CN101560082A - 超高强活性粉末混凝土及其制造方法 - Google Patents

超高强活性粉末混凝土及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种超高强活性粉末混凝土，是由下述组分按质量份数混合组成的混合物，该混合物中：硅酸盐水泥1000份，石英砂600～1400份，硅灰90～400份，硅微粉200～400份，石英粉100～300份，高强钢纤维80～350份，高效减水剂15～30份，水250～320份，AEA膨胀剂60～120份，乳胶粉0～15份，聚酯纤维0～10份，消泡剂0～2份。其制法是：按以上比例备料、先将水和水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、高效减水剂、乳胶粉、聚酯纤维、消泡剂等材料混合成糊状，再加入高强钢纤维搅拌4～6分钟；制成的活性粉末混凝土具有超高抗压、抗折强度，高力学性能、高耐久性。

Description

超高强活性粉末混凝土及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土及混凝土构件的生产方法，特别是一种具有超高抗压强度和高抗折性能的活性粉末混凝土及活性粉末混凝土构件的制造方法。
背景技术：
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)是一种基于DSP(Densified System Containing Homogenously Arranged Ultrafine Particles，含超细颗粒均匀分布的致密材料)与纤维增强材料技术开发而成的新型水泥基复合材料。该材料具有超高强度、高力学性能、高耐久性、良好的体积稳定性和环保性能，成为国际工程材料领域一个新的研究应用热点。
当前国内用于要求具有超高抗压强度和高抗折性能场合的构件一般采用金属制造，此类构件存在着重量较重、易生锈、生产成本偏高等不足。公开号为CN101050090A的《钢渣粉活性粉末混凝土》公开了一种采用钢渣磨成粉末作为胶凝材料制成的钢渣粉RPC，这种钢渣粉RPC虽然能降低RPC的成本，通过废物利用也节约了资源，也能“应用于制造预制构件、用于高速公路或机场跑道、制造压力管道和腐蚀性的输送管道、制造中低放射性废料储藏容器等。”但是其整体性能特别是其抗压、抗折强度还不能满足制造具有超高抗压强度和高抗折性能场合的预制构件的需要。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有超高抗压、抗折强度、高力学性能、高耐久性、且施工性能好的超高强活性粉末混凝土，以适应要求具有超高抗压强度和高抗折性能场合的构件材料以及其它要求使用具有超高强度、高力学性能、高耐久性的超高强活性粉末混凝土的需要，并提供了该超高强活性粉末混凝土的制作方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种超高强活性粉末混凝土，是由下述组分原料组成的混合物，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，    石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，         硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，      高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，    水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，    消泡剂0～2份。
本发明超高强活性粉末混凝土的进一步技术方案是：该超高强活性粉末混凝土的组分中还包含有乳胶粉1～15份。
本发明超高强活性粉末混凝土的又进一步技术方案是：该超高强活性粉末混凝土的组分中还包含有聚酯纤维1～10份。
本发明超高强活性粉末混凝土的再进一步技术方案是：该超高强活性粉末混凝土的组分中还包含有乳胶粉1～15份，聚酯纤维1～10份。
本发明的另一技术方案是：一种超高强活性粉末混凝土的制造方法，包括以下步骤：
A、备料：根据需要，按下述的超高强活性粉末混凝土的组分比例备料；
B、灰、水混合：将水和除钢纤维以外的上述各组分倒入搅拌机中，搅拌均匀至糊状；
C、加钢纤维：向搅拌机中加入高强钢纤维，搅拌4～6分钟制成超高强活性粉末混凝土；
所述A、备料步骤中，超高强活性粉末混凝土的组分比例以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，   石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，      硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，   高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份， 水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份， 乳胶粉0～15份，
聚酯纤维0～10份，    消泡剂0～2份。
上述技术方案中，所述的水泥是42.5硅酸盐水泥或其他类型的水泥，要求：水泥的细度≥310m2/kg，28天抗折强度≥8MPa，28天抗压强度≥48MPa。
所述的石英砂是20目至100目之间的干净石英砂。
所述的硅灰，其活性SiO2含量≥95％，平均粒径0.1μm，有助于填充水泥颗粒之间的微小空隙，促进最紧密堆积，提高水泥石的密实度，其高度的火山灰活性增加了水泥石中C-S-H凝胶的体积，降低了氢氧钙石的数量并使Ca(OH)2晶体细化，从而改变了浆体的孔结构，提高了混凝土的力学性能，此外加入硅灰能增加新拌混凝土的粘聚性。
所述的硅微粉粒度为800～1500目，将其作为掺和料掺入水泥混凝土中，除了促进水泥石的最紧密堆积的作用外，在高温养护(≥200℃)过程中，有一部分活性SiO2即可于水泥中的C2S和C3S水化产生的Ca(OH)2反应，进一步形成水化硅酸钙产物，填充于水泥混凝土的孔隙中，提高水泥混凝土的密实度。
所述的石英粉粒度为200～500目，对于活性粉末混凝土成不同颗粒之间的级配组合，石英粉是不可缺少的组成部分。
所述的高强钢纤维是一种细钢纤维，其直径为0.1～1mm，长度为3～30mm，抗拉强度≥200MPa，高强钢纤维的掺入，可较大幅度地提高混凝土的抗折强度和抗压强度。
所述的高效减水剂是一种聚羧酸盐减水剂，是有机高分子电解质，属于聚合物分散剂类，外观为淡黄色粉末，其固有含量为90～99％，减水率≥25％。
所述的AEA膨胀剂是一种混凝土抗渗防裂型膨胀剂。其作用是在中形成膨胀性结晶水化物——钙矾石，使混凝土早期产生适度膨胀，在混凝土中建立0.2Mpa-0.7Mpa预压应力，这一压应力可以大致抵消混凝土干缩时产生的拉应力，而且在混凝土中后期仍保持微弱的膨胀势头，以补偿其冷缩，同时钙矾石结晶体不断填充混凝土内部间隙，改善了混凝土的孔隙结构，提高了密实度，也达到抗渗防裂之目的。
所述的乳胶粉是一种由醋酸乙烯酯与羧碳酸乙烯酯-VeoVa或乙烯或丙烯酸酯形成的二元或三元的共聚物，经过喷雾干燥得到的改性乳液粉末。它具有良好的可再分散性，与水接触时重新分散成乳液，并且其化学性能与初始乳液完全相同，其应用在活性粉末混凝土中，可以改善其多种性能，如：提高粘结力、内聚力，降低吸水性、降低弹性模量，增强抗折强度、抗冲性、耐磨性和耐久性，并能提高活性粉末混凝土的施工性能。
所述的聚酯纤维是一种新型防裂增强材料，它是以聚酯(聚对苯二甲基乙二酯或PET)为主要原料，其外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构，聚酯纤维除具有普通聚合物纤维细度大、强度高、易分散的特点，还具有突出的耐高温性能，可应用于活性粉末混凝土的增强防裂。
所述的消泡剂呈白色粉末状，是一种适合水泥干混砂浆的非离子表面活性剂。它的亲水基是非离子的极性基——羟基和醚基，因此不受介质的PH值和电解质的影响，稳定性高。此消泡剂能够对在建筑材料施工或生产工程中产生的微泡进行脱泡，并使产品具有极佳的持久性和剪切稳定性以及增加强度。
本发明超高强活性粉末混凝土及其制造方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明超高强活性粉末混凝土具有较高的抗折强度以及抗压强度：抗折强度一般为25～100MPa，抗压强度达到180～500MPa，远远高于对比技术。
其主要原因是：本发明超高强活性粉末混凝土的组分中，添加了足够量的高强钢纤维，这种钢纤维在超高强活性粉末混凝土制备过程中通过搅拌机的搅拌，能在混凝土中形成三维网络结构，大大提高了材料的抗折与抗压强度；其次，本发明中，适当的水、高强钢纤维、石英砂、水泥、硅灰和硅微粉的用量比例，也对提高超高强活性粉末混凝土的抗压、抗折强度起了很大的作用。
2、通过加入800～1500目超细硅微粉，使本发明活性粉末混凝土微观结构更密实，从而增强材料的耐久性与力学性能。
3、本发明的超高强活性粉末混凝土具有良好的抗冲性、耐磨性和耐久性、抗裂性能，施工性能好。
在本发明的超高强活性粉末混凝土中还添加有AEA膨胀剂、乳胶粉、聚酯纤维等组分，它们分别对改善活性粉末混凝土的孔隙结构，提高其密实度、提高粘结力、内聚力，降低吸水性、降低弹性模量，增强抗折强度、抗冲性、耐磨性、耐久性和抗裂性起作用，并能改善和提高活性粉末混凝土的施工性能。各种成分的具体作用、如前所述，此处不再分别论述。
4、性能稳定：由于本发明的超高强活性粉末混凝土各组分的共同作用以及其制造方法上的科学性，本发明的超高强活性粉末混凝土不存在抗折抗压强度倒缩现象，其抗折、抗压强度在90天龄期内呈缓慢增长。特别是采用本发明超高强活性粉末混凝土制作的构件后期再经过高温养护，其抗压强度可达到180～500MPa；抗折强度25～100MPa。
下面结合实施例对本发明之一种超高强活性粉末混凝土及制造方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明：
无
具体实施方式：
实施例一：
一种超高强活性粉末混凝土及其制造方法，该超高强活性粉末混凝土是由如下原料混合组成，所述的混合物中，各组份含量以质量份数比例计算为：
42.5型硅酸盐水泥1000份、20～100目的石英砂1400份、SiO2≥95％的硅灰90份、1500目硅微粉300份、300目石英粉290份、高强钢纤维80份、高效减水剂30份、水280份、AEA膨胀剂120份。
其制作方法是：将上述各组分按比例准备好，首先将高效减水剂和水同时倒入搅拌机中搅拌1分钟左右使之均匀，然后将将剩余材料——水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、消泡剂等材料倒入搅拌机中，搅拌均匀成糊状后再向混合物中加入高强钢纤维，搅拌4～6分钟制成超高强活性粉末混凝土，根据需要装入浇模制作超高强活性粉末混凝土构件或送往施工现场，并进行后期养护。
作为本实施例的一种变换，所述的水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、消泡剂等各组分含量可以增加或减少，具体参见附表1《实施例一～实施例二十超高强活性粉末混凝土各组分含量一览表》中实施例二～实施例四数据。
按此方法制作的超高强活性粉末混凝土的抗折强度可达25～80MPa，抗压强度可达180～426MPa，完全满足制造具有超高抗压强度和高抗折性能场合的预制构件的需要。
实施例五～实施例八：
一种超高强活性粉末混凝土及其制造方法，其主要组分及制造方法与实施例一基本相同，其不同之处在于，该超高强活性粉末混凝土的组分中增加了乳胶粉，各组份含量以质量份数比例计算为：
硅酸盐水泥1000份，    石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，       硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，    高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，  水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，  乳胶粉1～15份，
消泡剂0～2份。
各实施例的具体组分参见附表1：《实施例一～实施例二十超高强活性粉末混凝土各组分含量一览表》中实施例五一～实施例八数据。
按此方法制作的超高强活性粉末混凝土的抗折强度可达27～90MPa，抗压强度可达289～368MPa，由于组分中添加了乳胶粉，提高了超高强活性粉末混凝土的粘结力、内聚力，降低吸水性、降低弹性模量，增强抗折强度、抗冲性、耐磨性和耐久性，并能提高活性粉末混凝土的施工性能；完全满足制造具有超高抗压强度和高抗折性能场合的预制构件的需要。
实施例九～实施例十二：
一种超高强活性粉末混凝土及其制造方法，其主要组分及制造方法与实施例一基本相同，其不同之处在于，该超高强活性粉末混凝土的组分中增加了聚酯纤维，各组份含量以质量份数比例计算为：
硅酸盐水泥1000份，      石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，         硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，      高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，    水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，    聚酯纤维1～10份，
消泡剂0～2份。
各实施例的具体组分以及制造出的超高强活性粉末混凝土的抗折强度、抗压强度参见附表1、附表2中实施例九～实施例十二数据。
实施例十三～实施例二十：
一种超高强活性粉末混凝土及其制造方法，其制造方法与实施例一基本相同，所不同之处在于，超高强活性粉末混凝土的组分中增加了乳胶粉和聚酯纤维，各组份含量根据制作对象的需要，可以在一定范围内增加或减少，以制取具有不同超高强活性粉末混凝土。各实施例的各组分含量以及对应的抗折强度、抗压强度参见附表1《实施例一～实施例二十超高强活性粉末混凝土各组分含量一览表》、附表2《实施例一～实施例二十超高强活性粉末混凝土抗折抗压强度一览表》。
从附表1、附表2中数据可看出，实施例十三～实施例十七之超高强活性粉末混凝土，其抗折强度为28～45MPa、抗压强度为260～290MPa；其各组分含量按质量份计算为：
硅酸盐水泥1000份，  石英砂750～1400份，
硅灰90～300份，     硅微粉200～350份，
石英粉100～250份，  高强钢纤维100～200份，
高效减水剂15～28份，    水250～310份，
AEA膨胀剂80～95份，     乳胶粉2～15份，
聚酯纤维2～10份，       消泡剂0～1份。
实施例十八～实施例二十的之超高强活性粉末混凝土，其抗折强度为35～100MPa、抗压强度为297～500MPa；其各组分含量按质量份计算为：
硅酸盐水泥1000份，       石英砂600～1400份，
硅灰300～400份，         硅微粉250～400份，
石英粉200～300份，       高强钢纤维120～350份，
高效减水剂20～30份，     水250～300份，
AEA膨胀剂80～100份，     乳胶粉2～10份，
聚酯纤维5～10份，        消泡剂1～2份。
由于水、高强钢纤维、石英砂、水泥、硅灰、硅微粉的量对抗压、抗折强度都有很大的影响，是相对较敏感的材料；AEA膨胀剂、乳胶粉、聚酯纤维等组分，它们分别对改善活性粉末混凝土的孔隙结构，提高其密实度、提高粘结力、内聚力，降低吸水性、降低弹性模量，增强抗折强度、抗冲性、耐磨性、耐久性和抗裂性起作用，并能改善和提高活性粉末混凝土的施工性能。实际应用中，本发明各组分含量不仅仅限于上述实施例的列举数，还可以根据不同需要，变更各组分含量、特别是高强钢纤维、硅灰、硅微粉、乳胶粉等的加入量、以及石英砂、硅灰、硅微粉的颗粒度，并通过控制工艺过程，以制取不同的抗压、抗折强度以及更好施工性能的超高强活性粉末混凝土。
作为本发明制作方法的一种变换，对于B：灰、水混合：将水和除钢纤维以外的上述各组分倒入搅拌机中，搅拌均匀至糊状工序而言，除实施例一所述可以“首先将高效减水剂和水同时倒入搅拌机中搅拌均匀；然后将将剩余材料——水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、消泡剂等材料倒入搅拌机中，搅拌均匀成糊状”的方法以外；也可以先只将水放入搅拌筒中，然后将高效减水剂、水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、高效减水剂AEA膨胀剂和消泡剂等各组分同时放入；也还可以先将高效减水剂、水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、高效减水剂AEA膨胀剂和消泡剂等各组分干粉首先混合，再按比例加入水混合搅拌。
Figure A20081007353900131
Figure A20081007353900141

Claims (19)

1.一种超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土是由下述组分原料组成的混合物，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，         石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，            硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，         高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，       水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，       消泡剂0～2份。
2.根据权利要求1所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土的组分中还包含有乳胶粉，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，         石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，            硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，         高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，       水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，       乳胶粉1～15份，
消泡剂0～2份。
3.根据权利要求1所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土的组分中还包含有聚酯纤维，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，         石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，            硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，         高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，       水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，       聚酯纤维1～10份，
消泡剂0～2份。
4.根据权利要求1所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土的组分中还包含有乳胶粉和聚酯纤维，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，         石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，            硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，          高强钢纤维100～350份，
高效减水剂15～30份，        水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，        乳胶粉1～15份，
聚酯纤维1～10份，           消泡剂0～2份。
5.根据权利要求4所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土是由下述组分原料组成的混合物，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，          石英砂750～1400份，
硅灰90～300份，             硅微粉200～350份，
石英粉100～250份，          高强钢纤维100～200份，
高效减水剂15～28份，        水250～310份，
AEA膨胀剂80～95份，         乳胶粉2～15份，
聚酯纤维2～10份，           消泡剂0～1份。
6.根据权利要求4所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：该混凝土是由下述组分原料组成的混合物，混合物中各组分含量以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，          石英砂600～1400份，
硅灰300～400份，            硅微粉250～400份，
石英粉200～300份，          高强钢纤维120～350份，
高效减水剂20～30份，        水250～300份，
AEA膨胀剂80～100份，        乳胶粉2～10份，
聚酯纤维5～10份，           消泡剂1～2份。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的石英砂是粒度为20目至100目之间的干净石英砂。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的硅灰是其活性SiO2含量≥95％，平均粒径0.1μm的硅灰。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述硅微粉的粒度为800～1500目。
10.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的石英粉的粒度为200～500目。
11.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的高强钢纤维是一种细钢纤维，其直径为0.1～1mm，长度为3～30mm。
12.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的高效减水剂是一种聚羧酸盐减水剂，其固有含量为90～99％，减水率≥25％。
13.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的AEA膨胀剂是一种混凝土抗渗防裂型膨胀剂。
14.根据权利要求2、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的乳胶粉是一种由醋酸乙烯酯与羧碳酸乙烯酯-VeoVa或乙烯或丙烯酸酯形成的二元或三元的共聚物，经过喷雾干燥得到的改性乳液粉末。
15.根据权利要求3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的聚酯纤维是一种新型防裂增强材料，它是以聚酯——聚对苯二甲基乙二酯或PET为主要原料，其外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构。
16.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的超高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述的消泡剂呈白色粉末状，是一种适合水泥干混砂浆的非离子表面活性剂，其亲水基是非离子的极性基——羟基和醚基。
17.一种超高强活性粉末混凝土的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：
A、备料：根据需要，按下述的超高强活性粉末混凝土的组分比例备料；
B、灰、水混合：将水和除钢纤维以外的上述各组分倒入搅拌机中，搅拌均匀至糊状；
C、加钢纤维：向搅拌机中加入高强钢纤维，搅拌4～6分钟制成超高强活性粉末混凝土；
所述A、备料步骤中，超高强活性粉末混凝土的组分比例以质量份数计算为：
硅酸盐水泥1000份，      石英砂600～1400份，
硅灰90～400份，         硅微粉200～400份，
石英粉100～300份，      高强钢纤维80～350份，
高效减水剂15～30份，    水250～320份，
AEA膨胀剂60～120份，    乳胶粉0～15份，
聚酯纤维0～10份，       消泡剂0～2份。
18.根据权利要求17所述的超高强活性粉末混凝土的制造方法，其特征在于：所述的步骤B、灰、水混合步骤的工序是：
①、先将高效减水剂和水混合：将高效减水剂和水同时倒入搅拌机中搅拌均匀；
②、将剩余材料——水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、乳胶粉、聚酯纤维、消泡剂等材料倒入搅拌机中，搅拌均匀至糊状。
19.根据权利要求17所述的超高强活性粉末混凝土的制造方法，其特征在于：所述的步骤B、灰、水混合步骤的工序是：
①、先将水泥、石英砂、硅灰、硅微粉、石英粉、AEA膨胀剂、高效减水剂、乳胶粉、聚酯纤维和消泡剂等材料倒入搅拌机中，搅拌均匀成混合粉状；
②、将水倒入搅拌机中搅拌均匀至糊状。
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