CN105837151A - 一种rpc材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RPC材料及其制备方法，通过合理组分配合，通过合理配置两种水泥，即普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥，两者组份不同，水化机理不同，并且硅酸盐水泥抗裂性能好，铝酸盐水泥的早期强度高，作用类似于水泥晶种，但不同于水泥晶种，其组分相对稳定，质量比较容易控制。进一步通过石膏激发其他组分的活性，而不是去通过蒸压以激发RPC的活性，减少了对场地的要求。

Description

一种RPC材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种RPC材料，以及该RPC材料的制备方法，其中RPC是Reactive Powder Concrete的缩略语，即活性粉末混凝土。
背景技术
RPC是一种超高强、高韧性、高耐久性、极低渗透性和体积稳定性良好的混凝土。但是以往为激发RPC材料活性，其制备过程中一般须采用蒸汽养护，养护温度通常在80-90摄氏度，养护时间在48小时以上，养护过程能耗占据总能耗的90%以上。
传统RPC产品由于蒸养工艺的限制对场地、厂房、产品尺寸提出了诸多限制条件，一旦加工工厂与蒸养设施配置完成，无法根据用户需求对产地进行变更。远距离的运输进一步提高了产品造价，严重限制了用户对RPC产品方案的选择。
有鉴于此，中国专利文献CN104591635A公开了一种抗裂免蒸养的混凝土，其免蒸养的机理源于胶结性能矿物激发剂的掺入，所使用的胶结性能矿物激发剂由废弃的预制混凝土水泥晶种和脱硫石膏组成，通过组分之间的相互作用，用以替代蒸养工艺。该文献需要使用水泥晶种，会涉及到水泥晶种的筛选问题，同时还需要例如使用脱硫石膏所生成的钙矾石补偿水泥晶种的收缩，筛选上比较困难。
中国专利文献CN105152584A则公开了一种免蒸养活性粉末混凝土（RPC），其免蒸养的机理是利用太阳养护来代替蒸汽养护。具体实现在于在成型构件上覆盖了高分子薄膜，与采用例如草删喷水借助于太阳能养护相类似，但该种养护方式受自然条件影响比较大，养护时间不容易掌握。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种免蒸的RPC材料，以及该RPC材料的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
依据本发明的一个方面的一种RPC材料，包括以下质量份数的组分：
普通硅酸盐水泥：250~450份；
铝酸盐水泥：15~150份；
硅粉：10~110份；
矿粉：10~30份；
石膏：20~45份；
粗砂：190~300份；
细砂：100~150份；
消泡剂：0.3~1份；
纤维：45~75份；
减水剂4~8份；
其中，粗砂是指颗粒直径范围为0.15~0.6mm之间的天然或者机制砂；
细砂是指颗粒直径范围为0.3~0.075mm的天然或者机制砂。
上述RPC材料，所述石膏为改性石膏。
于一些实施例中，所述石膏的粒度500目~2000目。
进一步地，所述石膏的比表面积大于等于800 m2 / kg。
于一些实施例中，所述粗砂和细砂均为石英砂，其中粗砂中颗粒直径在0.3~0.6mm范围内的颗粒占总质量的90%以上；细砂中颗粒直径在0.1~0.2mm范围内的颗粒占总质量的90%以上。
于一些实施例中，所述矿粉比表面积大于等于800 m2 / kg。
于一些实施例中，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物。
于一些实施例中，所述减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或至少两种的混合；
所述减水剂为粉剂。
于一些实施例中，所述纤维为金属纤维、木纤维、有机-无机复合纤维中一种或两种的混合物。
依据本发明的另一个方面，一种制备如本发明第一个方面的RPC材料的方法，包括以下步骤：
按照给定的质量份数分别称取RPC材料的原料组分；
在搅拌设备内，先将原料组份中的粉料混入，在转速为 140±5r/min的慢速条件下搅拌不少于120s；
然后再混入纤维，在慢速条件下继续搅拌不少于60s；
再加入水，在慢速条件下继续搅拌不少于30s；
然后以258±10r/min的中速搅拌不少于120s；
静停30s；
再以800±10r/min的快速搅拌混合不少于120s。
依据本发明，通过合理组分配合，通过合理配置两种水泥，即普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥，两者组份不同，水化机理不同，并且硅酸盐水泥抗裂性能好，铝酸盐水泥的早期强度高，作用类似于水泥晶种，但不同于水泥晶种，其组分相对稳定，质量比较容易控制。进一步通过石膏激发其他组分的活性，而不是去通过蒸压以激发RPC的活性，减少了对场地的要求。
具体实施方式
普通硅酸盐水泥又称通用硅酸盐水泥，执行国家标准GB175，例如GB175-2007，普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。具有强度高、水化热大，抗冻性好、干缩小，耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性。
铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥的典型特征是早期强度高，或者说硬化速度也快，从而可以用于快速维修中，也称为快硬水泥。
如果能够出现免蒸压，则就能够实现降低能耗，从而节约成本，并降低对场地的要求。
第一实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥333kg,铝酸盐水泥100kg,硅灰81kg，矿粉27kg,石膏33kg,粗石英砂213kg,细石英砂149kg,消泡剂0.3kg,钢纤维58kg,聚羧酸减水剂5.8kg。
第二实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥400kg,铝酸盐水泥15kg,硅灰110kg,石膏32.5kg,粗石英砂245kg,细石英砂116kg,消泡剂0.5kg,钢纤维74kg,聚羧酸减水剂7.1kg。
第三实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥300kg,铝酸盐水泥150kg,硅灰66kg，矿粉31kg,石膏29kg,粗石英砂210kg,细石英砂146kg,消泡剂0.35kg,钢纤维62kg,聚羧酸减水剂5.6kg。
第四实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥390kg,铝酸盐水泥50kg,硅灰95kg，矿粉13kg,石膏41kg,粗石英砂196kg,细石英砂145kg,消泡剂0.3kg,钢纤维65kg,聚羧酸减水剂4.9kg。
第五实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥430kg,铝酸盐水泥15kg,硅灰75kg，矿粉23kg,石膏39kg,粗石英砂225kg,细石英砂140kg,消泡剂0.5kg,钢纤维47kg,聚羧酸减水剂5.6kg。
第六实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥344kg,铝酸盐水泥50kg,硅灰69kg，矿粉39kg,石膏22kg,粗石英砂237kg,细石英砂122kg,消泡剂1kg,钢纤维70kg,聚羧酸减水剂5.8kg。
第七实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥290kg,铝酸盐水泥150kg,硅灰85kg，矿粉23kg,石膏40kg,粗石英砂231kg,细石英砂110kg,消泡剂0.4kg,钢纤维64kg,聚羧酸减水剂6.3kg。
第八实施例：一种低能耗RPC材料，每吨该低能耗RPC材料由以下原材料组成：
普通硅酸盐水泥390kg,铝酸盐水泥50kg,硅灰85kg，矿粉29kg,石膏44kg,粗石英砂247kg,细石英砂108kg,消泡剂0.45kg,钢纤维40kg,，杜拉纤维1.2kg,聚羧酸减水剂5.25kg。
采用下述实验验证上述实施例的效果：
将第一至第八实施例组分的低能耗RPC材料分别称取3000g进行以下实验：
将粉料进行预混均匀，形成混合料；
将粉料与纤维进行二次混合，并搅拌均匀。
按照水灰比0.16-0.21称取水，将减水剂与水混合充分搅拌直至均匀，然后水和混合料放入胶砂搅拌机，在胶砂搅拌机下进行充分搅拌，制作成砂浆，然后进行流动度与强度实验：
得到流动度实验数据如下：
实验二：抗压强度性能的测试
实验方法：将充分搅拌均匀的水泥浆体装入40mm*40mm*160mm胶砂试模中，放入标准养护箱中养护，待24h后脱模，分别测试1d、3d、7d试块抗压强度，未到龄期试块放入养护池中养护。结果如下：
经过研究，石膏的颗粒度对激化效果有影响，当前还欠缺对该影响的数据支持，早期，存在建筑石膏颗粒度对其使用性能的影响的研究，当该研究主要限于颗粒度对石膏自身性能的影响，例如所形成的石膏板的早期抗折强度，对标稠的影响，以及对凝结时间的影响。
对于是高的颗粒度在相同掺量条件下对RPC的性能影响，基于以上实施例，进一步的实验数据如下：
上述的两组实验数据都是以500目的石膏为基础做出的实验（其他实验条件同上），下面分别以300目、600目、700目及2000目的石膏为基础做出实验（抗压强度，目数越大，颗粒越细，比表面积就越大）：
300目条件下，结果如下：
600目条件下，结果如下：
700目，结果如下：
2000目条件下，结果如下：
从上面的实验结果可以看出，石膏粒度的变化会对产品的性能产生比较大的影响，但由于，例如2000目的石膏粉属于微分，生产成本比较高，并且其对水泥砼的性能提高也有限，因此，优选粒度为500~1000目的石膏粉。
天然石膏活性低、胶凝性差，如果使用天然石膏作为激活剂，会造成比较大的资源浪费，改性石膏则可以提高表面活性，从而提高其利用率。
关于上述RPC材料的制备方法，具有如下步骤：
按照给定的质量份数分别称取RPC材料的原料组分；
在搅拌设备内，先将原料组份中的粉料混入，在转速为 140±5r/min的慢速条件下搅拌不少于120s；
然后再混入纤维，在慢速条件下继续搅拌不少于60s；
再加入水，在慢速条件下继续搅拌不少于30s；
然后以258±10r/min的中速搅拌不少于120s；
静停30s；
再以800±10r/min的快速搅拌混合不少于120s。
之所以采用多次搅拌，且快慢接合的方式，首先是通过前期的满足搅拌进行充分混合和反应，然后再进行快速的搅拌形成性能相对稳定的浆体。

Claims (10)

1.一种RPC材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
普通硅酸盐水泥：250~450份；
铝酸盐水泥：15~150份；
硅粉：10~110份；
矿粉：10~30份；
石膏：20~45份；
粗砂：190~300份；
细砂：100~150份；
消泡剂：0.3~1份；
纤维：45~75份；
减水剂4~8份；
其中，粗砂是指颗粒直径范围为0.15~0.6mm之间的天然或者机制砂；
细砂是指颗粒直径范围为0.3~0.075mm的天然或者机制砂。
2.根据权利要求1所述的RPC材料，其特征在于，所述石膏为改性石膏。
3.根据权利要求1或2所述的RPC材料，其特征在于，所述石膏的粒度500目~2000目。
4.根据权利要求3所述的RPC材料，其特征在于，所述石膏的比表面积大于等于800 m2 / kg。
5.根据权利要求1或2所述的RPC材料，其特征在于，所述粗砂和细砂均为石英砂，其中粗砂中颗粒直径在0.3~0.6mm范围内的颗粒占总质量的90%以上；细砂中颗粒直径在0.1~0.2mm范围内的颗粒占总质量的90%以上。
6.根据权利要求1或2所述的RPC材料，其特征在于，所述矿粉比表面积大于等于800 m2 / kg。
7.根据权利要求1或2所述的RPC材料，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物。
8.根据权利要求1或2所述的RPC材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或至少两种的混合；
所述减水剂为粉剂。
9.根据权利要求1或2所述的RPC材料，其特征在于，所述纤维为金属纤维、木纤维、有机-无机复合纤维中一种或两种的混合物。
10.一种制备如权利要求1-9任一所述的RPC材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照给定的质量份数分别称取RPC材料的原料组分；
在搅拌设备内，先将原料组份中的粉料混入，在转速为 140±5r/min的慢速条件下搅拌不少于120s；
然后再混入纤维，在慢速条件下继续搅拌不少于60s；
再加入水，在慢速条件下继续搅拌不少于30s；
然后以258±10r/min的中速搅拌不少于120s；
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