CN110451896A - 基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，由以下质量份数的成分组成：水泥300‑450份，超细粉煤灰10‑130份，超细矿粉10‑130份，粉煤灰20‑80份，机制砂110‑190份，天然河砂390‑650份，4.75‑9.5mm碎石420‑510份，9.5‑26.5mm碎石600‑730份，外加剂10‑16份，水140‑180份。本发明采用优质的掺合料降低新拌混凝土粘度的角度出发，通过向混凝土体系中掺入一种或两种超细掺合料使混凝土体系中粉体的粒度梯度更加合理，且相较于硅灰，这种掺合料具有较为适宜的比表面积，润湿表面所需的水量小，使浆体流动阻力减小，制备出的高强混凝土具有流动性能好、粘度低、后期强度高的特点，为解决高强混凝土发粘的问题提供了一条新的途径。

Description

基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土

技术领域

本发明涉及高强混凝土材料制备技术领域，尤其涉及一种基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土。

背景技术

随着社会的发展和科学技术的进步，人类不断拓宽自身的生存空间，现代建筑物越来越趋向于高层化、轻量化和大跨度化。高强混凝土技术作为建设部推广的十项新技术之一，也是公路、铁路、水工等其它行业部门研究和推广应用的新技术之一，已经被越来越多应用于国家的一些基础建设中。与普通混凝土相比，高强混凝土具有明显的技术优势。采用高强混凝土不仅可以减小混凝土结构尺寸，减轻结构自重和地基荷载，节约用地，减少材料用量，节省资源，降低施工能耗，而且能够提高混凝土结构的耐久性能，延长建筑物的使用寿命，减少结构维护和修补费用。

为了使混凝土达到高强或超高强等级，必须采用大量的胶凝材料和较低的用水量，这就导致新拌混凝土出现粘度较大和流动速度慢的问题，造成施工难度大，新拌高强混凝土粘度大的问题在我国显得尤为严重，工程事故频发。

目前，降低新拌高强混凝土粘度的方法主要两种:使用高性能外加剂；掺加优质的掺合料。

使用高性能外加剂降低混凝土粘度，一种是采用提高减水剂掺量的方法，采用提高减水剂掺量的方法，一方面会导致成本的提高；另一方面新拌混凝土会出现泌水扒底等问题，给施工造成一定难度；除此之外，已有相关研究表明，水胶比越低，混凝土间隙液中残留的减水剂，对粘度的影响越大，颗粒间作用力越强，剪切过程易缠结，浆体粘度越大。使用高性能外加剂降低混凝土粘度，另外一种是采用降粘型外加剂，由于技术限制，目前市场上现存的降粘型外加剂造价高，生产技术不适合大面积推广，且目前无相应的针对快分散降粘型外加剂的生产技术规范，在混凝土中使用快分散降粘型外加剂对混凝土的长期性能影响无系统研究，从而在一定程度上限制了快分散降粘型外加剂在高强混凝土中的使用。

通过掺加优质的掺合料降低新拌混凝土拌合物粘度的原因可以从两个大方面来分析与解释：

（1）正作用：①优质掺合料粒形完整，表面光滑，质地致密。这种形态对混凝土而言，无疑能起到减水作用、降低新拌混凝土拌合物粘度。②掺入细度较大的部分掺合料后，加宽了细颗粒的粒径分布范围．提高颗粒的填充作用，从而增大固体颗粒的堆积密实度．进而释放出更多的自由水，降低新拌混凝土拌合物粘度。③加入掺合料后浆体的ζ电位绝对值提高，颗粒间的斥力作用强，颗粒易于分散，可减少浆体中的絮凝结构．从而增大自由水量，降低新拌混凝土拌合物粘度。④由于大部分掺合料的密度低于水泥，等质量加入后，粉体体积的增加导致对集料润滑作用增强，颗粒间摩擦力相对减小，从而降低新拌混凝土拌合物粘度。

(2)负作用：掺合料等质量取代水泥，增大了固体颗粒数目和体积，导致体系总表面积的增大，润湿所需要的水量增加，从而使浆体流动阻力增大，新拌混凝土拌合物粘度增加，例如硅灰的比表面积巨大，会导致体系总表面积显著增大，促使新拌混凝土拌合物粘度增加。

因此，掺合料对新拌混凝土拌合物粘度的影响取决于以上两方面何种作用占主导，特别是对固体颗粒堆积密实度和表面积的影响，需要进行进一步的研究。

超细掺合料一般是指平均粒径低于10μm，比表面积大于 600 m²/kg 的掺合料。相较于普通掺合料，其平均粒径小了1个数量级，强度活性指数高。在目前实际生产配制高强混凝土的过程中，为使混凝土达到强度高的目的，常使用硅灰作为高强混凝土的掺合料。硅灰相较于普通掺合料其平均粒径小了2个数量级，将硅灰直接与普通掺合料混合掺入高强混凝土中，一方面由于其比表面积大吸附水量大，导致新拌混凝土粘度增加，流动性能变差，另一方面由于硅灰与普通掺合料相比其平均粒径间隔太大，如果仅掺加硅灰来填充粉体之间的孔隙，掺合料粒度级配不合理，不利于紧密堆积。

发明内容

针对现有技术的所述不足，本发明目的在于利用掺合料颗粒级配提供一种降低新拌高强混凝土拌合物粘度的混凝土及其制作方法，该方法制备出的高强混凝土流动性能好、粘度低、后期强度高，满足高强混凝土相应的规范要求。

为了解决所述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强度混凝土，其组分及其质量份数如下：

水泥300-450份，

超细粉煤灰10-130份，

超细矿粉10-130份，

粉煤灰20-80份，

机制砂110-190份，

天然河砂390-650份，

4.75-9.5mm碎石420-510份，

9.5-26.5mm碎石600-730份，

外加剂7-17份，

水140-180份。

本发明的高强度混凝土，引入平均粒径位于普通掺合料和硅灰之间的一种或两种超细掺合料，使混凝土体系中粉体的粒度梯度更加合理，形成了良好的颗粒级配，即以4.75-9.5mm碎石和9.5-26.5mm碎石为大粒度颗粒骨架，再以普通粉煤灰与水泥为小颗粒，两种超细粉末（超细粉煤灰和超细矿粉）为微型颗粒的粒度梯度分布，“微型颗粒”能自然“流动”到“小颗粒”和“大粒度颗粒骨架”之间，填满“大粒度颗粒骨架”和“小颗粒”之间间隙，综合超细掺合料对混凝土堆积密实度以及它自身的比表面积对混凝土粘度正反两个方面的影响，降低粘度的同时，显著提高混凝土的堆积密实度，获得更高的强度。

进一步地特征是，所述超细粉煤灰除满足GB/T 1596外，其平均粒径为1-10μm；这样更完善本发明颗粒的粒度梯度分布，降低粘度。

进一步地特征是，超细粉煤灰颗粒形状球形率不低于70%

进一步地特征是，所述超细粉煤灰采用风选工艺生产。

进一步地，所述超细矿粉除满足GB/T 18046外，其平均粒径为1-10μm；超细矿粉颗粒形状球形率不低于50%。

进一步地，所述水泥为满足GB 175、强度等级大于42.5级的通用硅酸盐水泥；通用硅酸盐水泥平均粒径为10-40μm。

进一步地，所述粉煤灰满足GB/T 1596的技术要求；粉煤灰平均粒径为10-30μm。

进一步地，所述机制砂细度模数为2.3-3.0。

进一步地，所述天然河砂细度模数为0.7-1.5。

进一步地，所述外加剂为聚羧酸减水剂。

与现有技术相比，本发明得到的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土及其制备方法，具有如下有益效果：

本发明提供的一种基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土的制备方法，从采用优质的掺合料降低新拌混凝土粘度的角度出发，制备出的高强混凝土具有流动性能好、粘度低、后期强度高的特点，为解决高强混凝土发粘的问题提供了一条新的途径。

本发明提供的超细掺合料是采用特殊工艺分选出的一种平均粒径位于1-10μm、其颗粒形貌为球形或近似球形、平均粒径位于普通掺合料和硅灰之间的、其平均粒径相较于普通掺合料小1个数量级、相较于硅灰大1个数量级的掺合料。由于硅灰与普通掺合料相比其平均粒径间隔太大，如果仅掺加硅灰来填充粉体之间的孔隙，掺合料粒度级配不合理，不利于紧密堆积，通过向混凝土体系中掺入一种或两种超细掺合料使混凝土体系中粉体的粒度梯度更加合理，且相较于硅灰，这种掺合料具有较为适宜的比表面积，润湿表面所需的水量小，使浆体流动阻力减小，可很好的综合超细掺合料对混凝土的堆积密实度以及它自身的比表面积对混凝土粘度正反两个方面的影响，从微观层面上优化颗粒级配，提高密实度，降低新拌混凝土拌合物粘度。同时，由于球形颗粒具有低的面积体积比，会带来极好的减水和滚珠润滑效应，改善新拌混凝土工作性能，并且超细粉煤灰与高效减水剂有较好的相容性，两者通过耦合作用能进一步改善新拌混凝土工作性能。随着掺合料的细度不断增加，其强度活性逐渐增加，通过向混凝土中加入不同细度的掺合料，使混凝土中的各种粉体存在一定的活性梯度，通过各种粉体的活性耦合作用，进一步提高硬化混凝土的强度。相同的胶凝材料用量，掺加超细掺合料的单方混凝土在用水量相同情况下流动性能最好，掺加超细掺合料能减少单方混凝土胶凝材料用量或外加剂的用量，使浆体的流动性能达到同样效果。

具体实施方式

下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，由以下质量份数的组分组成：

水泥300-450份，

超细粉煤灰10-130份，

超细矿粉10-130份，

粉煤灰20-80份，

机制砂110-190份，

天然河砂390-650份，

4.75-9.5mm碎石420-510份，

9.5-26.5mm碎石600-730份，

外加剂7-17份，

水140-180份。

所述超细粉煤灰除满足GB/T 1596外，其平均粒径为1-10μm，超细粉煤灰颗粒形状球形率不低于70%；超细粉煤灰采用风选工艺生产。

所述超细粉煤灰平均粒径为8.29μm。

所述超细矿粉除满足GB/T 18046外，其平均粒径为1-10μm；超细矿粉颗粒形貌为球形或近似球形；超细矿粉颗粒形状球形率不低于50%。

所述超细矿粉平均粒径为8.56μm。

所述水泥为满足GB 175、强度等级大于42.5级的通用硅酸盐水泥；水泥平均粒径为10-40μm。

所述水泥为P.O 42.5R级水泥；水泥平均粒径为15.31μm。

所述粉煤灰满足GB/T 1596的技术要求；粉煤灰平均粒径为10-30μm。

所述粉煤灰平均粒径为19.77μm。

所述机制砂细度模数为2.3-3.0。

所述天然河砂细度模数为0.7-1.5。

所述外加剂为高效的聚羧酸减水剂。

本发明另一方面提供一种所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土制备方法,具体步骤如下：

步骤一，按规定质量称取砂、石、水泥、掺合料，加入搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀，如时间为20s-60s，得到混合物。

步骤二，按规定质量称取水，加入搅拌机中搅拌一段时间，如搅拌时间为80s-180s,得到混合物。

步骤三，按规定质量称取外加剂，加入搅拌机中搅拌一段时间，如搅拌时间为20s-60s，得到成品混凝土。

为充分说明本发明利用掺合料颗粒级配公开制备出的高强混凝土流动性能好、粘度低、后期强度高，特在具体实施方式中设置对比例和实施例。

各对比例和实施例中基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土所用原材料规格如表1所示：

表1

原材料	规格	厂家/产地
			水泥	P·O 42.5R	重庆某水泥厂
粉煤灰	F类Ⅱ级	重庆某电厂
			超细粉煤灰	/	重庆某电厂
超细矿粉	/	四川省某钢铁集团
			机制砂	细度模数2.9	重庆南山
天然河砂	细度模数0.7	长江
			4.75-9.5mm碎石	/	重庆南山
9.5-26.5mm碎石	/	重庆南山
			外加剂	聚羧酸高效减水剂	重庆某建材有限公司

各对比例和实施例中基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土所用原材料配比如表2所示：

表2

组分（kg）	对比例1	对比例2	对比例3	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
								P.O 42.5级水泥	460	358	358	358	358	358	358
粉煤灰	51	51	51	51	51	51	51
								超细粉煤灰	0	102	0	20.4	40.8	61.2	81.6
超细矿粉	0	0	102	81.6	61.2	40.8	20.4
								机制砂	522	522	522	522	522	522	522
天然河砂	156	156	156	156	156	156	156
								4.75-9.5mm碎石	454	454	454	454	454	454	454
9.5-26.5mm碎石	652	652	652	652	652	652	652
								高效减水剂	13.3	13.3	13.3	13.3	13.3	13.3	13.3
水	153	153	153	153	153	153	153

以上各实施例制备的超高泵送混凝土所采用的评价指标及检测方法如下：

扩展度和漏斗时间：按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规范测量各实施例中制备得到的高强混凝土出机时的扩展度以及漏斗排空所需的时间。

抗压强度：按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的规范测量混凝土标准试块在第7天、第28天的抗压强度。

性能测试结果	对比例1	对比例2	对比例3	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
								扩展度(mm)	525	580	600	655	625	650	630
漏斗时间(s)	/	/	/	92.92	74.00	94.79	122.87
								7d抗压强度(Mpa)	64.2	56.9	67.2	62.0	54.2	61.7	62.1
28d抗压强度(Mpa)	74.9	68.2	73.7	84.7	76.4	78.8	81.5

以上各对比例和实施例制备的高强混凝土的性能测试结果如表3所示：

表3

从表3中对比例1没有添加超细粉煤灰和超细矿粉，是常规的水泥配比；对比例2没有添加超细矿粉，对比例3没有添加超细粉煤灰；实施例1-4是采用本发明的配比混合制备的高强混凝土；可以看出，在配置高强混凝土时，不掺加超细粉煤灰和超细矿粉，或仅掺加一种超细掺合料，与掺加两种超细掺合料相比：掺加两种超细掺合料配制出的高强混凝土流动性能好、粘度低、后期强度高，对比例1、2、3很容易形成堵塞，因为其粘度很高、流动性较低；实施例1-4通过扩展度和漏斗时间显示出来的粘度大幅度降低了，在高强混凝土中具有很优异的流动性；原因则是因为当掺加两种适当比例的超细掺合料后，加宽了混凝土中细颗粒的粒径分布范围，使混凝土体系中粉体的粒度梯度更加合理，从而形成了良好的颗粒级配，即以4.75-9.5mm碎石和9.5-26.5mm碎石为大粒度颗粒骨架，再以普通粉煤灰和水泥为小颗粒，两种超细粉末（超细粉煤灰和超细矿粉）为微型颗粒的粒度梯度分布，“微型颗粒”和“小颗粒”能自然“流动”到“大粒度颗粒骨架”之间，填满“大粒度颗粒骨架”和“小颗粒”之间间隙，显著提高混凝土的堆积密实度，获得更高的强度；本发明掺加两种适当比例的超细掺合料能够很好的综合掺合料对混凝土的堆积密实度以及它自身的比表面积对混凝土粘度正反两个方面的影响，在掺入的两种超细掺合料具有适宜比表面积的情况下，通过提高混凝土中颗粒的堆积密实度从而达到增加新拌混凝土拌合物流动性能、降低新拌混凝土拌合物粘度的作用，同时利用超细掺合料活性效应，提高了硬化混凝土的后期强度。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于：组分及其质量份数如下：

水泥300-450份，

超细粉煤灰10-130份，

超细矿粉10-130份，

粉煤灰20-80份，

机制砂110-190份，

天然河砂390-650份，

4.75-9.5mm碎石420-510份，

9.5-26.5mm碎石600-730份，

外加剂7-17份，

水140-180份。

2.根据权利要求1所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述超细粉煤灰平均粒径为1-10μm。

3.根据权利要求2所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，超细粉煤灰颗粒形状球形率不低于70%。

4.根据权利要求1—3任一所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述超细粉煤灰采用风选工艺生产。

5.根据权利要求1所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述超细矿粉平均粒径为1-10μm；超细矿粉颗粒形状球形率不低于50%。

6.根据权利要求1、2、3、5任一所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级大于42.5级的通用硅酸盐水泥；通用硅酸盐水泥平均粒径为10-40μm。

7.根据权利要求1、2、3、5任一所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述粉煤灰平均粒径为10-30μm。

8.根据权利要求1、2、3、5任一所述的基于矿物掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述机制砂细度模数为2.3-3.0。

9.根据权利要求1、2、3、5任一所述的基于矿物掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述天然河砂细度模数为0.7-1.5。

10.根据权利要求1、2、3、5任一所述的基于掺合料颗粒级配降低拌合物粘度的高强混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂。