CN110835251A - 一种超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺陶瓷粉与稻壳灰的超高性能混凝土，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：738~744份，水：204~206份，磨细陶瓷粉：168~174份，稻壳灰：225~231份，石英砂：1135~1145份，聚羧酸高效减水剂：34~36份，金属纤维：150~160份。所述的陶瓷粉是普通的陶瓷砖磨细粉末，平均粒径为30~33μm，所述的稻壳灰灰中SiO2含量82.9%以上，稻壳灰的平均粒径为27~28μm。本发明用陶瓷粉与稻壳灰取代水泥，对废弃工业陶瓷和稻壳灰回收利用，保护环境，且简化了制备和养护工艺，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粉和稻壳灰的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。在UHPC中，硅灰的超细颗粒与无定型二氧化硅成分对UHPC的强度提高非常重要，而我国硅灰的年产量只有3000~4000t，且硅灰价格较高。我国是一个农业大国，稻壳年产量达4000万t以上，一般处理是焚烧，污染环境。活性稻壳灰与硅灰都具有很高的火山灰活性，都能减少混凝土中氢氧化钙的含量，改善混凝土的微观结构，且稻壳灰为层状结构，具有很大的比表面积，可吸收水分，具有内养护的作用。当前河砂资源开始紧张，石英砂价格昂贵，国内大部分仍用河砂和石英砂作为超高性能混凝土的骨料。陶瓷粉由废弃陶瓷颗粒磨细得到，二氧化硅含量与石英砂相近，可部分取代水泥也能作为骨料。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。
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：
一种掺陶瓷粉与稻壳灰超高性能混凝土，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： 738~744份，
水： 204~206份，
陶瓷粉： 168~174份，
稻壳灰： 225~231份，
石英砂： 1135~1145份，
高效减水剂：34~36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；
所述陶瓷粉为普通的陶瓷砖磨细粉末；
所述稻壳灰为普通稻壳烧制磨细成稻壳灰粉末；
所述石英砂为普通粗细石英砂按1:1配比；
所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述纤维为钢纤维，长度10~15mm，直径20~25mm；
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。
作为优选，本发明所述一种超高性能混凝土由以下各组份按质量份组成：
水泥： 741份，
水： 205.2份，
陶瓷粉： 171份，
稻壳灰： 228份，
石英砂： 1140份，
高效减水剂：35.1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，所述的陶瓷粉中SiO2含量95.5%以上，平均粒径为30~33μm；
作为优选，所述稻壳灰中SiO2含量82.9%以上，稻壳灰的平均粒径为27~28μm，比表面积为27650m2/kg；
作为优选，所述粗细石英砂平均粒径分别为1.8~2.0mm和46~48μm
作为优选，所述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，所述纤维为平直型镀铜钢纤维，长度13mm，直径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%。
本发明所述的超高性能混凝土的制备方法包括如下步骤：首先将陶瓷粉、水泥、稻壳灰依次放入搅拌机中干拌30s，再加减水剂搅拌，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，制得所述超高性能混凝土。
本发明所述的有益效果为：
Figure 846081DEST_PATH_IMAGE001
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粉完全取代了价格高昂的石英砂，稻壳灰部分取代了水泥，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粉取代石英砂具有极大的社会经济效益，同样，稻壳灰的使用避免了随意焚烧稻秆，保护环境。
Figure 28801DEST_PATH_IMAGE002
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、稻壳灰和陶瓷粉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，又因稻壳灰层状结构比表面积大可吸收水分，养护后期释放出水分产生内养护作用，从而使得本超高性能混凝土具有超高的抗压强度。
Figure 11800DEST_PATH_IMAGE003
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。
Figure 672589DEST_PATH_IMAGE004
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、稻壳灰、陶瓷粉、石英砂，聚羧酸高效减水剂、金属纤维。实施例共有5组，组分见表1。
表1 实施例1~ 5超高性能混凝土各组分含量表
Figure 939491DEST_PATH_IMAGE005
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1~5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1~5的不同龄期抗压强度、抗折强度和流动度
Figure 27532DEST_PATH_IMAGE006

Claims (7)

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：
水泥： 738~744份，
水： 204~206份，
陶瓷粉： 168~174份，
稻壳灰： 225~231份，
高效减水剂：34~36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；
所述陶瓷粉为普通的陶瓷砖磨细粉末；
所述稻壳灰为普通稻壳烧制磨细成稻壳灰粉末；
所述高效减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述石英砂为粗细石英砂按1:1配比，平均粒径分别为1.8~2.0mm和46~48μm；
所述纤维为平直型镀铜钢纤维，长度13mm，直径22mm；
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：
水泥： 741份，
水： 205.2份，
陶瓷粉： 171份，
稻壳灰： 228份，
高效减水剂：35.1份，
纤维： 156份。
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，所述的陶瓷粉中SiO2含量95.5%以上，平均粒径为30~33μm。
5.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述稻壳灰中SiO2含量82.9%以上，稻壳灰的平均粒径为27~28μm。
6.如权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述高效减水剂为含固量40%、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，所述的超高性能混凝土采用标准养护，具体为：养护温度为20±2℃，养护相对湿度≥95%。
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