CN108546015A - 一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4；本发明具有能显著改进型钢与混凝土之间的粘结性能，有效发挥钢与混凝土的力学性能大幅度提升SRC结构的承载能力与耐久性能的优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土及其制备方法。
背景技术
随着建筑业的不断发展，型钢混凝土组合结构(简称SRC)已被越来越广泛地应用于大跨度、重型结构、地下、海上工程、高层和超高层建筑。SRC结构中型钢与混凝土之间的粘结效应是保证型钢与混凝土协调工作的重要基础，型钢和混凝土协同工作，以抵抗各种作用效应，才能够充分发挥该种结构的优点。
设计强度等级为C150甚至更高等级的超高强度混凝土已经逐渐用于SRC结构，但在使用中存在两大问题：一是如此高抗压强度的混凝土存在脆性大、韧性低、耐火性差的问题；二是型钢与超高强高性能混凝土之间的自然粘结性能差的问题。所以，不能满足工程中建筑超特高化、超特大跨化、超耐久化、重型化和新型化结构这一趋势的发展要求。此外，将混凝土超特高强化、超特耐久化的制备技术已经成熟，但是此类技术均未能很好地解决SRC结构中型钢与超特高强度混凝土之间粘结性能差的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土及其制备方法，能显著改进型钢与混凝土之间的粘结性能，有效发挥钢与混凝土的力学性能大幅度提升SRC结构的承载能力与耐久性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；
进一步的，所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4。
进一步的，所述的碳纤维和聚乙烯纤维的长度为10～30毫米。
进一步的，所述的消泡剂为AGITAN@P803粉末消泡剂。
进一步的，所述的硅灰采用30nm纳米硅粉或者微硅粉；30nm纳米硅粉的比表面积应不小于4000m2/kg，硅含量应不小于99.9％；微米硅粉的比表面积应不小于25000m2/kg，二氧化硅含量应不小于95％。
进一步的，所述的粉煤灰为燃煤电厂生产的优质I级特细粉煤灰，细度不大于10％，烧失量应不大于3％，SO3含量应不大于2％，含水量应不大于1％，比表面积应大于700m2/kg。
进一步的，所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，细度不大于10％，比表面积应大于300m2/kg，限制膨胀率应不小于0.05％，28d抗压强度应不小于50MPa，碱含量应不大于0.5％。
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土的制备方法，其步骤为：
步骤一：称取
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4；
步骤二：搅拌混合
将步骤一中的细骨料和粗骨料加入搅拌机中，搅拌至少2～4分钟，得到骨料混合物；
将步骤一中的水泥、膨胀剂、硅灰、粉煤灰、纤维材料混合，均匀搅拌3～4分钟，得到粉料混合物；
将骨料混合物和粉料混合物混合，加入步骤一中的水、消泡剂和减水剂，均匀搅拌2～4分钟，暂停3分钟后再搅拌2～3分钟；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停4～6小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃，恒温，恒温使相对湿度大于95％，时间为：48～72小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在保证抗压强度达到200MPa，同时使得弯曲韧性达到30kN/mm，从而解决了超高强度混凝土脆性大的问题；显著地改进该混凝土与型钢之间的粘结性能，可保证型钢与该混凝土的有效协同工作，从而减少施工流程，节约建筑材料，提高施工效率，具有显著的经济效益；消泡剂对混凝土搅拌过程中形成且振捣密实后仍残留在混凝土内的微泡脱泡效果明显，提高了混凝土密实度，从而增强了混凝土的耐久性和剪切稳定性；通过优化混杂纤维种类、形状及掺量，可有效防止混凝土在火灾时发生爆裂，使其耐火性能提高30％；纳米硅粉是一种无杂质的纳米材料，其颗粒尺寸小，比表面积大，对混凝土微观结构的改善和力学性能的提高有显著的促进作用；膨胀剂能防止或减少混凝土体积收缩引起的开裂，并能填充毛细孔缝，从而提高了混凝土的抗裂防渗性能和体积稳定性；具有自收缩低、弯曲韧性高的特点，用于建造高抗震性和防火安全的层以上高层建筑，可以降低高层建筑的柱子尺寸，增加柱子之间跨度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的硅灰采用30nm纳米硅粉或者微硅粉所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4。两种纤维的力学性能如表1和表2。
表1 碳纤维基本性能指标
表2 聚乙烯纤维基本性能指标
所述的水泥采用质量稳定、性能较好的秦岭牌52.5硅灰复合水泥，使用前按照现行建材行业标准《水泥与减水剂相容性试验方法》JC/T1083-2008中的方法对水泥与聚羧酸系超塑化剂进行了适应性试验，试验表明两者相容性良好，指标符合国家现行相关标准的要求，其碱含量少、水化热低、需水性也低；
所述的细骨料采用西安本地的灞河砂，灞河砂颗粒圆滑、质地坚硬、级配良好，符合现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JC/T 52-2006及国家标准《建筑用砂》GB/T 14684-2001中规定的优质砂标准。其细度模数为2.8，含泥量低于0.3％，氯离子含量低于0.05％；
所述的粗骨料采用泾阳境内级配良好的人工碎石，具有质量致密坚硬，强度高，表面粗糙的特点。碎石的品质应不低于现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JC/T 52-2006等相关标准的规定要求。骨料母体岩石的立方体抗压强度不应低于190～240MPa，最大粒径控制在10mm，含泥量低于0.2％，针、片状颗粒含量低于0.5％，投料时采用连续级碎石5～10mm；
所述的粉煤灰为宝鸡热电厂生产的优质I级特细粉煤灰，其品质符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005相关标准要求，细度(0.045mm方孔筛筛余)小于5％，烧失量低于3％，SO3含量为1.5％，比表面积为1100m2/kg；
所述的30nm纳米硅粉比表面积约为4100m2/kg，硅含量不小于99.9％；微米硅粉的比表面积约为26000m2/kg，二氧化硅含量不小于98％；
所述的减水剂为聚羧酸系混凝土超塑化剂，其品质符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB 8076-2008的规定要求，减水率大于30％，所选择的秦岭牌52.5硅灰复合水泥相容性良好；
所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，其品质符合国家标准《混凝土膨胀剂》GB 23439-2009的规定要求，细度不大于10％，比表面积大于390m2/kg，限制膨胀率不小于0.05％，28d抗压强度大于50MPa，碱含量不大于0.3％
所述的水所选的拌合水为当地自来水，其品质应不低于《混凝土用水标准》JGJ63-2006等相关标准的规定要求。
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土的制备方法，其步骤为：
步骤一：称取
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4。
步骤二：搅拌混合
将步骤一中的灞河砂和人工碎石加入搅拌机中，搅拌至少2分钟，得到骨料混合物；
将步骤一中的水泥、膨胀剂、硅灰、粉煤灰、纤维材料混合，均匀搅拌3分钟，得到粉料混合物；
将骨料混合物和粉料混合物混合，加入步骤一中的水、消泡剂和减水剂，均匀搅拌2分钟，暂停3分钟后再搅拌2分钟；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停4小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃恒温，恒温使得相对湿度大于95％，时间为：48小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
性能测试
按照上述方法配制的用于型钢混凝土组合结构的强度等级为C200的超高强高性能复合混凝土与同等强度等级的一般超高强混凝土性能对比试验结果如表4所示，
表4 混凝土性能对比试验结果
从表4可以看出，本发明在能确保强度等级、韧性等力学性能和高耐久性、高可靠性、高工作性、高体积稳定性和经济性等的基础上，明显地改善了混凝土与型钢之间粘结性能比较差的问题，使型钢与混凝土能有效的协同工作，从而简化施工过程，节约建筑材料，提高施工效率，进而带来显著的经济效益，具有广阔的市场前景和较高的工程应用价值。
Claims (7)
1.一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4。
2.根据权利要求1所述的一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其特征在于，所述的碳纤维和聚乙烯纤维的长度为10～30毫米。
3.根据权利要求1所述的一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其特征在于，所述的消泡剂为AGITAN@P803粉末消泡剂。
4.根据权利要求1所述的一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其特征在于，所述的硅粉采用30nm纳米硅粉或者微硅粉；30nm纳米硅粉的比表面积应不小于4000m2/kg，硅含量应不小于99.9％；微米硅粉的比表面积应不小于25000m2/kg，二氧化硅含量应不小于95％。
5.根据权利要求1所述的一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为燃煤电厂生产的优质I级特细粉煤灰，细度不大于10％，烧失量应不大于3％，SO3含量应不大于2％，含水量应不大于1％，比表面积应大于700m2/kg。
6.根据权利要求1所述的一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其特征在于，所述的膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土高效膨胀剂，细度不大于10％，比表面积应大于300m2/kg，限制膨胀率应不小于0.05％，28d抗压强度应不小于50MPa，碱含量应不大于0.5％。
7.一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一：称取
一种适用于型钢混凝土结构的复合混凝土，其配合比水泥：砂：粗骨料：石：硅灰：膨胀剂：消泡剂：水：减水剂：混合纤维＝473.6:846:1054:119.6:85:41:1.1:99：19.6：9.5，配合比单位：kg/m3；所述的混合纤维采用碳纤维和聚乙烯纤维，碳纤维和聚乙烯纤维的平均长度为20微米，碳纤维和聚乙烯纤维之间的体积比为1:0.4；
步骤二：搅拌混合
将步骤一中的细骨料和粗骨料加入搅拌机中，搅拌至少2～4分钟，得到骨料混合物；
将步骤一中的水泥、膨胀剂、硅灰、粉煤灰、纤维材料混合，均匀搅拌3～4分钟，得到粉料混合物；
将骨料混合物和粉料混合物混合，加入步骤一中的水、消泡剂和减水剂，均匀搅拌2～4分钟，暂停3分钟后再搅拌2～3分钟；
步骤三：蒸汽养护
将步骤二中得到的混合物静停4～6小时，然后升温，升温速度为10℃/小时，至90℃恒温，恒温使得相对湿度大于95％，时间为：48～72小时，然后降温，降温速度为10℃/小时，最后标准养护：温度20℃、相对湿度：95％RH以上，时间：28天，最后得到复合混凝土。
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