一种低收缩全洞渣骨料混凝土及其制备方法

1.本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体涉及一种低收缩全洞渣骨料混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.基础设施建设的飞速发展对混凝土材料的需求量不断增加，同时也对混凝土的性能提出了更高的要求，传统的混凝土以河砂等天然骨料为主要细骨料，天然骨料的过度开采带来了资源紧缺、环境破坏等一系列问题。洞渣是隧道爆破、开挖过程中产生的副产品，充分利用隧道洞渣制备混凝土可以节约资源，保护环境，节约工程建设成本。
3.但是洞渣内含有较多的石粉，且级配存在“两头大、中间小”的特点，导致洞渣骨料混凝土的收缩较大；且隧道建设中混凝土浇筑量大，混凝土具有较大的温度收缩。这造成了全洞渣骨料混凝土在服役过程中存在较大收缩开裂风险，严重危害结构安全。目前常用的混凝土收缩调控方式有补偿收缩调控和内养护调控，补偿收缩方式是在其内部加入膨胀剂，通过膨胀剂水化结晶，产生体积膨胀，从而抵消一部分混凝土的收缩，但补偿收缩存在膨胀剂难以充分水化的问题；内养护是指在混凝土中加入内养护材料，通过其吸水释水功能，使混凝土内部保持较高的相对湿度，从而促进水泥水化，增加混凝土密实度，降低混凝土收缩值，但是内养护材料释水后容易原位塌缩成孔，对混凝土强度带来不利影响。
4.将膨胀剂和内养护材料复合使用则能够抵消各自的缺点，实现“1+1》2”的效果。一方面，内养护剂在混凝土内部的持续释水能够保持混凝土内部的相对湿度，促进膨胀剂充分水化，降低混凝土的自干燥收缩等；另一方面膨胀剂水化后产生的结晶性水化产物能够降低混凝土孔隙率，提高混凝土抗压强度和弹性模量。内养护和膨胀剂的复合使用能够有效减小全洞渣骨料混凝土的收缩变形，同时提升其力学和耐久性。

技术实现要素：

5.发明目的：本发明的第一目的是提供一种低收缩全洞渣骨料混凝土，可以解决全洞渣骨料混凝土服役过程中收缩大、易开裂的问题。
6.本发明第二目的是提供一种低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法。
7.技术方案：本发明的低收缩全洞渣骨料混凝土，其原料以质量份计包括：普通硅酸盐水泥750～800份、粉煤灰200～250份、洞渣粗骨料2200～2400份、洞渣细骨料1500～1600份、内养护剂0.3～0.4份、膨胀剂20～80份、减水剂30～50份和水350～400份。
8.优选的，所述洞渣粗骨料为粒径在5～20mm的碎石，其表观密度值为2.955g/cm3，压碎指标为8％。
9.优选的，所述洞渣细骨料为粒径在0.01～5mm的碎石颗粒，其细度模数为2.8，堆积密度为1.61～1.80g/cm3，吸水率为0.8％，氯离子含量为0.001418％，石粉含量为7％。
10.优选的，所述普通硅酸盐水泥为p
·
o42.5级硅酸盐水泥。
11.优选的，所述粉煤灰为球状结构，其cao含量为18％，al2o3含量为6.8％，sio2含量
为65％，其表观密度为2.24g/cm3，比表面积为454m2/kg。
12.优选的，所述内养护剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，细度为80～100目，其最高吸水倍率为自身质量的150倍。
13.优选的，所述膨胀剂为钙硫型膨胀剂，其cao含量为56.1％，so3含量为19.03％。
14.优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为40％，减水率大于35％。
15.一种低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
16.(1)将所述普通硅酸盐水泥和粉煤灰加入混凝土搅拌机内搅拌，得到混合均匀的胶凝材料；
17.(2)将水加入步骤(1)所述胶凝材料内继续搅拌，得到充分混合的浆体；
18.(3)将内养护剂丙烯酸-丙烯酰胺共聚物预吸收水，将吸水后的内养护剂丙烯酸-丙烯酰胺共聚物与膨胀剂一并加入步骤(2)所述浆体内搅拌均匀，得到混合物；
19.(4)将洞渣细骨料缓慢加入步骤(3)所述混合物内搅拌均匀，得到洞渣骨料砂浆；
20.(5)将洞渣粗骨料缓慢加入步骤(4)所述洞渣骨料砂浆搅拌均匀，得到全洞渣骨料混凝土；
21.(6)将减水剂溶于水得到减水剂溶液，将其加入步骤(5)所述全洞渣骨料混凝土内搅拌均匀，成型养护后即可得。
22.优选的，所述混凝土搅拌机为强制式搅拌机，转速为100～110r/min。
23.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)利用隧道洞渣取代河砂、碎石，减少了天然骨料的过度开采；(2)通过调控内养护材料和膨胀剂的复掺比例，有效降低了全洞渣骨料混凝土的早期自收缩值及长期总收缩值，降低了其收缩开裂风险，提高了其力学性能和耐久性。
具体实施方式
24.下面对本发明的技术方案作进一步说明。
25.实施例1
26.1、按质量份准备如下材料：
27.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥750份、粉煤灰250份、洞渣粗骨料2200份、洞渣细骨料1500份、膨胀剂20份，内养护剂0.3份，减水剂30份和水350份。
28.粉煤灰为球状结构，其cao含量为18％，al2o3含量为6.8％，sio2含量为65％，其表观密度为2.24g/cm3，比表面积为454m2/kg。
29.洞渣粗骨料为粒径在5～20mm的碎石，其表观密度值为2.955g/cm3，压碎指标为8％。
30.洞渣细骨料为粒径在0.01～5mm的碎石颗粒，其细度模数为2.8，堆积密度为1.61～1.80g/cm3，吸水率为0.8％，氯离子含量为0.001418％，石粉含量为7％。
31.膨胀剂为钙硫型膨胀剂，其cao含量为56.1％，so3含量为19.03％。
32.内养护剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，细度为80～100目，其最高吸水倍率为自身质量的150倍。
33.减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为40％，减水率大于35％。
34.2、低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法包括以下步骤：
35.(1)将上述p
·
o42.5普通硅酸盐水泥和粉煤灰加入混凝土搅拌机内，在100r/min的转速下搅拌60s，得到混合均匀的胶凝材料；
36.(2)将水加入步骤(1)的胶凝材料内，在100r/min的转速下搅拌60s，得到充分混合的浆体；
37.(3)将丙烯酸-丙烯酰胺共聚物预吸收自身质量25倍的水，将吸水后的丙烯酸-丙烯酰胺共聚物与钙硫型膨胀剂一并加入步骤(2)的浆体内，在100r/min的转速下搅拌60s，得到混合物。
38.(4)将洞渣细骨料缓慢加入步骤(3)的混合物内，在100r/min的转速下搅拌60s，得到洞渣骨料砂浆；
39.(5)将洞渣粗骨料缓慢加入步骤(4)的洞渣骨料砂浆搅拌均匀，在100r/min的转速下搅拌60s，得到全洞渣骨料混凝土；
40.(6)聚羧酸减水剂加入水中溶解后，将其加入步骤(5)的全洞渣骨料混凝土内，成型养护后即得。
41.实施例2
42.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，按质量份计，其原料包括：
43.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥775份、粉煤灰225份、洞渣粗骨料2300份、洞渣细骨料1550份、膨胀剂60份、内养护0.35份、减水剂40份和水375份。
44.制备时在105r/min的转速下搅拌，其他材料、制备方法均和实施例1一致。
45.实施例3
46.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，按质量份计，其原料包括：
47.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥800份、粉煤灰200份、洞渣粗骨料2400份、洞渣细骨料1600份、膨胀剂80份、内养护剂0.4份、减水剂50份和水400份。
48.制备时在110r/min的转速下搅拌，其他材料、制备方法均和实施例1一致。
49.对比例1
50.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，按质量份计，其原料包括：
51.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥750份、粉煤灰250份、洞渣粗骨料2200份、洞渣细骨料1500份、减水剂30份和水350份，不加入内养护剂和膨胀剂。
52.其他材料、制备方法与实施例1一致。
53.对比例2
54.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，按质量份计，其原料包括：
55.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥750份、粉煤灰250份、洞渣粗骨料2200份、洞渣细骨料1500份、内养护剂0.3份、减水剂30份和水350份，不加入膨胀剂。
56.其他材料、制备方法与实施例1一致。
57.对比例3
58.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，按质量份计，其原料包括：
59.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥750份、粉煤灰250份、洞渣粗骨料2200份、洞渣细骨料1500份、膨胀剂20份、减水剂30份和水350份，不加入内养护剂。
60.其他材料、制备方法与实施例1一致。
61.对比例4
62.为与洞渣骨料混凝土进行对比，以河砂作为细骨料，玄武岩石子作为粗骨料制备普通混凝土，普通混凝土原料以质量份计包括：
63.p
·
o42.5普通硅酸盐水泥750份、粉煤灰250份、玄武岩石子2200份、河砂1500份、膨胀剂20份、内养护剂0.3份、减水剂30份和水350份。
64.其他材料、制备方法与实施例1一致。
65.对实施例1-3和对比例1-4的混凝土28d抗压强度、7天自收缩值、56d总收缩值进行测试，测试结果如表1所示。
66.表1
[0067][0068][0069]
从表1可以看出实施例1-3中混凝土的28d抗压强度与对比例1中的混凝土相比，其28d抗压强度有一定程度的提升，其7d自收缩值和56d总收缩值与对比例相比，均有大幅度的降低，这表明基于内养护和膨胀剂复合作用的收缩调控方法可有效减小全洞渣骨料混凝土收缩值，降低其收缩开裂风险。实施例1-3和对比例4对比可以看出，洞渣骨料混凝土抗压强度及收缩值均优于普通混凝土，说明采用隧道洞渣制备低收缩高强混凝土具有可行性。

技术特征：

1.一种低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，其原料以质量份计包括：普通硅酸盐水泥750～800份、粉煤灰200～250份、洞渣粗骨料2200～2400份、洞渣细骨料1500～1600份、内养护剂0.3～0.4份、膨胀剂20～80份、减水剂30～50份和水350～400份。2.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述洞渣粗骨料为粒径5～20mm的碎石。3.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述洞渣细骨料为粒径0.01～5mm的碎石。4.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为p
·
o42.5级硅酸盐水泥。5.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为球状结构。6.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述内养护剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。7.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为钙硫型膨胀剂。8.根据权利要求1所述的低收缩全洞渣骨料混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。9.权利要求1-8任一项所述的低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将所述普通硅酸盐水泥和粉煤灰加入混凝土搅拌机内搅拌，得到混合均匀的胶凝材料；(2)将水加入步骤(1)所述胶凝材料内继续搅拌，得到充分混合的浆体；(3)将内养护剂预吸收水，将吸水后的内养护剂与膨胀剂一并加入步骤(2)所述浆体内搅拌均匀，得到混合物；(4)将洞渣细骨料缓慢加入步骤(3)所述混合物内搅拌均匀，得到洞渣骨料砂浆；(5)将洞渣粗骨料缓慢加入步骤(4)所述洞渣骨料砂浆搅拌均匀，得到全洞渣骨料混凝土；(6)将减水剂溶于水得到减水剂溶液，将其加入步骤(5)所述全洞渣骨料混凝土内搅拌均匀，成型养护后即得。10.根据权利要求9所述的低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土搅拌机为强制式搅拌机，转速为100～110r/min。

技术总结

本发明公开了一种低收缩全洞渣骨料混凝土，普通硅酸盐水泥750～800份、粉煤灰200～250份、洞渣粗骨料2200～2400份、洞渣细骨料1500～1600份、内养护剂0.3～0.4份、膨胀剂20～80份、减水剂30～50份和水350～400份。本发明还公开了一种低收缩全洞渣骨料混凝土的制备方法。基于内养护剂和氧化钙类膨胀剂的复合补偿收缩作用，所制备的低收缩全洞渣骨料混凝土具有高抗压、低收缩、高耐久的性能特点，降低了全洞渣骨料混凝土收缩开裂风险，延长了混凝土服役寿命。土服役寿命。