CN105801017A - 常温养护型活性粉末混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常温养护型活性粉末混凝土及其制备方法，其中每立方米的活性粉末混凝土由如下原料组成：水泥600-1600kg，细骨料400-2800kg，高强掺合料30-560kg，高抗拉强度纤维3-500kg，有机纤维0.4-45kg，减水剂(固含量)0.6-43.2kg，消泡剂0.06-43kg，膨胀剂6-129kg，水100-430kg。本发明的活性粉末混凝土在常温养护条件下即具备超高强、高韧性的性能。

Description

常温养护型活性粉末混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种常温养护型活性粉末混凝土及其制备方法。

背景技术

纤维增强活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,简称RPC)是一种具有高强度、高韧性、高耐久性、良好的体积稳定性和环保性能等特点的一种新型水泥基复合材料。由于其超高强度和其他优异性能，成为了国际军事设施、民用建筑工程材料领域一个新的研究应用热点。

近年来，随着建筑业的高速发展，混凝土建筑提出轻量化需求、钢筋用量受限等问题，再加上活性粉末混凝土抗压强度超过150MPa的问世，人们开始向超高强、高韧性混凝土发起挑战。目前，活性粉末混凝土采用水泥、掺合料、级配石英砂、骨材、高性能减水剂、金属纤维等组成，在高温蒸汽养护下制备而成的超高强、高韧性混凝土。现有技术中的活性粉末混凝土都需要通过高温蒸汽长时间养护(如80℃，养护48h)才能激发材料的活性，所以只能在具有高温蒸汽养护设备的工厂中预制，然后到现场安装。同时，工厂的设备又限制了预制构件的尺寸和形状，再者高温蒸汽养护无形中提高了生产成本。鉴于现有活性粉末混凝土的弊端，常温养护下超高强、高韧性的活性粉末混凝土制品技术是一种迫切需要的具有节能、改善产品性能和降低产品成本等优点的新型活性粉末混凝土制品配制技术。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种常温养护型活性粉末混凝土及其制备方法，主要目的是在常温养护条件下得到超高强、高韧性的混凝土。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种常温养护型活性粉末混凝土，每立方米的混凝土由如下原料组成：水泥600-1600kg，细骨料400-2800kg，高强掺合料30-560kg，高抗拉强度纤维3-500kg，有机纤维0.4-45kg，减水剂(固含量)0.6-43.2kg，消泡剂0.06-43kg，膨胀剂6-129kg，水100-430kg。

作为优选，所述水泥中C₃S质量百分比为40-75％，C₂S质量百分比为9.5-40.0％；所述水泥45μm筛残余小于8.0％，所述水泥比表面积为250-480m²/kg。所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、高炉水泥和粉煤灰水泥中的一种或至少两种混合。所述水泥优选硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。

作为优选，所述细骨料的粒径不大于5mm，其中粒径在1mm及其以下的细骨料占细骨料总质量的40-90％。所述细骨料为石英砂、河砂、海砂、石灰石骨料、高炉矿渣细骨料、铜矿渣细骨料和电气炉酸化矿渣细骨料中的一种至少两种的混合。所述细骨料优选为石英砂、河砂。

作为优选，所述高强掺合料由如下组分组成：活性SiO₂质量百分比为48-77％，CaO质量百分比为0.1-40％，SO₃质量百分比为0.4-28％，Al₂O₃质量百分比为0.2-7％。所述高强掺合料的平均粒径为0.05-2.0μm，高强掺合料为水泥质量的5-35％。

作为优选，所述高抗拉强度纤维的抗拉强度为100-10000MPa，密度为1-10g/cm³，直径为0.05-1.2mm，长度3-60mm，长径比为40-250；所述高抗拉强度纤维的体积掺量为混凝土体积的0.3-5.0％。所述高抗拉强度纤维可以为金属纤维、碳素纤维和人造纤维中的至少一种。

作为优选，所述有机纤维的纤度为1.0-20dtex，长度3-30mm，长径比为200-900，密度0.8-1.5g/cm³；所述有机纤维的体积掺量为混凝土体积的0.05-3％。

作为优选，所述减水剂为木质素减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的一种或至少两种的混合。减水剂(固含量)质量为水泥和高强掺合料质量和的0.1-2.0％。所述减水剂优选聚羧酸高性能减水剂。

作为优选，所述消泡剂为非离子表面活性剂、有机硅消泡剂和聚合物消泡剂中的一种或至少两种的混合；所述消泡剂用量为水泥和高强掺合料质量和的0.01-2％。

作为优选，所述膨胀剂为金属粉末类、硫铝酸钙CSA类及氧化钙类石膏中的一种或至少两种的混合。所述膨胀剂优选硫铝酸钙CSA类膨胀剂。

另一方面，本发明实施例提供了一种常温养护型活性粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按照计量分别称取原料；

2)将除了液体和纤维以外的原料倒入搅拌机搅拌混合均匀，然后加入液体，继续搅拌至均匀；再向搅拌机内加纤维，继续搅拌至均匀；

3)养护，搅拌好的料浆做成混凝土预制品，或者直接进行现场浇筑施工；预制品经常温养护后脱模，然后进行水中养护或者自然养护；现场浇筑施工采用在不淋水的情况下覆盖养护24小时后淋水或覆盖湿麻袋养护；即得到常温型高韧性、超高强度活性粉末混凝土制品。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的常温养护型高韧性、超高强度活性粉末混凝土及其制备方法克服了现有活性粉末混凝土必须进行高温养护的弊端，通过常温养护即可得到高韧性、超高强度活性粉末混凝土；产品可预制，也可现场施工；免去高温蒸养设备，突破预制构件的尺寸和形状限制，降低了生产成本。同时，该高韧性、超高强度活性粉末混凝土不但具有高韧性、超高强度，还具有高耐久性、长使用寿命、高品质化、自收缩小、高耐火等特点。本发明实施例解决了制约活性粉末混凝土高温蒸养的工艺瓶颈，从而使活性粉末混凝土的应用得到更为广泛的应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合，未尽的反应条件及反应参数均采用现有技术。

实施列1

称重取料：硅酸盐水泥(矿物组成为C₃S63.5％，C₂S15.5％，C₃A1.6％，C₄AF13.3％，比表面积332m²/kg)877kg/m³，高强掺合料(活性SiO₂质量比为62％、CaO质量比为25％、SO₃质量比为6％、Al₂O₃质量比为2.1％)221kg/m³，细骨料包括碎砂和硅砂，其中碎砂(绝干密度2.62g/cm³，吸水率2.5％)515kg/m³，硅砂(绝干密度2.63g/cm³)671kg/m³，固含量为25％的聚羧酸高性能减水剂43.1kg/m³，非离子表面活性剂型消泡剂4.3kg/m³，膨胀剂为金属粉末类(种类A)30kg/m³，钢纤维(密度7.87g/cm³，长径比81，抗拉强度2200MPa)体积掺量2.0％，有机纤维(聚丙烯纤维，纤度2.34dtex，长径比600，密度0.91g/cm³)体积掺量0.5％，水186kg/m³。

将上述原料按照计量取料；将液体与纤维以外的原材料混合均匀倒入搅拌机搅拌30秒，加入液体后，继续搅拌10分钟至均匀；再向搅拌机内加纤维，继续搅拌3分钟左右至均匀。

养护，搅拌好的料浆置于钢模中振动成型，经常温养护第二天脱模，20℃水中养护至规定龄期。在上述的常温养护完成后即得到常温养护型高韧性、超高强度活性粉末混凝土。

实施例2

与实施例1不同仅在于，膨胀剂为氧化钙类石膏(种类B)30kg/m³。

实施例3

与实施例1不同仅在于，膨胀剂为硫铝酸钙CSA类(种类C)30kg/m³。

比较例1

比较例1的混凝土中不包含高强掺合料及膨胀剂，其的组分及含量见下表1。表1为比较例1和实施例1-3的对照表。

表1

对实施例1-3和比较例1进行相关检测。

按照《纤维混凝土试验方法标准》CECS13-2009中的性能检测方法对本发明活性粉末混凝土进行检测，其中自收缩按照标准《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70－2009进行检测。检测结果见表2。

表2

通过表2可以看出本发明实施例得到的活性粉末混凝土制品有较好的性能。

实施例4

称重取料：硅酸盐水泥(冀东盾石52.5R水泥，矿物组成为C₃S51.8％，C₂S24.08％，C₃A7.0％，C₄AF11.98％，比表面积448m²/kg，表观密度3.15g/cm³)977kg/m³，高强掺合料(活性SiO₂质量比为68％、CaO质量比为20％、SO₃质量比为8％、Al₂O₃质量比为1.6％)246kg/m³，细骨料包括石英质河砂和硅砂，其中石英质河砂(表观密度2.71g/cm³，吸水率0.11％)271kg/m³，硅砂(表观密度2.87g/cm³)747kg/m³，固含量为22％的聚羧酸高性能减水剂34.57kg/m³，非离子表面活性剂型消泡剂1.8kg/m³，氧化钙类膨胀剂为46kg/m³，钢纤维(抗拉强度2850MPA，长径比80，密度7.85g/cm3)体积掺量1.75％，有机纤维(聚丙烯纤维，密度0.91/cm3，长径比450，束状单丝，断裂伸长率37.8％)体积掺量0.2％，水213.5kg/m³。

将上述原料按照计量取料；将除液体和纤维以外的原材料混合均匀倒入搅拌机搅拌30秒，加入液体后，继续搅拌10分钟至均匀；再向搅拌机内加纤维，继续搅拌3分钟左右至均匀。

养护，搅拌好的料浆置于钢模中振动成型，常温养护后第二天脱模，20℃水中养护至规定龄期。即得到常温型高韧性、超高强度活性粉末混凝土。

按照《纤维混凝土试验方法标准》CECS13-2009中的性能检测方法对本发明实施例的活性粉末混凝土进行检测，其中自收缩按照标准《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70－2009进行检测。检测结果如表3所示，表明用本发明方法制备的活性粉末混凝土并具有较好的性能。

表3按CECS13-2009标准的检测结果

本发明实施例的活性粉末混凝土采用低水胶比、高强掺合料和细骨料利于混凝土的密实均匀。高抗拉强度纤维掺入对混凝土的约束作用和桥接作用，使得试件在出现裂纹后，仍有一定的承载能力，缓解其脆性，增加韧性。有机纤维高温熔融形成管状空隙，从而使混凝土内部封闭的孔隙相互连通，增大水蒸气的通道，缓解了内部蒸汽压，使孔隙水蒸压力低于混凝土自身强度，阻止试件发生高温爆裂,利于混凝土的耐火性能。

本发明实施例中采用的水泥成分中C₃S质量百分含量应在40％～75％之间，低于40％会导致混凝土后期强度低；C₃S高于75％，会增加水泥烧成难度及成本。水泥成分中C₂S质量百分含量应在9.5％～40％之间，低于9.5％会增加水泥烧成难度，C₂S高于40％不利于前期强度的发展。另外作为优选，水泥中C₃A质量百分含量应不高于2.7％，高于2.7％影响强度，并使耐久性能变差。细骨料的粒径不大于5mm，其中粒径不大于1mm的细骨料的质量占细骨料总质量的40-90％。细骨料粒径过大，会显著增加骨料与水泥浆之间的缺陷尺寸，不利于强度的发展。高强掺合料的用量应为水泥质量的5％～35％，优选10-25％,低于10％，强度增加的幅度有限；高于35％，水泥水化产物Ca(OH)₂不足以与高强掺合料中活性SiO₂充分反应，导致强度降低。高抗拉强度纤维的体积掺量为混凝土体积的0.3-5.0％,优选1-3％。高抗拉强度纤维掺量过低，起不到增韧效果；过高，在混凝土内分散布均匀，不利于强度和韧性的发展。有机纤维的体积掺量为混凝土体积的0.05-3％,优选0.1-1.0％。有机纤维掺量过低，起不到抗高温爆裂性能，耐火性能差；过高，在混凝土内易结团，搅拌不均匀。减水剂(固含量)质量为水泥和高强掺合料质量和(即胶凝材料质量)的0.1-2.0％,优选0.3-1.0％。减水剂掺量过低，在低水胶比下，混凝土难以达到一定的流动性；过高，会引起缓凝作用。消泡剂的用量为胶凝材料(水泥和高强掺合料)质量的0.01-2％,优选0.03-1.0％。消泡剂掺量过低，起不到消泡的作用；过高，混凝土稠度增加，对流动度不利。膨胀剂的单位用量为6-129kgkg/m³，最佳掺量为30-80kg/m³，膨胀剂掺量过低，起不到抑制混凝土收缩的作用；过高，造成混凝土后期膨胀。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.常温养护型活性粉末混凝土，每立方米的混凝土由如下原料组成：水泥600-1600kg，细骨料400-2800kg，高强掺合料30-560kg，高抗拉强度纤维3-500kg，有机纤维0.4-45kg，减水剂(固含量)0.6-43.2kg，消泡剂0.06-43kg，膨胀剂6-129kg，水100-430kg。

2.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述水泥中C₃S质量百分比为40-75％，C₂S质量百分比为9.5-40.0％；所述水泥45μm筛残余小于8.0％，所述水泥比表面积为250-480m²/kg；所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、高炉水泥和粉煤灰水泥中的一种或至少两种混合。

3.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述细骨料的粒径不大于5mm，粒径在1mm及其以下的细骨料占细骨料总质量的40-90％；所述细骨料为石英砂、河砂、海砂、石灰石骨料、高炉矿渣细骨料、铜矿渣细骨料和电气炉酸化矿渣细骨料中的一种至少两种的混合。

4.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述高强掺合料由如下组分组成：活性SiO₂质量百分比为48-77％，CaO质量百分比为0.1-40％，SO₃质量百分比为0.4-28％，Al₂O₃质量百分比为0.2-7％；所述高强掺合料的平均粒径为0.05-2.0μm，高强掺合料为水泥质量的5-35％。

5.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述高抗拉强度纤维的抗拉强度为100-10000MPa，密度为1-10g/cm³，直径为0.05-1.2mm，长度3-60mm，长径比为40-250；所述高抗拉强度纤维的体积掺量为混凝土体积的0.3-5.0％；所述高抗拉强度纤维可以为金属纤维、碳素纤维和人造纤维中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述有机纤维的纤度为1.0-20dtex，长度3-30mm，长径比为200-900，密度0.8-1.5g/cm³；所述有机纤维的体积掺量为混凝土体积的0.05-3％。

7.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述减水剂为木质素减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂中的一种或至少两种的混合；所述减水剂固含量质量为水泥和高强掺合料质量和的0.1-2.0％。

8.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述消泡剂为非离子表面活性剂、有机硅消泡剂和聚合物消泡剂中的一种或至少两种的混合；所述消泡剂用量为水泥和高强掺合料质量和的0.01-2％。

9.根据权利要求1所述的常温养护型活性粉末混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为金属粉末类、硫铝酸钙CSA类及氧化钙类石膏中的一种或至少两种的混合。

10.权利要求1-9所述的常温养护型活性粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)按照计量分别称取原料；

2)将除了液体和纤维以外的原料倒入搅拌机搅拌混合均匀，然后加入液体，继续搅拌至均匀；再向搅拌机内加纤维，继续搅拌至均匀；

3)养护，搅拌好的料浆做成混凝土预制品，或者直接进行现场浇筑施工；预制品经常温养护后脱模，然后进行水中养护或者自然养护；现场浇筑施工采用在不淋水的情况下覆盖养护24小时后淋水或覆盖湿麻袋养护；即得到常温型高韧性、超高强度活性粉末混凝土制品。