CN107473658A - 一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法，该材料主要由水泥、水、减水剂、掺合料、砂、粗骨料、钢纤维组成；该含粗骨料超高性能混凝土材料的制备步骤如下:1)按配比称取各原料；2)将水泥和掺和料加入搅拌机中，搅拌均匀后加入砂和粗骨料，干搅得到胶砂混合物；3)将部分水与全部的减水剂预先搅拌均匀，之后加入到胶砂混合物中，搅拌加入剩余的水，得到混合浆体；4)将钢纤维撒入混合浆体中，搅拌均匀得到含粗骨料超高性能混凝土材料。该含粗骨料超高性能混凝土材料流动性能良好，并且具有高强度，高弹性模量，高抗弯性能以及优异的疲劳性能。

Description

一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法，属于混凝土材料领域。
背景技术
20世纪以来，随着社会经济的快速发展，桥梁结构朝更高、更长方向发展，这对混凝土材料性能提出了新的要求。为解决混凝土桥面板自重大、开裂应力低、刚度不高以及弯曲疲劳性能差等问题，亟需发明一种具有高强度、高抗裂能力、高弹性模量和高弯曲疲劳性能的混凝土材料。
活性粉末混凝土(RPC)材料因其对原材料的严格要求以及特殊的成型过程，在性能方面满足高强度、高抗裂能力和高耐久性要求，但很难满足实际工程应用要求(成本合理，易成型等)，所以无法大规模推广应用。
含粗骨料超高性能混凝土材料，具有高强度、高弹性模量、高抗裂性和优异弯曲疲劳性能四大特点，又因其掺入粗骨料，相对RPC材料成本低廉，成型、养护过程技术要求低、耗能也小，在近年来吸引了国内外学者越来越多的重视，发展势头强劲，有望推广应用到更多建筑结构，尤其是在大跨度桥梁工程中，含粗骨料超高性能混凝土材料还可以大幅度减小结构尺寸与自重，提高桥梁整体结构刚度，延长全周期服役寿命。所以，这样一种含粗骨料超高性能混凝土材料就具有了十分重要的应用价值。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种含粗骨料超高性能混凝土材料及其制备方法，该混凝土材料具有高强度、高弹性模量、高抗裂性和高弯曲疲劳性能四大特点，解决了现有大型桥梁桥面板工程中，使用传统混凝土材料所造成的自重大、开裂应力低、刚度不高和弯曲疲劳性能差等问题。
技术方案：本发明提供了一种含粗骨料超高性能混凝土材料，该材料包括以下组分：
其中：
所述的粗骨料为石灰岩或者玄武石，粒径为5～10mm，压碎值为7％～9％。
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率减水率大于30％。
所述的砂为中粗砂，细度模数为2.40～2.95；所述的水泥为强度等级为42.5及以上的硅酸盐水泥。
所述的掺合料由硅灰、矿渣和微珠3种材料组成，其中硅灰占掺合料总质量的40％～60％。
所述的钢纤维为平直型或者端钩型钢纤维，其长度为13～20mm。
本发明还提供了一种含粗骨料超高性能混凝土材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、按配比称取各原料；
步骤二、将水泥和掺合料一起搅拌至分散均匀，之后加入砂和粗骨料，继续干搅1～1.5min，得到胶砂混合物；
步骤三、将部分水与全部的减水剂预先搅拌均匀，之后加入胶砂混合物中，继续搅拌30～60s，接着加入剩余的水，继续搅拌2.5～3min，得到混合浆体；
步骤四、将钢纤维均匀撒入混合浆体中，搅拌2.5～4min至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
其中：
所述搅拌的速率为40～60rmp，搅拌所用器具为搅拌机。
步骤三所述的将部分水与全部的减水剂预先搅拌均匀是指将60～70wt％的水与全部的减水剂预先搅拌均匀。
步骤四所述将钢纤维均匀撒入混合浆体中是指将钢纤维分4～6次加入混合浆体中。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的含粗骨料超高性能混凝土材料具有高强度、高弹性模量、高抗裂性和高耐久性等特点，解决了现有大型桥梁桥面板工程中，使用传统混凝土材料所造成的自重大、开裂应力低、刚度不高等问题。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的描述：
本发明实施例所选用的水泥由江南水泥厂生产的小野田P·II 52.5水泥。
本发明实施例所选用的掺和料由江苏博特新材料股份有限公司提供的高活性掺和料。
本发明实施例所选用的钢纤维由江苏博特新材料股份有限公司提供的高强微细平直型钢纤维。
本发明实施例所选用的高效减水剂由江苏苏博特新材料股份有限公司提供的聚羧酸系高性能减水剂。
本发明制备的含粗骨料超高性能混凝土材料可达到如表1所示的技术指标：
表1
抗压强度/MPa 145～165
弹性模量/GPa 48.5～50
弯曲强度/MPa 16～19
疲劳性能/次 400000～1300000
容重/(kg/m3) 2500～2650
坍落度/cm 16～25
从表1可以看出本发明含粗骨料超高性能混凝土材料比传统混凝土材料具有更加优异的综合性能，流动性能良好，并且具有高强度，高弹性模量，高抗弯性能以及高弯曲疲劳性能。
因此，本发明制备的含粗骨料超高性能混凝土适用于大跨度桥梁桥面板的制作，其优异的综合性能也适用于其他各类工程结构。
实施例1
一种粗骨料掺量为280kg/m3的超高性能混凝土材料，其具体制备方法如下：
1、按照以下配比称量原料：
2、将水泥和掺合料一起加入搅拌速率为60rmp的搅拌机中，搅拌30s左右，至分散均匀，其中所述掺合料由硅灰、矿渣和微珠颗粒3种材料组成，且硅灰占掺合料总质量的40％，之后加入砂和骨料，继续干搅1min；将70wt％的水与全部减水剂在容器中搅拌均匀，缓慢地加入正在搅拌的胶砂混合物中，搅拌30s，接着加入剩余30wt％的水，继续搅拌3min；将钢纤维分4次均匀撒入，搅拌4min左右至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
3、含粗骨料超高性能混凝土材料性能检测
(1)抗压强度测试
抗压实验参照GB/T 31387-2015中相关规定执行，试件尺寸为100mm×100mm×100mm，养护时间为90天，平行试验3次
本实施例抗压强度均值为160.6MPa，具有很高的强度。
(2)弹性模量测试
弹性模量实验参照GB/T 31387-2015中相关规定执行，试件为100mm×100mm×300mm棱柱体试块，养护时间为90天，试验过程中加载速率为1.2MPa/s，平行试验3次。
经过测试，弹性模量为49.2GPa，这说明本发明的材料具有较高的弹性模量。
(3)弯曲强度测试
参照GB/T 31387-2015中相关规定执行四点弯曲强度实验，试件为100mm×100mm×400mm棱柱体试块，养护时间为90天，平行试验3次。
本实施例抗压强度均值为18MPa，抗弯强度远远超过普通混凝土材料。
(4)疲劳性能
疲劳实验采用四点弯曲疲劳实验方法，应力水平为0.7，频率为7HZ，荷载循环特征值R＝0.1。试件为100mm×100mm×400mm棱柱体试块，养护时间为90天，平行试验5次，然后求平均值。
本实施例，0.7应力水平下疲劳寿命为807652次。
实施例2
一种粗骨料掺量为400kg/m3的超高性能混凝土材料，其具体制备方法如下：
1、按照以下配比称量原料：
2、将水泥和掺合料一起加入搅拌速率为40rmp的搅拌机中搅拌30s左右，至分散均匀，其中所述掺合料由硅灰、矿渣和微珠颗粒3种材料组成，且硅灰占掺合料总质量的50％，之后加入砂和骨料，继续干搅1.5min；将60wt％的水与全部减水剂在容器中搅拌均匀，缓慢地加入正在搅拌的胶砂混合物中，搅拌60s，接着加入剩余40wt％的水，继续搅拌2.5min；将钢纤维分5次均匀撒入，搅拌4min左右至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
经测试，该含粗骨料超高性能混凝土材料抗压强度为156.7MPa；弹性模量为49.4GPa；弯曲强度为17.9MPa；0.7应力水平下疲劳寿命为808874次。
实施例3
一种粗骨料掺量为480kg/m3的超高性能混凝土材料，其具体制备方法如下：
1、按照以下配比称量原料：
2、将水泥和掺合料一起加入搅拌速率为50rmp的搅拌机中，搅拌30s左右，至分散均匀，其中所述掺合料由硅灰、矿渣和微珠颗粒3种材料组成，且硅灰占掺合料总质量的60％，之后加入砂和骨料，继续干搅1.2min；将65wt％的水与全部减水剂在容器中搅拌均匀，缓慢地加入正在搅拌的胶砂混合物中，搅拌45s，接着加入剩余35wt％的水，继续搅拌2.5min；将钢纤维分6次均匀撒入，搅拌4min左右至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
经测试，该含粗骨料超高性能混凝土材料抗压强度为159.4MPa；弹性模量为49.7GPa；弯曲强度为17.1MPa；0.7应力水平下疲劳寿命为790000次。
实施例4
一种粗骨料掺量为480kg/m3，纤维掺量为200kg/m3的超高性能混凝土材料，其具体制备方法如下：
1、按照以下配比称量原料：
2、将水泥和掺合料一起加入搅拌速率为45rmp的搅拌机中，搅拌30s左右，至分散均匀，其中所述掺合料由硅灰、矿渣和微珠颗粒3种材料组成，且硅灰占掺合料总质量的55％，之后加入砂和骨料，继续干搅1.5min；将60wt％的水与全部减水剂在容器中搅拌均匀，缓慢地加入正在搅拌的胶砂混合物中，搅拌60s，接着加入剩余40wt％的水，继续搅拌3min；将钢纤维分6次均匀撒入，搅拌4min左右至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
经测试，该含粗骨料超高性能混凝土材料抗压强度为154.1MPa；弹性模量为49.9GPa；弯曲强度为17.5MPa；0.7应力水平下疲劳寿命为890000次。
实施例5
一种粗骨料掺量为560kg/m3的超高性能混凝土材料，其具体制备方法如下：
1、按照以下配比称量原料：
2、将水泥和掺合料一起加入搅拌速率为55rmp的搅拌机中，搅拌30s左右，至分散均匀，其中所述掺合料由硅灰、矿渣和微珠颗粒3种材料组成，且硅灰占掺合料总质量的45％，之后加入砂和骨料，继续干搅1.5min；将70wt％的水与全部减水剂在容器中搅拌均匀，缓慢地加入正在搅拌的胶砂混合物中，搅拌60s，接着加入剩余30wt％的水，继续搅拌3min；将钢纤维分4次均匀撒入，搅拌4min左右至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
经测试，该含粗骨料超高性能混凝土材料抗压强度为148.6MPa；弹性模量为48.8GPa；弯曲强度为16.4MPa；0.7应力水平下疲劳寿命为687424次。

Claims (10)

1.一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：该材料包括以下组分：
2.如权利要求1所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：所述的粗骨料为石灰岩或者玄武石，粒径为5～10mm，压碎值为7％～9％。
3.如权利要求1所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率大于30％。
4.如权利要求1所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：所述的砂为中粗砂，细度模数为2.40～2.95；所述的水泥为强度等级为42.5及以上的硅酸盐水泥。
5.如权利要求1所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：所述的掺合料由硅灰、矿渣和微珠3种材料组成，其中硅灰占掺合料总质量的40％～60％。
6.如权利要求1所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料，其特征在于：所述的钢纤维为平直型或者端钩型钢纤维，其长度为13～20mm。
7.一种如权利要求1所述的含粗骨料超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、按配比称取各原料；
步骤二、将水泥和掺合料一起搅拌至分散均匀，之后加入砂和粗骨料，继续干搅1～1.5min，得到胶砂混合物；
步骤三、将部分水与全部的减水剂预先搅拌均匀，之后加入胶砂混合物中，继续搅拌30～60s，接着加入剩余的水，继续搅拌2.5～3min，得到混合浆体；
步骤四、将钢纤维均匀撒入混合浆体中，搅拌2.5～4min至钢纤维分散均匀，得到含粗骨料超高性能混凝土材料。
8.如权利要求7所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌的速率为40～60rmp。
9.如权利要求7所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：步骤三所述的将部分水与全部的减水剂预先搅拌均匀是指将60～70wt％的水与全部的减水剂预先搅拌均匀。
10.如权利要求7所述的一种含粗骨料超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述将钢纤维均匀撒入混合浆体中是指将钢纤维分4～6次加入混合浆体中。
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