CN105016671B - 一种超流态自密实混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于建筑材料领域，提供了一种超流态自密实混凝土及其制备方法。所述超流态自密实混凝土包括如下重量份数的下列组分：硅酸盐水泥500～650份；硅粉150～210份；粉煤灰100～130份；矿粉85～105份；石灰石粉45～60份；河沙1000～1300份；高效减水剂24～30份；碳酸钠粉8～15份；水150～180份；钢纤维80～160份。本发明提供的超流态自密实混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性的优点，而且能降低粘聚性、提高自密实性和流动性，且无泌水和离散现象、环保、成本低廉。

Description

一种超流态自密实混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种超流态自密实混凝土及其制备方法。

背景技术

活性粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和500MPa、800MPa级。主要原理是采用堆积密度原理设计混凝土材料组份，通过减小颗粒间的体积比来提高界面强度和致密度，通过钢纤维来调整抗折性能。现国内主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达120～200MPA，抗折强度可达14～40MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。现国内活性粉末混凝土材料现已经在不断应用于在铁路工程、桥梁预制上。

由于活性粉末混凝土材料各方面的优越性能，被推广为世界未来发展和使用的主要混凝土材料。但由于现有活性粉末混凝土组分原材料成本高，混凝土胶凝材料使用量大，硅灰掺量比例高、混凝土粘度系数大，不易流动、工艺成型不好、不易形成自密实等特点，限制了粉末混凝土在建筑预制件行业中广泛使用和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅能保证超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性，而且能降低粘聚性、提高自密实性和流动性，且无泌水和离散现象、环保、低成本的超流态自密实混凝土，旨在解决现有活性粉末混凝土存在的上述问题。

本发明是这样实现的，一种超流态自密实混凝土，包括如下重量份数的下列组分：

以及，一种超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

按上述超流态自密实混凝土的配方称取各组分；

将钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙进行混合处理，形成混合物料；

向上述混合物料中加入高效减水剂和水，进行进一步混合处理，再加入碳酸钠粉进行混合。

本发明提供的超流态自密实混凝土，以河沙取代活性粉末混凝土中石英砂、掺有大量工业废渣取代水泥，价格相对低廉，其混凝土性能不仅能保持原有活性粉末混凝土的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定指标，同时能大幅度降低粘聚性强现象且使其能够有自密实工作性能，流动性大幅度提高，且无泌水和离散现象，满足在广阔建筑构件领域中的应用要求。

本发明实施例提供的超流态自密实混凝土的制备方法，只需将各成分进行充分有序混合即可，方法简单可控，可操作性强，且生产出来的混凝土流动性和自密实性均很好。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种超流态自密实混凝土，包括如下重量份数的下列组分：

具体地，所述硅酸盐水泥作为本发明实施例超流态自密实混凝土的基体组分之一，其与水一起形成胶凝材料发挥胶凝作用。所述硅酸盐水泥与水反应后形成坚固的水泥石，将混凝土中的集料颗粒牢固的粘结成整体，使混凝土具有一定的物理力学性能包裹集料表面并填充集料的空隙，使混镜土具有所需要的强度、耐久性等重要技能。作为本发明优选实施例，所述硅酸盐水泥选用粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥，选用该硅酸盐水泥能够在水泥掺量较低的情况下，提供更多的OH根离子，便于矿物组分的二次反应。作为具体实施例，所述硅酸盐水泥的具体重量份数为500份、520份、530份、550份、580份、600份、620份、625份、650份等具体份数。

本发明实施例所述硅粉是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成的工业废料。由于硅粉颗粒小、比水泥颗粒小20～100倍，其粘合性好，且硬度也高，能代替部分水泥作为混凝土的原料。混凝土中使用硅粉后，可以大大降低混凝土水化浆体中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，从而使混凝土强度提高；且硅粉可以充填到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实性提高；同时，硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，使硅粉混凝土的抗渗能力很强。此外，混凝土中加入硅粉还可控制混凝土材料的离析和泌水，减少或避免混凝土出现蜂窝、麻面、薄弱夹层、裂缝和乳皮等缺陷。作为本发明优选实施例，为了进一步增强硅粉在混凝土中发挥的上述作用，所述硅粉的粒径为0.05～0.40μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上，当SiO₂的质量百分含量达到85％以上时，可以有效大幅度地增加硅粉的活性指数、增加球状体颗粒数量，使其浆体的流动度作用得到大幅度提高。作为具体实施例，所述硅粉的具体重量份数为150份、160份、170份、180份、190份、200份、210份等具体份数。

本发明实施例中，所述粉煤灰可选用从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰。由于粉煤灰的外观与水泥类似，且其化学成分其化学成分主要是SiO₂(45～65％)、Al₂O₃(20～35％)及Fe₂O₃(5～10％)和CaO(5％)等，因此，其可以代替部分水泥适用于混凝土中。在混凝土中掺加粉煤灰一方面节约了大量的水泥和细骨料，节约了生产成本；另一方面，由于掺用粉煤灰增大了混凝土浆体的体积，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性，增加了混凝土的和易性和修饰性，同时可抑制混凝土的泌水。作为本发明优选实施例，为了进一步增强粉煤灰在混凝土中的上述效果，所述粉煤灰选用粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰。作为具体实施例，所述粉煤灰的具体重量份数为100份、105份、110份、115份、120份、125份、130份等具体份数。

本发明实施例中，所述矿粉的主要化学组分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等。在混凝土中掺杂矿粉后，一方面可以减少水泥用量、降低生产成本；另一方面，可改善混凝土的工作性、降低水化热、增进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力，增强了混凝土的耐久性等。由于混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，特别对于高温季节混凝土的输送和施工有利。因此，作为优选实施例，所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉。作为具体实施例，所述矿粉的具体重量份数为85份、90份、95份、100份、105份等具体份数。

石灰石经机械加工后颗粒小于0.16毫米的微细粉体即石灰石粉。石灰石粉中粒径较小的硅质、钙质颗粒，具有一定强度的水化产物，充填混凝土孔隙，使混凝土的孔隙细化，降低混凝土的孔隙率，改善混凝土的孔隙结构，从而提高混凝土的性能。因此，作为本发明优选实施例，所述石灰石粉的粒径为30～60μm。作为具体实施例，所述石灰石粉的具体重量份数为45份、50份、55份、60份等具体份数。

本发明实施例超流态自密实混凝土中，采用了大量的工业废渣粉-硅粉、粉煤灰、矿粉等取代部分水泥，降低了活性粉末混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，降低了早期粉末混凝土水化热过高现象。

此外，本发明实施例中，以河沙取代活性粉末混凝土中石英砂，使其活性粉末混凝土材料来源更广泛，成本更低。作为优选实施例，所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜。绿色环保磨细河沙粉末混凝土保证了混凝土性能与普通活性粉末混凝土性能达到一致，如混凝土的高强度、高韧性、高耐久性等。作为具体实施例，所述河沙的具体重量份数为1000份、1050份、1100份、1150份、1200份、1250份、1300份等具体份数。

由于水太多会导致混凝土粘性降低，因此，本发明实施例超流态自密实混凝土中加入了高效减水剂成分。高效减水剂的添加，能减少混凝土拌合用水量、缩短凝固时间，提高混凝土的流动性和强度，并可改善混凝土的各种性能指标和提高工作性能。作为具体实施例，所述高效减水剂的具体重量份数为24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份等具体份数。

本发明实施例中引入碳酸钠粉，具有碱性激发和均匀分散效果，使其后期强度快速增长。作为优选实施例，超流态自密实混凝土中选用价格较低、且不影响混凝土性能的工业碳酸钠粉。碳酸钠粉作为具体实施例，所述碳酸钠粉的具体重量份数为8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份等具体份数。

水作为混凝土的反应物和反应介质，其用量对混凝土的性能有较大影响。水用过多时，混凝土过稀，粗细骨料分离石子下沉，施工的时候造成混凝土分崩李希坍塌；水太少时，无法实现水泥的水化作用。作为具体实施例，所述水的具体重量份数为150份、160份、170份、180份等具体份数。

混凝土中加入钢纤维，钢纤维均匀地分散于基体混凝土中(与混凝土一起搅拌)，并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材料的抗裂性；同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面，使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率，特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。作为优选实施例，所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。选用该超细钢纤维，可以使其分散更为均匀，内部形成三维立体分布结构，可有效的大幅度提高混凝土的结构强度及抗折强度，使其具有一定结构韧性。作为具体实施例，所述镀铜钢纤维的具体重量份数为80份、90份、100份、110份、120份、130份、140份、150份、160份等具体份数。

本发明实施例提供的超流态自密实混凝土配方中，采用河沙代替原有石英粉砂，以硅灰、矿粉和粉煤灰、石灰石粉代替部分水泥，减少水泥的使用量，充分利用了废渣粉、磨细河沙粉等廉价资源，大大降低了粉末混凝土的成本，更重要的是，混凝土性能保持原有活性粉末混凝土的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定指标的同时，改善了粉末混凝土粘聚性高、自密实性差、水化热高等现象，使混凝土性能在自密实、在流动度上等性能大幅度提高，且无泌水和离散现象，使粉末混凝土应用范围更加广泛。

作为优选实施例，所述超流态自密实混凝土包括如下重量份数的下列组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.15μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述粉煤灰为粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述石灰石粉的粒径为30～60μm；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。该优选实施例得到的超流态自密实混凝土扩展度不小于600mm。

作为进一步优选实施例，所述超流态自密实混凝土包括如下重量份数的下列组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.15μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述粉煤灰为粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述石灰石粉的粒径为30～60μm；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。该优选实施例得到的超流态自密实混凝土30分钟内无扩展度损失，一个半小时损失小于50mm。

本发明提供的超流态自密实混凝土，绿色环保磨细河沙粉末混凝土保证了混凝土性能与普通活性粉末混凝土性能达到一致；采用了河沙代替石英砂，使其超强性能粉末混凝土材料来源更广泛，成本更低采用了大量的工业废渣粉取代部分水泥和部分石英砂粉，降低了超强性能粉末混凝土的粘聚性，增加了自密实工作性能，降低了早期粉末混凝土水化热过高现象；本发明实施例中引入碳酸钠粉，具有碱性激发和均匀分散效果，使其后期强度快速增长。所述超流态自密实混凝土大大降低了活性粉末混凝土的成本，改进混凝土工作性能和应用范围，大大提高了其工程使用价值。所述超流态自密实混凝土使其应用范围大幅度增加，产品用于浇筑和现场施工简单化，不需要振动或机械辅助密实，且无泌水和离析现象。

采用上述配方组分得到的超流态自密实混凝土，抗压强度可达120～180MPA，抗折强度可达14～30MPA，弹性模量在42GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失。

本发明实施例提供的超流态自密实混凝土可通过下述方法制备获得，当然，也可以通过可他可以制备所述超流态自密实混凝土的方法进行制备。

相应地，本发明实施例还提供了一种超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S01.按上述超流态自密实混凝土的配方称取各组分；

S02.将镀铜钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙进行混合处理，形成混合物料；

S03.向上述混合物料中依次加入高效减水剂和水，进行进一步混合处理，再加入碳酸钠粉进行混合。

具体地，超流态自密实混凝土的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，将镀铜钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙进行混合处理的方式不受限制，本领域常用的混合方式均可实现。作为优选实施例，所述混合处理采用在混合设备中进行搅拌分散的形式实现，所述混合设备优选为搅拌机，混合处理的时间为2～3分钟，当然，可适当调整，只需将上述物料分散均匀即可。

上述步骤S03中，向上述混合物料中加入高效减水剂和水调整流动度形成浆体，混合处理的方式可采用与上一步骤S02相同的方法实现，只需将其混合分散均匀即可。因为物料中水灰比很小，加入各物料时优选准确且一次性地加入，避免因为多次调整加入造成后续的水难以分布均匀和搅拌时间过长的问题。最后，在上述混合物中加入碳酸钠粉进行混合，混合采用搅拌的形式，混合时间可根据实际情况调整，作为优选实施例，加入碳酸钠粉搅拌1分钟后得到绿色环保的超流态自密实混凝土。

作为进一步优选实施例，可将上述得到的超流态自密实超高性能混凝土进行养护，所述养护采用标养养护48小时后拆模，标准养护56天测度终养强度。过自然养护后强度可达到120MPa～180MPa，抗折14MPa～30MPa。

本发明实施例提供的超流态自密实混凝土的制备方法，只需将各成分进行充分有序混合即可，方法简单可控，可操作性强，且生产出来的混凝土流动性和自密实性均很好。经这种混凝土综合成本造价低，材料来源广泛、大掺量工业废料；耐化学腐蚀性好，抗碳化性好，抗冻融性好、抗压抗折强度高；流动性能好，水化热低、工作度调整范围大，适合不同施工构件制作工艺要求,施工便捷。

下面结合具体实施例进行进一步说明。

实施例1

一种超流态自密实混凝土，包括如下重量份数的下列配方组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.15μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述粉煤灰为粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述石灰石粉的粒径为30～60μm；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。

上述超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S11.按上述超流态自密实混凝土的配方称取各组分；

S12.将镀铜钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙加入搅拌机搅拌2～3分钟进行分散均匀，形成混合物料；

S13.向上述混合物料中依次加入高效减水剂和水，继续搅拌2～3分钟至分散均匀，再加入碳酸钠粉搅拌1分钟。

将上述超流态自密实混凝土采用标养养护48小时后拆模，标准养护56天测度终养强度。

实施例2

一种超流态自密实混凝土，包括如下重量份数的下列配方组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.15μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述粉煤灰为粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述石灰石粉的粒径为30～60μm；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。

上述超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S21.按上述超流态自密实混凝土的配方称取各组分；

S22.将镀铜钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙加入搅拌机搅拌2～3分钟进行分散均匀，形成混合物料；

S23.向上述混合物料中依次加入高效减水剂和水，继续搅拌2～3分钟至分散均匀，再加入碳酸钠粉搅拌1分钟。

将上述超流态自密实混凝土采用标养养护48小时后拆模，标准养护56天测度终养强度。

实施例3

一种超流态自密实混凝土，包括如下重量份数的下列配方组分：

其中，所述硅酸盐水泥是粒径为30～60μm的52.5等级硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径为0.15μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上；所述粉煤灰为粒径在10～30μm的Ⅱ级粉煤灰；所述矿粉为粒径在10～30μm的S95级以上矿粉；所述石灰石粉的粒径为30～60μm；所述河沙的粒径为0.16～4.75㎜；所述钢纤维选用直径为0.13～0.20mm、长度为6～18mm的镀铜超细钢纤维。

上述超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S11.按上述超流态自密实混凝土的配方称取各组分；

S12.将镀铜钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙加入搅拌机搅拌2～3分钟进行分散均匀，形成混合物料；

S13.向上述混合物料中依次加入高效减水剂和水，继续搅拌2～3分钟至分散均匀，再加入碳酸钠粉搅拌1分钟。

将上述超流态自密实混凝土采用标养养护48小时后拆模，标准养护56天测度终养强度。

对比例4

一种普通大塌落度混凝土配比(C50)，包括如下重量份数的下列组分：

性能测试

将上述实施例1-3和对比例制备得到的混凝土进行性能测试，各测试结果见表1所示：

表1

由上表1可知，本发明实施例提供的流态自密实混凝土，不仅抗压强度和抗折强度高，可分别达到150MPa和26MPa，其抗碳化指标优异，质量损失5％的冻融循环次数明显增加，可达800次，比一般混凝土增加了1倍多，且同时，本发明实施例提供的流态自密实混凝土粘聚性，粘聚时间可烧纸48s，抗渗性能强，P30无渗水高度，且无浆骨料分离现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超流态自密实混凝土，具体重量份组成如下：

硅酸盐水泥550-600份；

硅粉170-180份；

粉煤灰110-120份；

矿粉90-100份；

石灰石粉50-55份；

河沙1100-1200份；

高效减水剂26-28份；

碳酸钠粉11-12份；

水160-170份；

钢纤维110-130份；

所述石灰石粉的粒径为30-60μm；所述河沙的粒径为0.16-4.75㎜，

所述硅粉的粒径为0.05-0.40μm，其中，SiO₂的质量百分含量在85％以上。

2.如权利要求1所述的超流态自密实混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥是粒径为30-60μm的52.5等级硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的超流态自密实混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为粒径在10-60μm的Ⅱ级粉煤灰。

4.如权利要求1-3任一项所述的超流态自密实混凝土，其特征在于，所述矿粉为粒径在10-60μm的S95级以上矿粉。

5.如权利要求1-3任一项所述的超流态自密实混凝土，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.13-0.20mm、长度为6-18mm。

6.一种超流态自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：

按权利要求1-3任一项所述的超流态自密实混凝土的配方称取各组分；将钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、河沙进行混合处理，形成混合物料；

向上述混合物料中加入高效减水剂和水，进行进一步混合处理，再加入碳酸钠粉进行混合。