CN110981358A - 一种大流动度高粘结补偿收缩uhpc及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC及制备方法，所述大流动度高粘结补偿收缩UHPC由硅酸盐水泥、石英粉、粉煤灰微珠、硅灰、氧化镁、石英砂、钢纤维、减水剂、消泡剂、聚合物乳液和水组成，通过在UHPC中加入氧化镁，可以有效的抑制UHPC在早期、中期和后期的收缩，能够随着UHPC龄期的延长，实现与浆体相匹配的同步补偿收缩性能，进而有效控制UHPC的体积，保持良好的体积稳定性，减少收缩裂缝，提高与钢板、套筒、旧混凝土等外部结构的粘结力，进而防止混凝土结构出现开裂、滑移或者空鼓等问题。

Description

一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC及制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC及制备方法。

背景技术

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，以其超高的耐久性和超高的力学性能，实现工程材料性能的大跨越。超UHPC主要用于钢混组合梁桥面板、超高层建筑、混凝土结构改造和薄层加固等领域，目前常用的UHPC虽然自身的性能有大的提升，但其与钢筋、旧混凝土或沥青层等之间的粘结性差，导致出现开裂、滑移或者空鼓等问题，直接影响结构的抗疲劳性能、粘结力、抗折强度和安全稳定性，大大限制了这种高性能材料的使用范围。

发明内容

鉴于目前UHPC存在的上述不足，本申请提供一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC，能够大大提高UHPC的粘结性，进而防止混凝土结构出现开裂、滑移或者空鼓等问题。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC，由如下重量份的组分组成：

硅酸盐水泥100份；

石英粉10～20份；

粉煤灰微珠10～20份；

硅灰15～30份；

氧化镁5～10份；

石英砂120～150份；

钢纤维20～40份；

减水剂2～4份；

消泡剂0.3～0.5份；

聚合物乳液5～10份；

水20～30份。

由于UHPC在施工过程中用量大，在加固工程施工中经常出现收缩，有研究显示，UHPC自收缩和干燥收缩率分别可达800×10^-6、1000×10^-6以上，通过在UHPC中加入氧化镁，可以有效的抑制UHPC在早期、中期和后期的收缩，能够随着UHPC龄期的延长，实现与浆体相匹配的同步补偿收缩性能，进而有效控制UHPC的体积，保持良好的体积稳定性，减少收缩裂缝，提高与钢板、套筒、旧混凝土等外部结构的粘结力，进而防止混凝土结构出现开裂、滑移或者空鼓等问题；此外，通过在UHPC中加入聚合物乳液，随着所述硅酸盐水泥的水化，乳液中水分流失后聚合物逐渐形成三维立体的膜状网络，与水泥浆形成整体，可有效的减少颗粒过渡区的微小裂纹，使结构更加致密。同时，所述聚合物乳液还可以将部分自由水保留在UHPC的内部，实现内养护的效果，有利于硅酸盐的进一步水化，减少所述UHPC因为水分蒸发带来的干燥收缩。所述氧化镁和聚合物乳液的同时使用，显著的提高了UHPC的粘结性、韧性和耐久性。

优选的，所述硅酸盐水泥为强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥。选用强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥可以有效的保证UHPC的优异性能。

优选的，所述硅酸盐水泥的勃氏比表面积不小于1000m²/kg，平均粒径Dav不大于6μm，中值粒径D50不大于7μm。使用合理粒径的胶凝材料，可以使所述UHPC的堆积状态更加紧密稳定，可在降低用水量的同时，保持大的流动度。

优选的，所述石英粉的细度为800目，SiO₂含量不小于99wt％。石英粉掺入硅酸盐水泥中，与硅酸盐水泥共同形成胶凝材料，800目为15μm，通过合理搭配胶凝材料的粒径，可以使所述硅酸盐水泥嵌入所述石英粉的缝隙中，使堆积状态更加紧密，流动度更好。

优选的，所述粉煤灰微珠的球形微珠含量不小于90％，细度不小于1200目，烧失量小于2％。由于微珠颗粒极细小，加到所述硅酸盐水泥中可填充水泥颗粒间空隙，使自由水得以排放出来，增大水泥浆流动性，因此可形成密实混凝土，其硬化后混凝土强度和耐久性较普通混凝土有很大提高。

优选的，所述硅灰的勃氏比表面积不小于20000m²/kg，SiO₂含量不小于95wt％，为超细高纯的硅灰。硅灰在形成过程中，因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体。它是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质。掺有硅灰的所述硅酸盐水泥，微小的球状体可以起到润滑的作用，增加水泥浆体的流动度。

所述硅酸盐水泥、石英粉、粉煤灰微珠和硅灰具有不同的粒径，通过合理的设置上述各组分的比例，使较小的粒径的组分可以嵌入较大粒空隙中，形成更加紧密的堆积状态，有效的保证了UHPC的强度和流动度。

优选的，所述氧化镁的勃氏比表面积为300～350m²/kg，所述氧化镁的纯度不小于95wt％。为了保证氧化镁具有好的吸水膨胀功，所述氧化镁的勃氏比表面积最好为300～350m²/kg，纯度最好不小于95wt％。

优选的，所述氧化镁包括重烧氧化镁和轻烧氧化镁，所述重烧氧化镁和轻烧氧化镁的重量比为3：7。氧化镁膨胀剂主要通过水化生成氢氧化镁产生膨胀，改变煅烧温度或者保温时间，晶体结构致密性也随之改变。所述重烧氧化镁，其晶体生成相对较慢，减少了膨胀应力松弛现象，掺入UHPC中可有效补偿混凝土中后期的干燥收缩。所述轻烧氧化镁，其晶体结构相对疏松，存在很多晶格缺陷，故其水化速率较快，可有效补偿UHPC的早期收缩。由于UHPC胶凝材料用量较大、水胶比低以及没有粗骨料的特点，导致其收缩率偏大。同时其体积收缩发展快，自收缩主要发生在7d龄期之前，因此掺入补偿早期收缩的组分尤为重要。复合型的氧化镁制备方法如下：将菱镁矿石在1200～1350℃下煅烧2小时得到重烧氧化镁，将菱镁矿石在800～1000℃下煅烧1小时得到轻烧氧化镁，然后将重烧氧化镁和轻烧氧化镁按照质量比例为3：7进行混合，得到本申请采用的氧化镁。

优选的，所述石英砂的细度40-100目，SiO₂含量不小于97wt％，堆积密度不小于1900kg/m³。作为一种矿物掺合料，石英砂的加入可以形成低水胶比，高水灰比，提高了硅酸盐水泥的水化度，增加了混凝土的密实度，进而提高混凝土的强度，此外，利用其有很强的抗酸性介质侵蚀能力，使混凝土具备耐酸耐碱的能力，具备一定的抗腐蚀性能。

优选的，所述钢纤维的长度13±10％mm，直径0.22±10％mm，长径比60，抗拉强度不小于2850MPa，纤维数量不低于22万根/kg。

优选的，所述钢纤维为端钩型微细钢纤维。所述钢纤维两端的端钩可以增加其与水泥基体的锚固力和粘结力，提高UHPC的抗拉、抗压等性能，其形状合格率不小于98％。

优选的，所述钢纤维的表面镀有防锈层。

优选的，所述防锈层为铜层。防锈材料制成的防锈层可以有效的防止钢纤维被铁锈腐蚀，增加UHPC的耐久性。

优选的，所述减水剂为聚羧酸系粉体减水剂，且所述聚羧酸系粉体减水剂的减水率最好不小于35％，含气量最好不大于5.0％

优选的，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，且所述聚醚类消泡剂的有效物质含量最好不小于99％，22目筛网保留量最好不大于5％。

优选的，所述聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液，所述聚合物乳液的固含量为40～50wt％。

如上所述的UHPC的制备方法，包括如下步骤：

将硅酸盐水泥、石英粉、粉煤灰微珠、硅灰、氧化镁、石英砂、减水剂和消泡剂搅拌均匀，得到第一混合料；

将钢纤维通过9.5mm的筛网筛入所述第一混合料中，并搅拌均匀，得到第二混合料；

将聚合物乳液与水混合均匀，与所述第二混合料混合均匀，得到UHPC。

本申请实施的优点：

1)本申请采用合理配比的氧化镁，特别是将重烧氧化镁和轻烧氧化镁混合形成的复合型氧化镁，能够随着UHPC龄期的延长，实现与浆体相匹配的同步补偿收缩性能，进而有效控制UHPC的体积，保持良好的体积稳定性，减少收缩裂缝，提高与钢板、套筒、旧混凝土等外部结构的粘结力，提高UHPC施工应用中结构的体积稳定性和可靠性。

2)本申请所述聚合物乳液可有效提高UHPC粘结强度和韧性，促进水泥水化，进一步减少界面过渡区微细裂缝，提高耐久性。

3)本申请所述的硅酸盐水泥、粉煤灰微珠、硅灰和石英粉等多种成分共同组成胶凝材料，通过合理搭配粒径，使堆积状态紧密，可降低用水量，在提高UHPC粘结性的同时又保证了大的流动度，提高了UHPC的强度。

具体实施方式

下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下述实施例中所采用的原料采购信息如下：

复合型的氧化镁制备方法如下：将菱镁矿石在1200～1350℃下煅烧2小时得到重烧氧化镁，井菱镁矿石在800～1000℃下煅烧1小时得到轻烧氧化镁，然后将重烧氧化镁和轻烧氧化镁按照质量比例为3：7进行混合，得到本申请采用的氧化镁，其中，所述重烧氧化镁和轻烧氧化镁的具体煅烧温度以实施例中记载的为准。

所述减水剂采购自上海三瑞高分子材料有限公司，型号为VIVID S01固体聚羧酸超塑化剂；

所述消泡剂采购产自广州漠克建材科技有限公司，型号为DF775型聚醚类消泡剂；

所述聚合物乳液采购自上海科凝新材料科技有限公司生产的聚丙烯酸酯乳液，型号为sknbs型聚丙烯酸酯乳液。

其它原料及规格以具体实施例中记载的为准。

下述各实施例中的性能测试方法如下：

力学性能的测定：按GB/T 31387《活性粉末混凝土》、GB/T 50204《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关规定进行。

流动性的测定：按GB/T《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》相关规定进行。

钢筋握裹度：参照DL/T 5150《水工混凝土试验规程》相关规定进行。

体积稳定性、抗疲劳性能和耐久性：参照GB/T 50448《水泥基灌浆材料应用技术规范》和GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定进行。

下述各实施中的大流动度高粘结补偿收缩UHPC的制备方法如下：

步骤一：将硅酸盐水泥、石英粉、粉煤灰微珠、硅灰、氧化镁、石英砂、减水剂和消泡剂加入搅拌机中搅拌均匀，得到第一混合料；

步骤二：将钢纤维通过9.5mm的筛网筛入正在搅拌机中搅拌的所述第一混合料中，并搅拌均匀，得到第二混合料；

步骤三：将聚合物乳液与水混合均匀，加入搅拌机中的所述第二混合料中，并持续搅拌不小于3分钟，得到大流动度高粘结补偿收缩UHPC。

实施例1

一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC，由以下重量份数的组份组成：硅酸盐水泥100份，石英粉10份，粉煤灰微珠20份，硅灰25份，氧化镁10份，石英砂120份，钢纤维20份，减水剂2份，消泡剂0.5份，聚合物乳液5份，水30份。

其中，硅酸盐水泥强度等级为42.5，勃氏比表面积为1100m²/kg，Dav为5.6μm，D50为6.5μm；石英粉的细度为800目，SiO₂含量99.5wt％；粉煤灰微珠的球形微珠含量为93wt％，细度1250目，烧失量1.0％；硅灰的勃氏比表面积为22000m²/kg，SiO₂含量97wt％；氧化镁为复合型氧化镁，其中重烧氧化镁煅烧温度为1200℃，轻烧氧化镁煅烧温度为800℃，复合型氧化镁的勃氏比表面积为300m²/kg，氧化镁的纯度为97wt％；石英砂的规格为40-100目，SiO₂含量98wt％，堆积密度1920kg/m³；钢纤维为满足要求的端钩形镀铜微细钢纤维，长度为13mm±10％，直径为0.22mm±10％，长径比为60，纤维数量为25万根/kg，其抗拉强度3000MPa；减水剂为聚醚型聚羧酸系高性能粉体减水剂，减水率40％，含气量4.5％；消泡剂为水溶性粉体消泡剂工业产品，有效物质含量99.2wt％，22目筛网保留量2wt％；聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液，固含量50％。

实施例2

一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC材料，由以下重量份数的组份组成：硅酸盐水泥100份，石英粉20份，粉煤灰微珠10份，硅灰30份，氧化镁8份，石英砂150份，钢纤维40份，减水剂4份，消泡剂0.3份，聚合物乳液10份，水25份。

硅酸盐水泥强度等级为52.5，勃氏比表面积为1050m²/kg，Dav为5.7μm，D50为6.6μm；石英粉的细度为800目，SiO₂含量99.5wt％；粉煤灰微珠的球形微珠含量为95wt％，细度1200目，烧失量1.0wt％；硅灰的勃氏比表面积为22000m²/kg，SiO₂含量97wt％；氧化镁为复合型氧化镁，其中重烧氧化镁煅烧温度为1350℃，轻烧氧化镁煅烧温度为1000℃，所述符合型氧化镁勃氏比表面积为350m²/kg，氧化镁的纯度97wt％；石英砂的规格为40-100目，SiO₂含量98wt％，堆积密度1950kg/m³；钢纤维为满足要求的端钩形镀铜微细钢纤维，长度为13mm±10％，直径为0.22mm±10％，长径比为60，纤维数量为25万根/kg，其抗拉强度3000MPa；减水剂为聚醚型聚羧酸系高性能粉体减水剂，减水率40％，含气量4.5％；消泡剂为水溶性粉体消泡剂工业产品，有效物质含量99.2wt％，22目筛网保留量2wt％；聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液，固含量40％。

实施例3

一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC材料，由以下重量份数的组份组成：硅酸盐水泥100份，石英粉15份，粉煤灰微珠15份，硅灰15份，氧化镁5份，石英砂140份，钢纤维30份，减水剂3份，消泡剂0.4份，聚合物乳液8份，水20份。

硅酸盐水泥强度等级为52.5，勃氏比表面积为1000m²/kg，Dav为5.7μm，D50为6.6μm；石英粉的细度为800目，SiO₂含量99.5wt％；粉煤灰微珠的球形微珠含量为95wt％，细度1200目，烧失量1.0％；硅灰的勃氏比表面积为22000m²/kg，SiO₂含量97wt％；氧化镁为复合型氧化镁，其中重烧氧化镁煅烧温度为1350℃，轻烧氧化镁煅烧温度为1000℃，所述复合型勃氏比表面积为350m²/kg，氧化镁的纯度为97wt％；石英砂的规格为40-100目，SiO₂含量98wt％，堆积密度1950kg/m³；钢纤维为满足要求的端钩形镀铜微细钢纤维，长度为13mm±10％，直径为0.22mm±10％，长径比为60，纤维数量为25万根/kg，其抗拉强度3000MPa；减水剂为聚醚型聚羧酸系高性能粉体减水剂，减水率40％，含气量4.5％；消泡剂为水溶性粉体消泡剂工业产品，有效物质含量99.2wt％，22目筛网保留量2wt％；聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液，固含量45％。

实施例1～3所述大流动度高粘结补偿收缩UHPC的原料的重量份配比如表1所示。

实施例1～3的性能测试结果见表2。

表1：

表2：

从如上数据可以看出，本申请所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC的干燥收缩率仅为30×10^-6左右，相较于现有技术中的“UHPC自收缩和干燥收缩率分别可达800×10^-6、1000×10^-6以上”由明显的降低，仅为其三十分之一，可以有效的抑制UHPC在早期、中期和后期的收缩，进而有效控制UHPC的体积，保持良好的体积稳定性，减少收缩裂缝，提高与钢板、套筒、旧混凝土等外部结构的粘结力，提高UHPC施工应用中结构的体积稳定性和可靠性。从表2中可以看出，本申请所述的UHPC的塌落度为290mm左右，流动性非常好。通过合理的搭配胶凝材料的粒径，使堆积状态紧密，可降低用水量，在提高UHPC粘结性的同时又保证了大的流动度，提高了UHPC的强度。通过掺入聚合物乳液，与水泥浆体形成三维立体的网络整体，减少颗粒过渡区的微小裂纹，大幅增加UHPC的韧性。本申请所述的UHPC具有施工性好、低收缩、超高强高韧性、高抗疲劳、高粘结和耐久性好等特点，综合性能优异，适用范围广泛。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述大流动度高粘结补偿收缩UHPC由如下重量份的组分组成：

硅酸盐水泥100份；

石英粉10～20份；

粉煤灰微珠10～20份；

硅灰15～30份；

氧化镁5～10份；

石英砂120～150份；

钢纤维20～40份；

减水剂2～4份；

消泡剂0.3～0.5份；

聚合物乳液5～10份；

水20～30份。

2.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述硅酸盐水泥为强度等级42.5及以上的硅酸盐水泥，所述硅酸盐水泥的勃氏比表面积不小于1000m²/kg，平均粒径Dav不大于6μm，中值粒径D50不大于7μm。

3.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述石英粉的细度为800目，SiO₂含量不小于99wt％。

4.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述粉煤灰微珠的球形微珠含量不小于90％，细度不小于1200目，烧失量小于2％。

5.根据权利要求5所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述硅灰的勃氏比表面积不小于20000m²/kg，SiO₂含量不小于95wt％。

6.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述氧化镁的勃氏比表面积为300～350m²/kg，所述氧化镁的纯度不小于95wt％，其中，所述氧化镁包括重烧氧化镁和轻烧氧化镁，所述重烧氧化镁和轻烧氧化镁的重量比为3：7。

7.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述石英砂的细度40-100目，SiO₂含量不小于97wt％，堆积密度不小于1900kg/m³。

8.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述钢纤维为端钩型微细钢纤维，所述钢纤维的长度为13±10％mm，直径为0.22±10％mm，长径比为60，抗拉强度不小于2850MPa，纤维数量不低于22万根/kg。

9.根据权利要求1所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC，其特征在于，所述聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液，所述聚合物乳液的固含量为40～50wt％。

10.权利要求1至9任一项所述的大流动度高粘结补偿收缩UHPC的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将硅酸盐水泥、石英粉、粉煤灰微珠、硅灰、氧化镁、石英砂、减水剂和消泡剂搅拌均匀，得到第一混合料；

将钢纤维通过9.5mm的筛网筛入所述第一混合料中，并搅拌均匀，得到第二混合料；

将聚合物乳液与水混合均匀，与所述第二混合料混合均匀，得到大流动度高粘结补偿收缩UHPC。