CN103755282A - 一种全粒径超高性能混凝土组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全粒径超高性能混凝土组合物，有下述组分按以下组成配制而成，水泥100份，掺合料10~80份，膨胀剂5~20份，粘度调节剂1~20份，砂120~210份，碎石80~140份，超塑化剂5~10份，同时掺入一定体积掺量的纤维。本发明所涉及的全粒径超高性能混凝土具有可控的流变性能和收缩变形性能，超高的力学性能和耐久性能。现场直接按比例加水，采用强制搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土组合物，特别涉及一种全粒径超高性能混凝土组合物。
背景技术
随着土木工程规模不断扩大，科技水平不断提高，一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑不断出现，如摩天大楼、超大跨桥梁等,要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优的可靠性，这些需求促成了水泥基复合材料向高与超高性能方向发展。国内外学者对超高性能混凝土的研究主要集中在活性粉末混凝土，简称RPC。其通过细化粒径来提高致密性，达到提高力学性能的目的，但是其致命缺点是制作工艺复杂，原材料成本高，水胶比低以及胶凝材料用量大造成早期收缩变形严重。
高与超高性能水泥基复合材料在组成上显著的特点是低水胶比。然而，随着水胶比的降低，水泥基复合材料拌合物的粘度逐渐增大，引发不易搅拌、难泵送等一系列施工问题,很大程度上限制了其推广与应用。如何改善低水胶比水泥基复合材料的工作性能成为发展高与超高性能水泥基复合材料鱼需解决的关键问题。
格要求，不仅实现了胶凝材料、砂以及碎石的颗粒最紧密堆积填充，同时胶凝材料的内部组成也实现了颗粒级配优化，从而实现了超高性能混凝土的全粒径化。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的高性能混凝土水胶比低、制备过程中流变性差，不易泵送等问题；以及胶凝材料用量大而引起的较大的收缩变形不足和缺陷。针对上述问题，本发明提供一种全粒径超高性能混凝土组合物。
本发明所述全粒径超高性能混凝土组合物，由以下组分按以下组成配制而成：
所述的水泥为强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
所述的掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉、硅灰的任意两种或三种材料的混合物，且其比表面积大于700m2/kg。
所述的膨胀剂为氧化钙、氧化镁类膨胀剂的任意一种或两种材料的混合物。
所述的粘度调节剂选自无机类或有机类的粘度调节剂。
所述的无机类粘度调节剂为磷酸钠、三聚磷酸钠及六偏磷酸钠等无机磷酸盐的任意一种。
所述的有机类粘度调节剂为有机硅降粘剂、有机聚醚类降粘剂的任意一种。
所述的砂为0.075mm～4.75mm连续级配砂。
所述的碎石为花岗岩、辉绿岩、玄武岩的任意一种，颗粒粒径为4.75mm～9.5mm。
所述的超塑化剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率超过.35%。
聚羧酸减水剂，市面有售。
作为改进，本发明所述的全粒径超高性能混凝土，还添加合成纤维和金属纤维；所述的合成纤维长度最大为12mm，直径为30～100μm，体积掺量范围为0.05%～0.5%；所述的钢纤维长度最大为12mm，直径为0.1～0.3mm，体积掺量范围为0.5%～4.0%。
所述的合成纤维为聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇的均聚物或共聚物单独一种或以混合物形式组成的合成纤维。
所述的金属纤维为钢纤维。
加入合成纤维是为了防止超高性能混凝土塑性开裂，降低早期收缩值。
本发明所述全粒径超高性能混凝土组合物的制备方法为：
按配方比例称取所需的水泥、掺合料、膨胀剂、粘度调节剂、砂、碎石、纤维、超塑化剂，进行混合15min，使它们均匀地混合在一起成混合干料，进行包装，即得所述全粒径超高性能混凝土组合物。
运输到工程现场后，直接加如规定的水，采用强制搅拌机搅拌，即可得到工作性能良好，同时具有优异力学性能和耐久性能的全粒径超高性能混凝土。
在极低的水胶比条件下，由于供水不足，超高性能混凝土中的胶凝材料水化程度很低。当水胶比为0.16时，180d标准养护的水泥石，其结合水量仅为13.52%。也就是说，混凝土早期强度的增长不仅来自水泥水化，还来自颗粒堆积密实作用。本专利提供一种全粒径超高性能混凝土组合物，对混凝土材料组成的颗粒级配有严格要求，不仅实现了胶凝材料、砂以及碎石的颗粒最紧密堆积填充，同时胶凝材料的内部组成也实现了颗粒级配优化，从而实现了超高性能混凝土的全粒径化。
本发明采用粘度调节剂在不降低超高性能混凝土力学性能的情况下，调节超高性能混凝土的粘度，从而实现混凝土粘度的降低；通过掺入粗骨料从产生骨架作用，同时掺入膨胀剂补偿收缩变形，掺入钢纤维限制收缩变形，从而降低了超高性能混凝土因为水胶比低、胶凝材料用量大而引起的较大的收缩变形；通过胶凝材料内部颗粒级配优化，胶凝材料、砂、碎石的颗粒级配优化，产生了超高性能混凝土的最紧密堆积效应，从而实现了全粒径超高性能混凝土强度的显著提高，28d最高强度可达178MPa，且工作性能良好，粘度相对较低。
本发明所提供的混凝土具有可控的流变性能和收缩变形性能，超高的力学性能和耐久性能。
与国内外同类技术相比，该项成果具有以下特色：（1）本专利所采用的原材料全部为普通混凝土制备过程中所用的常规材料，粘度调节剂等也是市售产品，原材料易得，价格相对低廉。（2）本专利提供的全粒径超高性能混凝土工作性能良好，粘度低，且收缩小，可实现混凝土高程泵送。（3）本专利提供的全粒径超高性能混凝土采用包装袋进行包装，原材料稳定，操作简单，不需要商品混凝土公司进行预搅拌，只需现场加水强制搅拌即可。
具体实施方式
本发明由如下非限制的实施例进行说明。在实施例中所用的部分材料可购自如下供应商：
（1）水泥 江南小野田水泥公司
（2）超细粉煤灰 南京热电厂
（3）超细矿粉 鲁新新型建材有限公司
（4）硅灰 贵州海天铁合金磨料有限责任公司
（5）膨胀剂：氧化镁类、氧化钙类 江苏博特新材料有限公司，型号：
JM
（6）无机类粘度调节剂：磷酸钠、 市售分析纯
三聚磷酸钠及六偏磷酸钠等无
机磷酸盐
（7）有机类粘度调节剂 江苏博特新材料有限公司
（8）超塑化剂 江苏博特新材料有限公司，粉体聚
羧酸，型号：100P
（9）PP纤维、PVA纤维 江苏博特新材料有限公司，型号：
润强丝
以下结合实施例来进一步说明本发明。
本发明一种全粒径超高性能混凝土组合物，由水泥、掺合料、膨胀剂、粘度调节剂、砂、碎石、纤维、超塑化剂组成，可根据性能要求选择合理的组分比例，得到所需的性能产品。在具体实施过程中，可优先考虑一下方案。
全粒径超高性能混凝土，各实施例中的混凝土配合比如下表所示：
注：*代表每m3混凝土中合成纤维与钢纤维的体积掺量，其他如发明中所述为相互之间的比例。
实施例1为基准混凝土，没有掺入掺合料与膨胀剂等其他组分，采用纯水泥作为胶凝材料，砂采用河砂，碎石采用玄武岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂且没有加入纤维。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例2中掺合料为超细粉煤灰与硅灰按照7:3比例混合组成，砂采用河砂，碎石采用玄武岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例3中掺合料为超细矿粉与硅灰按照8:2比例混合组成，膨胀剂为氧化钙，砂采用河砂，碎石采用辉绿岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂，合成纤维采用聚乙烯醇纤维。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例4中掺合料为超细矿粉与硅灰按照8:2比例混合组成，膨胀剂为氧化钙，粘度调节剂采用无机类（六偏磷酸钠），砂采用河砂，碎石采用辉绿岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例5中掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉与硅灰按照4:4:2比例混合组成，膨胀剂为氧化钙与氧化镁按照1:1比例混合组成，粘度调节剂采用有机类（有机硅降粘剂），砂采用河砂，碎石采用花岗岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例6中掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉与硅灰按照4:4:2比例混合组成，膨胀剂为氧化钙与氧化镁按照1:1比例混合组成，粘度调节剂采用无机类（三聚磷酸钠），砂采用河砂，碎石采用花岗岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂，合成纤维采用聚乙烯醇纤维，长度12mm，直径50μm。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例7中掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉与硅灰按照3:6:1比例混合组成，膨胀剂为氧化镁，粘度调节剂采用无机类（三聚磷酸钠），砂采用河砂，碎石采用玄武岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂，钢纤维长度13mm，直径0.18mm。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例8其中掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉与硅灰按照3:6:1比例混合组成，膨胀剂为氧化镁，粘度调节剂采用有机类（有机硅降粘剂），砂采用河砂，碎石采用玄武岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂，合成纤维采用聚丙烯纤维，长度12mm，直径50μm，钢纤维长度9mm，直径0.18mm。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
实施例9其中掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉与硅灰按照3:6:1比例混合组成，膨胀剂为氧化镁，粘度调节剂采用有机类（有机聚醚类降粘剂），砂采用河砂，碎石采用辉绿岩，超塑化剂采用粉体聚羧酸减水剂，合成纤维采用聚丙烯纤维，长度9mm，直径30μm，钢纤维长度13mm，直径0.18mm。将以上材料混合好后进行包装，到现场直接加入上述比例的水进行搅拌即可得到全粒径超高性能混凝土。
相关试验及结果
用实施例1-9的全粒径超高性能混凝土，进行混凝土工作性能与力学性能的对比试验，试验结果如下：
从试验结果中可以看出，不添加掺合料、膨胀剂、粘度调节剂以及纤维的基准混凝土，粘度大，工作性能较差，V漏斗时间达138s。掺入掺合料后，优化了胶凝材料级配组成，工作性能显著提高，V漏斗时间降低明显；掺入粘度调节剂后，工作性能进一步得到改善，V漏斗时间降低至29s；合成纤维的掺入是减小混凝土早期收缩导致的塑性开裂，膨胀剂是补偿混凝土全过程收缩变形值，进而降低混凝土收缩变形。钢纤维掺入到混凝土中，超高性能混凝土的强度提高明显，28d强度可达178MPa。
Claims (3)
1.全粒径超高性能混凝土组合物，其特征在于：由以下组分按以下组成配制而成：
水泥 100份，
掺合料 10~80份，
膨胀剂 5~20份，
粘度调节剂 1~20份，
砂 120~210份，
碎石 80~140份，
超塑化剂 5~10份；
所述的水泥为强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述的掺合料为超细粉煤灰、超细矿粉、硅灰的任意两种或三种材料的混合物，且其比表面积大于700m2/kg；
所述的膨胀剂为氧化钙、氧化镁类膨胀剂的任意一种或两种材料的混合物；
所述的粘度调节剂选自无机类或有机类的粘度调节剂；
所述的无机类粘度调节剂为磷酸钠、三聚磷酸钠及六偏磷酸钠等无机磷酸盐的任意
一种；
所述的有机类粘度调节剂为有机硅降粘剂、有机聚醚类降粘剂的任意一种；
所述的砂为0.075mm~ 4.75mm连续级配砂；
所述的碎石为花岗岩、辉绿岩、玄武岩的任意一种，颗粒粒径为4.75mm~9.5mm；
所述的超塑化剂为粉体聚羧酸减水剂，减水率超过.35%。
2.根据权利要求1所述的全粒径超高性能混凝土组合物，其特征在于：还添加合成纤维和金属纤维；所述的合成纤维长度最大为12mm，直径为30~100μm，体积掺量范围为0.05%~0.5%；所述的钢纤维长度最大为12mm，直径为0.1~0.3mm，体积掺量范围为0.5%~4.0%；
所述的合成纤维为聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇的均聚物或共聚物单独一种或以混合物形式组成的合成纤维；
所述的金属纤维为钢纤维。
3.权利要求1或2所述的全粒径超高性能混凝土组合物的制备方法，其特征在于：包括下述步骤；按配方比例称取所需的水泥、掺合料、膨胀剂、粘度调节剂、砂、碎石、纤维、超塑化剂，进行混合15min，使它们均匀地混合在一起成混合干料，进行包装；即得所述全粒径超高性能混凝土组合物。
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