CN105418010A - 超高性能混凝土预制构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高性能混凝土预制构件，超高性能混凝土预制构件包括由超高性能混凝土料制成的混凝土主体。本发明还公开了一种超高性能混凝土预制构件的制备方法。本发明改善了超高性能混凝土料的配方，且用该超高性能混凝土料制成超高性能混凝土预制构件，一方面提高了构件的强度、抗冻性、耐水性及耐久性，从而解决了传统混凝土预制构件的强度及耐久性差的问题，另一方面本实施例的超高性能混凝土预制构件减少了钢筋用量甚至可免除钢筋的使用，减轻了构件的重量。此外，本发明的超高性能混凝土预制构件的施工简单，且可实现标准化的施工和管理，满足标准化的质量指标。

Description

超高性能混凝土预制构件及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种超高性能混凝土预制构件及其制备方法。

背景技术

随着住宅产业化的大力推行，大量的混凝土预制构件在工厂里由产业工人生产完成，现场只是以组装和安装作业为主。混凝土预制件具有提高建筑质量，提高劳动生产率，改善工地现场环境，实现节能、节水、节材等特点，是绿色建筑的重要组成部分，也是国家实行住宅产业化的重要技术环节。混凝土预制构件的主要组成部分是混凝土，混凝土是当今用量最大的建筑材料，与其他建筑材料相比，混凝土的生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。然而，由于混凝土自重大、脆性大和强度(尤其是抗拉强度)低，使得将混凝土作为主要组成部分的混凝土预制构件同样也具备这些缺点，影响和限制了它的使用范围。针对上述缺点，通常会在混凝土预制构件中埋设钢筋骨架，以解决混凝土预制构件强度低的问题，这样虽一定程度了解决了混凝土预制构件强度低的问题，但使得混凝土预制构件的自重更大，且成本大幅提升。

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-HighPerformanceConcrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，它具有优异的力学性能，包括极高的抗压强度，优良的抗冲击、抗疲劳性能，掺入纤维后材料的抗拉性能、韧性显著提高，此外，UHPC材料内部致密，具有极佳的耐久性。UHPC虽然具备优良的性能，但对其的应用始终局限于在施工现场调配使用，这样不仅增大了现场施工的难度，且不能保证标准化的施工和管理，以及标准化的质量指标。

可见，如何将超高性能混凝土应用于混凝土预制构件以提高混凝土预制构件的强度及耐久性已成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决如何将超高性能混凝土应用于混凝土预制构件以提高混凝土预制构件的强度及耐久性的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种超高性能混凝土预制构件，所述超高性能混凝土预制构件包括由超高性能混凝土料制成的混凝土主体；所述超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：

优选地，所述钢纤维的直径为0.1～0.3毫米，所述钢纤维的长度为12～20毫米。

优选地，所述钢纤维具备防腐性。

优选地，所述聚羧酸减水剂的减水率为35％～40％。

优选地，所述混凝土主体内设置有预埋件。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种超高性能混凝土预制构件的制备方法，所述超高性能混凝土预制构件的制备方法包括以下步骤：

拼装模具，并对所述模具进行预处理；

将由超高性能混凝土原料预配而成的超高性能混凝土料浇入所述模具中，进行密实处理，并对所述超高性能混凝土料表面进行平整处理；

待所述超高性能混凝土料固化后形成混凝土主体，拆除所述模具；

对所述混凝土主体进行表面处理，得到超高性能混凝土预制构件。

优选地，所述将由超高性能混凝土原料预配而成的超高性能混凝土料浇入所述模具中，进行密实处理，并对所述超高性能混凝土料表面进行平整处理的步骤之前包括：

将所有所述超高性能混凝土原料称重，将水泥、石英砂、硅灰、石英粉、硅微粉及乳胶粉加入到混合容器中，开机搅拌直至混合均匀；

加入水、膨胀剂和聚羧酸减水剂至所述混合容器中，继续搅拌至混合均匀；

加入钢纤维至所述混合容器中，搅拌至混合均匀得到所述超高性能混凝土料。

优选地，所述待所述超高性能混凝土料固化后形成混凝土主体，拆除所述模具的步骤之前包括：

对超高性能混凝土料进行预养护，并对进行完预养护的所述超高性能混凝土料进行收光处理；

进行蒸汽养护直至所述超高性能混凝土料固化。

优选地，所述对所述混凝土主体进行表面处理的步骤包括：

对所述混凝土主体表面进行清洁、打磨及防水处理。

优选地，所述对所述混凝土主体表面进行清洁、打磨及防水处理的步骤之前包括：

对所述混凝土主体表面的瑕疵进行修补处理。

本发明改善了超高性能混凝土料的配方，且用该超高性能混凝土料制成超高性能混凝土预制构件，一方面提高了构件的强度、抗冻性、耐水性及耐久性，从而解决了传统混凝土预制构件的强度及耐久性差的问题，另一方面本实施例的超高性能混凝土预制构件减少了钢筋用量甚至可免除钢筋的使用，减轻了构件的重量。此外，本发明的超高性能混凝土预制构件的施工简单，且可实现标准化的施工和管理，满足标准化的质量指标。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。

本领域技术人员可以理解的，本发明超高性能混凝土预制构件(以下简称构件)及其制备方法的下述实施例中，超高性能混凝土预制构件作为多种不同结构、不同形状的各种建筑构件的基础结构，还可以做成梁架、涵洞框构、地基用土桩等任何本发明超高性能混凝土预制构件可制成的建筑构件。

本发明提供一种超高性能混凝土预制构件。

在本发明超高性能混凝土预制构件第一实施例中，所述超高性能混凝土预制构件包括由超高性能混凝土料制成的混凝土主体；所述超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：

为方便理解，以下举多个示例来具体说明超高性能混凝土料的配方。

示例一、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥80、石英砂62、钢纤维30、硅灰40、石英粉15、硅微粉25、膨胀剂12、乳胶粉0.8、聚羧酸减水剂1.5、水36。

示例二、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥100、石英砂80、钢纤维30、硅灰30、石英粉20、硅微粉30、膨胀剂10、乳胶粉2、聚羧酸减水剂2、水31。

示例三、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥100、石英砂90、钢纤维8、硅灰30、石英粉10、硅微粉30、膨胀剂10、乳胶粉0.2、聚羧酸减水剂2.5、水31。

示例四、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥120、石英砂70、钢纤维42、硅灰20、石英粉18、硅微粉38、膨胀剂8、乳胶粉1、聚羧酸减水剂2、水26。

示例五、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥90、石英砂85、钢纤维15、硅灰25、石英粉32、硅微粉20、膨胀剂9、乳胶粉2.5、聚羧酸减水剂2.2、水28。

示例六、超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：水泥110、石英砂75、钢纤维20、硅灰35、石英粉25、硅微粉40、膨胀剂11、乳胶粉1.5、聚羧酸减水剂1.7、水32。

将根据上述示例的配方制备相应的超高性能混凝土预制构件样品，将上述样品进行抗压强度的测试，测得样品的抗压强度为260～360MPa；将上述样品进行抗折强度的测试，测得样品的抗折强度为30～55MPa；将上述样品进行吸水性测试，测得样品的平均吸水系数为1；将上述样品进行抗冻融性测试，测得样品经冻融后表面无裂纹、空鼓、气泡等现象，且其吸水性较正常环境下样品的吸水性的变化极小。

将普通混凝土料制成普通混凝土预制构件样品，同样进行抗压强度、抗折强度、吸水性及抗冻融测试，测得普通混凝土预制构件样品的抗压强度为60～70Mpa，抗折强度为5.8～6.5MPa，吸水系数为60，经冻融后表面存在裂纹等现象。

综上可见，本实施例的超高性能混凝土预制构件具备优良的力学性能、抗冻性、耐水性及耐久性。实现该效果的主要原因在于：一、钢纤维的加入提高了构件的力学强度；二、石英砂、水泥之间形成的空隙可以被更小粒径的硅灰、石英粉、硅微粉填充，使混凝土主体的结构更密实；三、膨胀剂的加入可使混凝土主体更加密实，提高了构件的强度；四、胶浆的加入也使混凝土主体更加密实，提高了构件的抗压强度及抗渗性(耐水性)。

本实施例改善了超高性能混凝土料的配方，且用该超高性能混凝土料制成超高性能混凝土预制构件，一方面提高了构件的强度、抗冻性、耐水性及耐久性，从而解决了传统混凝土预制构件的强度及耐久性差的问题，另一方面本实施例的超高性能混凝土预制构件减少了钢筋用量甚至可免除钢筋的使用，减轻了构件的重量。此外，本实施例的超高性能混凝土预制构件的施工简单，且可实现标准化的施工和管理，满足标准化的质量指标。

在本实施例中，根据建筑的需求，在混凝土主体中，还可以设置预埋件，如铝窗、线管、灯箱、预留孔、预埋螺栓及吊装件等。

在本实施例中，由于钢纤维的加入会引起单位用水量及石英砂的比重的增加，因此，为了进一步提高超高性能混凝土料的原料的流动性、减少单位用水量，可选择使用减水率为35％～40％的聚羧酸减水剂。当然，用户还可根据具体的超高性能混凝土料的配方选择合适的聚羧酸减水剂，本实施例不作限定。

在本发明超高性能混凝土预制构件第二实施例中，本实施例在第一实施例的基础上，所述钢纤维的直径为0.1～0.3毫米，所述钢纤维的长度为12～20毫米。

钢纤维的尺寸对超高性能混凝土预制构件的性能存在较大的影响。当钢纤维的直径越大，虽然其力学强度都有所提高，但其长径比随之降低，从而使钢纤维与超高性能混凝土料中其他原料的粘结性能下降；当钢纤维的直径越小，其力学强度则相应降低，粘结性能相应提高。当钢纤维的长度增大，其力学强度、粘结性能会相应提高，但过长的钢纤维会不利于搅拌操作，影响超高性能混凝土料的配制；当钢纤维的长度降低，其力学强度、粘结性能会相应提高，但更便于搅拌操作。可见，钢纤维的尺寸应控制在一个合适的范围内。

需要注意的是，上述钢纤维的直径包括当量直径，即当钢纤维的界面为非圆形的界面时，通过等量换算等效截面圆面积得到的直径。该换算的方法可通过现有的公式得到，在此不作赘述。

本实施例中钢纤维的直径为0.1～0.3毫米，长度为12～20毫米，可保证钢纤维具备良好的力学强度、粘结性及可操作性。

在本实施例中，用户根据需要，还可通过一些方法对钢纤维的性能进行改进，例如，将钢纤维表面粗糙化，或者制成异型钢纤维(如压棱形钢纤维、波形钢纤维、弯钩形钢纤维、大头形钢纤维、双尖形钢纤维等)，以提高钢纤维的粘结性能；将钢纤维进行淬火处理，以提高钢纤维的表面硬度。

在本实施例中，为了防止在超高性能混凝土预制构件的使用过程中，其内的钢纤维受到腐蚀，因而影响超高性能混凝土预制构件的强度及耐久性，因此，可以对钢纤维进行耐腐蚀处理，使钢纤维具备防腐性，或者，直接购买具备防腐性的钢纤维作为原料制造超高性能混凝土预制构件。

本发明进一步提供一种超高性能混凝土预制构件的制备方法。

在本发明超高性能混凝土预制构件的制备方法的第一实施例中，所述超高性能混凝土预制构件的制备方法包括以下步骤：

步骤S10，拼装模具，并对所述模具进行预处理；

具体操作方式可以是：先将模具拼装固定在一起，对模具进行清洁处理，保证模具内表面干净光滑，无混凝土残渣，钢筋出孔位及所有模具活动块拼缝处无累积混凝土、无粘模白灰；模具外表面无累积混凝土。然后对整个模具浇筑油漆；模具内表面均匀打脱模油，做到无积油、用手指触模具表面手指上无明显油渍，无污染物。检查模具拼缝处的密封情况，密封件是否安装到位，确保没有漏浆。检查所有模具螺丝是否紧固，模具拼缝是否平整，检查模具尺寸误差是否不超过3mm。

步骤S20，将由超高性能混凝土原料预配而成的超高性能混凝土料浇入所述模具中，进行密实处理，并对所述超高性能混凝土料表面进行平整处理；

具体操作方式可以是：预先将超高性能混凝土原料按照配方称取相应的量，并将各超高性能混凝土原料搅拌均匀，得到超高性能混凝土料，将得到的超高性能混凝土料浇入模具中，并振动使其密实，通过对其表面进行平整处理。若需要埋设钢筋骨架或预埋件，则在超高性能混凝土料浇入模具之前，将该钢筋骨架或预埋件安装在模具的适当位置。

步骤S30，待所述超高性能混凝土料固化后形成混凝土主体，拆除所述模具；

其中，超高性能混凝土料的固化程度可根据测定的拆模强度确定。

上述拆除模具即为脱模，脱模时应根据混凝土主体和模具的具体情况采取相应的脱模方法，如遇造型复杂比较难脱模的混凝土主体时，须小心谨慎，先将混凝土主体适当吊起，然后用胶锤敲打模具边缘，用气枪进行吹气，使得模具能够平衡脱离模具，绝不允许强行脱模，造成混凝土主体或模具的损坏。混凝土主体吊运时，吊点要均匀受力，链条与吊钩要垂直、吊扣要牢固，混凝土主体放置时要支撑平稳；对于较易变形的混凝土主体，在用槽铁或工字钢临时加固后才可以起吊。

步骤S40，对所述混凝土主体进行表面处理，得到超高性能混凝土预制构件。

表面处理包括：表面瑕疵的修补、清洁、打磨、酸洗、防水处理等，根据用户的需求及构件的使用环境可选择相应的表面处理方式。

本实施例用超高性能混凝土料制成超高性能混凝土预制构件，一方面提高了构件的强度、抗冻性、耐水性及耐久性，从而解决了传统混凝土预制构件的强度及耐久性差的问题，另一方面本实施例的超高性能混凝土预制构件减少了钢筋用量甚至免除钢筋的使用，减轻了构件的重量。此外，本实施例的超高性能混凝土预制构件的施工简单，且可实现标准化的施工和管理，满足标准化的质量指标。

在本发明超高性能混凝土预制构件的制备方法的第二实施例中，本实施例在第一实施例的基础上，所述步骤S20之前包括：

步骤S50，将所有所述超高性能混凝土原料称重，将水泥、石英砂、硅灰、石英粉、硅微粉及乳胶粉加入到混合容器中，开机搅拌直至混合均匀；

步骤S60，加入水、膨胀剂和聚羧酸减水剂至所述混合容器中，继续搅拌至混合均匀；

可以将水、膨胀剂和聚羧酸减水剂逐渐或者分次加入，有利于水、膨胀剂和聚羧酸减水剂的分散。

步骤S70，加入钢纤维至所述混合容器中，搅拌至混合均匀得到所述超高性能混凝土料。

当钢纤维的用量较大时，可以逐渐或分次的将钢纤维加入至混合容器中个，有利于钢纤维更好的分散。

需要注意的是，上述步骤S50、S60及S70可在步骤S10之后执行，也可与步骤S10同时执行，这是因为超高性能混凝土料的固化速度较快，必须在超高性能混凝土料完成预配后，尽早的将该超高性能混凝土料浇入模具中。

在本发明超高性能混凝土预制构件的制备方法的第三实施例中，本实施例在第一实施例、第二实施例的基础上，所述步骤S30之前包括：

步骤S80，对超高性能混凝土料进行预养护，并对进行完预养护的所述超高性能混凝土料进行收光处理；

其中，预养护的方法可以是自然养护，其作用在于提高构件的强度。

收光处理的作用在于消除超高性能混凝土料表面缺陷，防止产生塑性收缩裂纹。

步骤S90，进行蒸汽养护直至所述超高性能混凝土料固化。

蒸汽养护的作用在于加快超高性能混凝土料的固化，提高模具的利用率。

本实施例通过对超高性能混凝土料的进行与养护、收光处理及蒸汽养护，可提高构件的强度，防止构件产生裂纹，且可加快超高性能混凝土料的固化，提高模具的利用率。

在本发明超高性能混凝土预制构件的制备方法的第四实施例中，本实施例在第一实施例、第二实施例、第三实施例的基础上，所述步骤S40中，所述对所述混凝土主体进行表面处理的步骤包括：

步骤S41，对所述混凝土主体表面进行清洁、打磨及防水处理。

上述清洁、打磨处理可采用现有技术中常用的方式进行，在此不作赘述。

上述防水处理的操作方式可以是：处理前要对混凝土主体的湿度进行测试，一般湿度不能大于14％，否则不能进行处理，处理要求是：先将混凝土主体表面清理干净，然后再在其表面喷防水剂，其厚度必须按所使用防水剂指引要求严格控制，喷涂均匀。

在本实施例中，在所述步骤S41之前包括：

步骤S42，对所述混凝土主体表面的瑕疵进行修补处理。

具体的操作方式可以是：先将需要修补的部位及周围清理干净，然后用胶水或胶浆将待修补部位润湿；采用修补料修补，待修补料有了初步固化之后，将修补区域清理干净，并用抹布或细砂纸将修补部分擦拭干净或者轻微打磨一下使之与周围颜色效果基本一致。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超高性能混凝土预制构件，其特征在于，所述超高性能混凝土预制构件包括由超高性能混凝土料制成的混凝土主体；所述超高性能混凝土料包括以下重量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土预制构件，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.1～0.3毫米，所述钢纤维的长度为12～20毫米。

3.根据权利要求1或2所述的超高性能混凝土预制构件，其特征在于，所述钢纤维具备防腐性。

4.根据权利要求1或2所述的超高性能混凝土预制构件，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的减水率为35％～40％。

5.根据权利要求1或2所述的超高性能混凝土预制构件，其特征在于，所述混凝土主体内设置有预埋件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述超高性能混凝土预制构件的制备方法包括以下步骤：

拼装模具，并对所述模具进行预处理；

将由超高性能混凝土原料预配而成的超高性能混凝土料浇入所述模具中，进行密实处理，并对所述超高性能混凝土料表面进行平整处理；

待所述超高性能混凝土料固化后形成混凝土主体，拆除所述模具；

对所述混凝土主体进行表面处理，得到超高性能混凝土预制构件。

7.根据权利要求6所述的超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述将由超高性能混凝土原料预配而成的超高性能混凝土料浇入所述模具中，进行密实处理，并对所述超高性能混凝土料表面进行平整处理的步骤之前包括：

将所有所述超高性能混凝土原料称重，将水泥、石英砂、硅灰、石英粉、硅微粉及乳胶粉加入到混合容器中，开机搅拌直至混合均匀；

加入水、膨胀剂和聚羧酸减水剂至所述混合容器中，继续搅拌至混合均匀；

加入钢纤维至所述混合容器中，搅拌至混合均匀得到所述超高性能混凝土料。

8.根据权利要求6或7所述的超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述待所述超高性能混凝土料固化后形成混凝土主体，拆除所述模具的步骤之前包括：

对超高性能混凝土料进行预养护，并对进行完预养护的所述超高性能混凝土料进行收光处理；

进行蒸汽养护直至所述超高性能混凝土料固化。

9.根据权利要求6或7所述的超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述对所述混凝土主体进行表面处理的步骤包括：

对所述混凝土主体表面进行清洁、打磨及防水处理。

10.根据权利要求9所述的超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述对所述混凝土主体表面进行清洁、打磨及防水处理的步骤之前包括：

对所述混凝土主体表面的瑕疵进行修补处理。