CN102320789A - 高强活性粉末混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基复合材料——高强活性粉末混凝土，各原料重量份配比为：石英砂40-55、水泥25-30、粉煤灰0-10、硅灰0-7、钢纤维1-4、减水剂1-2、水2-7；上述组分中石英砂粒径小于1.25mm，其中SiO2重量含量>97%。拌制步骤为将石英砂、钢纤维按照配合比称量，倒入搅拌锅内，干拌2min；再将水泥、专用复合掺合料按照配合比称量，倒入搅拌锅与石英砂和钢纤维一起干拌2min；最后将高效减水剂和水一起加入，搅拌6min；混凝土搅拌完后，下料成型。本发明具有超高强、低脆性、高耐久性和高密实性，更好的体现活性粉末混凝土优良性能，并达到少维护或免维护和延长结构使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，尤其涉及一种用于目前土木工程领域混凝土预制构件的材料。
背景技术
活性粉末混凝土（RPC）是一种超高强、低脆性、高耐久性和高密实性的水泥基复合材料。RPC材料具有极低的渗透性、很高的抗环境介质侵蚀能力和良好的耐磨性能，且界面过渡区结构和性能得到了很好的改善，对冻融循环、盐蚀及碳化有很强的抵抗能力。
活性粉末混凝土（RPC）作为一类新型混凝土材料，不仅可获得200MPa的超高抗压强度，而且具有30MPa的抗折强度，有效的克服了高性能混凝土的高脆性。
相比目前的高性能混凝土抗拉强度低、脆性大、体积稳定性不良等缺点，活性粉末混凝土（RPC）不仅很好的解决这些缺点，还能减小结构物的截面尺寸，减轻自重，同时还具有防火性能高、抗腐蚀等特点，提高了结构的耐久性，并可以根据需要制备出各种结构形式的构件，满足不同工程需要。RPC材料具有高抗渗性与抗冻融性能，可用于恶劣环境下工作的结构物或外保护层。
但现有活性粉末混凝土技术仍然存在着一些不足，一是配方中各组分选择，以及比例配置上存在缺陷，没有真正体现活性粉末混凝土（RPC）的优越性；二、配方中骨料粒径较大，致使内部结构均匀性较差；三、未对砂中的SiO2与泥土含量的比例进行控制，导致质量不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种超高强、低脆性、高耐久性和高密实性的水泥基复合材料——高强活性粉末混凝土，更好的体现活性粉末混凝土优良性能，并达到少维护或免维护和延长结构使用寿命的目的。
高强活性粉末混凝土，其特征在于：组分有石英砂、水泥、粉煤灰、硅灰、钢纤维、减水剂、水，各组分重量份配比为：石英砂40-55、水泥25-30、粉煤灰0-10、硅灰0-7、钢纤维1-4、减水剂1-2、水2-7；上述组分中石英砂粒径小于1.25mm，其中SiO2重量含量>97%。
所述石英砂中粗粒径石英砂粒径1.25mm～0.63mm、中粒径石英砂粒径0.63mm～0.315mm、细粒径石英砂粒径0.315mm～0.16mm，的重量配比为13-15:71-77:35-39。
本发明活性组分的粒径为0.1um～1.0um。
所述钢纤维直径为0.18—0.23mm，长度12—14mm，抗拉强度≥2850MPa。
本发明所用减水剂为聚羧酸高效减水剂。
本发明通过对混凝土中原材料成分和搅拌工艺与养护制度的调整，提高组分的细度与活性使材料内部缺陷（孔隙与微裂缝）减少到最小，以获得超高强度与高耐久性。原材料中活性组分由优质水泥、硅粉，细石英砂（粒径小于1.25mm）等构成，活性组分的粒径在0.1um～1.0um之间，另外原材料还包括粉煤灰、高效减水剂和短细钢纤维等。利用活性粉末混凝土的超高强度、高韧性等特性，可以减轻构件自重，提高构件的承载能力、抗冲击能力、抗震能力等，使其满足《客运专线活性粉末混凝土（RPC）材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》（科技基【2006】129号）中的要求。
本发明中，所述石英砂中SiO2含量大于97%，分粗粒径石英砂（1.25～0.63mm）、中粒径石英砂（0.63～0.315mm）、细粒径石英砂（0.315～0.16mm），泥土含量不应大于0.5%。其他技术要求应按现行国家标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）执行。
本发明中，所述水泥采用的是品质稳定、强度等级不低于42.5低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C3A含量不应大于8%。其性能应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）规定。
本发明中，所述掺合料应选用活性粉末混凝土复合掺合料，主要以SiO2为主要矿物成分的硅灰和粉煤灰。所述硅灰应符合现行国家标准《水泥化学分析法》（GB∕T176—2008）。所述粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB∕T1596—2005）规定。
本发明中，所述钢纤维直径为0.18—0.23mm，长度12—14mm，抗拉强度不得低于2850MPa，其他性能应满足现行国家标准《钢纤维混凝土》（JG∕T3064—1999）规定。
本发明中，所述减水剂应符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB8076—2008）规定。
本发明中，所述拌合用水应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》（JGJ63—1989）的要求。
本发明具有以下有益效果：
一、通过优化组分的成分及比例，提高了活性粉末混凝土的性能，充分体现了活性粉末混凝土相较于高性能混凝土的特点；
二、去除粒径大于1.25mm的粗骨料，以改善内部结构的均匀性；
三、优选与活性组分相容性良好的减水剂，以降低水胶比（一般控制在0.2以下）；
四、优化整体活性组分的级配，对于抗压强度200MPa级的RPC，可选用优质活性超细掺料部分代替硅灰；
五、成型过程中施加压力，以提高内部结构的密实度；
六、掺入短细钢纤维，以提高韧性和提及稳定性；
七、通过热养护来加速活性粉末的反应，改善界面的粘结力。
具体实施方式
本发明组分为(重量份)：石英砂40-55、水泥25-30、粉煤灰0-10、硅灰0-7、钢纤维1-4、减水剂1-2、水2-7。
进一步可以为：石英砂45-50、水泥27-30、粉煤灰1-9、硅灰1-6、钢纤维1-3、减水剂1-2、水2-6。
还可以为：石英砂47-49、水泥27-29、粉煤灰3-8、硅灰3-5、钢纤维2-3、减水剂1-1.5、水3-5。
以下结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅限于以下实施例。
设计配合比每立方米材料用量为（kg）：
同条件养护RPC材料性能要求：
| 项目 | 抗压强度 | 抗折强度 | 弹性模量 | 氯离子渗透量 | 抗冻标号 |
| 挡板、盖板 | ≥130MPa | ≥18MPa | ≥48GPa | ＜40Coul | ＞F500 |
活性粉末混凝土（RPC）材料拌制程序如下：
1. 将石英砂、钢纤维按照配合比称量，倒入搅拌锅内，干拌2min。
2. 再将水泥、专用复合掺合料按照配合比称量，倒入搅拌锅与石英砂和钢纤维一起干拌2min。
3. 最后将高效减水剂和水一起加入，搅拌6min。
4. 混凝土搅拌完后，下料成型。
活性粉末混凝土(RPC)养护：
成型构件需要静停6h后，采用蒸汽养护，养护过程分为升温、恒温、降温三个阶段，升温速度不应大于12℃/h，降温速度不应大于15℃/h。初养恒温温度应控制在40±5℃且恒温养护时间不应少于24h，初养结束后应进行拆模，但注意不得损坏构件的外观造成构件主体损伤。终养恒温温度应控制在80±5℃，恒温养护时间不应少于48h。撤除保温设施时，构件表面温度与环境温度之差不应超过20℃。构件蒸汽养护结束后需自然养护，环境温度不应低于20℃，并应对构件进行洒水养护，时间不应少于7d。
上述实施例中配合比所加的钢纤维为镀铜短细钢纤维，可以提高韧性、体积稳定性和抗锈蚀性能，掺入短细钢纤维不但使抗弯强度显著提高，同时也获得所需的高韧性和延性。
上述实施例中配合比所加矿物掺合料中硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙和提高RPC材料的流变性能，同时与水化产物生成胶凝体，与碱性材料氧化镁反应生成胶凝体；所加粉煤灰可以节约了大量的水泥和细骨料，减少了用水量，改善了混凝土拌合物的和易性，增强混凝土的可泵性，减少了混凝土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，提高混凝土抗渗能力，增加混凝土的修饰性。
上述实施例中配合比所加铝粉作为加气剂，能与水泥水化过程产生的碱反应，产生氢气微气泡，改善砂浆均匀性，在砂浆凝结前能产生适度膨胀，增强砂浆层与轨道板间的紧密性，提高砂浆层抗冻性能，能降低砂浆弹模，提高列车运行的舒适性。
上述实施例中所加外加剂为S60聚羧酸高效减水剂，要求与所用水泥及复合掺合料的适应性良好。减水剂能在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，减少拌合用水量、提高混凝土强度，和在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量。
本发明所提的混凝土材料级配良好，具有很高的强度，远远超过了普通混凝土和高性能混凝土。RPC材料具有超高强度与韧性，能生产薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件，可大幅度缩短工期和降低工程造价。RPC材料孔隙率低，十分密实，具有超高的抗渗性，且耐磨性能好，能延长构件的使用寿命，RPC材料能提高建筑物的承载力，而且具有很高的抗剪强度，因此将RPC材料应用于抗震建筑物中，可很大程度的提高建筑物框架节点的抗震能力。另外，利用RPC材料预制成德构件提高建筑物的美观，因此RPC材料有着工程应用价值和广阔的市场价值。
Claims (9)
1.高强活性粉末混凝土，其特征在于：原料重量份配比为：石英砂40-55、水泥25-30、粉煤灰0-10、硅灰0-7、钢纤维1-4、减水剂1-2、水2-7；上述组分中石英砂粒径小于1.25mm，其中SiO2重量含量>97%。
2.根据权利要求1所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：组分重量配比为石英砂45-50、水泥27-30、粉煤灰1-9、硅灰1-6、钢纤维1-3、减水剂1-2、水2-6。
3.根据权利要求1所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：组分重量配比为石英砂47-49、水泥27-29、粉煤灰3-8、硅灰3-5、钢纤维2-3、减水剂1-1.5、水3-5。
4.根据权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述石英砂中粗粒径石英砂粒径1.25mm～0.63mm、中粒径石英砂粒径0.63mm～0.315mm、细粒径石英砂粒径0.315mm～0.16mm，的重量配比为13-15:71-77:35-39。
5.根据权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：本发明活性组分的粒径为0.1um～1.0um。
6.根据权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：所述钢纤维直径为0.18—0.23mm，长度12—14mm，抗拉强度≥2850MPa。
7.根据权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于：所用减水剂为聚羧酸高效减水剂。
8.根据权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土，其特征在于，养护过程为：成型构件静停6h后，采用蒸汽养护，养护过程分为升温、恒温、降温三个阶段，升温速度不应大于12℃/h，降温速度不应大于15℃/h；初养恒温温度应控制在40±5℃且恒温养护时间不少于24h，初养结束后应进行拆模，终养恒温温度应控制在80±5℃，恒温养护时间不少于48h；撤除保温设施时，构件表面温度与环境温度之差不超过20℃；构件蒸汽养护结束后需自然养护，环境温度不应低于20℃，并应对构件进行洒水养护，时间不少于7d。
9.权利要求1、2或3所述的高强活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于：步骤如下：
a将石英砂、钢纤维按照配合比称量，倒入搅拌锅内，干拌2min；
b再将水泥、专用复合掺合料按照配合比称量，倒入搅拌锅与石英砂和钢纤维一起干拌2min；
c最后将高效减水剂和水一起加入，搅拌6min；
d混凝土搅拌完后，下料成型。
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