CN108585679B - 一种低收缩绿色uhpc及其制备方法 - Google Patents

一种低收缩绿色uhpc及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低收缩绿色UHPC及其制备方法，该UHPC主要由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥700‑750份、超细粉煤灰340‑380份、硅灰100‑150份、高吸水性树脂(SAP)4‑8份、风积砂940‑980份、钢纤维230‑250份、聚羧酸减水剂56‑64份、水180‑200份。UHPC由于其本身孔隙率极低这一特征，导致在水化以及硬化过程中收缩值非常大。本发明采用风积砂作为UHPC细骨料，为了降低收缩，在制备过程中掺入高吸水性树脂(SAP)，结果表明，掺入SAP后，UHPC力学性能差异不大，并且56d干燥收缩值得以降低，具有广阔的应用前景。

Description

一种低收缩绿色UHPC及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低收缩绿色UHPC及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
随着各种超高层、大跨度结构的快速发展，传统混凝土由于其脆性大、易开裂等缺点，已无法满足复杂工程的需求，因此各种新型建筑材料应运而生。与传统混凝土相比，超高性能混凝土(UHPC)具有许多优点，诸如高于150MPa的抗压强度以及优异的韧性与断裂能,因此有着良好的应用前景。尽管UHPC具有突出的优点，一些缺陷仍无法避免，由于配合比中胶凝材料含量非常高且一般不含粗骨料，导致本身孔隙率极低，因此干燥收缩值往往很大。高吸水性树脂(SAP)是一种亲水性高分子化合物，具有迅速吸收和保持大于自身质量几百倍甚至上千倍水分的能力，若将其添加到混凝土中，前期吸水保水，后期缓慢释放水分，为后期胶凝材料水化提供水分，起到内养护作用，从而减小基体的收缩。
中国基础设施的快速发展消耗了大量砂资源，尤其是在中国西北部地区，天然砂资源短缺，迫切需要一种新的建筑材料替代天然河砂。中国沙漠总面积达130.8万平方公里，约占全国总土地面积的13.6％，若能就地取材，将风积砂作为一种建筑用砂运用于混凝土中，不仅可以节约资源，也为建筑材料的选择开启了新的途径。
但是，由于风积砂颗粒粒径较细、细度模数较小，且具有表面形貌光滑等特征，所以往往存在收缩问题，而因为收缩开裂会导致结构耐久性出现问题。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低收缩绿色UHPC及其制备方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种低收缩绿色UHPC，其主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥700-750份、超细粉煤灰340-380份、硅灰100-150份、
高吸水性树脂(SAP)4-8份、风积砂940-980份、钢纤维230-250份、
聚羧酸减水剂56-64份、水180-200份。
所述高吸水性树脂(SAP)优选4.8-6份、水优选180-192份。
所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
所述的超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中SiO2含量约为52％，Al2O3含量约为22％，Fe2O3含量约为4％，CaO含量约为12％。
所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
所述的SAP目数为120-180目，吸水率(去离子水)≥400g/g，堆积密度0.65-0.85g/ml，PH值5.5-6.5。
所述的风积砂细度模数为1.2-1.4，粒径为0-1.25mm，密度为2.55-2.70g/cm3，吸水率为0.6-0.8％。
所述的钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比约为65，抗拉强度大于等于3000MPa。
所述的聚羧酸减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
所述水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
本发明还提供了所述的低收缩绿色UHPC的制备方法，包括以下步骤：
(1)取普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、硅灰和SAP，混合，搅拌，得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合胶凝材料中，搅拌后得到均匀料；
(3)向上述均匀料中加入水与减水剂的混合溶液，得到均匀混合浆体，先慢速搅拌，再快速搅拌；
(4)将速度调至慢速，向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌后再快速搅拌，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述低收缩绿色UHPC。
更具体地，包括以下步骤：
(1)粉料的称量，按比例称取普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
技术效果：相对于现有技术，本发明原料采用风积砂作为细集料，可以制备出力学性能较为优异的UHPC，使得广阔的沙漠资源得到充分利用，降低了工程成本。另外通过掺加SAP，可以降低风积砂UHPC干燥收缩值，解决了UHPC收缩高的这一问题，提高了超高性能水泥基材料的早期抗收缩开裂的能力，因此该技术值得推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
以下实施例中所用原料均为以下要求：
普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中SiO2含量约为52％，Al2O3含量约为22％，Fe2O3含量约为4％，CaO含量约为12％。
硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
SAP目数为120-180目，吸水率(去离子水)≥400g/g，堆积密度0.65-0.85g/ml，PH值5.5-6.5。
风积砂细度模数为1.2-1.4，粒径为0-1.25mm，密度为2.55-2.70g/cm3，吸水率为0.6-0.8％。
钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比约为65，抗拉强度大于等于3000MPa。
聚羧酸减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
使用的搅拌机为标准水泥胶砂行星搅拌机。
实施例1
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥720份、超细粉煤灰360份、硅灰120份、高吸水性树脂(SAP)4.8份、风积砂960份、钢纤维239份、聚羧酸减水剂60份、水180份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
实施例2
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥720份、超细粉煤灰360份、硅灰120份、高吸水性树脂(SAP)4.8份、风积砂960份、钢纤维239份、聚羧酸减水剂60份、水192份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
实施例3
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥720份、超细粉煤灰360份、硅灰120份、高吸水性树脂(SAP)6份、风积砂960份、钢纤维239份、聚羧酸减水剂60份、水192份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
实施例4
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥720份、超细粉煤灰360份、硅灰120份、高吸水性树脂(SAP)6份、风积砂960份、钢纤维239份、聚羧酸减水剂60份、水180份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
实施例5
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥700份、超细粉煤灰340份、硅灰100份、
高吸水性树脂(SAP)4份、风积砂940份、钢纤维230份、
聚羧酸减水剂56份、水180份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
实施例6
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥750份、超细粉煤灰380份、硅灰150份、
高吸水性树脂(SAP)8份、风积砂980份、钢纤维250份、
聚羧酸减水剂64份、水200份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
对比例
一种低收缩绿色UHPC，按重量份数计，包括以下组分：
普通硅酸盐水泥720份、超细粉煤灰360份、硅灰120份、高吸水性树脂(SAP)0份、风积砂960份、钢纤维239份、聚羧酸减水剂60份、水156份。
制备方法：
(1)粉料的称量，按比例称取水泥、超细粉煤灰、硅灰、SAP，置于标准水泥胶砂行星搅拌机中进行干拌，慢速搅拌2min，搅拌均匀得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合材料中，慢速搅拌1min后得到均匀料；
(3)向上述混合料中加入已搅拌均匀的水及减水剂混合溶液，得到均匀混合浆体，慢速搅拌2min后，此时减水剂效果显现，浆体已具有粘聚性及流动性，此后快速搅拌1min；
(4)向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述的低收缩绿色UHPC。
性能检测：
对上述实施例1-5进行试验测定，主要测定58d抗压强度以及56d干燥收缩性能，采用砂浆坍落扩展度表征其工作性。下表一列出上述实施例1-5的测试结果。
表一测试结果
Figure BDA0001659432230000071
由上表一结果可得，与对比例1相比较，本发明实施例1-6所得UHPC，其流动性和抗压强度变化不大，都能满足超高性能混凝土的基本要求，但是其56d收缩应变值均显著降低，表明其收缩性能优异，能够显著提高超高性能水泥基材料的早期抗收缩开裂的能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案。若本领域普通技术人员对本发明的技术例进行修改或等同替换，而不脱离本发明的宗旨，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种低收缩绿色UHPC，其特征在于，其主要由以下重量份比例的原料制成：
普通硅酸盐水泥700-750份、超细粉煤灰340-380份、硅灰100-150份、
高吸水性树脂(SAP)4-8份、风积砂940-980份、钢纤维230-250份、
聚羧酸减水剂56-64份、水180-200份；
其中，高吸水性树脂目数为120-180目，吸水率(去离子水)≥400g/g，堆积密度0.65-0.85g/ml，pH值5.5-6.5，风积砂细度模数为1.2-1.4，粒径为0-1.25mm，密度为2.55-2.70g/cm3，吸水率为0.6-0.8％。
2.根据权利要求1所述的低收缩绿色UHPC，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的低收缩绿色UHPC，其特征在于，所述超细粉煤灰呈实心球状，连续粒径分布、超细，激光粒度的中位粒径为5.5mm，其中SiO2含量为52％，Al2O3含量为22％，Fe2O3含量为4％，CaO含量为12％。
4.根据权利要求1所述的低收缩绿色UHPC，其特征在于，所述的硅灰中SiO2含量大于等于95％，比表面积不小于15000m2/kg。
5.根据权利要求1所述的低收缩绿色UHPC，其特征在于，所述的钢纤维为微细镀铜钢纤维，直径大于等于0.2mm，长度大于等于13mm，长径比为65，抗拉强度大于等于3000MPa。
6.根据权利要求1所述的低收缩绿色UHPC，其特征在于，所述的聚羧酸减水剂的固含量大于等于40％(质量含量)，减水率大于等于33.9％。
7.权利要求1-6任一项所述的低收缩绿色UHPC的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取普通硅酸盐水泥、超细粉煤灰、硅灰和SAP，混合，搅拌，得到混合胶凝材料；
(2)将风积砂均匀加入上述混合胶凝材料中，搅拌后得到均匀料；
(3)向上述均匀料中加入水与减水剂的混合溶液，得到均匀混合浆体，先慢速搅拌，再快速搅拌；
(4)将速度调至慢速，向上述混合浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌后再快速搅拌，混合均匀后装模，最后按国家标准成型养护，即可得到所述低收缩绿色UHPC。
8.根据权利要求7所述的低收缩绿色UHPC的制备方法，其特征在于，制备过程中搅拌使用的设备为标准水泥胶砂行星搅拌机。
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