CN107226649A - 低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，涉及一种新型材料，包括按重量计份的如下配料：水泥650‑800份、粉煤灰漂珠50‑100份、硅灰150‑200份、偏高岭土30‑50份、磷石膏30‑50份、膨胀剂50‑100份、细骨料1100‑1200份、微细钢纤维100‑200份、水150‑250份和聚羧酸系高性能减水剂10‑20份；本发明还公开了制备这种低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土的方法。本发明制备工艺简单，采用常规工艺即可制备出粘度低且自收缩小等各方面性能优良的超高性能混凝土，且不需要采用热养护制度，达到免蒸养的目的。

Description

低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型材料。更具体地说，本发明涉及一种低粘度低收缩免蒸养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，简称UHPC)，不同于传统的高强混凝土(HSC)和钢纤维混凝土(SFRC)，指的是力学性能、耐久性能等各项性能都远超普通混凝土和高性能混凝土的一种新型水泥基工程材料。但目前国内研发出的超高性能混凝土在制备和应用过程中还存在诸多问题：(1)制备工艺复杂。超高性能混凝土是根据最大密实度理论进行配制的，制备时要对原材料的粒级进行优化，使原材料可以达到最紧密堆积状态。此外，由于UHPC的性能受养护制度的影响较大，为了使其获得较高的力学性能，需要采用热养护制度，因此目前更适宜在工厂中进行预制生产。(2)生产成本高。不同于普通混凝土，制备超高性能混凝土时所使用的主要原材料包含水泥、硅灰，石英砂，微细钢纤维，高效减水剂等，原材料成本较高导致制备超高性能混凝土时需要较大的投入，使超高性能混凝土的推广、应用受到制约。(3)自收缩大。在制备超高性能混凝土时，所使用的水胶比通常在0.2左右，甚至更低，并掺入以硅灰为主的很多活性粉末材料，此外水泥用量与普通混凝土相比要高很多，所以超高性能混凝土在早期水化过程中产生十分大的自收缩，且水化时产生的热量很大。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种超高性能混凝土及其制备方法，且本发明的超高性能混凝土具有低粘度低收缩免蒸养的性能。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，包括按重量计份的如下配料：水泥650-800份、粉煤灰漂珠50-100份、硅灰150-200份、偏高岭土30-50份、磷石膏30-50份、膨胀剂50-100份、细骨料1100-1200份、微细钢纤维100-200份、水150-250份和聚羧酸系高性能减水剂10-20份；其中所述水泥为强度不低于42.5级的硅酸盐水泥；所述硅灰的SiO2含量大于95％，比表面积不小于15000m2/kg；所述磷石膏比表面积不小于800m2/kg；所述细骨料为细度模数2.3-3.0的Ⅱ区河砂，含泥量不大于0.5％，氯化物含量不大于0.02％。
优选的是，所述粉煤灰漂珠的平均粒径为1-5μm，比表面积在3000-3600m2/kg。
优选的是，所述偏高岭土是由高岭土在600-900℃下煅烧而来。
优选的是，所述微细钢纤维的长径比为40:1-100:1。
优选的是，所述聚羧酸系高性能减水剂的减水率不低于30％。
优选的是，所述膨胀剂为氧化钙和氧化镁的复合型膨胀剂。
使用粉煤灰漂珠作为矿物掺和料的目的在于：粉煤灰漂珠是一种能浮于水面的粉煤灰空心球，壁薄中空，重量很轻，化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主，具有活性高、低水化热、强度高、流动性好等优点。粉煤灰漂珠加入到超高性能混凝土中，可以发挥三种效应——火山灰效应、微集料效应及形态效应。超高性能混凝土内均匀分布的粉煤灰微珠，在早期产生的主要作用是物理作用，即发挥微集料效应与形态效应，可以大幅度降低超高性能混凝土的粘度，后期粉煤灰漂珠产生的主要作用是化学活性作用，即火山灰效应。
使用偏高岭土作为矿物掺和料的目的在于：偏高岭土具有较高的火山灰活性，具有超级火山灰材料之称。硅灰的使用会使超高性能混凝土的自收缩增加，偏高岭土具有补偿收缩的微膨胀性能，此外能够加速水泥的水化，早期强度高，后期强度不断增长，提高超高性能混凝土的综合性能。偏高岭土在超高性能混凝土的作用主要体现在：(1)加速水泥水化反应效应，偏高岭土掺入超高性能混凝土中，其活性Al2O3与SiO2迅速与水泥水化生成的氢氧化钙起反应，促进水泥的水化反应进行；(2)填充效应，偏高岭土可以填充水泥颗粒之间间隙，完善混凝土的连续颗粒堆积体系；(3)火山灰反应，偏高岭土有大量断裂的化学键，表面能很大，迅速吸收部分氢氧化钙产生二次水化反应，促进钙矾石和C-S-H凝胶生成。常温养护下强度超过120MPa，这是其他超高性能混凝土所不能实现的，将其作为超高性能混凝土的矿物掺合料，是实现偏高岭土有效利用的一种好途径，具有显著的经济效益。
使用磷石膏作为矿物掺和料的目的在于：磷石膏是一种超细酸性的工业固体废弃物，其颗粒越细则其比表面积越大，增加了与水接触的面积，加快了自身Ca2+和SO4 2-的溶出速率，也就是加快了钙矾石的晶体成核速率，这对于胶凝材料早期强度的形成有巨大的促进作用，磷石膏加入超高性能混凝土中，起到优化颗粒级配和硫酸盐激发硅灰和偏高岭土的效果。磷石膏颗粒的细小，可充分发挥其物理密实填充作用；其次，胶凝材料体系中的硅灰和偏高岭土在硅酸盐水泥提供的碱激发作用和磷石膏的硫酸盐激发作用下发生水化反应，水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶，钙矾石与C-S-H凝胶相互交织在一起，形成空间网状结构，填充了硬化水泥浆体的表面、孔洞和缝隙，形成了一个致密的整体。这是其他超高性能混凝土所不能实现的，将其作为超高性能混凝土的矿物掺合料，是实现磷石膏有效利用的一种好途径，具有显著的经济效益。
使用复合型膨胀剂的目的在于：在制备超高性能混凝土时，所使用的水胶比通常在0.2左右，甚至更低，并掺入以硅灰为主的很多活性粉末材料，此外水泥用量与普通混凝土相比要高很多，所以超高性能混凝土在早期水化过程中产生十分大的自收缩，且水化时产生的热量很大。复合型膨胀剂的加入，早期膨胀组分氧化钙和中后期膨胀组分氧化镁的加入，实现了对超高性能混凝土的分阶段全过程的收缩抑制。
本发明还提供了一种制备低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：在室温20±3℃条件下，将级配良好的细骨料和微细钢纤维混合，得到A组分；将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、偏高岭土、磷石膏和膨胀剂混合，得到B组分；将聚羧酸系高性能减水剂和水混合，得到C组分；先将A组分置于卧轴式混凝土搅拌机中搅拌混合60秒，再将B组分加入并搅拌混合60秒，再将C组分加入搅拌机中搅拌6-8分钟，最后采用标准养护，即得成品。
本发明至少包括以下有益效果：
1.本发明制备工艺简单，采用常规工艺即可制备出各方面性能优良的超高性能混凝土。
2.本发明不需要采用热养护制度，达到免蒸养的目的。
3.本发明使用来源广泛且价格低廉的替代性环保型原材料，降低生产成本且减少环境污染。
4.本发明制备的超高性能混凝土具有粘度低且自收缩小。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
对比例1
一种超高性能混凝土，包括按重量计份的如下配料：水泥933份、硅灰187份、河砂1120份、微细钢纤维157份、水190份和聚羧酸系高性能减水剂16份。
实施例2
一种超高性能混凝土，包括按重量计份的如下配料：水泥773份、粉煤灰漂珠50份、硅灰187份、偏高岭土30份、磷石膏30份、膨胀剂50份、河砂1120份、微细钢纤维157份、水190份和聚羧酸系高性能减水剂16份。
实施例3
一种超高性能混凝土，包括按重量计份的如下配料：水泥672份、粉煤灰漂珠93份、硅灰187份、偏高岭土42份、磷石膏42份、膨胀剂84份、河砂1120份、微细钢纤维157份、水190份和聚羧酸系高性能减水剂16份。
实施例4
对对比例1和实施例2、实施例3的配料，按照以下步骤制备超高性能混凝土。
在室温20±3℃条件下，将级配良好的河砂和微细钢纤维混合，得到A组分；将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、偏高岭土、磷石膏和膨胀剂混合，得到B组分；将聚羧酸系高性能减水剂和水混合，得到C组分；先将A组分置于卧轴式混凝土搅拌机中搅拌混合60秒，再将B组分加入并搅拌混合60秒，再将C组分加入搅拌机中搅拌6-8分钟，最后采用标准养护，即得成品。
对对比例1和实施例2、实施例3的配料，按照实施例4的方法制备的超高性能混凝土进行检测，检测结果如表1所示。需要说明的是，所有实施例中相同的组分，除了加入的重量份数不一样，其它均相同。
表1超高性能混凝土的检测结果
表1中，对比例1为制备的普通超高性能混凝土的检测结果，实施例2和实施例3是本发明制备的超高性能混凝土的检测结果。
从表1中可以看出，本发明制备的超高性能混凝土相比于普通超高性能混凝土，其坍落度和坍落扩展度都高，说明本发明制备的超高性能混凝土相比于普通超高性能混凝土粘度低；同时从表中还可以看出强度高，能达到抗折强度25.6MPa、抗压强度149.4MPa。
从表1中还可以看出，本发明制备的超高性能混凝土相比于普通超高性能混凝土，自收缩小，实施例3中7d自收缩为308με，比实施例1中普通的超高性能混凝土的7d自收缩664με小了一半多。
从实施例4中可以看到，本发明的超高性能混凝土的制备工艺简单，采用常规工艺，且仅需标准养护即可，不需要采用热养护制度，达到免蒸养的目的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，包括按重量计份的如下配料：水泥650-800份、粉煤灰漂珠50-100份、硅灰150-200份、偏高岭土30-50份、磷石膏30-50份、膨胀剂50-100份、细骨料1100-1200份、微细钢纤维100-200份、水150-250份和聚羧酸系高性能减水剂10-20份；
其中所述水泥为强度不低于42.5级的硅酸盐水泥；
所述硅灰的SiO2含量大于95％，比表面积不小于15000m2/kg；
所述磷石膏比表面积不小于800m2/kg；
所述细骨料为细度模数2.3-3.0的Ⅱ区河砂，含泥量不大于0.5％，氯化物含量不大于0.02％。
2.如权利要求1所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰漂珠的平均粒径为1-5μm，比表面积在3000-3600m2/kg。
3.如权利要求1所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，所述偏高岭土是由高岭土在600-900℃下煅烧而来。
4.如权利要求1所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，所述微细钢纤维的长径比为40:1-100:1。
5.如权利要求1所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，所述聚羧酸系高性能减水剂的减水率不低于30％。
6.如权利要求1所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为氧化钙和氧化镁的复合型膨胀剂。
7.一种如权利要求1-6任一所述的低粘度低收缩免蒸养的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在室温20±3℃条件下，将级配良好的细骨料和微细钢纤维混合，得到A组分；将水泥、粉煤灰漂珠、硅灰、偏高岭土、磷石膏和膨胀剂混合，得到B组分；将聚羧酸系高性能减水剂和水混合，得到C组分；先将A组分置于卧轴式混凝土搅拌机中搅拌混合60秒，再将B组分加入并搅拌混合60秒，再将C组分加入搅拌机中搅拌6-8分钟，最后采用标准养护，即得成品。
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