CN111187042A - 一种轻质高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质高强混凝土及其制备方法,该混凝土的生产原料包括以下质量百分比的组分:50~60%的胶凝材料,5~10%的粗骨料,1~10%的细骨料,5~10%的轻骨料,0.1~4%的外加剂,2~11.5%的纤维,10~15%的水,所述轻骨料为真密度为100~2000kg/m3的漂珠,粒径为300~500μm。本发明所得的轻质高强混凝土实现低容重的同时,可具备高抗压强度及抗弯拉强度,并且无需高温蒸养,采用常温养护即可,使得施工操作方便,适用于制备轻量化的预制构件以及其他需要降低自重的结构部位。

Description

一种轻质高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域,涉及轻质高强混凝土及其制备方法。
背景技术
目前的建筑工程中,广泛应用在公路、铁路桥梁中的钢桥具有恒载自重小、抗震性能优异、施工快捷及可满足可持续发展要求等诸多优点,其中正交异性钢桥面板因其自重轻(约为普通混凝土桥面板的1/4),极限承载力大等优点已成为国内外大、中跨径钢桥的首选桥面形式,正交异性钢桥面作为钢桥,尤其是大跨径钢桥建设的关键技术之一,长期以来受到国内、外学术界与工程界的高度重视和关注,但很多钢桥面服役后不久,就表现出两大类病害:一类是钢桥面板疲劳开裂(主要原因有钢桥面板刚度不足、钢板及焊缝应力幅过大、超载等);另一类是钢桥面铺装病害(主要原因是铺装层材料自身抗弯拉、抗疲劳性能不足)。针对上述两类病害,目前国内基于混凝土材料比较有效的技术解决方案主要有两种:第一种方案是将超高性能混凝土(UltraHighPerformanceConcrete,简称UHPC)用于钢桥面形成轻型桥面组合结构,此方案有效提高了桥面刚度,钢桥面应力降低超过60%,抗疲劳寿命延长10倍以上,彻底解决钢结构易出现疲劳开裂和钢桥面铺装易损坏两个问题。目前这种超高性能轻型组合桥面结构的技术规程GDJTG/TA01-2015已经在广东省率先颁布,并已被成功应用于肇庆马房大桥、天津海河大桥、佛山佛陈大桥、北京通惠河桥等工程,总施工面积已超10000m2。但该技术存在几个缺点:一是UHPC面层需采用高温蒸汽养护,施工较为复杂;二是采用的钢纤维掺量高达3.5%,UHPC价格较为昂贵;三是UHPC容重为2400-2500kg/m3,再加上密集配筋,UHPC铺装层自重过大。另一种方案是采用高韧性抗裂轻质高强混凝土代替现有铺装层材料,这种方案有效降低了桥梁自重,提高了桥梁承载力。然而其最主要的缺点在于材料抗拉强度不足,由于局部荷载效应显著,钢桥面水泥混凝土铺装层中的组合拉应力较高,仍存在开裂风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供轻质高强混凝土及其制备方法。
为了达到上述目的,本发明提供了一种轻质高强混凝土,其特征在于,按质量百分比计,其原料组分包括:水10~15%,粗骨料5~10%,细骨料1~10%,轻骨料5~10%,胶凝材料50~60%,外加剂0.1~4%,纤维2~11.5%;其中,所述轻骨料为真密度为100~2000kg/m3的漂珠,漂珠粒径为1~1500μm。
优选地,所述漂珠粒径为300~500μm。
优选地,所述胶凝材料包括质量百分比为40~80%的水泥、0~30%的矿粉和5~30%的硅灰。
更优选地,所述硅灰中SiO2所占质量百分比不少于94%,所述硅灰的平均粒径为0.15~0.20μm,比表面积为20000~25000m2/kg。
优选地,所述细骨料为粒径0.16~0.3mm的细沙。
优选地,所述粗骨料为粒径大于或等于15mm的砂石。
优选地,所述纤维为直型钢纤维,纤维直径为500μm~3mm,纤维长度为6~20mm。
优选地,所述外加剂包括减水剂、消泡剂和膨胀剂,其中:所述减水剂的掺入量为胶凝材料质量的0.2~0.4%,减水剂的减水率应≥35%,所述消泡剂的掺入量为胶凝材料质量的0.1~0.3%,所述膨胀剂的掺入量为胶凝材料质量的0.4~0.8%。
更优选地,所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
更优选地,所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
更优选地,所述膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。
本发明还提供了上述轻质高强混凝土的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将质量百分比为50~60%的胶凝材料、5~10%的轻骨料、5~10%的粗骨料和1~10%的细骨料放入搅拌机内搅拌3~7分钟至混合均匀;
(2)在步骤(1)所得混合物中加入质量百分比为10~15%的水、0.35~0.9%的外加剂,继续搅拌直至流动状态;
(3)将质量百分比为2~11.5%的纤维均匀的加到步骤(2)所得产物中,继续搅拌3-5min;
(4)将步骤(3)所得产物浇筑到模具中,常温下静置40~50h至凝固后,拆模后进行养护,即得轻质高强混凝土。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明中所述的轻质高强混凝土采用真密度仅为100-2000kg/m3的漂珠作为轻骨料,代替部分粗骨料,不仅可使混凝土材料轻质化,而且在不影响纤维-水泥基体粘结滑移特性的条件下,降低混凝土基体的断裂韧度和开裂强度,更有利于实现准应变硬化和微裂纹多点开裂。
(2)本发明中所述的轻质高强混凝土通过多元粉体最紧密堆积优化设计,在低水胶比下满足了其在施工中对流通性的要求,同时提高了混凝土的强度。
(3)本发明中所述的轻质高强混凝土在1600-2000kg/m3容重情况下,28天标养抗压强度可达到70-120MPa,抗弯拉强度可达15-24MPa。
(4)本发明中所述的轻质高强混凝土,因为根据多元粉体最紧密堆积原理进行设计,故无需高温蒸养,采用常温养护即可,使得施工操作方便,节约能耗。
(5)本发明所得的轻质高强混凝土,在浇筑硬化后,所得混凝土材料表面致密,具有优异的抗渗、抗碳化、抗氯离子侵蚀等耐久性。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的轻质高强混凝土的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)将称取后的水泥、矿粉、硅灰、漂珠和细沙放入搅拌机内搅拌5分钟至混合均匀;
(2)在步骤(1)所得混合物中加入水、膨胀剂、消泡剂和减水剂,继续搅拌直至流动状态;
(3)将纤维均匀的加到步骤(2)所得产物中,继续搅拌5min;
(4)将步骤(3)所得产物浇筑到模具中,常温下静置45h至凝固后,拆模后即得轻质高强混凝土。
本发明中选用的矿粉为S105级矿粉。
本发明中选用硅灰中各组分及质量百分比含量,见表1,
表1
Figure BDA0002364451900000041
实施例1
按表2中质量称取各组分,其中,所述水泥为强度等级为52.5的P·O水泥,硅灰的平均粒径在0.10~0.15之间,其中的SiO2质量百分分数为94.48%,矿粉为S105级矿粉,细骨料是粒度在0.16-0.3mm之间的细砂,粗骨料为粒径大于等于15mm的碎石,轻骨料是真密度在300~800kg/m3之间的漂珠,减水剂为聚羧酸系高效减水剂,减水率≥35%,消泡剂为聚醚改性硅类消泡剂中的P803消泡剂,膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂,纤维为长为19mm、直径为1mm的直型钢纤维。
表2,单位:kg
Figure BDA0002364451900000042
根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002测得,本实施例所得混凝土的容重为1899.6kg/m3,100mm*100mm*100mm立方体28天抗压强度为94MPa。
实施例2
按表3中质量称取各组分,其中,所述水泥为强度等级为52.5的P·O水泥,硅灰的平均粒径在0.10~0.15之间,其中的SiO2质量百分分数为94.48%,矿粉为S105级矿粉,细骨料是粒度在0.16-0.3mm之间的细砂,所述粗骨料为粒径大于等于15mm的碎石,所述轻骨料是真密度在300~800kg/m3之间的漂珠,减水剂为聚羧酸系高效减水剂,减水率≥35%,消泡剂为聚醚改性硅类消泡剂中的P803消泡剂,膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂,纤维为长度为19mm、直径为1mm的直型钢纤维。
表3,单位:kg
Figure BDA0002364451900000051
根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002测得,本实施例所得混凝土的容重为1884.5kg/m3,100mm*100mm*100mm立方体28天抗压强度为97MPa。
实施例3
按表4中质量称取各组分,其中,所述水泥为强度等级为52.5的P·O水泥,硅灰的平均粒径在0.10~0.15之间,其中的SiO2质量百分分数为94.48%,矿粉为S105级矿粉,细骨料是粒度在0.16-0.3mm之间的细砂,粗骨料为粒径大于等于15mm的碎石,轻骨料是真密度在300~800kg/m3之间的漂珠,减水剂为聚羧酸系高效减水剂,减水率≥35%,消泡剂为聚醚改性硅类消泡剂中的P803消泡剂,膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂,纤维为长度为19mm、直径为1mm的直型钢纤维。
表4,单位:kg
Figure BDA0002364451900000052
根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002测得,本实施例所得混凝土的容重为1866.66kg/m3,100mm*100mm*100mm立方体28天抗压强度为90.9MPa。
以上实施例所制备的混凝土性能如表5
表5 各实施例制备的混凝土性能一览表
Figure BDA0002364451900000061

Claims (10)

1.一种轻质高强混凝土,其特征在于,按质量百分比计,其原料组分包括:水10~15%,粗骨料5~10%,细骨料1~10%,轻骨料5~10%,胶凝材料50~60%,外加剂0.1~4%,纤维2~11.5%;其中,所述轻骨料为真密度为100~2000kg/m3的漂珠,漂珠粒径为1~1500μm。
2.如权利要求1所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述漂珠粒径为300~500μm。
3.如权利要求1所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述胶凝材料包括质量百分比为40~80%的水泥、0~30%的矿粉和5~30%的硅灰。
4.如权利要求3所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述硅灰中SiO2所占质量百分比不少于94%,所述硅灰的平均粒径为0.15~0.20μm,比表面积为20000~25000m2/kg。
5.如权利要求1所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述细骨料为粒径0.16~0.3mm的细沙;所述粗骨料为粒径大于或等于15mm的砂石;所述纤维为直型钢纤维,纤维直径为500μm~3mm,纤维长度为6~20mm。
6.如权利要求1所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述外加剂包括减水剂、消泡剂和膨胀剂,其中:所述减水剂的掺入量为胶凝材料质量的0.2~0.4%,减水剂的减水率应≥35%,所述消泡剂的掺入量为胶凝材料质量的0.1~0.3%,所述膨胀剂的掺入量为胶凝材料质量的0.4~0.8%。
7.如权利要求6所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
8.如权利要求6所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
9.如权利要求6所述的轻质高强混凝土,其特征在于,所述膨胀剂为硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。
10.权利要求1~9任一项所述的轻质高强混凝土的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将质量百分比为50~60%的胶凝材料、5~10%的轻骨料、5~10%的粗骨料和1~10%的细骨料放入搅拌机内搅拌3~7分钟至混合均匀;
(2)在步骤(1)所得混合物中加入质量百分比为10~15%的水、0.35~0.9%的外加剂,继续搅拌直至流动状态;
(3)将质量百分比为2~11.5%的纤维均匀的加到步骤(2)所得产物中,继续搅拌3-5min;
(4)将步骤(3)所得产物浇筑到模具中,常温下静置40~50h至凝固后,拆模后进行养护,即得轻质高强混凝土。
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