CN106946520A - 一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土及其制备方法,组分包括胶凝材料、骨料、水、聚羧酸高效减水剂和钢纤维；本发明将各原料按照一定顺序混合后采取自然养护的方法获得成品。本发明将玄武岩碎石作为粗骨料掺入到了超高性能混凝土中，能够有效抑制超高性能混凝土的收缩，在强度降低幅度较小的情况下，能够大幅度降低超高性能混凝土的生产成本，且养护方法简单，便于工程实际运用。

Description

一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)因具有超高强度、高工作性能和高耐久性，相比普通混凝土而言，相同截面下具有更高的承载能力和更好的耐久性，从而可以减小结构构件的截面尺寸，减轻了结构自身的重量，增大了建筑物的空间，使得建筑朝着高层化、轻质化、大跨化和高耐久性方面发展，这也是建筑结构未来发展的方向。UHPC除了具有上述三种优秀的性能外，还具有优越的抗渗、抗爆、抗冲击的性能，可用于核电站和重要军事建筑物等对抗渗和抗爆具有严格的要求的建筑物。
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)是以水泥和矿物等活性粉末材料、细骨料、外加剂、高强度钢纤维等原料生产而成的超高强增韧混凝土，其通过提高组分的细度和活性来提高材料的致密度，达到提高材料性能的目的。此外，由于RPC胶凝材料含量高，去除了粗骨料，养护制度要求采用高温养护，生产成本高，同时自收缩现象严重，导致其在工程实际运用中较少。
超高性能混凝土是当前混凝土材料领域研究的热点，目前主要集中在实验室的力学性能和耐久性研究，没有一个可用的标准配合比，且现有UHPC的制作成本较高，养护条件苛刻，自收缩现象严重，严重限制了其在实际工程中的应用。将玄武岩粗骨料按照一定的配比掺入到现有的一些UHPC配比中，采用标准养护条件，在强度降低不高的前提下，可有效的限制超高性能混凝土的自收缩，降低生产成本，简化养护工艺，具有显著的工程实际应用价值。
发明内容
为解决超高性能混凝土制作成本高、自收缩现象严重、养护条件苛刻的问题，本发明设计了一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土及其制备方法。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，每立方米按各组分的质量份数进行计算：
胶凝材料：850～950kg/m3，其中包括：水泥595～665kg/m3，硅灰85～95kg/m3，粉煤灰170～190kg/m3；
骨料：包括细骨料480～530kg/m3，粗骨料720～800kg/m3；
钢纤维：157kg/m3；
聚羧酸高效减水剂：21.25～23.75kg/m3，减水率高达35％；
水：153～171kg/m3，保持胶凝材料与水形成的拌合物水胶比为0.18。
所述的超高性能混凝土原材料主要由水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂、玄武岩粗骨料、聚羧酸减水剂、钢纤维构成。
所述的水泥选用52.5级或者52.5R级的普通硅酸盐水泥，28天抗折强度不得小于60MPa，水泥中铝酸三钙C3A的含量不超过6.5％，C3S含量高。
所述的硅灰为粉末状，二氧化硅的含量不得低于95％，平均粒径在0.1～0.2μm，比表面积为18～25m2/g。
所述的粉煤灰为Ⅰ级，烧失量不大于2.0％，比表面积为1000～1300cm2/g。
所述的细骨料为石英砂，二氧化硅的含量≥97％，所述的细骨料细度模数为1.8～2.5，粒径为0.4～0.7mm，平均粒径为0.55mm。
所述的粗骨料为玄武岩，由5～10mm和10～20mm的两种规格的粒径按质量比3：7均匀混合而成，压碎指标不超过5％，含泥量为0％。
所述的聚羧酸高效减水剂掺量为胶凝材料质量的2.5％，固体含量为25％，减水率高于35％，掺量为胶凝材料质量的2.5％。
所述的钢纤维为剪切波纹型，能有效提高与混凝土之间粘结力和抗拔力，施工方便，长度为15～30mm，抗拉强度为600～900MPa，密度为7.85kg/cm3，体积掺量为2％。
所述的超高性能混凝土采用标准养护机制，养护温度为20±2℃，相对湿度保持在95％以上。
上述含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土中，所述的拌合物28天立方体抗压强度达到了120MPa以上。
本发明提供了一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：按设计比例先将细骨料、两种粒径的玄武岩粗骨料和胶凝材料中速搅拌，使细骨料和胶凝材料拌合均匀后，加入聚羧酸高效减水剂的水溶液，其中水的量为设计量70％的水，搅拌3-5min后加入余量的水继续搅拌，充分混合后，均匀的撒入钢纤维，同时高速搅拌使其充分混合，最后将拌合好的浆体倒入钢模中，测定拌合物的坍落度及扩展度，使其扩展度保持在550±30mm，即得到成品。
所述成品的养护采取标准养护，浇筑1d后拆模，在温度20±2℃，湿度＞95％的条件下养护，即得。
所述中速搅拌的转速为60r/min；所述高速搅拌的转速为120r/min。
本发明将玄武岩碎石作为粗骨料掺入到了超高性能混凝土中，能够有效抑制超高性能混凝土的收缩，在强度降低幅度较小的情况下，能够大幅度降低超高性能的生产成本，且养护方法简单，便于工程实际运用。
本发明取得的技术效果如下：
第一，本发明在保证超高性能混凝土各方面性能的前提下，在活性粉末的基础上掺入了玄武岩粗骨料，降低了超高性能混凝土的生产成本；第二，由于不含粗骨料的超高性能混凝土自收缩现象较为严重，粗骨料的掺入在一定程度上能够抑制UHPC的自收缩；第三，本发明采取了自然养护的方式进行养护，简化了养护工艺；第四，本发明的粗骨料采用玄武岩，其抗压强度较高约为UHPC抗压强度的2.5倍，耐久性也较好，因其气孔较多可减轻混凝土的自身重量；第五，玄武岩粗骨料采用5～10mm和10～20mm两种规格的粒径按质量比3：7均匀混合而成，能够实现良好的颗粒级配，对UHPC力学性能的负影响减小到最小。
具体实施方式
实施例1
本发明制备了一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，其原料配合比(按1m3的混凝土材料用量)及性能如下：
水泥为P·Ⅱ52.5级普通硅酸盐水泥，比表面积为400m2/kg，28d抗压强度58MPa；硅灰：SiO2含量大于95％，比表面积为20000m2/kg，密度为625kg/m3；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，烧失量不大于2％，密度为2.0g/cm3。
细骨料：石英砂，SiO2含量＞99％，Ⅱ区中砂，含泥量小于0.5％，密度为2.63g/cm3。
粗骨料：为玄武岩，由5～10mm和10～20mm的两种规格的粒径按质量比3：7均匀混合而成，表观密度为2.82g/cm3，压碎指标不超过5％，含泥量为0％，无针片状颗粒。
减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率大于30％，固含量不小于25％。
水：自来水。
钢纤维：剪切波纹型，与混凝土之间有着较好的粘结力和抗拔力，施工方便，长度为15～30mm，长径比为50～60，抗拉强度为600～900MPa，密度为7.85kg/cm3，体积掺量为2％。
本实施实例制备的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，原材料配合比(1m3超高性能混凝土各原材料用量)如表1所示：|
表1含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土配合比设计(kg/m3)
本发明还提供了一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土的制备方法，详细步骤如下：
步骤1：按配合比称量石英砂、两种粒径的玄武岩粗骨料，倒入强制式搅拌机以快速(60r/min)搅拌均匀，搅拌时间为1min，形成拌合物；
步骤2：按配合比称量水泥、硅灰、粉煤灰倒入强制式搅拌机内，搅拌3min，使骨料和胶凝材料拌合均匀；
步骤3：将聚羧酸高效减水剂和设计量70％的水混合后一起倒入搅拌机内，搅拌3min，形成粘稠浆体；
步骤4：将余下的水倒入步骤3中的粘稠浆体中，继续搅拌2-3min；至超高性能混凝土具有较好的流动性；
步骤5：将钢纤维均匀撒入步骤4中的液态浆体中，快速搅拌2min；
步骤6：将拌合好的浆体倒出，按照标准测定其扩展度，倒入100mm×100mm×100mm的三联试模中，置于振动台上振动30s，静置密封养护一天。
步骤7：一天后拆模，采取标准养护的方式养护28天，温度20±2℃，湿度＞95％。
含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土性能检测：
根据《GB/50152-2012混凝土结构试验方法标准》，测得所发明的超高性能混凝土扩展度为526mm，立方体抗压强度7天为105MPa，14天为118MPa，28天为134MPa，56天为142MPa。
实施例2
本实施实例制备的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，原材料配合比(1m3超高性能混凝土各原材料用量)如表2所示：
表2含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土配合比设计(kg/m3)
原料要求及制备方法同实施例1。
实施例3
本实施实例制备的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，原材料配合比(1m3超高性能混凝土各原材料用量)如表3所示：
表3含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土配合比设计(kg/m3)
原料要求及制备方法同实施例1。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，其特征在于：包括下述配比的原料：
胶凝材料：850～950kg/m3，其中包括：水泥：595～665kg/m3，硅灰：85～95kg/m3，粉煤灰：170～190kg/m3；
骨料：包括细骨料：480～530kg/m3，粗骨料：720～800kg/m3；
水：153～171kg/m3；
聚羧酸高效减水剂：21.25～23.75kg/m3；
钢纤维：157kg/m3；
所述水与胶凝材料的水胶比为0.18～0.2；
所述的聚羧酸高效减水剂掺量为胶凝材料质量的2.5％。
2.如权利要求1所述的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，其特征在于：所述的水泥为强度等级为52.5级或52.5R级的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥；所述的硅灰要求二氧化硅含量不低于95％，平均粒径为0.2μm。
3.如权利要求1所述的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，其特征在于：所述的细骨料为机制石英砂，SiO2的含量≥97％，其粒径为0.4～0.7mm，平均粒径为0.55mm，Ⅱ区中砂；所述的粗骨料为玄武岩，由粒径范围5～10mm和10～20mm的两种材料按质量比小粒径：大粒径＝3:7比例混合而成；所述的粉煤灰为Ⅰ级，烧失量不大于2.0％，比表面积为1000～1300cm2/g。
4.如权利要求1所述的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土，其特征在于：所述的钢纤维抗拉强度为600～900MPa，体积参量为2％；所述的聚羧酸高效减水剂固体含量大于20％，减水率高达35％以上。
5.一种制备如权利要求1所述的含玄武岩粗骨料的超高性能混凝土的方法，其特征在于：步骤如下：按设计比例先将细骨料、两种粒径的玄武岩粗骨料和胶凝材料中速搅拌，使细骨料和胶凝材料拌合均匀后，加入聚羧酸高效减水剂的水溶液，其中水的量为设计量70％的水，搅拌3-5min后加入余量的水继续搅拌，充分混合后，均匀的撒入钢纤维，同时高速搅拌使其充分混合，最后将拌合好的浆体倒入钢模中，测定拌合物的坍落度及扩展度，使其扩展度保持在550±30mm，即得到成品。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述成品的养护采取标准养护，浇筑1d后拆模，在温度20±2℃，湿度＞95％的条件下养护，即得。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述中速搅拌的转速为60r/min；所述高速搅拌的转速为120r/min。
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