CN103755279B

CN103755279B - 一种活性粉末混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN103755279B
Application number: CN201410004703.1A
Authority: CN
Inventors: 杨克家; 谢子令; 李桅; 李显; 王强
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2034-01-02
Also published as: CN103755279A

Abstract

本发明提供了一种活性粉末混凝土，该活性粉末混凝土是由干粉相、水和增强纤维组成；干粉相的重量份组成为：水泥75-85、硅灰24-28、山砂130-150、减水剂0.4-0.8；增强纤维为钢纤维。该活性粉末混凝土的重量份组成为：干粉相30-40、水1-5、增强纤维1-5。该配比的活性粉末混凝土无需蒸养即可获得较高强度、因而可降低施工养护成本；采用工地较常用的山砂作为骨料可降低材料成本，同时便于该混凝土的工程应用；通过调整配比可获得高流动性，施工时无需振捣，可提高施工便利性。该活性粉末混凝土可用于制作结构中的关键承载构件提高其耐久性及结构承载力，也可单独用于结构中以减轻结构自重，降低基础造价和结构总成本，另外在结构外包加固、修复等方面亦具有应用价值。

Description

一种活性粉末混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种活性粉末混凝土及其制备方法。

背景技术

水泥在当前建筑领域广泛应用，也是用量最大的人造材料，改革开放以来，随着经济建设规模扩大，我国水泥工业得到较快的发展，水泥的产量已经连续多年居世界首位，。据有关部分统计，2012年我国水泥年产量已突破20亿吨，约占全世界60%。传统的硅酸盐水泥利用石灰石、粘土等原料，经过两磨一烧的生产工艺制备而成，其中煅烧温度高达1450℃，生产过程中会排放大量的CO₂，消耗大量电力和煤炭，因此传统硅酸盐水泥的生产是一个高能耗、高资源消耗、高环境负荷的产业。当前我国碳排放居世界第一，环境不堪重负，给水泥工业的发展带来严峻的挑战。

活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete）是一种高强度、高韧性的新型混凝土材料。由于其强度高，在承载力相同的前提下可以大大减少材料用量，进而可以减少原材料生产，尤其是水泥生产对环境的不利影响。

活性粉末混凝土在实际工程中的应用，仍存在一些不便之处，1）价格高，传统活性粉末混凝土中用量最大的骨料为不同粒径的石英砂，石英砂的价格约2000元/吨，使得活性粉末混凝土成本远高于普通混凝土；2）需要养护，活性粉末混凝土为了获得超高强度，通常需要热水养护或者蒸压养护，这使得在实际工程中应用时现场需要特殊的养护设备，提高了施工成本；3）流动性不好，活性粉末混凝土水灰比较低，掺入钢纤维后流动性更受影响，难以浇筑密实，这对混凝土现场浇筑造成了困难。

上述问题极大影响了活性粉末混凝土在实际工程中的应用，使得这一材料难以推广。本发明所述活性粉末混凝土采用山砂替代石英砂，相对石英砂来说山砂成本可以忽略不计，降低了成本。

发明内容

本发明的目的在于解决活性粉末混凝土实际应用过程中存在的成本高、养护设施养护方法复杂、难以自密实等问题，提供一种成本低、工艺简单，原材料来源广泛的活性粉末混凝土配比；本发明同时提供了上述粉煤灰基地质聚合物的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明的活性粉末混凝土是由干粉相、水和增强纤维组成；其中，干粉相的组成按重量份计为：水泥75-85、硅灰24-28、山砂130-150、减水剂0.4-0.8；增强纤维为钢纤维。

所述的活性粉末混凝土的组成按重量份计为：干粉相30-40、水1-5、增强纤维1-5。

优选为：干粉相34、水3、增强纤维2.6。

本发明的进一步设置在于，所述的水泥为425#普通硅酸盐水泥其比表面积实测值约为316m²/kg，氯离子含量0.014%，烧失量≤5，3d抗压强度平均值27.7Mpa，抗折强度5.7Mpa；28d抗压强度55Mpa，抗折强度9.0Mpa，各组分、强度均满足《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定。

本发明的进一步设置在于，所述硅灰为在冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料；SiO₂质量含量≥85%，比表面积≥15m²/g，活性指数≥105%（部分技术要求符合砂浆和混凝土用硅灰（GB/T27690～2011）要求）。

本发明的进一步设置在于，所述山砂为从实际工程施工现场获取的中砂，不含贝壳类杂质，其最大粒径不超过5mm，2mm级配筛筛余量占45.8%，1mm级配筛筛余量72.3%，0.5mm级配筛筛余量93.4%。

本发明的进一步设置在于，所述钢纤维为WSF0213镀铜微丝钢纤维，其长度为13mm，直径0.2-0.25mm，抗拉强度为2850Mpa，钢纤维为光洁平直型，外层镀铜。厂家执行标准YB/T151-1999，ASTMA820，EN14889。

本发明的进一步设置在于，所述减水剂为粉体状高性能聚羧酸减水剂，为淡黄色粉末，其堆积密度为510±10kg/m³，常温下pH值为9.0±0.5，氯离子含量≤0.1%，砂浆减水率≥20%，具体执行标准为JG/T223-2007、GB8076-2008。

所述活性粉末混凝土抗压强度可进行标准化设计，通过调整减水剂、水和钢纤维等组分的掺量可实现抗压强度在100～120MPa的强度范围混凝土的配置。

本发明还同时提供了活性粉末混凝土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按配比将水泥、硅灰、山砂在搅拌机中搅拌不小于5分钟使其混合均匀，得到干粉相；

（2）将配比量的钢纤维掺入步骤（1）得到的干粉相在搅拌机中搅拌不小于5分钟，使钢纤维在干粉相中均匀分布；

（3）将减水剂与水按配比混合，搅拌至减水剂基本溶解，形成淡黄色减水剂溶液；

（4）将步骤（3）中获得的减水剂溶液倒入步骤（2）中搅拌获得混合料，搅拌不小于5分钟，即可获得具有一定流动性的活性粉末混凝土浆料；

（5）将步骤（4）获得的浆料注入模具中，常温条件下养护28天，得到抗压强度在100～120Mpa之间的活性粉末混凝土，所述的常温条件是温度≥20℃。

该活性粉末混凝土可用于制作结构中的关键承载构件提高其耐久性及结构承载力，也可单独用于结构中以减轻结构自重，降低基础造价和结构总成本，另外在结构外包加固、修复等方面亦具有应用价值。

本发明所述的活性粉末混凝土是以水泥、硅灰为活性颗粒和胶凝材料，掺入减水剂溶液后搅拌均匀，常温条件下养护可以得到的一种绿色、高强度、高韧性的混凝土材料。制作成的标准试块实验结果表明：通过调整减水剂和水的比例，可以使搅拌后的浆料获得较好的流动性，同时常温养护后的试块具有100-120Mpa间的强度。材料中含量最大的组分采用低成本的中砂替换，降低了成本，搅拌获得的浆料具有良好的流动性，无需高温养护都提高了其实际应用的可行性。而利用其高强度可以建造轻质混凝土结构，改变混凝土结构笨重的形象，减少材料用量进而可以减少材料生产过程对环境的影响，另外因其具有良好的流动性，该活性粉末混凝土还可用于结构加固修复等工程。

本发明的积极效果如下：

本发明混凝土只需常温养护，降低了施工成本，另外本发明混凝土流动性较好，可以实现自密实，无需振捣，利于施工。由此可见，本发明可以较好的解决目前活性粉末混凝土实际应用中存在的主要问题，可有力推动活性粉末混凝土的工程推广。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1：

原料配比：

干粉相组分及份数(按重量计)配比如下：

水泥80份；

硅灰26份；

山砂143份；

聚羧酸减水剂0.5份；

具体的制备工艺如下：

（1）将重量份为水泥80、硅灰26、山砂（中砂）143在搅拌机中搅拌不小于5分钟使其混合均匀，得到干粉相；

（2）将重量份数20份的钢纤维掺入步骤（1）得到的干粉相在搅拌机中搅拌不小于5分钟，使钢纤维在干粉相中均匀分布；

（3）将质量份数0.5份的聚羧酸减水剂与质量份数20份的水混合，搅拌至减水剂基本溶解，形成淡黄色减水剂溶液；

（5）将浆料注入70.7mm×70.7mm×70.7mm钢模中，置于室内常温条件下养护2天后脱模，脱模后继续养护至28天龄期；

（6）将所得粉煤灰基地质聚合物进行力学性能测试，平均抗压强度为120MPa。

实施例2：

原料配比：

干粉相组分及份数(按重量计)配比如下：

水泥80份；

硅灰28份；

山砂143份；

聚羧酸减水剂0.4份；

具体的制备工艺如下：

（1）将重量份为水泥80、硅灰28、山砂（中砂）143在搅拌机中搅拌不小于5分钟使其混合均匀，得到干粉相；

（2）将重量份数19份的钢纤维掺入步骤（1）得到的干粉相在搅拌机中搅拌不小于5分钟，使钢纤维在干粉相中均匀分布；

（3）将质量份数0.4份的聚羧酸减水剂与质量份数24份的水混合，搅拌至减水剂基本溶解，形成淡黄色减水剂溶液；

（4）将步骤（3）中获得的减水剂溶液倒入步骤（2）中搅拌获得混合料，搅拌不小于5分钟，即可获得具有较好流动性的活性粉末混凝土浆料；

（6）将所得粉煤灰基地质聚合物进行力学性能测试，平均抗压强度为110MPa。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种活性粉末混凝土，其特征在于：所述的活性粉末混凝土是由干粉相、水和增强纤维组成；其中，干粉相的组成按重量份计为：水泥75-85、硅灰24-28、山砂130-150、减水剂0.4-0.8；增强纤维为钢纤维；所述的活性粉末混凝土的组成按重量份计为：干粉相30-40、水1-5、增强纤维1-5。

2.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述的活性粉末混凝土的组成按重量份计为：干粉相34、水3、增强纤维2.6。

3.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述水泥为425#普通硅酸盐水泥，其比表面积实测值为316m²/kg，氯离子含量0.014％，3d抗压强度平均值27.7Mpa，抗折强度5.7Mpa；28d抗压强度55Mpa，抗折强度9.0Mpa。

4.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述硅灰为在冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料，其中SiO₂质量含量≥85％，比表面积≥15m²/g，活性指数≥105％。

5.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述山砂为中砂，其最大粒径不超过5mm，2mm级配筛筛余量占45.8％，1mm级配筛筛余量72.3％，0.5mm级配筛筛余量93.4％。

6.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述减水剂为粉体状高性能聚羧酸减水剂，为淡黄色粉末，其堆积密度为510±10kg/m³，常温下pH值为9.0±0.5，砂浆减水率≥20％。

7.如权利要求1所述的活性粉末混凝土，其特征在于：所述钢纤维为镀铜微丝钢纤维，其长度为13mm，直径0.2-0.25mm，抗拉强度为>2500Mpa，钢纤维为光洁平直型，外层镀铜。

8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的活性粉末混凝土的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

(1)按配比将水泥、硅灰、山砂在搅拌机中搅拌不小于5分钟使其混合均匀，得到干粉相；

(2)将配比量的钢纤维掺入步骤(1)得到的干粉相在搅拌机中搅拌不小于5分钟，使钢纤维在干粉相中均匀分布；

(3)将减水剂与水按配比混合，搅拌至减水剂基本溶解，形成淡黄色减水剂溶液；

(4)将步骤(3)中获得的减水剂溶液倒入步骤(2)中搅拌获得混合料，搅拌不小于5分钟，即可获得具有一定流动性的活性粉末混凝土浆料；

(5)将步骤(4)获得的浆料注入模具中，常温条件下养护28天，得到抗压强度在100～120Mpa之间的活性粉末混凝土。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，常温条件是温度≥20℃。