CN109553349A - 自密实活性粉末混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

自密实活性粉末混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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师人杰
向真
王晨
王德弘
鞠彦忠
马丹
马一丹
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Abstract

本发明涉及一种自密实活性粉末混凝土及其制备方法和应用，该自密实活性粉末混凝土主要由以下质量份的组分制备而成：水泥100份、硅灰20～25份、粉煤灰10～20份、微珠4～6份、石英粉30～40份、石英砂80～200份和减水剂3‑6份。上述自密实活性粉末混凝土集自密实混凝土与活性粉末混凝土优点与一身，具有更高的强度及耐久性，优良的粘聚性，适用于沿海地区严酷的腐蚀环境，同时在现浇施工方面提供极大的便利条件。

Description

自密实活性粉末混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及自密实活性粉末混凝土及其制备方法。
背景技术
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种具有高强度高韧性高耐久性的新型水泥基复合材料，在20世纪末由法国Bouygues公司率先研制成功，其由级配良好的细沙、水泥、石英粉、硅灰、高效减水剂并辅以适当的养护制度而制成，由于增加了组分的细度和反应活性，因此被成为活性粉末混凝土。
由于PRC是由各种原料经过特定工艺条件生产出来的水泥基复合材料，其力学和物理性能相对于传统的混泥土有了很大的改善。特别是对于沿海地区，腐蚀环境恶劣，又伴有强台风侵袭，在荷载和腐蚀性作用下，杆塔基础的耐久性问题突出，在保证优异的强度及耐久性下的现场浇筑养护条件难度大，通常需要使用PRC来增强塔杆基础的耐久性。但是RPC的水胶比很低，流变性差，搅拌和成型较普通混凝土困难，在制备时，需借助振动、加压、手动辅助等成型方式来达到密实要求，使得制备工艺复杂。
发明内容
基于此，有必要提供一种具有较强耐久性的同时具有自密实性质的自密实活性粉末混凝土及其制备方法。
一种自密实活性粉末混凝土，包括如下质量份的组分：
上述自密实活性粉末混凝土通过采用水泥、硅灰、粉煤灰、微珠、石英粉、石英砂和减水剂为原料并控制其配比，通过各组分的相互作用，使得该混凝土具有较高的流动性，无需振捣，直接浇筑成型，在自重的作用下即可达到密实，大大简化了生产工艺。且上述自密实活性粉末混凝土具有良好的强度，耐磨性、耐腐蚀等耐久性，施工性能好，特别适用于沿海地区广泛应用。
且上述自密实活性粉末混凝土具有优良的粘聚性，可以防止泌水情况的发生，适用于沿海地区严酷的腐蚀环境，同时在现浇施工方面提供极大的便利条件，具有较高的应用前景。
此外，上述自密实活性粉末混凝土的原材料全部采用大量生产的市售成品，廉价易得，适合于广泛应用。
在其中一实施例中，上述自密实活性粉末混凝土中水泥为100份、硅灰为21～23份、粉煤灰为10～20份、微珠为4～6份、石英粉为35～38份、石英砂为120～140份和减水剂为3-5份。
在其中一实施例中，上述自密实活性粉末混凝土中水泥为100份、硅灰为22份、粉煤灰为15份、微珠为5份、石英粉为37份、石英砂为130份和减水剂为3-5份。
在其中一实施例中，上述自密实活性粉末混凝土中还包括水30-50份。
在其中一实施例中，所述减水剂的质量为所述水泥、硅灰和粉煤灰质量之和的2.5％-3.5％。
随减水剂的增加，强度及流动度均有不同幅度的提高，在减水剂掺量较小时，混凝土无法成型为浆体，拌合物总体成干砂状，而掺量过高时，混凝土粘性会过大，混凝土内气泡无法排除，导致密实度下降，强度下降，因此需要将减水剂控制在合适的范围内，以保证制得的自密实活性粉末的综合性能。
在其中一实施例中，所述减水剂的掺量为所述水泥、硅灰和粉煤灰质量之和的3％。
在其中一实施例中，所述石英砂为细砂、中砂和粗砂的混合物，所述细砂的粒径为0.160～0.315mm，所述中砂的粒径为0.316～0.63mm，所述粗砂的粒径为0.64～1.25mm。
通过将石英粉和不同粒径的石英砂以特定比例混合，一方面使石英粉作为细集料参与混凝土相关化学反应，起到润滑连接的作用；另一方面，根据最大密实理论，石英砂和石英粉中第一级为最大颗粒粒径球体进行排列，第二级为较小颗粒粒径球体，较小粒径掺杂在较大颗粒粒径球体中，依次排列下去，使各级球体间空隙逐渐减少，从而达到最大密实度。
在其中一实施例中，所述硅灰为非凝聚硅灰，且二氧化硅的质量百分含量大于92％；和/或
所述粉煤灰为I级粉煤灰；和/或
所述微珠堆积密度为0.5kg/cm3～0.8kg/cm3；和/或
所述石英粉的平均粒径为0.03-0.05mm；和/或
所述减水剂为非萘系减水剂。
在其中一实施例中，所述水泥为42.5标号普通硅酸盐或硅酸盐水泥。
在其中一实施例中，所述硅灰的比表面积为12000m2/kg～18000m2/kg。
在其中一实施例中，所述硅灰的比表面积为14310m2/kg。
在其中一实施例中，所述微珠堆积密度为0.7kg/cm3。
在其中一实施例中，所述石英粉的平均粒径为0.04mm。
在其中一实施例中，所述减水剂为非萘系减水剂AN3000。
上述自密实活性粉末混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将所述水泥、所述硅灰、所述粉煤灰、所述微珠、所述石英粉、所述石英砂、所述减水剂和水混合均匀即得所述自密实活性粉末混凝土。
在其中一实施例中，将所述水泥、所述硅灰、所述粉煤灰、所述微珠、所述石英粉、所述石英砂、所述减水剂和水混合均匀的步骤包括以下步骤：
将所述石英粉和所述石英砂混合搅拌均匀；
加入所述水泥、硅灰、粉煤灰和微珠，搅拌均匀，得到混合干粉；
将所述水和所述减水剂混合均匀，分批加入到所述混合干粉中，搅拌均匀即得所述自密实活性粉末混凝土。
在其中一实施例中，将所述水和所述减水剂混合均匀，分批加入到所述混合干粉中，搅拌均匀的步骤中，将温度控制在的范围内，搅拌时间控制在的范围内。
在其中一实施例中，将所述自密实活性粉末混凝土的水胶比控制在0.22-0.26的范围内。
水胶比指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值，即水和水泥、硅灰、粉煤灰、微珠、石英粉、石英砂和减水剂质量之和的比值。通过将水胶比控制在上述范围内可以使得所制得的自密实活性粉末混凝土具有较高强度的同时，具有较好的流动度，所形成的拌合物无需振捣情况下可以达到自流平，成型容易，密实度高。
在其中一实施例中，所述自密实活性粉末混凝土的水胶比为0.24。
上述自密实活性粉末混凝土在制备自密实活性粉末混凝土桩基础中的应用。
一种自密实活性粉末混凝土桩基础，包括上述的自密实活性粉末混凝土。
由于上述自密实活性粉末混凝土具有较高的流动性，无需振捣，直接浇筑成型，在自重的作用下即可达到密实，且上述自密实活性粉末混凝土具有良好的强度，耐磨性、耐腐蚀等耐久性。因此由上述自密实活性粉末混凝土制备而成自密实活性粉末混凝土桩基础制备工艺简便，且具有较强的耐磨、耐腐蚀性能，具有较广的应用价值，特别适用于沿海地区严酷的腐蚀环境。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，所有抗腐蚀自密实活性粉末混凝土试样成型都没有插实或振捣。
以下实施例中所采用的原料及其规格参见表1。
表1原材料及规格
实施例1～实施例5：不同水胶比下自密实活性粉末混凝土。
原材料参见表2，所制得的自密实活性粉末混凝土性能参见表3。
制备方法：
(1)按表2称取各原料，将石英粉和石英砂(细砂、中砂和粗砂的混合物)倒入搅拌机中，干拌至四种粒径的材料混合均匀；
(2)将胶凝材料水泥、硅灰、粉煤灰和微珠倒入搅拌机，干搅至凝胶材料与石英砂混合物均匀为止，时间大约3～5分钟；
(3)将水和新型非萘系减水剂AN3000混合均匀，均分为两份，一半加入搅拌机中，搅拌大约5-8分钟，然后将剩余的另一半加入搅拌机中，搅拌均匀至成型浆体，即得所需自密实活性粉末混凝土。
表2实施例1-实施例5的自密实RPC的配比
注：减水剂用量为凝胶材料的质量分数，这里凝胶材料为水泥、硅灰、粉煤灰和微珠之和。
表3实施例1-实施例5的自密实RPC的主要性能
以上可以看出，实施例1-实施例5的自密实活性粉末混凝土均不仅具有自密实性质，无需振捣，能直接浇筑成型，且具有较好的RPC强度。
此外，从表3可以看出，随水胶比增大，RPC流动度逐渐增大，强度逐渐降低，综合考虑强度与流动度关系，优选水胶比为0.24，此水胶比下，拌合物无需振捣情况下可以达到自流平，成型容易，密实度高。
实施例6～实施例11：不同硅灰水泥比下自密实活性粉末混凝土。原材料参见表4，所制得的自密实活性粉末混凝土性能参见表5。
制备方法：
(1)按表4称取各原料，将石英粉和石英砂(细砂、中砂和粗砂的混合物)倒入搅拌机中，干拌至四种粒径的材料混合均匀；
(2)将胶凝材料水泥、硅灰、粉煤灰和微珠倒入搅拌机，干搅至凝胶材料与石英砂混合物均匀为止，时间大约3～5分钟；
(3)将水和新型非萘系减水剂AN3000混合均匀，均分为两份，一半加入搅拌机中，搅拌大约5-8分钟，然后将剩余的另一半加入搅拌机中，搅拌均匀至成型浆体，即得所需自密实活性粉末混凝土。
表4实施例6-实施例10的自密实RPC的配比
注：减水剂用量为凝胶材料的质量分数，这里凝胶材料为水泥、硅灰、粉煤灰和微珠之和。
表5实施例6-实施例10的自密实RPC的主要性能
以上可以看出，实施例6-实施例10的自密实活性粉末混凝土均不仅具有自密实性质，无需振捣，能直接浇筑成型，且具有较好的RPC强度。
此外，从表5可以看出，随硅灰掺量的增加，流动度逐渐下降，强度逐渐上升，至于7天抗压强度与28天抗压强度相比提升不多，主要由于在蒸汽养护下强度发展较快，水热水化进行较完全，在7天时已经达到强度90％以上。总结抗压强度及水胶比情况，优选硅灰掺量为0.22，此硅灰水泥比下，拌合物无需振捣情况下可以达到自流平，成型容易，密实度高。
实施例11～实施例15：不同减水剂掺量下自密实活性粉末混凝土。
原材料参见表6，所制得的自密实活性粉末混凝土性能参见表7。
制备方法：
(1)按表6称取各原料，将石英粉和石英砂(细砂、中砂和粗砂的混合物)倒入搅拌机中，干拌至四种粒径的材料混合均匀；
(2)将胶凝材料水泥、硅灰、粉煤灰和微珠倒入搅拌机，干搅至凝胶材料与石英砂混合物均匀为止，时间大约3～5分钟；
(3)将水和新型非萘系减水剂AN3000混合均匀，均分为两份，一半加入搅拌机中，搅拌大约5-8分钟，然后将剩余的另一半加入搅拌机中，搅拌均匀至成型浆体，即得所需自密实活性粉末混凝土。
表6实施例11-实施例15的自密实RPC的配比
注：减水剂用量为凝胶材料的质量分数，这里凝胶材料为水泥、硅灰、粉煤灰和微珠之和。
表7实施例11-实施例15的自密实RPC的主要性能
以上可以看出，实施例11-实施例15的自密实活性粉末混凝土均不仅具有自密实性质，无需振捣，能直接浇筑成型，且具有较好的RPC强度。
从表7可以看出，随减水剂的增加，强度及流动度均有不同幅度的提高，在减水剂掺量较小时，混凝土无法成型为浆体，拌合物总体成干砂状，而掺量过高时，混凝土粘性会过大，混凝土内气泡无法排除，导致密实度下降，强度下降。总结以上情况，在减水剂掺量达到3％时，混凝土抗压强度和流动度均达到最佳性能，拌合物无需振捣情况下可以达到自流平，成型容易，密实度高。
实施例16～实施例20：不同石英粉掺量下自密实活性粉末混凝土。
原材料参见表8，所制得的自密实活性粉末混凝土性能参见表9。
制备方法：
(1)按表8称取各原料，将石英粉和石英砂(细砂、中砂和粗砂的混合物)倒入搅拌机中，干拌至四种粒径的材料混合均匀；
(2)将胶凝材料水泥、硅灰、粉煤灰和微珠倒入搅拌机，干搅至凝胶材料与石英砂混合物均匀为止，时间大约3～5分钟；
(3)将水和新型非萘系减水剂AN3000混合均匀，均分为两份，一半加入搅拌机中，搅拌大约5-8分钟，然后将剩余的另一半加入搅拌机中，搅拌均匀至成型浆体，即得所需自密实活性粉末混凝土。
表8实施例16-实施例20的自密实RPC的配比
注：减水剂用量为凝胶材料的质量分数，这里凝胶材料为水泥、硅灰、粉煤灰和微珠之和。
表9实施例16-实施例20的自密实RPC的主要性能
以上可以看出，实施例16-实施例20的自密实活性粉末混凝土均不仅具有自密实性质，无需振捣，能直接浇筑成型，且具有较好的RPC强度。
从表9可以看出，随着石英粉掺量的不断增加，混凝土的流动度不断降低，因为石英粉为石英砂磨细状态，作为细集料参与混凝土相关化学反应，起到润滑连接的作用，根据最大密实理论，第一级为最大颗粒粒径球体进行排列，第二级为较小颗粒粒径球体，较小粒径掺杂在较大颗粒粒径球体中，依次排列下去，使各级球体间空隙逐渐减少，从而达到最大密实度。综合来看，石英粉掺量取在0.37时达到最佳，自密实效果好。
实施例21～实施例25：不同石英砂掺量下自密实活性粉末混凝土。
原材料参见表10，所制得的自密实活性粉末混凝土性能参见表11。
制备方法：
(1)按表10称取各原料，将石英粉和石英砂(细砂、中砂和粗砂的混合物)倒入搅拌机中，干拌至四种粒径的材料混合均匀；
(2)将胶凝材料水泥、硅灰、粉煤灰和微珠倒入搅拌机，干搅至凝胶材料与石英砂混合物均匀为止，时间大约3～5分钟；
(3)将水和新型非萘系减水剂AN3000混合均匀，均分为两份，一半加入搅拌机中，搅拌大约5-8分钟，然后将剩余的另一半加入搅拌机中，搅拌均匀至成型浆体，即得所需自密实活性粉末混凝土。
表10实施例21-实施例25的自密实RPC的配比
注：减水剂用量为凝胶材料的质量分数，这里凝胶材料为水泥、硅灰、粉煤灰和微珠之和。
表11实施例21-实施例25的自密实RPC的主要性能
以上可以看出，实施例21-实施例25的自密实活性粉末混凝土均不仅具有自密实性质，无需振捣，能直接浇筑成型，且具有较好的RPC强度。
且从表11可以看出，随着石英砂掺量的提高，混凝土流动度逐渐下降，当石英砂掺量为1.3时混凝土流动度达到571mm符合自密实混凝土标准，如表11，混凝土强度总体随着石英砂掺量的增加逐渐上升，但当混凝土掺量为1.3时达到局部最高，因此取石英砂掺量1.3时为最佳，混凝土抗压强度和流动度均达到最佳性能，拌合物无需振捣情况下可以达到自流平，成型容易，密实度高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自密实活性粉末混凝土，其特征在于，包括如下质量份的组分：
2.根据权利要求1所述的自密实活性粉末混凝土，其特征在于，所述减水剂的质量为所述水泥、硅灰和粉煤灰质量之和的2.5％-3.5％。
3.根据权利要求1所述的自密实活性粉末混凝土，其特征在于，所述石英砂为细砂、中砂和粗砂的混合物，所述细砂的粒径为0.160～0.315mm，所述中砂的粒径为0.316～0.63mm，所述粗砂的粒径为0.64～1.25mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的自密实活性粉末混凝土，其特征在于，所述硅灰为非凝聚硅灰，且在所述非凝聚硅灰中二氧化硅的质量百分含量大于92％；和/或
所述粉煤灰为I级粉煤灰；和/或
所述微珠堆积密度为0.5kg/cm3～0.8kg/cm3；和/或
所述石英粉的平均粒径为0.03-0.05mm；和/或
所述减水剂为非萘系减水剂。
5.权利要求1-4任一项所述的自密实活性粉末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述水泥、所述硅灰、所述粉煤灰、所述微珠、所述石英粉、所述石英砂、所述减水剂和水混合均匀即得所述自密实活性粉末混凝土。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述水泥、所述硅灰、所述粉煤灰、所述微珠、所述石英粉、所述石英砂、所述减水剂和水混合均匀的步骤包括以下步骤：
将所述石英粉和所述石英砂混合搅拌均匀；
加入所述水泥、硅灰、粉煤灰和微珠，搅拌均匀，得到混合干粉；
将所述水和所述减水剂混合均匀，分批加入到所述混合干粉中，搅拌均匀即得所述自密实活性粉末混凝土。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将所述水和所述减水剂混合均匀，分批加入到所述混合干粉中，搅拌均匀的步骤中，将温度控制在5-40℃的范围内，搅拌时间控制在5-10min范围内。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述自密实活性粉末混凝土的水胶比控制在0.22-0.26的范围内。
9.权利要求1-5任一项所述的自密实活性粉末混凝土在制备自密实活性粉末混凝土桩基础中的应用。
10.一种自密实活性粉末混凝土桩基础，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的自密实活性粉末混凝土。
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