CN109824308A - 一种含偏高岭土的uhpc及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法,包括以下重量份数的组分:水泥700‑800份、粉煤灰280‑320份、高活性超细粉80‑100份、河沙900‑1000份、钢纤维145‑165份、减水剂30‑35份、高吸水性树脂3‑6份、水180‑210份,其中高活性超细粉由硅灰与偏高岭土以任意重量比例混合而成。本发明制得的UHPC具有各方面力学性能优异且不易开裂的优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制备的技术领域,尤其是涉及一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(简称UHPC)目前泛指抗压强度超过150MPa,抗折强度超过20MPa且耐久性良好的混凝土,其设计上不使用粗骨料,且大量使用减水剂和高活性超细粉并利用纤维进行增韧。UHPC的核心原理是降低最终产品的孔隙率并尽量消除宏观缺陷、改善孔结构以取得优异的力学性能。UHPC与普通混凝土相比主要的优势体现在:强度比普通混凝土高并且有着普通混凝土所不具有的韧性,可以承载一定的挠度;良好的耐久性能。
一篇专利公开号为CN107235684A的中国专利,提出了一种再生细骨料超高性能混凝土及其使用方法,所述超高性能混凝土主要原料的质量比为:普通硅酸盐水泥:硅灰:石英粉:细骨料:减水剂:水=1:0.25~0.35:0.35~0.40:1.0~1.2:0.02~0.03:0.20~0.25,钢纤维体积掺量为0.5~3%。所述细骨料,按照重量百分数,再生细骨料:30~100%;天然砂:0~70%;再生细骨料属于类再生细骨料,其粒径范围为0.15~1.18mm或0.15~4.75mm。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷:上述专利中的再生细骨料超高性能混凝土通过添加减水剂、降低水胶比来降低孔隙率和内部空隙尺寸,进而使混凝土具有优异的力学性能和耐久性能。但是由于水胶比很低,混凝土内部相对湿度降低从而造成自干燥,引起材料自收缩增大,导致混凝土表面和内部产生微裂缝。自收缩产生的微裂缝会发展而导致开裂,微裂缝为CO2-、SO42-、Cl-等有害介质侵蚀提供了迁移和扩散通道,降低了混凝土的耐久性;开裂则使混凝土出现脆性断裂结构整体破坏,甚至导致严重的灾难性事故和难以挽回的经济损失。
发明内容
本发明的目的一是提供一种力学性能优异且不易开裂的含偏高岭土的UHPC。本发明的目的二是提供一种制备该含偏高岭土的UHPC的制备方法。
本发明是通过以下技术方案得以实现的:
一种含偏高岭土的UHPC,包括以下重量份数的组分:
其中高活性超细粉由硅灰与偏高岭土以任意重量比例混合而成。
通过采用上述技术方案,硅灰作为高活性超细粉是制备高性能混凝土的有效成分,但是硅灰的来源性质不稳定,对UHPC的品质稳定性有不利影响。而偏高岭土是一种人工高活性火山灰矿物掺合料,有着细度高、反应活性高的特点,且相比于硅灰来源和性质均比较稳定。已有研究表明,偏高岭土不仅可以有效提高混凝土的强度,还可以通过降低氯离子的扩散系数从而促进混凝土水化进程、改善孔结构、优化混凝土的界面过渡区,并降低混凝土的干燥收缩,减少由于干燥收缩产生的微裂纹,从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。
另一方面,配方中添加高吸水性树脂,可以弥补UHPC水胶比很低所导致的内部湿度相对较低所引起的自收缩问题。高吸水树脂是一种分子结构上含大量羧基、羟基、羧酸盐基、酰胺基等亲水基团的低交联度三维网状结构的高分子材料,常见粒径在100-250μm,吸水倍率在500-3000倍不等。高吸水性树脂主要利用其充分伸展的三维网络和高分子链上基团的亲水性吸附水分,其减小高性能混凝土自收缩的机理主要在于释放内部水分的机制上。当水泥水化消耗水时,高吸水性树脂与水泥之间就形成了一个湿度梯度,两者产生一定毛细压力差,从而将高吸水树脂中的水分挤压并释放出来补偿损失的湿度,使混凝土内部在早期可以保持较好的湿度,降低混凝土的自干燥和自收缩,减少微裂纹的产生,混凝土也就不易从微裂纹处裂开甚至折断,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度都得到提升。
配方中的钢纤维既可改善UHPC脆性过大问题,还可以阻止混凝土内的裂纹扩展。钢纤维使混凝土在载荷情况下的破坏形式由微裂纹的扩展变成了钢纤维-混凝土过渡界面的破坏,而偏高岭土则优化了混凝土的界面过渡区,因此,钢纤维与混凝土结合牢固且有利于阻止微裂纹扩展,进一步降低混凝土早期的自干燥和自收缩所导致的开裂问题。
进一步设置为:所述高吸水性树脂为淀粉类高吸水性树脂。
通过采用上述技术方案,淀粉类高吸水树脂主要指淀粉与丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性烯类单体的接枝共聚物,由于淀粉具有大量的羟基,因此具有较强的吸水性,吸水率高达几千倍。且淀粉类高吸水树脂原料来源丰富,吸水倍率高,而洗水后凝胶强度较低,长期保水性差,因此添加在混凝土中可以作为前期内养护保水材料,后期可以自动分解,不影响混凝土自身性质。
进一步设置为:所述钢纤维为表面镀铜钢纤维。
通过采用上述技术方案,钢纤维掺入UHPC后均匀分布,不可避免地会有部分露出表面,而裸露在外部的钢纤维容易受到环境中的水分、氧气和离子的共同作用而产生腐蚀,因此在钢纤维表面镀铜,在钢纤维表面形成一层耐腐蚀的保护层,提高钢纤维的使用寿命。
进一步设置为:所述河沙包括细河沙和粗河沙,所述细河沙的粒径范围为0-0.06mm,所述粗河沙的粒径范围为0.6-1.25mm。
进一步设置为:所述河沙中的细河沙和粗河沙的重量比为(4-6):(3-4)。
通过采用上述技术方案,河沙在UHPC中用作细骨料,根据UHPC设计的堆积理论,骨料的尺寸和粒径分布、形貌对于UHPC的性能有着很大影响,因此,根据UHPC的堆积理论,选用粒径大小不同的粗河沙和细河沙作为骨料,细河沙可以填充粗河沙堆积时存在的缝隙,进而使UHPC更加密实,不易产生裂纹且提高UHPC的力学性能和耐久性能。
进一步设置为:所述减水剂采用聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案,减水剂是通过对浆体的絮凝程度进行改性,其主要激机理在于:(1)增加颗粒表面的电位值以增加颗粒之间的静电斥力及吸附在颗粒表面;(2)通过聚合物自身的分子链形成空间位阻,从而达到改善浆体流动性的目的。聚羧酸减水剂对UHPC的增强效果显著,如能降低UHPC收缩,赋予了混凝土优异的强度和耐久性,且有害物质含量极低等,具有良好的综合技术性能优势及环保特点,符合现代化混凝土工程的需要。
一种含偏高岭土的UHPC的制备方法,包括以下步骤:
S1,将水泥、粉煤灰和高活性超细粉进行搅拌混合得到初级粉料;
S2,向S1中得到的初级粉料内加入河沙并搅拌均匀得到二级粉料;
S3,向S2中的二级粉料中边搅拌边加入减水剂和75%的水,搅拌均匀得到初级浆料;
S4,向S3中得到的初级浆料中加入剩下的水继续搅拌,再加入钢纤维和高吸水性树脂并搅拌均匀得到砂浆成品。
通过采用上述技术方案,采用先将水泥、粉煤灰和高活性细粉这进行混合得到初级粉料,再将初级粉料与骨料河沙进行混合的方式,可以提高粉料与骨料之间的混合均匀性。
S3步骤中,减水剂和水以边搅拌边加入的方式进行加料,可以减少由于粉料堆积引起的气体,从而让减水剂更好地发挥作用。向二级粉料中添加减水剂和水时,水分作两次加入,其作用原理是差量水适度润湿水泥后,润湿的水泥包裹河沙形成水泥浆壳,减少游离水泥与水结合时形成的水泥疙瘩,再加入剩下的水搅拌糊化,使润湿的游离水泥并与水泥浆壳之间形成粘合作用,混凝土各原料之间的结合更均匀充分,从而提高混凝土的强度,混凝土不易产生离析现象,泌水少且和易性好。
S4步骤中,钢纤维和高吸水性树脂在最后一步才进行加料,可以减少钢纤维在初级浆料中的搅拌时间,降低搅拌时剪切力导致的钢纤维变形引起的团聚现象的可能性,有利于钢纤维和初级浆料的均匀混合。高吸水树脂最后加入则是避免高吸水树脂在前期影响粉料、骨料、水和减水剂的均匀混合,减小由于高吸水树脂加入所引起的不利影响。
进一步设置为:所述S1和S2步骤中搅拌时间为40-50s,搅拌速度60-100转/min。
通过采用上述技术方案,S1和S2步骤中搅拌速度保持在60-120转/min,即S1和S2中均为缓慢搅拌,S1步骤中慢速搅拌可以减少由于快速搅拌时产生的粉体飞扬,使各组分含量稳定。S2步骤中缓慢搅拌则是由于UHPC属于逆触变性浆体,在外切力的作用下会产生负触变现象,即在外切力的作用下浆体黏度迅速上升,静止后又恢复原状。如果加入钢纤维之后过度的高速搅拌反而导致浆体黏度上升,钢纤维在高粘度的浆体内容易由于较大的剪切力产生变形进而引起的团聚现象,因此慢速搅拌可以使浆体保持合适的黏度并且钢筋纤维可以均匀分散在浆体中。
进一步设置为:所述S3步骤中将减水剂和水混合均匀后再以5重量份数/s的速度匀速混入二级粉料中,搅拌25-35s。
通过采用上述技术方案,S3步骤中减水剂首先与水混合均匀后再加入至二级粉料中,可以使减水剂和水一起与粉料混合均匀,有利于减水剂更好的发挥作用。减水剂和水以5重量份数/s的速度缓慢匀速地加入二级粉料中,可以使减水剂和水充分均匀地与二级粉料进行混合,有利于UHPC的质地均匀性和结构稳定性。
进一步设置为:所述S4步骤中向初级浆料加入剩下的水后继续搅拌时间为220-250s,再以20-30重量份数/min的速度缓慢加入钢纤维,最后搅拌50-70s形成砂浆成品。
通过采用上述技术方案,钢纤维以20-30重量份数/min的速度缓慢加入初级浆料中,钢纤维混入初级浆料中时受到的剪切作用力更小,从而减少钢纤维混入初级浆料中时发生变形的可能性,进而减少团聚现象的发生,有利于砂浆成品的均匀性。
综上所述,本发明的有益技术效果为:
(1)配方中添加偏高岭土以替换部分硅灰,偏高岭土相比于硅灰来源和性质均比较稳定,可以提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性;偏高岭土还可以通过降低氯离子的扩散系数从而促进混凝土水化进程,进而降低混凝土的干燥收缩,减少混凝土由于干燥收缩产生的微裂缝,提高混凝土的力学性能和耐久性能。
(2)高吸水性树脂在混凝土中作为内养护剂,利用充分伸展的三维网络和高分子链上基团的亲水性吸附水分,当水泥水化消耗水时,高吸水性树脂与水泥之间就形成了一个湿度梯度,两者产生一定毛细压力差,从而将高吸水树脂中的水分挤压并释放出来补偿损失的湿度,使混凝土内部在早期可以保持较好的湿度,抑制混凝土的自干燥和自收缩,减少微裂纹的产生。
(3)钢纤维既可改善UHPC脆性过大问题,还可以阻止混凝土内的裂纹扩展,作用原理为:钢纤维使混凝土在载荷情况下的破坏形式由微裂纹的扩展变成了钢纤维-混凝土过渡界面的破坏,而偏高岭土则优化了混凝土的界面过渡区,因此,钢纤维与混凝土结合牢固且有利于阻止微裂纹扩展,进一步降低混凝土早期的自干燥和自收缩所导致的开裂问题。
(4)向初级浆料中添加钢纤维时,钢纤维缓慢加入至初级浆料中且初级浆料也处于缓慢搅拌状态,此种加料方式避免初级浆料由于高速搅拌导致浆体黏度过大的问题,进而减小初级浆料对钢纤维的剪切力,使钢纤维不易由于较大的剪切力产生变形,进而减少团聚现象发生,使浆体保持合适的黏度并且钢筋纤维可以均匀分散在浆体中。
具体实施方式
实施例1:一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法,其组分含量如表1所示,制备方法包括以下步骤:
S1,将水泥、粉煤灰和高活性超细粉进行搅拌混合,搅拌时间40-50s,搅拌速度60-100转/min,得到初级粉料;
S2,将河沙中的粗河沙和细河沙混合均匀后再加入至初级粉料内,边加边搅拌,搅拌时间40-50s,搅拌速度60-100转/min,得到二级粉料;
S3,将减水剂和75%的水混合均匀后再以5重量份数/s的速度匀速加入至二级粉料中,边加边搅拌,搅拌速度30-60转/min,搅拌时间25-35s,搅拌均匀得到初级浆料;
S4,向S3中得到的初级浆料中以5重量份数/s的速度匀速加入剩下的水并边加边搅拌,继续搅拌220-250s,再将高吸水性树脂与钢筋纤维混合均匀后以20-30重量份数/min的速度缓慢加入初级浆料中,最后搅拌50-70s至搅拌均匀得到砂浆成品。
对比例2-6:一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法,与实施例1的区别在于各组分及其含量不同,其组分含量如表1所示。
对比例7-12:一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法,与实施例1的区别在于各组分及其含量不同,其组分含量如表3所示。
对比例13-18:一种含偏高岭土的UHPC及其制备方法,与实施例1的区别在于各组分及其含量不同,其组分含量如表4所示。
表1实施例1-6的组分含量表(单位:g)
表2对比例1-6的组分含量表(单位:g)
表3对比例7-12的组分含量表(单位:g)
性能测试试验
抗渗性试验组别1:
采用T0528-94标准中的《混凝土抗渗性试验方法》进行抗渗性试验
(1)制备样品,按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样,每个实施例的样品为一组,一组样品包括六块完全相同且由标准试模成型的试件;
(2)试件养护,所有试件在标准试模中成型24h后拆模,用钢丝刷刷净两端面水泥浆膜,在标准条件下养护28d;
(3)试验装样,所有试件养护到期后取出,擦干表面,用钢丝刷刷净两端面,待表面干燥后,将实施例1的一组样品中六个试件均侧面滚涂一层熔化的密封材料(黄油掺滑石粉),并装入抗渗仪上进行试验,再依次对实施例2、实施例3…的一组样品中六块试件进行试验。如果在试验中,水从试件周边渗出,说明密封不好,需要重新密封;
(4)试验操作,试验水压从0.2MPa开始,每隔8h增加水压0.1MPa,并随时观察试件端面情况,试验水压一直加至每组样品中的6个试件里有3个试件表面发现渗水,记下此时的水压力。每组样品的抗渗性能由第三个试件开始出现渗水现象时的水压表示H(MPa)表示。
抗渗性试验组别2:与抗渗性试验组别1不同点在于,试验样品按照表2所示的对比例1-6的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗渗性实验组别1相同。
抗渗性试验组别3:与抗渗性试验组别1不同点在于,试验样品按照表3所示的对比例7-12的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗渗性实验组别1相同。
抗渗性试验数据及分析
抗渗性试验组别1、抗渗性试验组别2和抗渗性试验组别3的试验数据分别如表4-1、表4-2、表4-3所示。
表4-1抗渗性试验组别1的抗渗性水压力表
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
H(MPa) | 1.12 | 1.25 | 1.39 | 1.41 | 1.29 | 1.22 |
表4-2抗渗性试验组别2的抗渗性水压力表
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
H(MPa) | 1.14 | 0.92 | 1.2 | 0.83 | 1.35 | 1.06 |
表4-3抗渗性试验组别3的抗渗性水压力表
对比例7 | 对比例8 | 对比例9 | 对比例10 | 对比例11 | 对比例12 | |
H(MPa) | 0.87 | 0.94 | 1.05 | 1.02 | 0.93 | 0.84 |
结合表1和表4-1进行对比分析,根据抗渗等级的计算公式:P=10H-1进行计算,可以发现实施例1-6均具有良好的抗渗性,抗渗等级稳定在P10级以上,符合超强性能混凝土的抗渗要求。抗渗压强最大差值为1.41MPa-1.12MPa=0.29MPa,偏差较小,说明性能稳定性好。此外,由表4-1中数据可以看出,实施例3与实施例4相较于其他实施例具有更好的抗渗性,即当偏高岭土和硅灰之间的质量比为2:3或3:2时,含有偏高岭土的超强性能混凝土的抗渗性能更好。这种现象的原因为偏高岭土的反应活性大于硅灰但是不利于工作性能和浆体黏度,使得随着偏高岭土的含量增加,UHPC的抗渗性能先上升,而超过一定量后,由于微观结构劣化而又导致抗渗性能下降。
结合表1和表2进行对比分析,可以发现对比例1与实施例1、对比例2与实施例2、对比例3与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例1-6不含偏高岭土。再分析表4-2,发现对比例1-6中最高抗渗压强为实施例5的1.35MPa,最低抗渗压强为实施例4的0.83MPa,抗渗压强最大差值为1.35MPa-0.83MPa=0.52MPa。对比例1-6中的抗渗压强偏差较大,且抗渗压强变化不规律,说明超活性细粉全部为硅灰时,来源性质不稳定,导致混凝土的性能不稳定。
结合表1和表3进行对比分析,可以发现对比例7与实施例1、对比例8与实施例2、对比例9与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例7-12中的高吸水性树脂含量与实施例1-6不同。结合表3和表4-3进行对比分析,发现当配方中高水性树脂含量低于3g时,随着高吸水性树脂含量的增大,混凝土的抗渗性增强;但是当配方中高水性树脂的含量高于6g时,随着高吸水性树脂含量的增加混凝土的抗渗性反而降低。
这是由于配方中高吸水性树脂含量越多,吸水量越大。当高吸水性树脂含量较少(低于3g)时,吸水量较少,混凝土自干燥时高吸水性树脂内吸收的水分不足以弥补水量损失,因此混凝土内部还是产生一定量的微裂纹,导致混凝土的抗渗性能较差,随着高吸水性树脂含量的上升,吸水水量增大,从而减少了混凝土内部的微裂纹,混凝土抗渗性能随着高吸水性树脂含量的增大而增强。当高吸水性树脂含量较多(高于6g)时,过多的高吸水性树脂在拌和混凝土砂浆时吸收过多水分,导致水灰比过小从而引起水化热增大,混凝土易开裂、和易性差,因此,随着高吸水性树脂含量的上升,水灰比下降,抗渗性能变差。
抗压性试验组别1:
采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行抗压性试验
(1)制备样品,按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样,每个实施例的样品分别转入内表面涂覆有脱模剂的三个标准试模中,再振动成型形成三个完全相同的150mm×150mm×150mm的试件;
(2)样品养护,所有试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面,再在温度为20℃的环境中静置36h,再进行拆模;拆模后的试件立即放入温度为20℃,相对湿度为95%以上的环境下进行养护;试件彼此之间间隔10-20mm,试件表面应保持潮湿并不得被水直接冲淋,养护时间为28d;
(3)试验放样,试件养护28d后将表面擦净并立即放入压力试验机中进行抗压强度试验,试件放置在压力试验机的下压板或垫板上,试件的承压面应与成型时的顶面垂直;试件的中心应与压力试验机的下压板中心对准;
(4)试验操作,开动压力试验机,在试验过程中连续均匀地加荷,加荷速度取1.0MPa/s,当试件接近破坏开始急剧变形时,停止调整压力试验机油门,直至试件被破坏,记录破坏荷载;
(5)每个试件的抗压强度按下式计算:fcc=F/A,式中,fcc代表试件抗压强度(MPa),F代表试件破坏荷载(N),A代表试件承压面积(mm2);每个实施例的抗压强度值取各自对应的三个试件抗压强度的算术平均值。
抗压性试验组别2:与抗压性试验组别1的不同点在于,试验样品按照表2所示的对比例1-6的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗压性试验组别1相同。
抗压性试验组别3:与抗压性试验组别1的不同点在于,试验样品按照表3所示的对比例7-12的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗压性试验组别1相同。
抗压性试验数据及分析
抗压性试验组别1、抗压性试验组别2和抗压性试验组别3的试验数据如分别如表5-1、表5-2、表5-3所示。
表5-1抗压性试验组别1的抗压强度表
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
fcc | 152 | 154 | 163 | 162 | 155 | 154 |
表5-2抗压性试验组别2的抗压强度表
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
fcc | 139 | 141 | 128 | 143 | 134 | 114 |
表5-3抗压性试验组别3的抗压强度表
对比例7 | 对比例8 | 对比例9 | 对比例10 | 对比例11 | 对比例12 | |
fcc | 142 | 140 | 143 | 145 | 142 | 141 |
结合表1和表5-1进行对比分析,发现实施例1-6的抗压强度均在150MPa以上,属于抗压性能较好的超强性能混凝土。抗渗压强最大差值为163MPa-152MPa=11MPa,偏差较小,说明性能稳定性好。此外,由表5-1中数据可以看出,实施例3与实施例4相较于其他实施例抗压强度更高,即当偏高岭土和硅灰之间的质量比为2:3或3:2时,含有偏高岭土的超强性能混凝土的抗压性更好。
再分析表5-2,发现对比例1-6中最高抗压强度为实施例2的141MPa,最低抗压强度为实施例5的114MPa,抗渗压强最大差值为141MPa-114MPa=27MPa。对比例1-6中的抗压强度偏差较大,且抗压强度变化不规律,与前面说明的硅灰时来源性质不稳定,导致混凝土的性能不稳定原因相契合。
结合表1和表3进行对比分析,可以发现对比例7与实施例1、对比例8与实施例2、对比例9与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例7-12中的高吸水性树脂含量与实施例1-6不同。结合表3、表5-1和表5-3进行对比分析,发现当配方中含有适量(3g-6g)高吸水性树脂时,混凝土的抗压性能有小幅度增强,当高吸水性树脂含量过多或过少时,混凝土的抗压性能有所降低但降低幅度不如对比例1-6明显。
劈裂抗拉强度试验组别1:
采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》中的劈裂抗拉强度试验方法进行试验。
(1)制备样品,按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样,每个实施例的样品分别转入内表面涂覆有脱模剂的三个标准试模中,再振动成型形成三个完全相同的150mm×150mm×150mm的试件;
(2)样品养护,所有试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面,再在温度为20℃的环境中静置36h,再进行拆模;拆模后的试件立即放入温度为20℃,相对湿度为95%以上的环境下进行养护;试件彼此之间间隔10-20mm,试件表面应保持潮湿并不得被水直接冲淋,养护时间为28d;
(3)试验放样,试件养护28d后将表面擦净并立即放入压力试验机中进行劈裂抗拉强度试验,试件放在压力试验机下压板的中心位置,劈裂承压面和劈裂面应与试件成型时的顶面垂直,在上、下压板与试件之间垫以圆弧形垫块及垫条各一条,垫块与垫条与试件上、下面的中心线对准并与成型时的顶面垂直;
(4)试验操作,开动试验机,并连续均匀加荷,加荷速度为0.1MPa/s,当试件接近破坏开始急剧变形时,停止调整压力试验机油门,直至试件被破坏,记录破坏荷载;
(5)每个试件的抗压强度按下式计算:fts=2F/(πA)=0.637F/A,式中fts表示试件劈裂抗拉强度(MPa),F表示破坏荷载(N),A表示试件劈裂面面积(mm2);每个实施例的劈裂抗拉强度值取各自对应的三个试件劈裂抗拉强度的算术平均值。
劈裂抗拉强度试验组别2:与劈裂抗压性试验组别1的不同点在于,试验样品按照表2所示的对比例1-6的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与劈裂抗压性试验组别1相同。
劈裂抗拉强度试验组别3:与劈裂抗压性试验组别1的不同点在于,试验样品按照表3所示的对比例7-12的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与劈裂抗压性试验组别1相同。
劈裂抗拉强度试验数据及分析
劈裂抗压性试验组别1、劈裂抗压性试验组别2和劈裂抗压性试验组别3的试验数据分别如表6-1、表6-2、表6-3所示。
表6-1劈裂抗拉强度试验组别1的劈裂抗拉强度表
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
f<sub>ts</sub> | 10.5 | 10.7 | 11 | 11.2 | 10.9 | 10.6 |
表6-2劈裂抗拉强度试验组别2的劈裂抗拉强度表
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
f<sub>ts</sub> | 7.2 | 7.6 | 8.4 | 7.5 | 6.8 | 7.3 |
表6-3劈裂抗拉强度试验组别3的劈裂抗拉强度表
对比例7 | 对比例8 | 对比例9 | 对比例10 | 对比例11 | 对比例12 | |
f<sub>ts</sub> | 8.3 | 7.9 | 8.2 | 8.4 | 7.8 | 8.0 |
结合表1和表6-1进行对比分析,发现实施例1-6的劈裂抗拉强度基本都在9.0MPa以上,由此可以判断实施例1-6均具有良好的劈裂抗拉强度,符合超强性能混凝土的劈裂抗拉强度要求。劈裂抗拉强度压强最大差值为11.2MPa-10.5MPa=0.7MPa,偏差较小,说明性能稳定性好。此外,由表4-1中数据可以看出,实施例3与实施例4相较于其他实施例具有更高的劈裂抗拉强度,即当偏高岭土和硅灰之间的质量比为2:3或3:2时,含有偏高岭土的超强性能混凝土的劈裂抗拉性能更好。这种现象与前面抗渗性试验和抗压性试验的现象类似,原因相同。
结合表1和表2进行对比分析,可以发现对比例1与实施例1、对比例2与实施例2、对比例3与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例1-6不含偏高岭土。再分析表6-2,发现对比例1-6中最大劈裂抗拉强度为对比例3的8.4MPa,最小劈裂抗拉强度为对比例8的6.8MPa,整体劈裂抗拉强度低于实施例1-6。而劈裂抗拉强度最大差值为8.4MPa-6.8MPa=1.2MPa,说明对比例1-6中的劈裂抗拉强度偏差较大,且劈裂抗拉强度变化不规律,这也是由于超活性细粉全部为硅灰时,由于硅灰来源性质不稳定,导致混凝土的性能不稳定。
结合表1和表3进行对比分析,可以发现对比例7与实施例1、对比例8与实施例2、对比例9与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例7-12中的高吸水性树脂含量与实施例1-6不同。再对表6-3进行分析,发现对比例7-12中,最大劈裂抗拉强度为对比例10的8.4MPa,最小劈裂抗拉强度为对比例8的7.9MPa,劈裂抗拉强度最大值为8.4MPa-7.8MPa=0.6MPa,偏差较小。对比例7-12的劈裂抗拉强度整体低于实施例1-6,但相对于对比例1-6性能表现得更加稳定。这也从侧面说明适量的高吸水性树脂可以增强混凝土力学性能且掺入偏高岭土有利于混凝土的质量和性能稳定性。
抗折强度试验组别1:
采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》中的抗折强度试验方法进行试验。
(1)样品制备,制备样品,按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样,每个实施例的样品分别转入内表面涂覆有脱模剂的三个标准试模中,再振动成型形成三个完全相同的150mm×150mm×150mm的试件;
(2)样品养护,所有试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面,再在温度为20℃的环境中静置36h,再进行拆模;拆模后的试件立即放入温度为20℃,相对湿度为95%以上的环境下进行养护;试件彼此之间间隔10-20mm,试件表面应保持潮湿并不得被水直接冲淋,养护时间为28d;
(3)试验放样,试件养护28d后将表面擦净并立即放入试验机中进行抗折强度试验,试件的承压面为试验成型时的侧面;
(4)试验操作,开动试验机,并连续均匀加荷,加荷速度为0.1MPa/s,当试件接近破坏开始急剧变形时,停止调整试验机油门,直至试件被破坏,记录破坏荷载;
(5)每个试件的抗折强度按下式计算:ff=Fl/(bh2),式中ff表示试件抗折强度(MPa),F表示破坏荷载(N),l表示支座间跨度(mm),h试件截面高度(mm),b试件截面宽度(mm)。每个实施例的抗折强度值取各自对应的三个试件抗折强度的算术平均值。
抗折强度试验组别2:与抗折强度试验组别1的不同点在于,试验样品按照表2所示的对比例1-6的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗折强度试验组别1相同。
抗折强度试验组别2:与抗折强度试验组别1的不同点在于,试验样品按照表3所示的对比例7-12的各组分含量及制备方法进行制样,试验方法与抗折强度试验组别1相同。
抗折强度试验数据及分析
抗折强度试验组别1、抗折强度试验组别2和抗折强度试验组别3的试验数据分别如表7-1、表7-2、表7-3所示。
表7-1抗折强度试验组别1的抗折强度表
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
f<sub>f</sub> | 28.3 | 28.2 | 35.3 | 35.1 | 29.7 | 28.8 |
表7-2抗折强度试验组别2的抗折强度表
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
f<sub>f</sub> | 17.3 | 20.5 | 26.8 | 20.9 | 29.4 | 21.3 |
表7-3抗折强度试验组别3的抗折强度表
对比例7 | 对比例8 | 对比例9 | 对比例10 | 对比例11 | 对比例12 | |
f<sub>f</sub> | 22.4 | 27.7 | 30.5 | 30.6 | 23.1 | 23.8 |
结合表1和表7-1进行对比分析,发现实施例1-6的抗折强度基本都在28MPa以上,最高达35MPa,由此可以判断实施例1-6均具有良好的抗折强度,符合超强性能混凝土的抗折强度要求。抗折强度压强最大差值为35.3MPa-28.3MPa=7.0MPa,偏差较小,说明性能稳定性好。此外,由表4-1中数据可以看出,实施例3与实施例4相较于其他实施例具有更高的抗折强度,即当偏高岭土和硅灰之间的质量比为2:3或3:2时,含有偏高岭土的超强性能混凝土的劈裂抗拉性能更好。这种现象与前面抗渗性试验和抗压性试验的现象类似,原因相同。
结合表1和表2进行对比分析,可以发现对比例1与实施例1、对比例2与实施例2、对比例3与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例1-6不含偏高岭土。再分析表7-2,发现对比例1-6中最大抗折强度29.4MPa,最小抗折强度为17.3MPa,而抗折强度最大差值为29.4MPa-17.3MPa=12.1MPa,说明对比例1-6中的抗折强度偏差较大,且抗折强度变化不规律,这也是由于超活性细粉全部为硅灰时,由于硅灰来源性质不稳定,导致混凝土的性能不稳定。
结合表1和表3进行对比分析,可以发现对比例7与实施例1、对比例8与实施例2、对比例9与实施例3(…以此类推)的不同之处在于,对比例7-12中的高吸水性树脂含量与实施例1-6不同。再对表7-3进行分析,发现对比例7-12中,最大抗折强度为30.6MPa,最小抗折强度为22.4MPa,抗折强度最大值为30.6MPa-22.4MPa=8.2MPa,偏差较小且与实施例1-6的偏差程度相近。对比例7-12的抗折强度整体低于实施例1-6,性能稳定性得与实施例1-6相近,但比对比例1-6性能表现更加稳定。这也从侧面说明适量的高吸水性树脂可以增强混凝土力学性能且掺入偏高岭土有利于混凝土的质量和性能稳定性。
本实施例的实施原理及有益效果为:将配方中的硅灰部分替换成偏高岭土,利用偏高岭土的来源性质稳定性来提高混凝土的力学性能稳定性。同时在配方中添加高吸水性树脂,高吸水性树脂可以弥补UHPC在低水胶比上的性能表现不足,即高吸水性竖直在对早期开始硬化的混凝土进行内养护,弥补混凝土硬化时的内部湿度降低,减少早期微裂纹产生,进而提高混凝土的抗渗性、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度等力学性能。并且由于减少了微裂纹的产生,UHPC的抗裂性能、耐久性也得到大幅度提升。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含偏高岭土的UHPC,其特征在于,包括以下重量份数的组分:
水泥 700-800份;
粉煤灰 280-320份;
高活性超细粉 80-100份;
河沙 900-1000份;
钢纤维 145-165份;
减水剂 30-35份;
高吸水性树脂 3-6份;
水 180-210份;
其中高活性超细粉由硅灰与偏高岭土以任意重量比例混合而成。
2.根据权利要求1所述的含偏高岭土的UHPC,其特征在于:所述高吸水性树脂为淀粉类高吸水性树脂。
3.根据权利要求2所述的含偏高岭土的UHPC,其特征在于:所述钢纤维为表面镀铜钢纤维。
4.根据权利要求1所述的含偏高岭土的UHPC,其特征在于:所述河沙包括细河沙和粗河沙,所述细河沙的粒径范围为0-0.06mm,所述粗河沙的粒径范围为0.6-1.25mm。
5.根据权利要求4所述的含偏高岭土的UHPC,其特征在于:所述河沙中的细河沙和粗河沙的重量比为(4-6):(3-4)。
6.根据权利要求1所述的含偏高岭土的UHPC,其特征在于:所述减水剂采用聚羧酸减水剂。
7.一种含偏高岭土的UHPC的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将水泥、粉煤灰和高活性超细粉进行搅拌混合得到初级粉料;
S2,向S1中得到的初级粉料内加入河沙并搅拌均匀得到二级粉料;
S3,向S2中的二级粉料中边搅拌边加入减水剂和75%的水,搅拌均匀得到初级浆料;
S4,向S3中得到的初级浆料中加入剩下的水继续搅拌,再加入钢纤维和高吸水性树脂并搅拌均匀得到砂浆成品。
8.根据权利要求7所述的含偏高岭土的UHPC的制备方法,其特征在于:所述S1和S2步骤中搅拌时间为40-50s,搅拌速度60 -100转/min。
9.根据权利要求8所述的含偏高岭土的UHPC的制备方法,其特征在于:所述S3步骤中将减水剂和水混合均匀后再以5重量份数/s的速度匀速混入二级粉料中,搅拌25-35s。
10.根据权利要求9所述的含偏高岭土的UHPC的制备方法,其特征在于:所述S4步骤中向初级浆料加入剩下的水后继续搅拌时间为220-250s,再将高吸水性树脂与钢筋纤维混合均匀后以20-30重量份数/min的速度缓慢加入初级浆料中,最后搅拌50-70s形成砂浆成品。
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