CN107935505B

CN107935505B - 一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法

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Publication number: CN107935505B
Application number: CN201711233051.9A
Authority: CN
Inventors: 丁庆军; 鄢鹏; 胡曙光; 刘沐宇; 刘勇强; 耿春东; 叶强; 汪迪; 李宏斌
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: CN107935505A

Abstract

本发明公开了一种轻质低收缩超高性能混凝土，它以水泥、粉煤灰微珠、硅灰、陶砂、镀铜钢纤维、减缩降粘型减水剂、保水减缩内养护剂和水为主要原料制备而成。本发明采用陶砂作为集料，降低混凝土自重，并采用预拌工艺在陶砂表面形成高强、致密的“拱壳”界面区，提高界面强度和混凝土的力学性能、抗渗性能；采用减缩降粘型减水剂和粉煤灰微珠，改善混凝土的工作性能和密实性；利用预湿陶砂和开发的保水减缩内养护剂延缓混凝土内部湿度的降低，降低混凝土自收缩和干燥收缩，提高混凝土的体积稳定性。本发明所述轻质低收缩超高性能混凝土在降低混凝土自重的同时，可兼具良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，具有重要的实际应用价值。

Description

一种轻质低收缩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领域，具体涉及一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

现如今，混凝土桥面板桥梁正逐步向大跨径、高重载、轻质化、高耐久等方向发展，对混凝土材料的各项性能提出了新的要求，而普通混凝土桥面板由于具有强度低、自重大、易损伤等缺点，已不能满足工程实际的需要。与普通混凝土相比，超高性能混凝土具有以下优点：剔除了粗骨料，提高了骨料的均质性；优化了细骨料的级配，增大了骨料的密实度；掺入具有微集料填充效应和火山灰火系的超细活性矿物掺合料，降低了孔隙率，优化了内部孔结构；加入了纤维，改善了混凝土材料的韧性；通常采用高温高压养护，因而具有超高强度和超高韧性，常被用来制备预制混凝土构件，在桥梁结构中具有广阔的应用前景。

但目前超高性能混凝土仍存在以下问题：超高性能混凝土由于其在制备过程中水胶比较低、超细颗粒用量较高，因而表现出粘性大和坍落度损失大的缺点，不利于其浇筑施工；超高性能混凝土水泥用量较高，内部含有大量未水化的水泥颗粒，这些未水化的水泥颗粒在混凝土结构使用过程中可能会继续水化，从而影响混凝土结构的尺寸稳定性；若采用轻集料制备，由于轻集料自身强度的限制，超高性能混凝土存在一个强度极限，并且抗折强度较低，具有高脆性等缺点，这些缺点都限制了它在土木工程领域的广泛应用。针对以上超高性能混凝土存在的问题，急需提供一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法，使混凝土在降低自重、提高韧性的同时，保有良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，更好地服役于各种混凝土结构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法，所述超高性能混凝土具有良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，在保证高强度和高韧性的同时可有效降低混凝土自重，具有重要的实际推广价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种轻质低收缩超高性能混凝土，各组分及其含量包括：水泥650～800kg/m³，粉煤灰微珠180～300kg/m³，硅灰130～200kg/m³，陶砂610～710kg/m³，镀铜钢纤维100～200kg/m³，减缩降粘型减水剂12.5～18.5kg/m³，保水减缩内养护剂4.5～8.0kg/m³，水140～160kg/m³。

根据上述方案，所述水泥为P·O42.5或P·O52.5硅酸盐水泥。

根据上述方案，所述粉煤灰微珠烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，球形颗粒体积率≥95％。

根据上述方案，所述硅灰的SiO₂质量含量≥95％，比表面积≥15500m²/kg，28d活性指数≥100％。

根据上述方案，所述陶砂为1～5mm连续级配陶砂，筒压强度≥7.5MPa，堆积密度550～670kg/m³，表观密度1350～1500kg/m³，饱和面干吸水率6.0～9.0％。

根据上述方案，所述镀铜钢纤维的公称长度为10～16mm，当量直径为0.18～0.35mm，断裂强度≥3000MPa，弹性模量为40～60GPa。

根据上述方案，所述减缩降粘型减水剂的制备方法包括以下步骤：

1)将马来酸酐加入到反应容器中，加热升温至45～60℃使其完全熔化，再加入二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸，加热至125～135℃，恒温酯化4～5.5h，冷却后抽滤提纯，得具有减缩功能的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体，其中马来酸酐、二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸的质量比为1:(0.25～0.65):(0.03～0.06)；

2)将步骤1)制得的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠加入水中，加热升温至70～95℃，滴加烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵水溶液，在70～95℃下恒温反应3～4h，冷却至室温后加入NaOH溶液(质量浓度35～45％)调节pH值至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂A，其中二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵的质量比为1:(1.2～2.0):(0.1～1.1):(0.7～1.3):(0.03～0.07)；

3)将甲基丙烯酸、聚乙二醇单甲醚、反应催化剂、副反应抑制剂、分散带水剂加入到反应容器中，加热升温至78～80℃后，恒温50～70min，再加热升温至反应体系共沸，恒温5～7h，冷却后除去杂质，得到具有降粘功能的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体；其中甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚质量比为1:(4.2～4.6)，反应催化剂、副反应抑制剂和分散带水剂的添加量分别为甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚总质量的6～11％、0.03～0.4％和80～85％；所述反应催化剂由甲苯磺酸和活性炭按质量比1:(0.9～1.1)配制而成，副反应抑制剂由苯二酚和对羟基苯甲醚按质量比1:(0.9～1.1)配制而成，分散带水剂由甲苯和环己烷按质量比1:(0.24～0.27)配制而成；

4)将步骤3)制得的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体和甲基烯丙基磺酸钠加入双氧水中，水浴加热至95～100℃后恒温15～20min，同时滴加甲基丙烯酸和维生素C的混合水溶液，在95～100℃下恒温反应4～5h，冷却至室温后加入NaOH溶液(质量浓度35～45％)调节pH值至中性，得到降粘型聚羧酸减水剂B，其中甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸和维生素C的质量比为1:(2.2～2.4):(3.5～3.8):(0.02～0.04)；

5)将步骤2)制得的减缩型聚羧酸减水剂A和步骤4)制得的降粘型聚羧酸减水剂B按质量比1:(0.7～1.2)进行复配，得所述减缩降粘型减水剂。

根据上述方案，所述保水减缩内养护剂的制备方法包括以下步骤：

1)将二丙二醇单丁醚和丁二酸酐按1:(1.3～1.6)的摩尔比混合，在120～150℃下反应200～280min，缩合成具有减缩功能的单体L；

2)将木薯捣碎，置于清水中充分搅拌后沉淀，滤除木薯渣得到包含木薯淀粉的悬浊液，将悬浊液加水稀释，静置15～20min后去除上层清液，收集沉淀物得木薯淀粉；

3)向步骤2)所得木薯淀粉中加入2.5～3倍质量的水，然后在55～65℃水浴条件下加热120～150min，再加入聚丙烯酸钠保水剂和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，控制木薯淀粉、聚丙烯酸钠保水剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量比为1:(0.2～0.3):(0.4～0.5)，继续搅拌20～30min，向溶液中滴加甲基丙烯酸甲酯和步骤1)合成的单体L，控制木薯淀粉、甲基丙烯酸甲酯、单体L的质量比为1:(0.04～0.06):(0.3～0.4)，恒温反应25～30min后得粗产物；

4)将步骤3)所得粗产物放入丙酮中浸泡100～120min后，在索氏提取器中抽提循环4次共24h，洗涤干燥后粉磨至60μm方孔筛余≤6％，得到保水组分M；

5)将白云岩在1150～1250℃下预煅烧30～40min，然后进行粉磨，将粉磨所得粉料与硅铁粉和萤石粉混合，各组分及其所占质量百分比分别为粉料70～80％、硅铁粉15～20％、萤石粉5～10％，然后在1180～1220℃的温度和真空条件下还原煅烧50～60min，冷却后，将所得产物与石膏按1:(15～20)的质量比例混合，最后粉磨至比表面积300～320m²/kg且60μm方孔筛余≤6％，得膨胀组分N，其中CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃和Fe₂O₃所占质量百分数分别为25～30％、15～20％、30～40％、5～10％和3～7％；

6)将步骤4)制得的保水组分M与步骤5)制得的膨胀组分N按照质量比(2.5～3.5):1进行复配，然后粉磨10～15min并过200目筛，制得所述保水减缩内养护剂。

根据上述方案，所述水为普通自来水，符合《混凝土用水标准》JGJ63的要求。

上述一种轻质低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各组分及其含量包括：水泥650～800kg/m³，粉煤灰微珠180～300kg/m³，硅灰130～200kg/m³，陶砂610～710kg/m³，镀铜钢纤维100～200kg/m³，减缩降粘型减水剂12.5～18.5kg/m³，保水减缩内养护剂4.5～8.0kg/m³，水140～160kg/m³；

2)将陶砂放入水中浸泡至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌均匀，加入粉煤灰微珠和保水减缩内养护剂继续干拌均匀，随后倒入水和超分散降粘型外加剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维继续搅拌均匀；最后进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜进行薄膜养护后拆模进行标准养护或蒸汽养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。

本发明所得轻质低收缩超高性能混凝土的表观密度为1950～2050kg/m³，较一般超高性能混凝土降低自重18％以上，同时抗压强度等级可达C100以上，56d干燥收缩率小于330×10^-6，并具有良好的工作性能、力学性能以及体积稳定性，且原料来源广泛、不受地域限制，可有效提升混凝土构件的韧性和耐久性能，降低混凝土构筑物的自重，具有重要的实际应用价值。

本发明采用的原理为：

1)本发明采用陶砂作为集料制备超高性能混凝土，一方面可有效降低混凝土的表观密度，减轻混凝土构筑物的自重；另一方面，陶砂表面多孔、粗糙，内部含有大量毛细孔，该结构不仅提高了陶砂与水泥砂浆之间的粘结强度，且陶砂具有“微泵”效应，经过清水浸泡后的预湿陶砂在混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，同时提高混凝土的密实性和强度；使用陶砂能有效避免混凝土的碱集料反应问题，从而使建筑物的使用寿命延长，提高超高性能混凝土的耐久性能。此外，在混凝土制备过程中，提前在预湿陶砂表面包覆一层水泥、硅灰，可在陶砂与胶凝浆体结合处形成高强、致密的“拱壳”界面区，均匀分散陶砂所受压应力，从而有效避免了陶砂自身强度较低的问题，并且阻止有害离子在硬化浆体毛细孔中迁移，提高了轻质超高性能混凝土的力学性能和抗渗性能。

2)本发明采用的减缩降粘型减水剂，一方面减缩功能单体二甘醇单丁醚马来酸酐单酯的引入能够大幅度降低混凝土气-液的表面张力，并改善硬化水泥浆体的孔结构，减缓内部孔隙中水分的蒸发速度，降低由于毛细孔失水而产生的毛细管张力，从而实现其对混凝土的抑制收缩作用；另一方面，在降粘功能组分的分子结构中引入较多的憎水基团，降低体系的表面张力，从而在拌合水不变的情况下保留一定量的自由水，同时降粘功能组分的平均分子量只有普通聚羧酸减水剂的三分之一，在自由水中有着更高的自由度，更能够舒展减水剂的分子链，使其能够大量快速吸附在水泥颗粒表面，最终使混凝土表现出低粘度高流动性。

3)本发明采用的保水减缩内养护剂中的保水组分主要为有机-无机高分子的复合物，该复合物具有三维条带状网络结构和敞开孔结构，为吸附和储藏水分提供了较大空间，并且含有大量羟基可通过氢键作用吸附水分子，因此具有很高的吸水倍率，可以在水泥浆体的水化过程中缓慢释放出水分，为混凝土中胶凝浆体的后期水化和膨胀组分后期膨胀作用提供水分保证；同时在主链上引入的减缩基团可以降低混凝土内部毛细孔的表面张力，减少因水分蒸发产生的压应力，从而进一步减小了混凝土的干燥收缩；保水减缩内养护剂中的膨胀组分在早期水化过程中，由于CaO和MgO被包裹在C₄AF矿物中不能参与反应，膨胀作用受到了抑制；随着水化的继续，C₄AF层被破坏，逐渐释放出的CaO和MgO与自由水发生反应生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂晶体，产生体积膨胀，并且在保水组分的持续释水作用下，对混凝土起到持续补偿收缩的作用，保水减缩内养护剂中的保水组分和膨胀组分共同起到了内养护减缩作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)采用预湿陶砂作为集料制备超高性能混凝土，可有效降低超高性能混凝土的表观密度，利用其内养护作用可一定程度改善目前超高性能混凝土收缩大的问题，同时结合预拌工艺促进陶砂周围浆体形成高强、致密的“拱壳”界面区，提高了轻质超高性能混凝土的力学性能和耐久性能；此外，可有效解决目前超高性能混凝土常用集料(如石英砂、河砂等)资源匮乏的问题，节约资源能源，符合国家可持续发展战略，改善超高性能混凝土发展受地域资源限制的问题；

2)采用减缩降粘型减水剂和粉煤灰微珠等矿物掺合料，优化混凝土拌合物的工作性能，改善混凝土的密实性和均质性，并进一步降低混凝土的收缩量，提高轻质超高性能混凝土的力学性能和体积稳定性能。

3)本发明结合开发的保水减缩内养护剂以及预湿陶砂的“微泵”效应，有效提升超高性能混凝土的抗裂性能和体积稳定性，同时可优化混凝土的孔结构，改善混凝土的耐久性能。

4)本发明制得的轻质低收缩超高性能混凝土表观密度为1950～2050kg/m³，较一般超高性能混凝土降低自重18％以上，同时抗压强度等级可达C100以上，56d干燥收缩率小于330×10^-6，并具有良好的工作性能、力学性能以及体积稳定性，且原料来源广泛、不受地域限制，可有效提升混凝土构件的韧性和耐久性能，降低混凝土构筑物的自重，适合推广应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，水泥采用华新P·O52.5普通硅酸盐水泥；硅灰由上海天恺硅粉材料有限公司提供，SiO₂质量含量为95％，比表面积17500m²/kg，28d活性指数105％；粉煤灰微珠由京诚嘉德(北京)商贸有限公司提供，烧失量3.5％，需水量比88％，球形颗粒体积率97％；陶砂由宜昌宝珠陶粒开发有限责任公司提供，1～5mm连续级配，筒压强度8.0MPa，堆积密度620kg/m³，表观密度1460kg/m³，饱和面干吸水率7.3％；镀铜钢纤维由武汉新途工程新材料科技有限公司生产，公称长度13mm，当量直径0.25mm，断裂强度3500MPa左右，弹性模量52GPa左右；水为普通自来水。

实施例1～6中所述减缩降粘型减水剂的制备方法包括以下步骤：

1)将马来酸酐加入到反应容器中，加热升温至55℃使其完全熔化，再加入二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸，加热升温至135℃后，恒温酯化4.5h，冷却后抽滤提纯，得到具有减缩功能的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体，其中马来酸酐、二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸的质量比为1:0.55:0.06；

2)将步骤1)制得的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠加入到盛有蒸馏水的反应容器中，加热升温至95℃，滴加烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵水溶液，在95℃下恒温反应4h，冷却至室温后加入NaOH溶液(浓度40％)调节pH值至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂A，其中二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵的质量比为1:1.2:0.3:0.7:0.04；

3)将甲基丙烯酸、聚乙二醇单甲醚、反应催化剂、副反应抑制剂、分散带水剂加入到反应容器中，加热升温至80℃后，恒温70min，再加热升温至反应体系共沸，恒温7h，冷却后除去杂质，得到具有降粘功能的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体，其中甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚质量比为1:4.2，反应催化剂、副反应抑制剂和分散带水剂的添加量分别为甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚总质量的7％、0.2％和80％，所述反应催化剂由甲苯磺酸和活性炭按质量比1:1配制而成，副反应抑制剂由苯二酚和对羟基苯甲醚按质量比1:1配制而成，分散带水剂由甲苯和环己烷按质量比1:0.25配制而成；

4)将步骤3)制得的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体和甲基烯丙基磺酸钠加入盛有双氧水的容器中，水浴加热至95℃后恒温20min，同时滴加甲基丙烯酸和维生素C水溶液，在95℃下恒温反应5h，冷却至室温后加入NaOH溶液(浓度40％)调节pH值至中性，得到降粘型聚羧酸减水剂B，其中甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸和维生素C的质量比为1:2.2:3.5:0.04；

5)将步骤2)制得的减缩型聚羧酸减水剂A和步骤4)制得的降粘型聚羧酸减水剂B按质量比1:1.1进行复配，得到所述减缩降粘型减水剂。

实施例1～6中所述保水减缩内养护剂的制备方法包括以下步骤：

1)将二丙二醇单丁醚和丁二酸酐以1:1.5的摩尔比混合，在130℃下反应240min，缩合成具有减缩功能的单体L；

2)将木薯捣碎，置于清水中充分搅拌后沉淀，滤除木薯渣得到包含木薯淀粉的悬浊液，在悬浊液中加入大量清水进行稀释，静置15min后去除上层清液，收集沉淀物得木薯淀粉；

3)在步骤2)所得木薯淀粉中加入3倍质量的水，置于55℃的水浴锅中搅拌加热130min，再加入聚丙烯酸钠保水剂和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，控制木薯淀粉、聚丙烯酸钠保水剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量比为1:0.2:0.4，继续搅拌30min后，向溶液中滴加甲基丙烯酸甲酯和步骤1)合成的单体L，控制木薯淀粉、甲基丙烯酸甲酯、单体L的质量比为1:0.05:0.3，恒温反应30min后得到粗产物；

4)将步骤3)制得的粗产物放入丙酮中浸泡2h后，在索氏提取器中抽提循环4次共24h，洗涤干燥后粉磨至60μm方孔筛余≤6％，得到保水组分M；

5)将白云岩在1250℃下预煅烧30min，然后进行粉磨并将所得粉料与硅铁粉和萤石粉混合，控制各组分及其所占质量百分比分别为粉料(白云石粉料)75％、硅铁粉18％、萤石粉7％，然后在1180℃的温度及真空条件下还原煅烧1h，冷却后，将所得产物与石膏按1:16的质量比例混合，最后粉磨至比表面积300～320m²/kg且60μm方孔筛余≤6％，得膨胀组分N，其中CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃和Fe₂O₃所占质量百分比分别为29％、19％、37％、8％和5％；

6)将步骤4)制得的保水组分M与步骤5)制得的膨胀组分N按照质量比3:1进行混合，然后粉磨15min后过200目筛，制得所述保水减缩内养护剂。

实施例1～3

一种轻质低收缩超高性能混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)按表1-1所述配比称取各原料；

2)先将称取的陶砂放入水中浸泡1d至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌3min，加入粉煤灰微珠和保水减缩内养护剂继续干拌3min，随后倒入水和超分散降粘型外加剂搅拌4min，再均匀加入镀铜钢纤维继续搅拌4min；最后进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜，1d后拆模进行标准养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。各实施例所得轻质低收缩超高性能混凝土的性能测试结果见表1-2。

表1-1实施例1～3所述轻质低收缩超高性能混凝土的配合比(kg/m³)

表1-2实施例1～3所得轻质低收缩超高性能混凝土的性能测试结果

实施例4～6

1)按表2-1所述配比称取各原料；

2)先将称取的陶砂放入水中浸泡1d至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌3min，加入粉煤灰微珠和保水减缩内养护剂继续干拌3min，随后倒入水和超分散降粘型外加剂搅拌4min，再均匀加入镀铜钢纤维继续搅拌4min；最后进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜，1d后拆模进行48h、90℃蒸汽养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。各实施例所得轻质低收缩超高性能混凝土的性能测试结果见表2-2。

表2-1实施例4～6所述轻质低收缩超高性能混凝土配合比(kg/m³)

表2-2实施例4～6所得轻质低收缩超高性能混凝土性能测试结果

上述结果表明，本发明所得超高性能混凝土具有轻质、高强、低收缩等优点，所得轻质低收缩超高性能混凝土的表观密度为1950～2050kg/m³，较一般超高性能混凝土降低自重18％以上，抗压强度等级可达C100以上，且具有高韧性和良好的工作性能(坍落度/扩展度)、体积稳定性能(56d干燥收缩率低)、抗裂性能以及抗渗、抗蚀等级；本发明制备的轻质低收缩超高性能混凝土适应范围广泛，在应用于桥梁、高层建筑等大型工程时，可有效减轻混凝土结构自重，提高桥梁承载能力和耐久性，降低混凝土构筑物设计难度，同时避免我国石英砂等资源匮乏的问题，解除了超高性能混凝土发展受地域资源的限制，具有重要经济和环境效益。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种轻质低收缩超高性能混凝土，各组分及其含量包括：水泥650~800kg/m³，粉煤灰微珠180~300kg/m³，硅灰130~200kg/m³，陶砂610~710kg/m³，镀铜钢纤维100~200kg/m³，减缩降粘型减水剂12.5~18.5kg/m³，保水减缩内养护剂4.5~8.0kg/m³，水140~160kg/m³；

所述减缩降粘型减水剂的制备方法包括以下步骤：

1）将马来酸酐加入到反应容器中，加热升温至45~60℃使其完全熔化，再加入二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸，加热至125~135℃，恒温酯化4~5.5h，冷却后抽滤提纯，得具有减缩功能的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体，其中马来酸酐、二甘醇单丁醚和对甲苯磺酸的质量比为1:(0.25~0.65):(0.03~0.06)；

2）将步骤1）制得的二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠加入水中，加热升温至70~95℃，滴加烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵水溶液，在70~95℃下恒温反应3~4h，冷却至室温后加入NaOH调节pH值至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂A，其中二甘醇单丁醚马来酸酐单酯单体、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基聚乙二醇和过硫酸铵的质量比为1:(1.2~2.0):(0.1~1.1):(0.7~1.3):(0.03~0.07）；

3）将甲基丙烯酸、聚乙二醇单甲醚、反应催化剂、副反应抑制剂、分散带水剂加入到反应容器中，加热升温至78~80℃后，恒温50~70min，再加热升温至反应体系共沸，恒温5~7h，冷却后除去杂质，得到具有降粘功能的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体；其中甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚质量比为1:(4.2~4.6)，反应催化剂、副反应抑制剂和分散带水剂的添加量分别为甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚总质量的6~11%、0.03~0.4%和80~85%；所述反应催化剂由甲苯磺酸和活性炭按质量比1:(0.9~1.1)配制而成，副反应抑制剂由苯二酚和对羟基苯甲醚按质量比1:(0.9~1.1)配制而成，分散带水剂由甲苯和环己烷按质量比1:(0.24~0.27)配制而成；

4）将步骤3）制得的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体和甲基烯丙基磺酸钠加入双氧水中，水浴加热至95~100℃后恒温15~20min，同时滴加甲基丙烯酸和维生素C的混合水溶液，在95~100℃下恒温反应4~5h，冷却至室温后调节pH值至中性，得到降粘型聚羧酸减水剂B，其中甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚单体、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸和维生素C的质量比为1:(2.2~2.4):(3.5~3.8):(0.02~0.04)；

5）将步骤2）制得的减缩型聚羧酸减水剂A和步骤4）制得的降粘型聚羧酸减水剂B按质量比1:(0.7~1.2)进行复配，得所述减缩降粘型减水剂；

所述保水减缩内养护剂的制备方法包括以下步骤：

1）将二丙二醇单丁醚和丁二酸酐按1:(1.3~1.6)的摩尔比混合，在120~150℃下反应200~280min，缩合成具有减缩功能的单体L；

2）将木薯捣碎，置于清水中充分搅拌后沉淀，滤除木薯渣得到包含木薯淀粉的悬浊液，将悬浊液加水稀释，静置15~20min后去除上层清液，收集沉淀物得木薯淀粉；

3）向步骤2）所得木薯淀粉中加入2.5~3倍质量的水，然后在55~65℃水浴条件下加热120~150min，再加入聚丙烯酸钠保水剂和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，控制木薯淀粉、聚丙烯酸钠保水剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量比为1:(0.2~0.3):(0.4~0.5)，继续搅拌20~30min，向溶液中滴加甲基丙烯酸甲酯和步骤1）合成的单体L，控制木薯淀粉、甲基丙烯酸甲酯、单体L的质量比为1:(0.04~0.06):(0.3~0.4)，恒温反应25~30min后得粗产物；

4）将步骤3）所得粗产物放入丙酮中浸泡100~120min后，在索氏提取器中抽提循环3~4次共20~26h，洗涤干燥后粉磨至60μm方孔筛余≤6%，得保水组分M；

5）将白云岩在1150～1250℃下预煅烧30~40min，然后进行粉磨，将粉磨所得粉料与硅铁粉和萤石粉混合，控制各组分及其所占质量百分比分别为粉料70~80%、硅铁粉15~20%、萤石粉5~10%；然后在1180～1220℃的温度和真空条件下还原煅烧50~60min，冷却后，将所得产物与石膏按1:(15~20)的质量比例混合，最后粉磨至比表面积为300~320 m²/kg且60μm方孔筛余≤6%，得膨胀组分N，其中CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃和Fe₂O₃所占质量百分数分别为25~30%、15~20%、30~40%、5~10%和3~7%；

6）将步骤4）制得的保水组分M与步骤5）制得的膨胀组分N按照质量比(2.5~3.5):1进行复配，然后粉磨10~15min并过200目筛，制得所述保水减缩内养护剂。

2.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O42.5或P·O52.5硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰微珠烧失量≤5.0%，需水量比≤90%，球形颗粒体积率≥95%。

4.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的SiO₂质量含量≥95%，比表面积≥15500m²/kg，28d活性指数≥100%。

5.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述陶砂为1~5mm连续级配陶砂，筒压强度≥7.5MPa，堆积密度550~670kg/m³，表观密度1350~1500kg/m³，饱和面干吸水率6.0~9.0%。

6.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述镀铜钢纤维的公称长度为10~16mm，当量直径为0.18~0.35mm，断裂强度≥3000MPa，弹性模量为40~60GPa。

7.权利要求1~6任一项所述轻质低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按配比称取各原料，各组分及其含量包括：水泥650~800kg/m³，粉煤灰微珠180~300kg/m³，硅灰130~200kg/m³，陶砂610~710kg/m³，镀铜钢纤维100~200kg/m³，减缩降粘型减水剂12.5~18.5kg/m³，保水减缩内养护剂4.5~8.0kg/m³，水140~160kg/m³；

2）将陶砂放入水中浸泡至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌均匀，加入粉煤灰微珠和保水减缩内养护剂继续干拌均匀，随后倒入水和减缩降粘型减水剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维搅拌均匀；最后进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜进行薄膜养护后拆模进行标准养护或蒸汽养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。