗裂性能最好的混凝土配合比，并依照该混凝土配合比生产出高抗裂混凝土的方法。
【背景技术】
[0002]目前世界上海底混凝土隧道修建数量在逐年增加，规模在逐年扩大，预制混凝土隧道的难度在逐步加大。混凝土隧道结构受大截面、大体积、结构形式及施工工艺复杂等因素影响，容易因温度、收缩以及约束等原因在施工阶段就出现危害性裂缝；海中隧道工程的技术复杂、标准高等特点；为确保其隧道主体的使用寿命，在预制施工过程中必须采取合理有效的方法对混凝土抗裂性进行评价，优选出最为合理的配合比和施工工艺。
[0003]目前国内外对于隧道的裂缝控制技术研究主要集中在干坞法制作的混凝土隧道，而对于采用工厂法预制的混凝土隧道，混凝土隧道预制技术在国内尚属首例，无成熟的施工工艺经验可供借鉴，故认为有必要对工厂化预制的混凝土结构抗裂性评价方面开展研究。
[0004]海底混凝土隧道结构受大截面、大体积、结构形式及施工工艺复杂等因素影响，容易因温度、收缩以及约束等原因而在施工阶段就出现危害性裂缝。危害性裂缝的出现不仅会影响结构的外观，还会大大促进有害物质侵蚀混凝土的速度的程度，从而更快地导致混凝土结构破坏，削弱混凝土结构整体的耐久性。而工厂化预制深海混凝土具有以下特点:Cl)混凝土隧道横断面截面大、约束复杂；(2)采用全断面浇筑工艺，混凝土浇筑量大、持续时间长，对混凝土的工作性能提出了极高要求；(3)深海混凝土隧道的最大埋深深，对于混凝土的抗裂防渗性能提出了极高要求；(4)在工厂化预制中，混凝土隧道需进行多次顶推，而顶推过程中的顶推应力及不均匀沉降可能对节段应力及其变化规律产生不利影响，增大了混凝土隧道控裂的难度及风险；(5)工厂化预制深海混凝土隧道钢筋密集、预埋件多，要求混凝土具有良好的填充性、和易性，以保证混凝土在钢筋密集区域便于振捣密实。埋置于深海环境的混凝土更易遭受海水的腐蚀，因此在混凝土隧道预制施工过程中必须防止有害裂缝的产生。根据国内外混凝土隧道预制成功经验，早期裂缝控制所要解决的关键问题是混凝土的约束或者限制收缩变形、温度变形、弹性变形等矢量叠加和与混凝土极限拉伸率的大小关系，解决混凝土轴心抗拉强度与约束拉应力之间的大小关系；对于混凝土隧道这类特殊结构，既要保证适宜的温控措施，又要提高混凝土自身的抗变形能力。低热低收缩抗裂高性能混凝土是控制混凝土结构早期裂缝出现的主要技术途径。
[0005]因此，需要利用现有先进测试手段对混凝土抗裂性评价判断，进行程序化研究，提供一种能够生产出适合深海海底混凝土隧道的高抗裂混凝土的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高抗裂混凝土生产方法，该方法通过混凝土原材料筛选、胶凝材料体系水化热测试、胶凝材料体系约束开裂测试、混凝土温度应力测试和混凝土配合比初步设计优选出抗裂性能最好的混凝土配合比，并依照该混凝土配合比实现生产出高抗裂混凝土的目的。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种高抗裂混凝土生产方法，所述生产方法包括以下步骤:
[0008]S1、检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标要求的混凝土原材料；
[0009]S2、按抗裂性和耐久性指标要求设计拌制混凝土的胶凝材料体系；S3、对多组胶凝材料体系分别进行水化热测试；
[0010]S4、根据测试结果分析各组胶凝材料体系的水化放热性，并筛选出水化放热性低的胶凝材料体系；
[0011]S5、对筛选出的多组水化放热性低的胶凝材料体系分别进行约束开裂测试；
[0012]S6、根据测试结果分析各胶凝材料体系的开裂敏感性，并筛选出水化放热性低、开裂敏感性低的胶凝材料体系；
[0013]S7、采用筛选出的胶凝材料体系进行混凝土配合比初步设计，并从中优选出工作性和耐久性最好的混凝土配合比；S8、依照设计出的混凝土配合比生产出高抗裂混凝土。
[0014]所述混凝土原材料包括水泥熟料、粉煤灰、磨细矿渣粉、水、砂、碎石和减水剂。
[0015]所述符合抗裂性和耐久性指标要求的混凝土原材料的指标包括:
[0016]水泥熟料:C3A含量≤8%，碱含量≤0.6%，水泥比表面积300~350m2/kg ；
[0017]粉煤灰:11或I级原状低1丐灰,需水量比小于100% ；
[0018]矿渣:S95级磨细矿渣粉，比表面积400~450m2/kg、流动度比≥100% ；
[0019]砂:细度模数2.6~3.0的中砂，非碱活性，含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5% ；
[0020]碎石:非砂岩和石英岩岩质碎石，非碱活性，紧密堆积孔隙率≤40%，含泥量≤0.5%，泥块含量≤0.2% ；
[0021]减水剂:聚羧酸减水剂，减水率大于≥ 25%。
[0022]所述步骤S3中包括:测试胶凝材料体系的3天龄期水化放热性参数；所述3天龄期水化放热性参数包括水化放热量、水化放热峰值和峰值出现时间点。
[0023]所述步骤S4中包括:分析各组胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数；筛选出水化放热量低、水化放热峰值低和峰值出现时间点晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低的胶凝材料体系。
[0024]所述步骤S5中包括:通过小圆环试验测试胶凝材料体系的开裂时间。
[0025]所述步骤S6中包括:判断各混凝土浆料的开裂时间；筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低、开裂敏感性低的胶凝材料体系。
[0026]所述步骤S7中包括:对筛选出的胶凝材料体系进行高抗裂性参数分析；所述的高抗裂性参数包括混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩率和氯离子扩散系数。
[0027]所述高抗裂性参数要求包括:
[0028]干燥收缩率:低于300um ；
[0029]氯离子扩散系数:28天龄期低于6.5 X IO^rnVs ；56天龄期低于4.5X 10_12m2/S。
[0030]在步骤S7之后还包括:[0031]采用温度应力试验机测试绝热温升、极端降温条件(2.0 ℃/h)混凝土的断裂温差，以此评价混凝土抗裂性能，并优选出多组抗裂性能好的混凝土配合比。
[0032]本发明与现有技术相比具有以下的优点:
[0033]1、本发明通过检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标要求的混凝土原材料，由此从源头上避免了使用不利于降低混凝土温升、不利于混凝土抗裂性能以及耐久性能的原材料；从而使采用此胶凝材料体系生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，从而使混凝土产品具有安全和质量保证。
[0034]2、本发明通过水化热测试分别对多组胶凝材料体系进行水化放热性检测，从中筛选出水化放热低的胶凝材料体系，从而优选出抗裂性能相对好的混凝土配合比；使生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
[0035]3、本发明通过小圆环试验分别对多组经过水化放热测试筛选出的胶凝材料体系进行约束开裂测试，并筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系，；使采用此胶凝材料体系生产出的混凝土产品具有相对高的抗裂性能，不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
[0036]4、本发明通过温度应力试验机分别对经过筛选的胶凝材料体系拌制的混凝土性能参数进行检测，并筛选出断裂温度高的胶凝材料体系，从而更进一步优选出抗裂性能相对好的混凝土配合比；使生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，从而使混凝土产品不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0038]图1是本发明的步骤框图。
【具体实施方式】
[0039]实施例一:
[0040]参见图1所示，本发明的高抗裂混凝土生产方法，所述生产方法包括以下步骤:
[0041]1、检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标范围的混凝土原材料:采用标准规范规定的方法对组成混凝土的各种原材料的性能进行检测，除满足混凝土原材料规范规定的指标要求外,还特殊规定了抗裂性和耐久性高的混凝土原材料的指标。
[0042]所述混凝土原材料包括水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉、水、砂、碎石和减水剂；所述符合抗裂性和耐久性指标的混凝土原材料的指标包括:
[0043]水泥熟料:C3A含量≤8%，碱含量≤0.6%，水泥比表面积300-350m2/kg ；
[0044]粉煤灰:II或I级原状灰低钙灰,需水量比小于100% ；
[0045]矿渣:S95级磨细矿渣粉，比表面积400-450m2/kg、流动度比≥100% ；
[0046]砂:细度模数2.6-3.0的中砂，非碱活性，含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5% ；
[0047]碎石:非砂岩和石英岩岩质碎石，非碱活性，紧密堆积孔隙率≤ 40%，含泥量≤0.5%，泥块含量≤0.2% ；
[0048]减水剂:复合有缓凝剂的聚羧酸减水剂，减水率大于≥ 25% ；
[0049]本发明通过检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标范围的混凝土原材料，由此从源头上避免了使用不利于降低混凝土温升、不利于混凝土抗裂性能以及耐久性能的原材料。
[0050]2、对多组胶凝材料体系分别进行水化热测试:
[0051]测试胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数，所述3天龄期水化放热性参数包括水化放热量、水化放热峰值和峰值出现时间点。
[0052]根据测试结果分析各组胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数；
[0053]筛选出水化放热量低、水化放热峰值低和放热峰时间出现晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低的胶凝材料体系。
[0054]。
[0055]本发明通过水化热测试分别对多组胶凝材料体系进行水化放热性能测试，并筛选出水化放热低的胶凝材料体系，从而优选出抗裂性能相对好的混凝土配合比；使生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
[0056]3、对经过上述步骤筛选出的多组水化放热性低的胶凝材料体系分别通过小圆环试验进行约束开裂测试:
[0057]将胶凝材料拌制的浆料放入小圆环中进行收缩应变监测，待浆体凝固后观察其开裂时间(精确到分钟，200min、250min、300min);并分别在不同养护环境下监测各混凝土的开裂时间；
[0058]根据测试结果分析判断各胶凝材料体系的开裂敏感性，并筛选出水化放热性低、开裂敏感性低的胶凝材料体系；判断各胶凝材料体系的开裂时间；筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低`、开裂敏感性低的胶凝材料体系。
[0059]本发明通过小圆环试验分别对多组经过水化放热测试筛选出的胶凝材料体系进行约束开裂测试，并筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系，从而进一步优选出抗裂性能相对好的混凝土配合比；使采用此胶凝材料体系生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，不易断裂、变形，具有安全和质量保证。
[0060]4、采用筛选出的胶凝材体系进行混凝土配合比初步设计:
[0061]对经过上述步骤筛选出的胶凝材料体系进行高抗裂性参数分析；所述的高抗裂性参数包括混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩率和氯离子扩散系数。
[0062]所述高抗裂性参数要求包括:
[0063]干燥收缩率:低于300um ；
[0064]氯离子扩散系数:28天龄期低于6.5 X IO^rnVs ；56天龄期低于4.5X 10_12m2/S。
[0065]依照上述步骤设计出多组符合高抗裂性参数要求的混凝土配合比；混凝土配合比采用大掺量粉煤灰和磨细矿渣粉双掺技术，粉煤灰和矿粉的掺量达到50%以上，因此既可保证混凝土早期水化放热性低，又可保证较高的混凝土早期强度，从而满足高抗裂性参数要求。
[0066]5、检测混凝土温度应力性能参数判断混凝土的抗裂性能:
[0067]根据多组混凝土配合比分别制备混凝土 ；各制作60L混凝土拌合物；将各混凝土分别浇筑至温度应力试验机的模具中；控制温度应力试验机在绝热条件、极端降温条件(2.(TC /h)下分别检测各混凝土拌合物的温度应力性能参数；根据测试结果判断混凝土抗裂性能。
[0068]所述混凝土温度应力性能参数包括温升、应变、应力、最高温度、开裂温度、开裂应力和膨胀系数；其中最高温度、开裂温度是试验的关键指标，并以最高温度与开裂温度之差得到断裂温度，作为评价混凝土抗裂性能的核心指标，根据断裂温度判断混凝土抗裂性能；断裂温度越高混凝土抗裂性能越好。
[0069]本发明通过温度应力试验机分别对经过筛选胶凝材料体系拌制的混凝土断裂温度测试，并筛选出断裂温度高的混凝土配合比，从而更进一步优选出抗裂性能相对好的混凝土配合比；使生产出的混凝土具有相对高的抗裂性能，从而使混凝土产品具有安全和质量保证。
[0070]实施例二:
[0071]本实施例中的高抗裂混凝土生产方法是在实施例一基础上的改进，实施例一中公开的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。
[0072]1、检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标要求的混凝土原材料；
[0073]2、对多组胶凝材料体系、对多组胶凝材料体系分别进行水化热测试:通过水化热测试胶凝材料体系的3天龄期水化放热性参数；所述3天龄期水化放热性能参数包括水化放热量、水化放热峰值和放热峰出现时间。
[0074]根据测试结果判断各胶凝材料体系的水化放热性，并筛选出水化放热性低胶凝材料体系；分析各组胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数；筛选出水化放热量低、水化放热峰值低和放热峰时间出现晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低的胶凝材料体系。
[0075]3、对多组水化放热性低的胶凝材料体系分别通过小圆环试验进行约束开裂测试:
[0076]将胶凝材料拌制的浆料放入小圆环中进行收缩应变监测，待浆体凝固后观察其开裂时间(精确到分钟，200min、250min、300min);分别在不同养护环境下监测各混凝土的开裂时间；
[0077]根据测试结果判断各组胶凝材料体系的开裂敏感性，并筛选出开裂敏感性低的组胶凝材料体系；判断各组胶凝材料体系的开裂时间；筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系浆料；即为开裂敏感性低的组胶凝材料体系浆料。
[0078]4、对经过上述步骤筛选出的组胶凝材料体系进行混凝土配合比初步设计；
[0079]
[0080]5、检测混凝土性能参数判断混凝土的抗裂性能高的混凝土配合比；
[0081 ] 6、依照混凝土配合比生产出高抗裂混凝土。
【权利要求】
1.一种高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述生产方法包括以下步骤: S1、检测并筛选出符合抗裂性和耐久性指标范围的混凝土原材料； S2、按抗裂性和耐久性指标要求设计拌制混凝土的胶凝材料体系； S3、对多组胶凝材料体系分别进行水化热测试； S4、根据测试结果判断各组胶凝材料体系的水化放热性，并筛选出水化放热性低的胶凝材料体系； S5、对筛选出的多组水化放热性低的胶凝材料体系分别进行小圆环约束开裂测试； S6、根据测试结果分析各胶凝材料体系的开裂敏感性，并筛选出水化放热性低、开裂敏感性低的胶凝材料体系； S7、对筛选出的胶凝材料体系进行混凝土配合比初步设计，并从中优选出工作性和耐久性最好的混凝土配合比；S8、依照优选出的混凝土配合比生产出高抗裂混凝土。
2.根据权利要求1所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述混凝土原材料包括水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉、水、砂、碎石和减水剂。
3.根据权利要求2所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述符合抗裂性和耐久性指标要求的混凝土原材料的指标包括: 水泥熟料=C3A含量≤8%，碱含量≤0.6%，水泥比表面积300~350m2/kg ； 粉煤灰:11或I级原状低钙灰，需水量比小于100% ； 矿渣:S95级磨细矿渣粉，比表面积400~450m2/kg、流动度比≤100% ； 砂:细度模数2.6~3.0的中砂，非碱活性，含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5% ； 碎石:非砂岩和石英岩岩质碎石，非碱活性，紧密堆积孔隙率< 40%，含泥量< 0.5%，泥块含量< 0.2% ； 减水剂:聚羧酸减水剂，减水率大于> 25%。
4.根据权利要求1所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述步骤S3中包括:测试胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数；所述3天龄期水化放热性能参数包括水化放热量、水化放热峰值和峰值出现时间点。
5.根据权利要求4所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述步骤S4中包括:分析各组胶凝材料体系的3天龄期水化放热性能参数；筛选出水化放热量低、水化放热峰值低和峰值出现时间点晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低的胶凝材料体系。
6.根据权利要求1所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述步骤S5中包括:通过小圆环试验测试胶凝材料体系的开裂时间。
7.根据权利要求6所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述步骤S6中包括:判断各胶凝材料体系的开裂时间；筛选出开裂时间晚的胶凝材料体系；即为水化放热性低、开裂敏感性低的胶凝材料体系。
8.根据权利要求1所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述步骤S7中包括:对筛选出的胶凝材料体系进行高抗裂性参数分析；所述的高抗裂性参数包括混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩率和氯离子扩散系数。
9.根据权利要求8所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:所述高抗裂性参数要求包括: 干燥收缩率:低于300um ；氯离子扩散系数:28天龄期低于6.5X 10_12m2/S ；56天龄期低于4.5X 10_12m2/S。
10.根据权利要求1所述的高抗裂混凝土生产方法，其特征在于:在步骤S7之后还包括:采用温度应力试验机测试绝热条件、极端降温条件(2.(TC /h)混凝土的断裂温差，以此评价混凝土抗裂性能。优选出多组抗`裂性能好的混凝土配合比。
【文档编号】C04B28/00GK103482907SQ201210593889
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】张宝兰, 王迎飞, 刘行, 李超, 熊建波, 范志宏, 李士伟, 许小华, 何雨倩, 李建业, 刘家润 申请人:中交四航工程研究院有限公司