CN106348685B - 一种具有高工作性的高韧性混凝土及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高工作性的高韧性混凝土及其配制方法，属于建筑材料技术领域，用于解决现有的超高性能混凝土韧性低以及工作性能较差的问题。该具有高工作性的高韧性混凝土，包括水泥、高强纤维、纳米材料、中砂、外加剂和水按照一定的比例在常温条件下制备得到。该具有高工作性的高韧性混凝土通过引入水化硅酸钙凝胶溶液早强型减水剂作为外加剂，有效提高了其早期强度，提高了纤维与砂浆基体间的粘结程度，增强了粘结效果，从而有效提高了混凝土的韧性。另外，该高韧性混凝土纳米材料掺量较低，需水量较小，有利于提高混凝土的强度。且外加剂掺入量容易控制，与纳米材料适应性好，混凝土的粘度低且不易离析，流动性、稳定性、可塑性俱佳。

Description

一种具有高工作性的高韧性混凝土及其配制方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种具有高工作性的高韧性混凝土及其配制方法。

背景技术

以RPC制备原理为基础的超高性能混凝土材料的研究与应用是当今水泥基材料发展的主要方向之一。在今后相当长一段时间内中国仍处于大建设时期，随着对节能减排和可持续发展要求的不断提高，对混凝土性能的要求也将越来越高，因此超高性能混凝土(UHPC)具有广阔的应用前景。虽然现有的高性能和超高性能混凝土，能大幅地提升混凝土的抗压强度，但是普遍工作性能较差，且韧性不高。混凝土作为脆性材料，其韧性低仍是工程中的一个难题。

因此，如何提供一种强度高、韧性好，工作性能优良的新型混凝土，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高工作性的高韧性混凝土及其配制方法，用于解决现有的高性能和超高性能混凝土抗压强度高，但是工作性和韧性差的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有高工作性的高韧性混凝土，包括：水泥、高强纤维、纳米材料、中砂、外加剂和水，各成分的单方用量配比(kg/m³)如下：

进一步地，所述高强纤维为微丝钢纤维或有机材质类高强纤维，所述微丝钢纤维的长径比为30～100，抗拉强度≧2000Mpa,有机材质类高强纤维的抗拉强度≧450Mpa。

进一步地，所述纳米材料的比表面积≥15m²/g。

进一步地，所述中砂的细度模数为2.3～3.0。

进一步地，所述外加剂为水化硅酸钙凝胶溶液早强减水剂，所述外加剂包括钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.01％～0.50％。

进一步地，所述纳米材料包含纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、硅灰中的一种或几种。

本发明还提供了具有高工作性的高韧性混凝土的配制方法，包括如下步骤：

步骤一、向搅拌机内加入水泥、中砂和纳米材料，并搅拌30s；

步骤二、加入外加剂和水，并搅拌120-240s；

步骤三、加入高强纤维，并搅拌30s，完成所述具有高工作性的高韧性混凝土的配制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供了一种具有高工作性的高韧性混凝土，包括水泥、高强纤维、纳米材料、中砂、外加剂和水按照一定的比例在常温条件下制备得到。本发明的具有高工作性的高韧性混凝土在制作过程中，通过引入水化硅酸钙凝胶溶液早强减水剂作为外加剂，能够有效激发矿物掺合料和水泥的水化，有效提高了该有高工作性的高韧性混凝土的早期强度，纤维对混凝土增强、增韧效果关键在于纤维与混凝土砂浆之间的有效结合。水化硅酸钙凝胶溶液早强减水剂的加入推进了水化反应的进程，能有效改善纤维与混凝土基体结合界面层原本疏松的结构与性状，减小了界面层与砂浆基体的差异，强化了原始界面的力学性能，提高了纤维与砂浆基体间的粘结程度，增强了粘结效果，有效提高了该混凝土的韧性。

而且，较传统的超高性能混凝土，本发明提供的有高工作性的高韧性混凝土纳米材料掺量较低，需水量较小，有利于提高混凝土的强度。而且外加剂掺入量容易控制，且外加剂与纳米材料适应性好，混凝土的粘度低且不易离析，从而获得流动性、稳定性、可塑性俱佳的超高性能混凝土。同时，混凝土与纤维的粘结力提升后，可采用较短的，形态平直的纤维，避免了纤维的团聚，这样，在保持同样力学性能的情况下就能获得较高的混凝土和易性。进一步地，悬浮液形态的外加剂可有效提高该有高工作性的高韧性混凝土的稳定性，不易离析，有较好的可塑性，提高了纤维增强超高性能混凝土通过钢筋间距的能力。此外，该具有高工作性的高韧性混凝土提高了混凝土的质量，从而改善了施工环境，提高了施工效率，节省了施工成本。本发明的具有高工作性的高韧性混凝土的制作方法简便，可在常温下进行，具有较好的环保和经济价值。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的具有高工作性的高韧性混凝土作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明实施例中水泥为P.II 52.5硅酸盐水泥；细骨料为中砂，中砂的细度模数为2.3～3.0；纳米材料为市售硅灰，比表面积≥15m²/g；高强纤维为微丝钢纤维；外加剂为水化硅酸钙凝胶溶液早强减水剂，主要包含钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.01％～0.50％；水为普通自来水。本发明以下实施例中微丝钢纤维的掺入重量均按照掺入体积率3％换算得出，体积率指纤维混凝土拌合物中，纤维所占的体积百分率。混凝土的搅拌采用《高强混凝土应用技术规程》(JGJ/T281-2012)推荐的标准搅拌方式。

测试时，本发明实施例制备的具有高工作性的高韧性混凝土按照《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T 17671-1999)中的方法测试混凝土的力学性能，按照《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419-2005)中的方法测试混凝土的工作性能。

实施例1

具有高工作性的高韧性混凝土各成分的单方用量配比(kg/m³)如表1所示。单方用量配比是指1m³的具有高工作性的高韧性混凝土中各组分的重量比。

表1具有高工作性的高韧性混凝土的配比(kg/m³)

水泥	微丝钢纤维	硅灰	中砂	外加剂	水
						1000	250	50	1000	30	185

配制方法：

按照表1的配方配制具有高工作性的高韧性混凝土，包括如下步骤：

步骤一、向搅拌机内加入水泥、砂和硅灰，并搅拌30s；

步骤二、加入外加剂和水，并搅拌240s；

步骤三、加入微丝钢纤维，并搅拌30s，完成具有高工作性的高韧性混凝土的配制。

经测试，按照上述方法制得的具有高工作性的高韧性混凝土的工作性能和力学性能如下：

实施例2

具有高工作性的高韧性混凝土各成分的单方用量配比(kg/m³)如表2所示。

表2具有高工作性的高韧性混凝土的配比(kg/m³)

水泥	微丝钢纤维	硅灰	中砂	外加剂	水
						1500	200	60	800	35	200

按照表2的配方制备具有高工作性的高韧性混凝土的方法与实施例1相同，此处不再赘述。

经测试，按照上述方法制得的具有高工作性的高韧性混凝土的工作性能和力学性能如下：

实施例3

具有高工作性的高韧性混凝土各成分的单方用量配比(kg/m³)如表3所示。

表3具有高工作性的高韧性混凝土的配比(kg/m³)

水泥	微丝钢纤维	硅灰	中砂	外加剂	水
						600	300	40	1200	25	175

按照表3的配方制备具有高工作性的高韧性混凝土的方法与实施例1相同，此处不再赘述。

经测试，按照上述方法制得的具有高工作性的高韧性混凝土的工作性能和力学性能如下：

对照组

水泥	RPC专用端钩钢纤维	硅灰	中砂	普通高效减水剂	水
						1000	250	250	1100	30	250

经测试，采用对照组的配方制得的超高性能混凝土的工作性能和力学性能如下：

综上所述，本发明提供的具有高工作性的高韧性混凝土与普通的超高性能混凝土相比，具有更好的流动性和可操作性，强度高、韧性好，工作性能优良。具体来说，本发明的具有高工作性的高韧性混凝土在制作过程中，通过引入水化硅酸钙凝胶溶液早强型减水剂作为外加剂，能够有效激发矿物掺合料和水泥的水化，有效提高了该有高工作性的高韧性混凝土的早期强度，纤维对混凝土增强、增韧效果关键在于纤维与混凝土砂浆之间的有效结合。外加剂的加入推进了水化反应的进程，能有效改善纤维与混凝土基体结合界面层原本疏松的结构与性状，减小了界面层与砂浆基体的差异，强化了原始界面的力学性能，提高了纤维与砂浆基体间的粘结程度，增强了粘结效果，有效提高了该有高工作性的高韧性混凝土的韧性。另一方面，较传统的超高性能混凝土，本发明提供的有高工作性的高韧性混凝土纳米材料掺量较低，需水量较小，有利于提高混凝土的强度。而且外加剂掺入量容易控制，且外加剂与纳米材料适应性好，混凝土的粘度低且不易离析，从而获得流动性、稳定性、可塑性俱佳的超高性能混凝土。同时，混凝土与纤维的粘结力提升后，可采用较短的，形态平直的纤维，避免了纤维的团聚，这样，在保持同样力学性能的情况下就能获得较高的混凝土和易性。进一步地，悬浮液形态的外加剂可有效提高该有高工作性的高韧性混凝土的稳定性，不易离析，有较好的可塑性，提高了纤维增强超高性能混凝土通过钢筋间距的能力。此外，该具有高工作性的高韧性混凝土提高了混凝土的质量，从而改善了施工环境，提高了施工效率，节省了施工成本。本发明的具有高工作性的高韧性混凝土的制作方法简便，可在常温下进行，具有较好的环保和经济价值。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有高工作性的高韧性混凝土，其特征在于，组成为：水泥、高强纤维、纳米材料、中砂、外加剂和水，各成分的单方用量配比kg/m³如下：

所述外加剂为水化硅酸钙凝胶溶液早强减水剂，所述外加剂组成为钙质材料、硅质材料、凝胶分散剂和水，其中钙质材料和硅质材料的重量比为0.3～3：1，外加剂中水的重量与钙质材料和硅质材料的总重量比为5～30：1，凝胶分散剂的质量分数为0.01％～0.50％。

2.根据权利要求1所述的具有高工作性的高韧性混凝土，其特征在于，所述高强纤维为微丝钢纤维或有机材质类高强纤维，所述微丝钢纤维的长径比为30～100，抗拉强度≧2000MPa,有机材质类高强纤维的抗拉强度≧450MPa。

3.根据权利要求1所述的具有高工作性的高韧性混凝土，其特征在于，所述纳米材料的比表面积≥15m²/g。

4.根据权利要求1所述的具有高工作性的高韧性混凝土，其特征在于，所述中砂的细度模数为2.3～3.0。

5.根据权利要求1所述的具有高工作性的高韧性混凝土，其特征在于，所述纳米材料包含纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、硅灰中的一种或几种。

6.根据权利要求1至5任一项所述的具有高工作性的高韧性混凝土的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、向搅拌机内加入水泥、中砂和纳米材料，并搅拌30s；

步骤二、加入外加剂和水，并搅拌120-240s；

步骤三、加入高强纤维，并搅拌30s，完成所述具有高工作性的高韧性混凝土的配制。