CN109721306A - 自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分包括粉体材料、石英砂和减水剂；以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：水泥20～30％、矿粉15～20％、重钙粉1～8％、流变调节剂1～7％、玻璃微珠1～3％；以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂5～15％、0.3mm＜粒径＜0.4mm石英砂20～25％、0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂10～20％。该超高性能混凝土组合物流动性好，可自流平，且流动性保持时间久，浆体操作时间适当，自收缩值小，同时具备较优的耐久性和强度。

Description

自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，特别是涉及一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)是一种新兴的水泥基复合材料，具备超高强度、高耐久性、低孔隙率的特点。其抗压强度通常可以达到120MPa以上。目前，UHPC已逐步应用于桥梁、建筑外立面构件、以及各类装饰构件中。

UHPC所用材料与普通材料不同，其传统的组成材料包括以下几种：(1)水泥；(2)具有良好级配的细砂；(3)磨细石英砂粉；(4)硅灰、偏高岭土等矿物掺合料；(5)高性能减水剂；(6)纤维。

随着UHPC材料的发展，市面上已有部分产品销售，但仍存在如下问题：

(1)UHPC之所以具备超高强度和高耐久性，是因其水胶比远低于普通混凝土，通常为0.13～0.20，因此导致浆体粘度高、流动性差，且表面失水较快，易结皮，浆体流动性损失快。

(2)由于UHPC具备较低的水胶比，且配方中胶凝材料的比例通常较高，即拥有较高的胶骨比，加之UHPC通常会掺入部分超细掺合料(如硅灰等)，从而导致配方的自收缩较大。一方面，自收缩较大会导致构件早期应力集中，从而在后期容易产生裂缝，另一方面，自收缩较大会导致一些轻薄构件(如厚度为1～3cm厚的清水混凝土板)下弯曲变形，影响UHPC产品的正常使用。

发明内容

基于此，有必要提供一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物。该超高性能混凝土组合物流动性好，可自流平，浆体流动性保持时间久，且自收缩值小，减少了构件早期应力集中，避免后期产生裂缝，也可以解决构件弯曲变形的问题，同时具备较优的耐久性和强度。

一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分包括粉体材料、石英砂和减水剂；

以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 5～15％

0.3mm＜粒径＜0.4mm石英砂 20～25％

0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂 10～20％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.6～1％。

在其中一个实施例中，以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 9～12％

0.3mm＜粒径＜0.4mm石英砂 22～23％

0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂 14～15％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.7～0.9％。

在其中一个实施例中，所述重钙粉为超细重钙粉，D50＝2～5μm。

在其中一个实施例中，所述水泥的D50＝18～22μm；所述矿粉的D50＝10～15μm；所述流变调节剂的D50＝1～3μm；所述玻璃微珠的D50＝38～50μm。

在其中一个实施例中，所述流变调节剂为超细粉煤灰，D50＝1～3μm。

在其中一个实施例中，所述水泥为PII42.5R水泥；及/或所述矿粉为S105级矿粉。

在其中一个实施例中，所述减水剂的减水率＞25％。

在其中一个实施例中，所述的超高性能混凝土组合物还包括玻璃纤维；所述玻璃纤维的用量为所述粉体材料和石英砂总重量的1～2％。

在其中一个实施例中，所述玻璃纤维的长度为10-15mm。

本发明还提供一种超高性能混凝土构件的制作方法，包括如下步骤：

(1)按比例称取权利要求1-9任一项所述的超高性能混凝土组合物中所述的粉体材料、石英砂和减水剂，搅拌混合；

(2)将步骤(1)所得的物料倒入胶砂搅拌机，边搅拌边加水，水的用量为所述粉体材料总重量的15～20％，搅拌下加入或不加入所述玻璃纤维，继续搅拌；

(3)将步骤(2)所得的物料倒模、排除气泡、成型、脱膜，即可。

本发明的原理及优点如下：

本发明的超高性能混凝土组合物：首先将原料组分，特别是石英砂的不同粒径颗粒以最佳比例与其余粉体材料进行搭配，使整个体系达到连续级配，形成最紧密堆积，保证组合物的密实度；同时，在粉体材料中采用重钙粉作为掺合料，相对于硅灰，重钙粉，尤其是超细重钙粉，不会大幅增加UHPC体系的自收缩值，再配合上述级配石英砂，从而获得接近普通水泥砂浆的自收缩值；在此基础上，采用玻璃微珠能够有效提升组合物的流动性，实现自流平，搭配一定的流变调节剂能够协调浆料体系的粘度，加入减水剂相协同，降低用水量，提升体系强度，并使浆体在低水胶比下具备一定的操作时间，满足使用要求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的超高性能混凝土组合物的流动性好，可自流平，砂浆流动度达220m以上(检测标准《JCT 1083-2008水泥与减水剂相容性试验方法》)，可在构型复杂的模具中有效填充，只需轻微振动即可，且浆体流动性保持时间久，可操作时间长，约为15～20min；

2、自收缩值小：15～48h自收缩值为300～400μm/m(普通水泥砂浆为300μm/m，胶砂比约为35/65；已知部分市售UHPC产品的自收缩值为3000～5000μm/m)，本发明UHPC自收缩值接近普通水泥砂浆，使用该配方的构件不易变形，后期开裂风险小；

3、体系密实度高，具备普通UHPC的超高耐久性和超高强度，抗压强度可达120～150MPa以上，抗折强度可达20～30MPa。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物作进一步详细的说明。

一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分包括粉体材料、石英砂和减水剂；

以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 5～15％

0.3＜粒径＜0.4mm石英砂 20～25％

0.075≤粒径≤0.3mm石英砂 10～20％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.6～1％。

上述的超高性能混凝土组合物，通过合理配伍石英砂级配和粉体级配，以及减水剂，具有流动性好，可自流平的优点，能够获得适当的浆体操作时间，且自收缩值小，减少了构件早期应力集中，避免后期产生裂缝，也可以解决构件弯曲变形的问题，同时具备较优的耐久性和强度。

作为优选地，以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 9～12％

0.3＜粒径＜0.4mm石英砂 22～23％

0.075≤粒径≤0.3mm石英砂 14～15％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.7～0.9％。

具体地，所述重钙粉为超细重钙粉，D50＝2～5μm。应用该种超细掺合料后，能够有效减小组合物的自收缩值。

所述水泥的D50＝18～22μm；所述矿粉的D50＝10～15μm；所述流变调节剂的D50＝1～3μm；所述玻璃微珠的D50＝38～50μm。采用合适粒径的粉体材料组成，与上述石英砂相配合，能够形成最紧密堆积。

采用的流变调节剂为超细粉煤灰，D50＝1～3μm。通过粉煤灰的滚珠效应，协同玻璃微珠可以改善浆体的流动性，降低浆体粘度。

所述的水泥采用PII42.5R水泥，该水泥强度(28天胶砂强度达60MPa以上)高，且需水量小，配合采用S105级矿粉取代部分水泥，可降低体系的水化热和需水量。同时，优选采用减水率大于25％的高性能减水剂，可有效降低用水量。

进一步地，上述超高性能混凝土组合物还包括玻璃纤维；所述玻璃纤维的用量为所述粉体材料和石英砂总重量的1～2％。通过添加玻璃纤维能够优化提升组合物的韧性。

以下为具体实施例，实施例中采用的原材料信息如下：

(1)PII42.5R级硅酸盐水泥，D50＝18～22μm，广州市珠江水泥有限公司生产；

(2)S105级矿渣粉，D50＝10～15μm，东莞华润水泥有限公司；

(3)超细重钙粉：2000目，D50＝2～5μm，广州宏图矿业科技有限公司；

(4)流变调节剂：D50＝1～3μm，西卡建筑材料有限公司；

(5)玻璃微珠：325目，D50＝38～50μm，固安县恒远工贸有限公司；

(6)高性能减水剂：减水率＞25％，325C型，粉体，西卡建筑材料有限公司；

(7)石英砂，分为0.4mm≤粒径≤0.8mm，0.3mm＜粒径＜0.4mm，0.075mm≤粒径≤0.3mm三种粒级，广州石基高淳砂建材厂；

(8)玻璃纤维：长度12mm，型号Anti-crakHP，泰山玻璃纤维有限公司。

实施例1

本实施例一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分如下：

实施例2

本实施例一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分如下：

实施例3

本实施例一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分如下：

实施例4

本实施例一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其原料组分如下：

实施例5

分别采用实施例1-4的超高性能混凝土组合物进行超高性能混凝土构件的制作，步骤如下：

(1)按上述比例称量水泥、矿粉、超细重钙粉、流变调节剂、玻璃微珠、石英砂、减水剂，搅拌混合均匀后备用；

(2)成型构件时，将步骤(1)中的混合料倒入胶砂搅拌机，边搅拌边加水，水的用量为所述粉体材料总重量的15～20％，慢速搅拌约2分钟后，按配方表中的用量加入或不加入玻璃纤维，再快速搅拌1～2分钟；搅拌程序参考《GB17671-1999水泥胶砂强度检验方法》；

(3)可按照常规方法在搅拌出锅前最后一分钟适当于步骤(2)的混合物中加入液体或固体消泡剂(具体用量可根据消泡剂的品牌和效果确定)以便排除气泡；

(4)将步骤(3)的浆体倒入模具，轻微振动排除气泡，成型，用塑料薄膜覆盖养护约24小时；

(5)脱模得超高性能混凝土构件，分别为实施例构件1、实施例构件2、实施例构件3和实施例构件4。

对比例1

本对比例一种超高性能混凝土组合物，其原料组分同实施例1，区别在于：未采用所述玻璃微珠。按照实施例5的制作方法将该超高性能混凝土组合物制成对比构件1。

对比例2

本对比例一种超高性能混凝土组合物，其原料组分同实施例1，区别在于：未采用所述0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂。按照实施例5的制作方法将该超高性能混凝土组合物制成对比构件2。

对实施例1-4和对比例1-2的超高性能混凝土组合物及其制作的构件进行性能测试：

测试条件：标准试验过程应在标准温度20±2℃湿度大于50％的环境下进行；

自收缩检测标准：《ASTM C1698-09Standard Test Method for AutogenousStrain of Cement Paste and Mortar》；

流动度检测标准：《JCT 1083-2008水泥与减水剂相容性试验方法》；

抗压、抗折强度检测标准：《GB17671-1999水泥胶砂强度检验方法》；

耐久性(碳化)检测标准：《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

测试结果如下表1所示：

表1

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)

1.一种自流平低自收缩的超高性能混凝土组合物，其特征在于，其原料组分包括粉体材料、石英砂和减水剂；

以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 5～15％

0.3mm＜粒径＜0.4mm石英砂 20～25％

0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂 10～20％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.6～1％。

2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，以占所述原料组分的重量百分比计，所述粉体材料包括：

以占所述原料组分的重量百分比计，所述石英砂包括：

0.4mm≤粒径≤0.8mm石英砂 9～12％

0.3mm＜粒径＜0.4mm石英砂 22～23％

0.075mm≤粒径≤0.3mm石英砂 14～15％；

所述减水剂的用量为所述粉体材料总重量的0.7～0.9％。

3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述重钙粉为超细重钙粉，D50＝2～5μm。

4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述水泥的D50＝18～22μm；所述矿粉的D50＝10～15μm；所述流变调节剂的D50＝1～3μm；所述玻璃微珠的D50＝38～50μm。

5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述流变调节剂为超细粉煤灰，D50＝1～3μm。

6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述水泥为PII42.5R水泥；及/或所述矿粉为S105级矿粉。

7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述减水剂的减水率＞25％。

8.根据权利要求1-7任一项所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述的超高性能混凝土组合物还包括玻璃纤维；所述玻璃纤维的用量为所述粉体材料和石英砂总重量的1～2％。

9.根据权利要求8所述的超高性能混凝土组合物，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为10-15mm。

10.一种超高性能混凝土构件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按比例称取权利要求1-9任一项所述的超高性能混凝土组合物中所述的粉体材料、石英砂和减水剂，搅拌混合；

(2)将步骤(1)所得的物料倒入胶砂搅拌机，边搅拌边加水，水的用量为所述粉体材料总重量的15～20％，搅拌下加入或不加入所述玻璃纤维，继续搅拌；

(3)将步骤(2)所得的物料倒模、排除气泡、成型、脱膜，即可。