CN103159443A

CN103159443A - 一种超高强度混凝土及其制备方法

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Publication number: CN103159443A
Application number: CN2013100809971A
Authority: CN
Inventors: 程宝军; 黄波; 杨文�; 邓宵; 刘小琴; 刘通; 贾丽莉
Original assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Current assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: CN103159443B

Abstract

本发明公开了一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：水泥300~350份、复合矿物掺合料270~315份、复合膨胀剂30~35份、水96~112份、河砂680~720份、碎石1012~1080份、聚羧酸高效减水剂13.2~14.0份、保塑剂4.4~4.7份、消泡剂0.18~0.21份；所述的复合矿物掺合料由矿粉42~49份、粉煤灰150~175份、硅灰30~35份、沸石粉18~21份、硅灰石粉30~35份组成。本发明的特征是：60d混凝土抗压强度在140~160MPa，60d劈裂抗拉强度为9.2~10.2MPa，出机3h内可以达到自密实效果，14d自收缩值小于万分之5。

Description

一种超高强度混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超高强度混凝土及其制备方法。

背景技术

近年来，高强化成为现代混凝土技术发展的趋势之一。高强混凝土的研究、开发工作取得了较大的进步，高强混凝土的强度逐渐提高，性能不断完善，并且在许多领域得到了广泛应用。但随着建筑结构的复杂化、超高层建筑日益增多，高强混凝土已无法满足建设需要，超高强混凝土将成为混凝土发展的最主要趋势。世界各国均开始对超高强混凝土进行理论研究和工程应用。

超高强混凝土是一种良好的结构材料，它拥有极高的强度和优良的耐久性能，可以有效的减低结构自重、增大建筑使用空间，并且相较于其他材料，具有较低的成本，随着我国超高层建筑的发展，对于超高强混凝土的需求也在逐步的增长。随着现代建筑向着高层化、大跨度、轻量化，环境恶劣地区发展（寒冷地区、盐碱地区）对混凝土强度的要求也越来越高，因此开展研制高强高性能混凝土具有重要的现实意义。

尽管超高强混凝土存在较多优势，但由于自身特性，也存在一些劣势；一方面，由于超强混凝土配制过程中采用了大量超细的活性矿物掺合料以及极低的水胶比，致使超高强混凝土的收缩大，可达到万分之十以上，且多发生在早龄期，导致其早期开裂几率较普通混凝土更高；另一方面，混凝土随着抗压强度的不断提高，其脆性逐渐增大，这在一定程度上制约了超高强混凝土在工程中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种超高强度混凝土及其制备方法，它具有抗压强度超高、拉压比较高、低收缩、自密实的特点。

一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下原材料：水泥300~350份、复合矿物掺合料270~315份、复合膨胀剂30~35份、水96~112份、河砂680~720份、碎石1012~1080份、聚羧酸高效减水剂13.2~14.0份、保塑剂4.4~4.7份、消泡剂0.18~0.21份；所述的复合矿物掺合料由矿粉42~49份、粉煤灰150~175份、硅灰30~35份、沸石粉18~21份、硅灰石粉30~35份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁18~21份、氧化钙12~14份组成。

按上述方案，所述水泥为强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，其勃式比表面大于等于350m²/kg；

按上述方案，所述矿粉为S95、S105中的任意一种或者两种任意比例的混合物，其勃式比表面积大于等于400m²/kg；所述粉煤灰的勃式比表面积大于等于600m²/kg，需水比小于等于95%，烧失量小于等于5%；硅灰中SiO₂质量含量大于等于90%，氮吸附比表面积大于等于100000m²/kg；所述沸石粉的氮吸附比表面积≥700m²/kg，吸铵值大于等于100mmmol/100g，需水量比小于等于115%，二氧化硅的质量含量大于等于65%；所述硅灰石粉为针状形貌，长径比大于等于15，其细度为200目筛，筛余质量分数小于等于5%。

按上述方案，所述轻烧氧化镁和氧化钙勃式表面积分别大于等于400m²/kg。

按上述方案，所述的河砂为中粗河砂，细度模数为2.6~3.0，含泥量小于等于1.5%（质量含量）。

按上述方案，所述碎石为石灰岩碎石或玄武岩碎石，碎石粒级为5~20mm或5~16mm连续级配，针片状颗粒质量含量小于等于5%，压碎值小于等于6%。

按上述方案，所述聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于25%（质量含量），减水率大于等于30%，碱含量小于等于0.2%（质量含量）。

按上述方案，所述保塑剂主要成分为葡萄糖酸钠，为淡黄色粉末状，有效质量含量大于98%，还原物质量含量小于0.9%，含水率小于0.3%(质量含量)。

上述方案中，所述的消泡剂为聚醚改性有机硅。

上述超高强度混凝土的制备方法，它包括以下步骤：

（1）先用与超高强混凝土相同的水胶比的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器；

（2）按比例称量混凝土各原材料，水泥300~350份、复合矿物掺合料270~315份、复合膨胀剂30~35份、水96~112份、河砂680~720份、碎石1012~1080份、聚羧酸高效减水剂13.2~14.0份、保塑剂4.4~4.7份、消泡剂0.18~0.21份；所述的复合矿物掺合料由矿粉42~49份、粉煤灰150~175份、硅灰30~35份、沸石粉18~21份、硅灰石粉30~35份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁18~21份、氧化钙12~14份组成；

（3）依次将称量好的碎石、水泥、复合矿物掺合料、复合膨胀剂、河砂加入到搅拌机中，盖好搅拌机，搅拌60~100秒，使其搅拌混合均匀，得到混合料；

（4）将称量好的消泡剂、保塑剂和聚羧酸高效减水剂加入水，用玻璃棒搅拌数秒，得到均匀的水剂；

（5）打开搅拌机盖，边搅拌边将水剂缓慢加入到混合料中，搅拌180~240秒，即可得到超高强度混凝土。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明超高强混凝土60d抗压强度为140~160MPa（试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体试件），60d劈裂抗拉强度为9.2~10.2MPa（试件尺寸为150mm×150mm×150mm立方体试件）；且具有良好的工作性能、不离析、不泌水，混凝土拌合物塌落度扩展度700±50mm，倒筒时间4~8s；混凝土T50试验时间≤10s，混凝土出机3h内可以达到自密实效果，U型箱高度差≤20mm。

第二，本发明超高强混凝土由于混凝土胶凝材料组分的优化和适宜掺量轻烧氧化镁膨胀剂的掺加，超高强混凝土14d自收缩小于万分之5。

超细粉煤灰和硅灰颗粒球形度好，粒径细小，具有较好的填充作用、活性作用及矿物减水剂的作用，本发明通过优化两者的掺加比例，显著改善了超高强度混凝土胶材体系的堆积密实度，有效降低了混凝土的水胶比，提高混凝土的工作性能和力学性能。

轻烧氧化镁水化需水量少，且具有延迟性膨胀，可补偿长龄期时混凝土产生的体积收缩；氧化钙水化较快，可补偿前期混凝土的自收缩和温降收缩，而且生成的Ca(OH)₂可激发矿物掺合料的活性，促进二次火山灰反应的进行；本发明通过优化两者的掺加比例，轻烧氧化镁和氧化钙在超高强混凝土中起到更好的协同作用，膨胀性能稳定，膨胀与混凝土的收缩及强度协同发展。

沸石粉具有较高的活性且为多孔结构，在本发明所选择的适宜掺量下，以较高的活性提高了混凝土的后期强度；同时，沸石粉在混凝土中起到了蓄水库的作用，有利于提高混凝土内部相对湿度，减小了超高强混凝土的自收缩。

硅灰石粉作为一种矿物纤维，通过控制其作为原材料的配比，改善了超高强混凝土的脆性问题，显著提高了混凝土的劈裂抗拉强度；葡萄糖酸钠作为保塑剂可以确保混凝土3h内具备良好的工作性能，工作性能损失小；聚醚改性有机硅消泡剂，有效抑制和消除了超高强混凝土在拌合过程中有害的大气泡。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：P·O 42.5水泥300份、复合矿物掺合料270份、复合膨胀剂30份、水96份、河砂720份、5~20mm石灰岩碎石1080份、聚羧酸高效减水剂13.2份、保塑剂4.4份、消泡剂0.18份；所述的复合矿物掺合料由S95矿粉42份、粉煤灰150份、硅灰30份、沸石粉18份、硅灰石粉30份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁18份、氧化钙12份组成。

上述超高强度混凝土的制备方法，它包括以下步骤：

（1）先用与超高强混凝土相同的水胶比(按照原料中水96份，P·O 42.5水泥300份来计算，水胶比为96：300)的水泥砂浆充分润湿搅拌机和盛混凝土的容器；

（2）按上述比例称量混凝土各原材料；

（5）打开搅拌机盖，边搅拌边将水剂缓慢加入到混合料中，搅拌180~240秒，即可得到超高强度混凝土，60d抗压强度142.4MPa、60d劈裂抗拉强度9.2MPa、14d自收缩万分之4.2的超高强度混凝土。

实施列2：

一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：P·O 42.5水泥325份、复合矿物掺合料292.5份、复合膨胀剂32.5份、水104份、中粗河砂700份、5~20mm石灰岩碎石1042份、聚羧酸高效减水剂13.7份、保塑剂4.5份、消泡剂0.2份；所述的复合矿物掺合料由S95矿粉45.5份、粉煤灰162.5份、硅灰32.5份、沸石粉19.5份、硅灰石粉32.5份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁19.5份、氧化钙13份组成。

取料后经过按照实施例1所述工艺，即可制得60d抗压强度150.6MPa、60d劈裂抗拉强度9.7MPa、14d自收缩万分之4.5的超高强度混凝土。

实施例3：

一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下组分：P·O 42.5水泥350份、复合矿物掺合料315份、复合膨胀剂35份、水104份、中粗河砂700份、5~20mm石灰岩碎石1042份、聚羧酸高效减水剂13.7份、保塑剂4.5份、消泡剂0.2份；所述的复合矿物掺合料由S95矿粉45.5份、粉煤灰175份、硅灰32.5份、沸石粉21份、硅灰石粉35份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁21份、氧化钙14份组成。

取料后经过按照实施例1所述工艺，即可制得60d抗压强度162.5MPa、60d劈裂抗拉强度10.2MPa、14d自收缩万分之4.8的超高强度混凝土。

实施例4：

一种超高强度混凝土，按重量份数计，它包括以下原材料：水泥320份、复合矿物掺合料315份、复合膨胀剂35份、水112份、河砂680份、碎石1012份、聚羧酸高效减水剂14.0份、保塑剂4.7份、消泡剂0.21份；所述的复合矿物掺合料由矿粉49份、粉煤灰175份、硅灰35份、沸石粉21份、硅灰石粉35份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁21份、氧化钙14份组成。

所述水泥为强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，其勃式比表面大于等于350m²/kg；

所述矿粉为S95，其勃式比表面积大于等于400m²/kg；所述粉煤灰的勃式比表面积大于等于600m²/kg，需水比小于等于95%，烧失量小于等于5%；硅灰中SiO₂质量含量大于等于90%，氮吸附比表面积大于等于100000m²/kg；所述沸石粉的氮吸附比表面积≥700m²/kg，吸铵值大于等于100mmmol/100g，需水量比小于等于115%，二氧化硅的质量含量大于等于65%；所述硅灰石粉为针状形貌，长径比大于等于15，其细度为200目筛，筛余质量分数小于等于5%。

所述轻烧氧化镁和氧化钙勃式表面积分别大于等于400m²/kg。

所述的河砂为中粗河砂，细度模数为2.6~3.0，含泥量小于等于1.5%（质量含量）。

所述碎石为玄武岩碎石，碎石粒级为5~20mm或5~16mm连续级配，针片状颗粒质量含量小于等于5%，压碎值小于等于6%。

所述聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于25%（质量含量），减水率大于等于30%，碱含量小于等于0.2%（质量含量）。

所述保塑剂主要成分为葡萄糖酸钠，为淡黄色粉末状，有效质量含量大于98%，还原物质量含量小于0.9%，含水率小于0.3%(质量含量)。

所述的消泡剂为聚醚改性有机硅。

取料后经过按照实施例1所述工艺，即可制得60d抗压强度155.3MPa、60d劈裂抗拉强度10.1MPa、14d自收缩万分之4.6的超高强度混凝土。

对上述实施例1~4制得的超高强度混凝土进行性能试验，测试数据表1所示。

由上表可知，本发明的超高强低收缩自密实混凝土，试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体试件的60d抗压强度在140~160MPa范围内；混凝土14d自收缩值小于万分之5；混凝土出机工作性能良好，3h内可保持自密实效果。

Claims

1.一种超高强度混凝土，其特征在于按重量份数计，它包括以下原材料：水泥300~350份、复合矿物掺合料270~315份、复合膨胀剂30~35份、水96~112份、河砂680~720份、碎石1012~1080份、聚羧酸高效减水剂13.2~14.0份、保塑剂4.4~4.7份、消泡剂0.18~0.21份；所述的复合矿物掺合料由矿粉42~49份、粉煤灰150~175份、硅灰30~35份、沸石粉18~21份、硅灰石粉30~35份组成；所述的复合膨胀剂由轻烧氧化镁18~21份、氧化钙12~14份组成。

2.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述水泥为强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，其勃式比表面大于等于350m²/kg。

3.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述矿粉为S95、S105中的任意一种或者两种任意比例的混合物，其勃式比表面积大于等于400m²/kg；所述粉煤灰的勃式比表面积大于等于600m²/kg，需水比小于等于95%，烧失量小于等于5%；所述硅灰中SiO₂质量含量大于等于90%，氮吸附比表面积大于等于100000m²/kg；所述沸石粉的氮吸附比表面积≥700m²/kg，吸铵值大于等于100mmmol/100g，需水量比小于等于115%，二氧化硅的质量含量大于等于65%；所述硅灰石粉为针状形貌，长径比大于等于15，其细度为200目筛，筛余质量分数小于等于5%。

4.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述轻烧氧化镁和氧化钙勃式表面积分别大于等于400m²/kg。

5.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述的河砂为中粗河砂，细度模数为2.6~3.0，含泥量小于等于1.5%。

6.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述碎石为石灰岩碎石或玄武岩碎石，粒级为5~20mm或5~16mm连续级配，针片状颗粒质量含量小于等于5%，压碎值小于等于6%。

7.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述聚羧酸高效减水剂的固含量大于等于25%，减水率大于等于30%，碱含量小于等于0.2%。

8.根据权利要求1所述的一种超高强度混凝土，其特征在于所述保塑剂主要成分为葡萄糖酸钠，为淡黄色粉末状，有效质量含量大于98%，还原物质量含量小于0.9%，含水率小于0.3%。