CN110818354A - 一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺陶瓷颗粒的超高性能混凝土，属于建筑材料技术领域。所述的超高性能混凝土包括以下质量份的材料：P.052.5硅酸盐水泥：1000～1050份，水：180～185份，磨碎陶瓷颗粒：1100～1200份，硅灰：110～120份，聚羧酸高效减水剂：20～25份，金属纤维：150～160份。所述陶瓷颗粒为回收陶瓷砖磨碎颗粒，平均粒径为0.3～0.8mm。本发明在保证超高性能混凝土抗压强度、抗折强度、流动性和工作性等各项指标的前提下，用廉价回收的工业陶瓷颗粒完全取代了价格高昂的石英砂，又简化了养护工艺，大幅降低了超高性能混凝土的制备成本，本发明经济环保有益于超高性能混凝土的推广应用。

Description

一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明专利属于建筑材料技术领域，涉及一种超高性能混凝土，具体涉及一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete，UHPC)具有超高强、高韧性、高抗渗、高耐腐蚀和高抗爆等优异性能，能很好的满足土木工程结构轻量化、高层化、大跨度和高耐久的要求，在大跨径桥梁、国防工程和深水海洋平台等重大或特种工程上具有广泛的应用前景。全世界每年大约会使用320～500亿吨沙子，沙漠里的沙子太过光滑，无法使用，适合工业用的有棱角的沙子绝大多数来源于河流。这个用量比自然再生率要高，到本世纪中叶，需求可能会超过供给。业界大多采用普通石英砂来制备超高性能混凝土，随着石英砂的广泛使用，石英矿资源开始收缩，石英砂价格开始攀升，超高性能混凝土的造价也将随之上涨。由于混凝土原材料的价格高昂，造价一直高居不下，很大程度上限制了超高性能混凝土的推广与应用。
当前河砂资源开始紧张，石英砂价格昂贵，业内大部分仍用河砂和石英砂作为超高性能混凝土的骨料。公开号为CN101486554A公开的一种低成本活性粉末混凝土及其制备方法采用一定细度的天然河砂在常压热养护条件下制备活性粉末混凝土，对河砂细度要求高，工艺较为复杂，且需采用热养护，养护成本较高。公开号为CN109467370A公开的一种高掺量混合瓷砖骨料C160UHPC及其制备方法采用瓷砖粉、瓷砖颗粒与石英砂混合料作为超高性能混凝土骨料制备超高性能混凝土，瓷砖颗粒仅取代了20％的石英砂，该超高性能混凝土仍需大量石英砂。此外，该超高性能混凝土选用的瓷砖粉为瓷砖通过粉磨筛分制得，瓷砖粉磨细成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保证超高性能混凝土力学性能的同时又降低混凝土造价的配合比方法。
本发明的技术方案为：
一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土，所述的超高性能混凝土包括以下成分，各种成分以质量份计算：
水泥： 1000～1050份，
水： 180～185份，
陶瓷颗粒： 1100～1200份，
硅灰： 110～120份，
高效减水剂： 20～25份，
纤维： 150～160份，
其中，所述水泥为强度等级52.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述陶瓷颗粒为回收陶瓷砖磨碎颗粒，平均粒径为0.3～0.8mm；
所述硅灰中SiO2含量90％以上；
所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述纤维为金属纤维，长度10～20mm，直径0.2～0.25mm；
所述超高性能混凝土可用浸湿的毛毡布包裹，定期洒水放置室外养护。
作为优选，本发明所述一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土由以下各组份按质量份组成：
水泥： 1026份，
水： 182.4份，
陶瓷颗粒： 1140份，
硅灰： 114份，
高效减水剂： 22.8份，
纤维： 156份，
作为优选，所述的水泥采用P.052.5硅酸盐水泥，平均粒径为10～20μm；
作为优选，所述的陶瓷颗粒为回收陶瓷砖磨碎颗粒，平均粒径为0.35～0.5mm；
作为优选，所述的硅灰中SiO2含量95.7％以上，硅灰的平均粒径为0.2～0.3μm，比表面积为18465m2/kg；
作为优选，所述的高效减水剂为含固量40％、减水率60％的聚羧酸高效减水剂；
作为优选，所述的纤维为镀铜钢纤维，长度13mm，直径0.22mm；
作为优选，所述的超高性能混凝土采用标准养护，具体为：养护温度20±2℃，养护相对湿度≥95％。
本发明所述的掺陶瓷颗粒超高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：先将称量好的陶瓷颗粒、水泥和硅灰依次放入搅拌机中干拌30s，再加入聚羧酸高效减水剂搅拌，紧接着加入水搅拌3～5min，之后加入纤维搅拌2～4min，将混凝土装入100mm×100mm×100mm试模，用塑料薄膜覆盖，放在室外或养护室内，养护24h后拆模，用浸湿的毛毡布包裹继续养护或者采用标准养护，制得所述掺陶瓷颗粒超高性能混凝土。
本发明所述的有益效果为：
(1)本发明在保证超高性能混凝土抗压强度、抗折强度、流动性和工作性等各项指标的前提下，用廉价回收的工业陶瓷颗粒完全取代了价格高昂的石英砂，大幅降低了超高性能混凝土的制备成本，有益于超高性能混凝土的推广应用。工业陶瓷的回收利用既直接减少了工业生产对稀缺自然资源的开采和需求，又间接降低了工业固体废弃物对环境的不利影响，即以回收的工业陶瓷颗粒取代石英砂具有极大的社会经济效益。
(2)本发明根据最大堆积密度理论、改性安德森模型以及湿密度堆积模型理论，使用计算机辅助设计系统计算出具有不同微观尺度和不同物理化学特性的水泥、硅灰和陶瓷颗粒的三元体系中最优堆积密度下各种材料的掺量，使得高成本高活性的火山灰材料既能发挥其参与二次水化的主要作用，又因硅灰颗粒外形接近球形且表面光滑，能起部分填充和润滑作用，从而使得本超高性能混凝土具有极好的工作性和超高的抗压强度。
(3)本发明加入了聚羧酸高效减水剂，使超高性能混凝土在低水胶比情况下保持良好的流动性和工作性能，且配制出的超高性能混凝土具备良好的粘性，既可以保证在入模后新拌混凝土中的气泡在无振捣的情况下慢慢逸出增加硬化后混凝土的密实性，又能防止钢纤维下沉导致的硬化后混凝土力学性能的分层变异，最终使得整个基体更匀质、力学性能更稳定。
(4)本发明方法制备的超高性能混凝土常温下可放置室外，用毛毡布覆盖定时洒水保持湿润或者浸入水中养护，保证了混凝土中未水化的水泥有充足的水分进行水化反应，有益于后期强度的增长。该养护方式不需要高温高压，既简化了养护工艺又降低了养护成本，适用于现场施工养护，有益于超高性能混凝土在实际工程中非预制构件的大规模应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市售购买获得的常规产品。
以配置1m3超高性能混凝土为例，其中原材料组成为：P.052.5硅酸盐水泥、水、普通石英砂、硅灰，聚羧酸高效减水剂、金属纤维。实施例共有6组，分别用陶瓷颗粒按0％、20％、40％、60％、80％和100％的比例取代石英砂，实施例1～6组分见表1。
表1实施例1～6超高性能混凝土各组分含量表
Figure BSA0000195767900000031
实施例1的制备包括如下步骤：将称量好的石英砂、水泥、硅灰依次放入搅拌机中干拌30s，再加入减水剂搅拌，紧接着加入水搅拌3～5min，之后加入纤维搅拌2～4min，将混凝土装入100mm×100mm×100mm试模和40mm×40mm×160mm试模，用塑料薄膜覆盖，放在室外或养护室内，养护24h后拆模，用浸湿的毛毡布包裹继续养护或者采用标准养护，制得实施例1。
实施例2～5的制备包括如下步骤：将称量好的石英砂和陶瓷颗粒放入搅拌机中干拌30s，再依次加入水泥、硅灰干拌30s，再加入减水剂搅拌，紧接着加入水搅拌3～5min，之后加入纤维搅拌2～4min，将混凝土装入100mm×100mm×100mm试模和40mm×40mm×160mm试模，用塑料薄膜覆盖，放在室外或养护室内，养护24h后拆模，用浸湿的毛毡布包裹继续养护或者采用标准养护，制得实施例2～5。
实施例6的制备方法包括如下步骤：将称量好的陶瓷颗粒、水泥、硅灰依次放入搅拌机中干拌30s，再加入减水剂搅拌，紧接着加入水搅拌3～5min，之后加入纤维搅拌2～4min，将混凝土装入100mm×100mm×100mm试模和40mm×40mm×160mm试模，用塑料薄膜覆盖，放在室外或养护室内，养护24h后拆模，用浸湿的毛毡布包裹继续养护或者采用标准养护，制得实施例6。
实施例1～6制备时测得扩展度，并对养护完成的实施例试件进行强度试验，分别测得3天、7天、28天和90天的抗压强度及28天抗折强度，见表2。
表2实施例1～6的不同龄期抗压强度、抗折强度和扩展度

Claims (8)

1.一种掺陶瓷颗粒超高性能混凝土，所述的超高性能混凝土包括以下成分，各种成分以质量份计算：
Figure FSA0000195767890000011
其中，所述水泥为强度等级52.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
所述陶瓷颗粒为普通的陶瓷砖磨碎颗粒，平均粒径为0.3～0.8mm；
所述硅灰中SiO2含量90％以上；
所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述纤维为金属纤维，长度10～20mm，直径0.2～0.25mm；
所述超高性能混凝土可用毛毡布包裹，保持毛毡布湿润，放置室外养护。
2.如权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的掺陶瓷颗粒超高性能混凝土包括以下成分，各种成分以质量份计算：
Figure FSA0000195767890000012
。
3.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的水泥采用P.052.5硅酸盐水泥，平均粒径为10～20μm。
4.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的陶瓷颗粒为普通陶瓷砖磨碎颗粒，平均粒径为0.35～0.5mm。
5.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的硅灰中SiO2含量95.7％以上，硅灰的平均粒径为0.2～0.3μm，比表面积为18465m2/kg。
6.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的高效减水剂为含固量40wt％、减水率60％的聚羧酸高效减水剂。
7.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的纤维为镀铜钢纤维，长度13mm，直径0.22mm。
8.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的超高性能混凝土采用标准养护，具体为：养护温度20±2℃，养护相对湿度≥95％。
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