CN104909652A

CN104909652A - 一种抗侵彻超高性能混凝土

Info

Publication number: CN104909652A
Application number: CN201510274565.3A
Authority: CN
Inventors: 方秦; 吴昊; 宫俊; 刘建忠; 张倩倩
Original assignee: PLA University of Science and Technology
Current assignee: PLA University of Science and Technology
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-09-16

Abstract

本发明公开抗侵彻超高性能混凝土，每立方米成品混凝土中各组分及重量含量为：PI52.5硅酸盐水泥377～480，硅灰63～80，粉煤灰63～80，超细矿粉126～160，细砂629～800，刚玉粗骨料1126～1700，水99～126，聚羧酸高效减水剂12.6～16，钢纤维160，所述重量单位为kg。本发明的混凝土，抗压、抗弯、抗拉性能好，同时具有优异的抗侵彻能力。

Description

一种抗侵彻超高性能混凝土

技术领域

本发明属于混凝土材料技术领域，尤其是涉及一种具备优异抗侵彻能力的超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土材料广泛应用于防护工程的建设，其抗侵彻能力对于防护工程的安全性有着重要影响。

然而，目前的防护工程多采用普通强度(C30～C50)等级的混凝土或者普通纤维增强混凝土，其抗侵彻能力相对较弱，而现有的超高强混凝土脆性大，无法适应现代战争对防护工程高抗力、特别是高抗侵彻能力的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗侵彻超高性能混凝土，具备优良的抗侵彻能力和物理性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种抗侵彻超高性能混凝土，其特征在于，每立方米成品混凝土中各组分及重量含量为：

所述重量单位为kg。

优选地，所述刚玉粗骨料的粒径范围为5～75mm。

最佳地，所述刚玉粗骨料的粒径范围为35-45mm。

本发明产品的制备过程为：

首先将胶材和细骨料倒入强制式搅拌机，搅拌2-3min至均匀；

然后倒入粗骨料，搅拌搅拌1min；

加入减水剂和水，搅拌3min；

缓缓倒入钢纤维，搅拌3min至均匀出料，即可制得本发明所述的抗侵彻超高性能混凝土。

本发明的原理在于：

研究表明：混凝土强度低于150MPa时，其抗侵彻能力随着混凝土强度的提高而增强，但当混凝土强度高于150MPa时，强度的提高对于混凝土抗侵彻性能的影响较小，而混凝土的成本随着强度增强而提高，所以本发明的抗侵彻超高性能混凝土强度范围限定在在120～150MPa；

另外，研究表明：钢纤维对于混凝土的抗侵彻深度影响不大，但可以有效减小开坑面积和开坑体积。所以本发明的抗侵彻超高性能混凝土钢纤维体积含量为2％，换算成重量含量为每立方米成品混凝土含160kg。

再则，研究表明表明：混凝土中的粗骨料对于混凝土的抗侵彻性能影响很大，所以本发明的抗侵彻超高性能混凝土粗骨料采用硬度极高的一级棕刚玉碎石。

本发明根据上述研究成果，通过大量实验，不断调整混凝土配合比，确定最优钢纤维含量和骨料粒径，利用刚玉骨料超高强的力学性能和超高性能钢纤维增强混凝土强度高，韧性好，工作性能优异等优点，制备出了具有优异抗侵彻能力的超高性能钢纤维增强混凝土。

通过上述技术方案的运用，本发明具有下列优点：

1、物理性能好：通过控制材料用量、水胶比和减水剂用量，使混凝土的立方体抗压强度达到120～150MPa，同时具有良好的流动性；

2、抗压强度大、脆性小：抗压强度达到130MPa，同时弯曲强度达到13.22MPa，克服了现有超高强混凝土抗压强度大时脆性大的矛盾。

3、抗侵彻能力高：通过加入超高强刚玉碎石，使得超高性能刚玉骨料钢纤维增强混凝土的抗侵彻性能较超高性能玄武岩骨料钢纤维增强混凝土提高了25％～64％，较C60高强混凝土提高了33％～70％，具备优异的抗侵彻能力。

具体实施方式

为便于理解及验证本发明，下面结合实施例对本发明做进一步描述。

本发明实施例中所用材料均为市售，具体为：

水泥是标号为江苏小野田公司生产的PI52.5等级的硅酸盐水泥；

硅灰为中国Elkem上海公司生产的硅灰，密度2.1g/cm³，比表面积20500m²/kg；

粉煤灰为江苏南通电厂生产的一级粉煤灰，密度2.7g/cm³；

矿粉为南京江南水泥有限公司生产的矿渣，密度2.8g/cm³；

砂为南京地区精选细砂，细度模数为1.6-2.2；

刚玉骨料为一级棕刚玉，粒径分为5-20mm、35-45mm和65-75mm三种；

减水剂为江苏苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，减水率超过40％；

钢纤维为江苏苏博特公司生产的微细型钢纤维，直径0.175mm，长13mm，弹性模量210GPa，抗拉强度1.8Gpa。

本发明下述各实施例采用相同的制备工艺。

首先将胶材和细骨料倒入强制式搅拌机，搅拌2-3min至均匀；

然后倒入粗骨料，搅拌搅拌1min；

加入减水剂和水，搅拌3min；

将制备出的混凝土置于模具中，在振动台上振动1min，静置24h后，拆除模具。

最后，将成型的混凝土试件置于温度为20℃±2℃，湿度在95％以上的标准养护室进行养护，用于性能检测。

对实施例的性能检测，根据普通混凝土试验标准GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

表1为各实施例配方汇总

表2为各实施例性能检测结果汇总。

表3为各实施例及对比例侵彻试验结果汇总。

弯曲强度通过四点弯曲试验(测定，试件尺寸为100×100×400mm；

抗拉强度通过直接拉伸试验测定，试件尺寸为100×100×500mm；

立方体抗压强度采用MTS试验机测定，抗压强度1是试件尺寸为100×100×100mm的试件，抗压强度2是试件尺寸为150×150×150mm的试件，由于实施例3的骨料粒径为65-75mm，故抗压强度1无法测定。

为了对比分析实施例的抗侵彻性能，对实施例及超高性能玄武岩钢纤维增强混凝土(Ultra-high performance basalt aggregate steel fiber reinforced concrete,UHP-BASFRC)以及C60高强混凝土进行了火炮侵彻试验，混凝土靶体为圆柱体，尺寸为Φ750×500mm和Φ750×600mm，弹体直径为25.3mm，CRH＝3，长径比为6，弹材为DT300高强度合金钢，内部装填物为高分子惰性材料。试验结果见表3。

实施例1

超高性能刚玉骨料钢纤维增强混凝土，包括：

PI52.5硅酸盐水泥480kg，硅灰80kg，粉煤灰80kg，超细矿粉160kg，粒径为0.25-0.35mm的细砂800kg，粒径为5-20mm刚玉碎石1126kg，聚羧酸型高效减水剂16kg，钢纤维160kg。钢纤维的直径为0.175mm，长13mm。

实施例2

超高性能刚玉骨料钢纤维增强混凝土，包括：

PI52.5硅酸盐水泥480kg，硅灰80kg，粉煤灰80kg，超细矿粉160kg，粒径为0.25-0.35mm的细砂800kg，粒径为35-45mm刚玉碎石1126kg，聚羧酸型高效减水剂16kg，钢纤维160kg。钢纤维的直径为0.175mm，长13mm。

实施例3

超高性能刚玉骨料钢纤维增强混凝土，包括：

PI52.5硅酸盐水泥480kg，硅灰80kg，粉煤灰80kg，超细矿粉160kg，粒径为0.25-0.35mm的细砂800kg，粒径为65-75mm刚玉碎石1126kg，聚羧酸型高效减水剂16kg，钢纤维160kg。钢纤维的直径为0.175mm，长13mm。

实施例4

超高性能刚玉骨料钢纤维增强混凝土，包括：

表1各实施例配方汇总

单位：kg/m³

表2 各实施例性能检测结果汇总

注：抗压强度1是试件尺寸为100×100×100mm的试件，抗压强度2是试件尺寸为150×150×150mm的试件，由于实施例3的骨料粒径为65-75mm，故抗压强度1无法测定。

表3 各实施例及对比例侵彻试验结果汇总

注：弹体直径为25.3mm

由表2、表3的试验结果可知，本发明的抗侵彻超高性能混凝土弹体侵彻深度较超高性能玄武岩骨料钢纤维增强混凝土减少了25％～64％，较C60高强混凝土减少了33％～70％，实施例靶体的平均弹坑面积与超高性能玄武岩骨料钢纤维增强混凝土基本相同，较C60高强混凝土减少了70％～84％，说明本发明制备出的抗侵彻超高性能混凝土具备优异的抗侵彻能力和良好的抗压、抗弯、抗拉性能性能。而且，当刚玉粗骨料的粒径范围为35-45mm时，性能最好。根据侵彻试验结果，可以得出，骨料粒径为弹体直径1.5倍时，为抗侵彻最佳粒径。

Claims

1.一种抗侵彻超高性能混凝土，其特征在于，每立方米成品混凝土中各组分及重量含量为：

2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述刚玉粗骨料的粒径范围为5～75mm。

3.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述刚玉粗骨料的粒径范围为35-45mm。