CN110627453A - 一种海工超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海工超高性能混凝土及其制备方法，包括以下重量份原料：水泥450‑650份、硅灰50‑200份、纳米二氧化硅5‑50份、矿粉100‑200份、粉煤灰100‑200份、砂1000‑1300份、钢纤维35‑200份、聚丙烯纤维0.5‑3.0份、水化热抑制剂1‑10份、外加剂20‑45份和水180‑220份。与现有技术相比，具有良好的流动性能和流动度保持能力，较低的坍落度损失。而且，具有较低的早期水化热，抗裂性能好；还具有优良的力学性能，拥有较高的抗压强度。还有，本发明海工超高性能混凝土，密实度高，具有优良的抗氯离子渗透性能，在海洋环境下，具有很好的耐久性能，因此具有广阔的市场前景。

Description

一种海工超高性能混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种海工超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，作为一种新型的水泥基结构材料，具有超高强度、高耐久性、高韧性等优良性能。超高性能混凝土实现了工程材料的大跨越，这也是过去三十年最具创新性的水泥基工程材料。但目前研发出的超高性能混凝土的由于使用了大量的胶凝材料早期水化热较高，混凝土内部温升过快极易导致裂缝的生成，在海水的酸碱侵蚀下严重影响混凝土的耐久性能。而普通的海工混凝土力学性能又往往满足不了工程要求。

2018年10月2日公开的专利CN108609974A公开了一种超高性能混凝土及预制PC的制备方法，该方法中使用了大量的硫铝酸盐快硬水泥，早期水化热很高，大体积浇筑时，温度应力极易导致裂缝的生成。

2014年8月27日公开的专利CN104003682A公开了一种超高性能混凝土的制备方法，采用快硬水泥、磨细水泥、普通硅酸盐水泥组成的混合胶凝材料制备超高性能混凝土，早期水化热很高，不适合于大体积浇筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海工超高性能混凝土，具有良好的流动度，较低的坍落度损失，拥有较高的抗压强度，早期水化热低，抗裂性能好，抗氯离子渗透性能优异，具有重要的实际价值。

本发明的另一个目的在于提供一种海工超高性能混凝土的制备方法，制备方法简单，成本低。

本发明具体技术方案如下：

一种海工超高性能混凝土，包括以下重量份原料：

水泥450-650份、硅灰50-200份、纳米二氧化硅5-50份、矿粉100-200份、粉煤灰100-200份、砂1000-1300份、钢纤维35-200份、聚丙烯纤维0.5-3.0份、水化热抑制剂1-10份、外加剂20-45份和水180-220份。

所述的外加剂包括以下重量份的原料：聚羧酸高性能减水剂30-60份、木质素磺酸盐类减水剂3-15份、密胺类减水剂5-15份、缓凝剂1.0-8.0份、消泡剂0.05-0.12份和水30-60份。

所述的聚羧酸高性能减水剂减水率不低于30％。

所述的木质素磺酸盐类减水剂为木质素磺酸钠减水剂或木质素磺酸钙减水剂中的一种或两种。

所述的密胺类减水剂减水率不低于14％。

所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠、白糖、三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或几种。

所述的消泡剂为有机硅型消泡剂或聚醚型消泡剂。

所述的水泥为P.O 42.5、P.O 52.5或P.Ⅱ52.5中的一种或两种。

所述的硅灰的SiO₂含量大于90％，比表面积不小于14000m²/kg。

所述的纳米二氧化硅平均粒径在10-15nm，SiO₂含量大于99％。

所述的矿粉为S95级矿粉。

所述的粉煤灰为Ⅰ或Ⅱ级灰。

所述的砂子为天然砂或石英砂中的一种或两种，所述砂的粒径为0.25-2.36mm。

所述的钢纤维长度为12-25mm，直径为0.16-0.22mm。

所述的聚丙烯纤维直径为48μm，长度为12mm或15mm。

所述的水化热抑制剂主要成分为多羟基羧酸酯，商品型号为：HHC-S。

本发明提供的一种海工超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、按配方称取聚羧酸高性能减水剂、木质素磺酸盐类减水剂、密胺类减水剂、缓凝剂、消泡剂和水，搅拌均匀，得到外加剂，备用；

2)、将配方量的水泥、硅灰、纳米二氧化硅、矿粉、粉煤灰、砂、聚丙烯纤维和水化热抑制剂混合搅拌，制得混合粉料，然后一边搅拌一边加入配方量的钢纤维；得混合料；

3)向步骤2)制得的混合料中加入步骤1)所制备的外加剂和配方量的水，搅拌，制得海工超高性能混凝土。

步骤2)中水泥、硅灰、纳米二氧化硅、矿粉、粉煤灰、砂、聚丙烯纤维和水化热抑制剂混合搅拌60s。

步骤2)中钢纤维的加料时间控制在60-120s，加料结束，继续搅拌60s。

步骤2)中边搅拌边加入钢纤维，防止钢纤维的团聚。

步骤3)中所述搅拌时间为60-120s。

将步骤3)制得的海工超高性能混凝土通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10-20s，然后置于标准养护室进行养护。再进行性能检测。

本发明各原料作用如下：

纳米二氧化硅：纳米二氧化硅远比水泥及硅灰颗粒小，具有很大的比表面积，其填充作用从微观尺度上增加了超高性能混凝土密度。其火山灰活性比硅灰、粉煤灰高的多。纳米二氧化硅与对强度不利的氢氧化钙反应转化为C-S-H凝胶，并填充在水泥水化产物之间，有力地促进强度的增长。

硅灰：硅灰颗粒小，能充分的填充在水泥颗粒之间，提高混凝土硬化后的密实度，且具有火山灰活性，能有效的提高混凝土密度。

矿粉：降低混凝土早期水化热，改善混凝土施工性能。

粉煤灰：降低混凝土早期水化热，且粉煤灰具有“滚珠”效应和火山灰活性，有利于增加混凝土流动度，提高混凝土后期力学性能。

钢纤维：能有效的提高超高性能混凝土的抗压和抗折强度。

聚丙烯纤维：能有效的控制混凝土由于塑性收缩、干缩引起的裂缝，提高混凝土的耐久性能。

水化热抑制剂：能有效的抑制水泥早期水化速率较快C3A的水化，降低水泥加速期的水化速率，调控水泥水化放热进程。

聚羧酸高性能减水剂：具有较高的减水率以及坍落度保持性能。

木质素磺酸盐类减水剂：具有一定减水及缓凝作用，可有效的延缓水泥水化，降低混凝土早期水化热。

密胺类减水剂：为非引气型减水剂，降低混凝土气泡含量，提高混凝土密实度。

缓凝剂：可有效的延缓水泥水化，降低混凝土早期水化热，减少混凝土坍落度损失。

消泡剂：消除混凝土中有害气泡，一方面提高混凝土密实度，增加混凝土强度，另一方面可以减少混凝土制品表面气孔。

与现有技术相比，本发明制备的海工超高性能混凝土，具有良好的流动性能和流动度保持能力，较低的坍落度损失。而且，具有较低的早期水化热，能有效的减少由于温度应力而产生的裂缝，抗裂性能好；还具有优良的力学性能，拥有较高的抗压强度。还有，本发明制备的海工超高性能混凝土，密实度高，具有优良的抗氯离子渗透性能，在海洋环境下，具有很好的耐久性能，因此具有广阔的市场前景。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种海工超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、称取聚羧酸高性能减水剂280g、木质素磺酸钠减水剂105g、三聚氰胺减水剂105g、葡萄糖酸钠28g、六偏磷酸钠14g、消泡剂0.35g和水260.0g，搅拌均匀，作为外加剂，备用；

2)、混凝土拌合量为15L。称取P.O42.5水泥9.375kg、粉煤灰1.5kg、矿粉1.5kg、硅灰2.25kg、纳米二氧化硅0.45kg、石英砂18.75kg、钢纤维0.525kg，聚丙烯纤维0.0075kg、水化热抑制剂0.015kg、外加剂0.63kg、水3.075kg备用。

3)、将步骤2)称取的水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米二氧化硅、石英砂、聚丙烯纤维和水化热抑制剂加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入称取的钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

4)、向步骤3)制备的混合料中加入步骤1)所制备的外加剂与步骤2)称取的水，搅拌120s，制得海工超高性能混凝土。

5)、将上述制得的海工超高性能混凝土通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

实施例2

一种海工超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、称取聚羧酸高性能减水剂350g、木质素磺酸钠减水剂70g、三聚氰胺减水剂70g、葡萄糖酸钠21g、三聚磷酸钠21g、消泡剂0.56g、水375.0g，搅拌均匀，作为外加剂，备用；

2)、混凝土拌合量为15L。称取P.O 52.5水泥8.25kg、粉煤灰2.25kg、矿粉2.25kg、硅灰1.5kg、纳米二氧化硅0.3kg、石英砂18kg、钢纤维1.17kg，PP纤维0.015kg、水化热抑制剂0.03kg、外加剂0.63kg、水2.85kg备用。

3)、将步骤2)称取的水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米二氧化硅、石英砂、聚丙烯纤维和水化热抑制剂加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入称取的钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

4)、向步骤3)制备的混合料中加入步骤1)所制备的外加剂与步骤2)称取水，搅拌120s，制得海工超高性能混凝土。

5)、将步骤4)制备的制得的海工超高性能混凝土通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

实施例3

一种海工超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、称取聚羧酸高性能减水剂360g、木质素磺酸钠减水剂18g、木质素磺酸钙减水剂36g、三聚氰胺减水剂30g、葡萄糖酸钠30g、白糖12g、消泡剂0.6g、水300.0g，搅拌均匀，作为外加剂，备用；

2)、混凝土拌合量为15L。称取P.Ⅱ52.5水泥7.2kg、粉煤灰3.0kg、矿粉3.0kg、硅灰0.75kg、纳米二氧化硅0.15kg、石英砂16.5kg、钢纤维2.34kg，聚丙烯纤维0.03kg、水化热抑制剂0.045kg、外加剂0.56kg、水2.775kg备用。

3)、将步骤2)称取的水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米二氧化硅、石英砂、聚丙烯纤维、水化热抑制剂、加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

4)、向步骤3)制备的混合料中加入步骤1)所制备的外加剂与步骤2)称取的水，搅拌120s，制得海工超高性能混凝土。

5)、将上述制得的海工超高性能混凝土通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

对比例1

一种混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、混凝土拌合量为15L。称取P.O42.5水泥11.025kg、硅灰2.7kg、石英砂18.75kg、钢纤维0.525kg、外加剂(为普通聚羧酸减水剂)0.63kg、水3.075kg备用。

2)、将上述称取的水泥、硅灰、石英砂加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

3)、向步骤2)制备的混合料中加入称取的的水，搅拌120s，制得混凝土拌合物。

4)、将上述制得的混凝土拌合物通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

比较例2

一种混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、混凝土拌合量为15L。称取P.O52.5水泥8.25kg、P.O42.5水泥4.5kg、硅灰1.8kg、石英砂18kg、钢纤维1.17kg、外加剂(为普通聚羧酸减水剂)0.63kg和水2.85kg备用。

2)、将水泥、硅灰、石英砂加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

3)、向步骤2)制备的混合料中加入称取的水，搅拌120s，制得混凝土拌合物。

4)、将上述制得的混凝土拌合物通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

比较例3

一种混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)、混凝土拌合量为15L。称取P.Ⅱ52.5水泥7.2kg、P.O42.5水泥6.0kg、硅灰0.9kg、石英砂16.5kg、钢纤维2.34kg、外加剂(为普通聚羧酸减水剂)0.56kg和水2.775kg备用。

2)、将水泥、硅灰、石英砂加入到搅拌锅中搅拌60s，然后一边搅拌一边加入钢纤维，钢纤维的加料时间控制在60s，加料结束，继续搅拌60s。

3)、向步骤2)制备的混合料中加入称取的水，搅拌120s，制得混凝土拌合物。

4)、将上述制得的混凝土拌合物通过浇筑的方式置于混凝土模具中，并放在混凝土振动台上，振动10s，然后置于标准养护室进行养护。

实施效果比较：

为了评价本发明的海工超高性能混凝土的性能，参照GB/T31387-2015《活性粉末混凝土》的相关规定，对混凝土力学性能进行检测；参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对混凝土流动性能、绝热温升进行检测；参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对混凝土抗裂性能以及抗氯离子渗透性能进行检测。试验结果如表1所示：

表1本申请实施例1-3及对比例1-3混凝土性能对比

由表1可见，本发明制得的海工超高性能混凝土，初始流动度及1h流动度均优于超高性能混凝土，且力学性能优异，绝热温升更低，抗裂性能及抗氯离子渗透性能更好，在海洋环境下，具有更好的耐久性能，因此具有很好的市场前景。

以上所述仅为本发明较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等。

Claims (10)

1.一种海工超高性能混凝土，其特征在于，所述海工超高性能混凝土包括以下重量份原料：水泥450-650份、硅灰50-200份、纳米二氧化硅5-50份、矿粉100-200份、粉煤灰100-200份、砂1000-1300份、钢纤维35-200份、聚丙烯纤维0.5-3.0份、水化热抑制剂1-10份、外加剂20-45份和水180-220份。

2.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的外加剂包括以下重量份的原料：聚羧酸高性能减水剂30-60份、木质素磺酸盐类减水剂3-15份、密胺类减水剂5-15份、缓凝剂1.0-8.0份、消泡剂0.05-0.12份和水30-60份。

3.根据权利要求2所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的木质素磺酸盐类减水剂为木质素磺酸钠减水剂或木质素磺酸钙减水剂中的一种或两种。

4.根据权利要求2所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠、白糖、三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的水泥为P.O 42.5、P.O 52.5或P.Ⅱ52.5中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的聚丙烯纤维直径为48μm，长度为12mm或15mm。

7.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的硅灰的SiO2含量大于90％，比表面积不小于14000m2/kg。

8.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维长度为12-25mm，直径为0.16-0.22mm。

9.根据权利要求1所述的海工超高性能混凝土，其特征在于，所述的纳米二氧化硅平均粒径在10-15nm。

10.一种权利要求1-9任一项所述的海工超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

1)、按配方称取聚羧酸高性能减水剂、木质素磺酸盐类减水剂、密胺类减水剂、缓凝剂、消泡剂和水，搅拌均匀，得到外加剂，备用；

2)、将配方量的水泥、硅灰、纳米二氧化硅、矿粉、粉煤灰、砂、聚丙烯纤维和水化热抑制剂混合搅拌，制得混合粉料，然后一边搅拌一边加入配方量的钢纤维；得混合料；

3)向步骤2)制得的混合料中加入步骤1)所制备的外加剂和配方量的水，搅拌，制得海工超高性能混凝土。