CN111362635B - 一种轻质超高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种轻质超高强混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻质超高强混凝土及其制备方法，该轻质超高强混凝土按重量份数计，包括以下组分：630‑650份水泥，280‑300份超细粉煤灰，180‑200份硅灰，100‑120份金刚砂粉，100‑200份漂珠，150‑200份Peek塑料颗粒，18‑23份有机高分子吸水树脂，20‑30份聚羧酸减水剂，0.13‑0.15水胶比，其中漂珠分为40‑100目和20‑40目两个粒度等级。所得轻质超高强混凝土，其掺入的粉料和集料对内部结构进行充分的优化和改善，在大幅降低容重的同时，提高了整体强度，性能优异，制备简单，适宜推广。

Description

一种轻质超高强混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土领域，具体涉及一种轻质超高强混凝土及其制备方法。
背景技术
普通混凝土因原材料丰富，抗压强度高，经济耐用，得到广泛的应用，但由于自重大，导致结构截面尺寸大大增加，工程造价显著提升，难以满足建筑业快速高效的发展，轻质高强混凝土随之产生。而轻质高强混凝土，自重轻，抗震性能好，被大量地使用在高层建筑中。
随着轻质高强混凝土的广泛应用，轻质超高强混凝土也逐渐受到关注和研究，专利CN107935505B提出，采用粉煤灰漂珠和陶砂制备轻质超高强混凝土，其容重大于1980kg/m3，抗压强度在105-111MPa之间，因陶砂和漂珠强度普遍不高，且陶砂还是一种脆性材料，当需要配制容重更低、强度更高的超高强混凝土时，二者掺量会增加，漂珠和陶砂周围水泥石厚度降低，整体强度降低，故难以满足要求。因为，如何协调强度与容重之间的平衡，在降低容重的同时保证或是进一步提高超高强混凝土的强度是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质超高强混凝土及其制备方法，通过不同弹性模量和密度的Peek塑料颗粒、金刚砂粉和漂珠相互配合，在大幅降低容重的同时，提高了整体强度，所得轻质超高强混凝土在1600-1850kg/m3容重情况下，抗压强度可达105-124MPa。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种轻质超高强混凝土，按照重量份数计，包括以下原材料：
水泥，630-650份；
超细粉煤灰，280-300份；
硅灰，180-200份；
金刚砂粉，100-120份；
漂珠，100-200份；
Peek塑料颗粒，150-200份；
有机高分子吸水树脂，18-23份；
聚醚类聚羧酸减水剂，20-30份；
水胶比，0.13-0.15；其中：
漂珠分为40-100目和20-40目两个粒度等级。
按上述方案，水泥为强度≥52.5MPa的普通硅酸盐水泥。
按上述方案，超细粉煤灰的平均粒径2.8-3.5μm。
按上述方案，硅灰的比表面积≥22000m2/kg，SiO2含量为85-95％。
按上述方案，金刚砂粉细度为1000-2000目，表观密度3.6-3.9g/cm3。
按上述方案，漂珠细度为40-100目的和细度为20-40目的质量比为1：(2-3)，真密度0.50-0.65g/cm3。其中漂珠为电厂废弃粉煤灰中提取的薄壁空心玻璃微珠。
按上述方案，Peek塑料颗粒，直径3.5-5.5mm的球状颗粒，表观密度1.4-1.5g/cm3，拉伸模量23-25GPa，弯曲模量21-23GPa。
按上述方案，有机高分子吸水树脂为2000-3000目微粉状颗粒。
按上述方案，有机高分子吸水树脂为接枝丙烯酰胺或高取代度交联羧甲基纤维素。
按上述方案，减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为18.9-20.1％，减水率为35-40％。
一种上述轻质超高强混凝土的制备方法，具体步骤为：
(1)将630-650份水泥、280-300份超细粉煤灰、180-200份硅灰、100-120份的金刚砂粉，100-200份的漂珠，18-23份有机高分子吸水树脂搅拌5-10min混合均匀；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入水和20-30份聚醚类聚羧酸减水剂，继续搅拌20-30min，其中水胶比为0.13-0.15；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入150-200份的Peek塑料颗粒，继续搅拌5-10min；
(4)常温成型后拆模，恒温水养即可得到轻质超高强混凝土。
按上述方案，步骤(4)中常温成型后24小时拆模，并在50-70℃水中养护28天。
本发明提供的轻质超高强混凝土中，容重低，整体强度高。其中Peek材料的表观密度小，具有高韧性，弹性模量高，在外部荷载作用下的变形小，不会由于应力集中而突然破坏，与超高强水泥石的协同度高，在降低混凝土容重的同时保证整体的强度；此外Peek颗粒具有耐酸、耐碱和耐高温的特性，混凝土碱性环境下，有较好的相容性。金刚砂粉弹性模量比水泥石大，可有效地提高混凝土的抗收缩变形的能力。漂珠表观密度非常小，漂珠的加入可以大幅度的降低混凝土的容重，但是漂珠本身弹性模量小，强度低，会对混凝土的强度有强的削弱作用，通过增大漂珠的粒径并选择两种不同的粒径进行级配，可以增加漂珠颗粒周边的水泥浆厚度，降低对强度的削弱作用。
比较Peek塑料颗粒、金刚砂粉、漂珠和高强混凝土水泥石的弹性模量和密度，大小顺序均为：金刚砂粉>超高强混凝土水泥石>Peek塑料颗粒>漂珠。在超高强混凝土中，Peek塑料颗粒和漂珠的掺入，可以降低混凝土的整体容重，漂珠虽然密度低，但弹性模量也低，通过与Peek塑料颗粒搭配使用，可以在保证降低容重的基础上进一步降低对混凝土整体强度的削弱。而各组分弹性模量的差异配置更有利于内部应力的分散，保持混凝土整体结构的稳定性，弥补Peek塑料颗粒和漂珠的本身弹性模量低对强度的影响，得到容重更低，强度更高的轻质超高强混凝土。
此外，有机高分子吸水树脂吸水后可以在超高强混凝土后期硬化过程中，逐渐失水促使混凝土内部胶凝材料颗粒充分水化；当选择小粒径的有机高分子吸水树脂微粉时，因为粒径小吸水量小，体积增大不明显，不影响整体混合物的工作性能，后期逐步少量失水，可以进一步增强体系稳定性，使内部结构变得更致密，强度更高。
本发明的技术方案的有益效果是：
1.本发明提供的轻质超高强混凝土，通过不同弹性模量和密度的Peek塑料颗粒、金刚砂粉和漂珠相互配合，在大幅降低容重的同时，提高了整体强度，所得轻质超高强混凝土在1600-1850kg/m3容重情况下，抗压强度可达105-124MPa。
2.本发明中采用的Peek材料和漂珠表观密度小，可大幅降低混凝土容重，其中Peek材料具有高韧性，弹性模量高，变形性小，利于保持整体强度，且本身具有耐酸、耐碱和耐高温的特性，在混凝土碱性环境下，有较好的相容性；漂珠弹性模量小，通过增大漂珠的粒径并选择两种不同的粒径进行级配，可以增加漂珠颗粒周边的水泥浆厚度，降低对强度的削弱作用；再配合高弹性模量的金刚砂粉，进一步提高混凝土的整体强度，得到轻质超高强混凝土。
3.本发明中采用的有机高分子吸水树脂在低水胶比下的超高强混凝土内部局部逐步失水养护，既使内部得到充分的水化发展，又保证了轻质超高强混凝土的体积稳定性和强度发展。
4.本发明制备方法简单，原料来源广泛，所得轻质超高强混凝土在大幅降低容重的情况下，保持了较高的抗压强度，适宜推广应用。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明，以利于本领域技术人员能更加清楚地了解。
实施例1
本发明提供一种轻质超高强混凝土及其制备方法。
一种轻质超高强混凝土，按照重量份数计，包括以下原材料：
通用硅酸盐水泥，630份；
超细粉煤灰，280份；
硅灰，180份；
金刚砂粉，110份；
漂珠，200份；
Peek塑料颗粒，150份；
有机高分子吸水树脂，18份；
高性能聚羧酸减水剂，20份；
水胶比，0.15。
其中：
硅酸盐水泥为强度52.5MPa的普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰，平均粒径2.8μm。
硅灰的比表面积为22000m2/kg，SiO2含量为86％。
金刚砂粉细度为1000目，表观密度3.8g/cm3。
漂珠有40-100目和20-40目两个粒度等级，质量比为1：2，真密度0.65g/cm3。
Peek塑料颗粒，直径3.5-5.5mm的球状颗粒，表观密度1.4g/cm3，拉伸模量25GPa，弯曲模量23GPa。
有机高分子吸水树脂为2200目微粉状颗粒。
减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为19.1％，减水率为36％。
一种上述轻质超高强混凝土的制备方法，具体步骤为：
(1)将630份通用硅酸盐水泥、280份粉煤灰、180份硅灰、110份的金刚砂粉，200份的漂珠，18份有机高分子吸水树脂搅拌5min混合均匀。
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入180份水和20份高性能聚羧酸减水剂，继续搅拌20min；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入150份的Peek塑料颗粒，继续搅拌5min。
(4)常温下成型，24小时拆模，并在70℃水中养护28天即得轻质超高强混凝土。
实施例2
本发明提供一种轻质超高强混凝土及其制备方法。
一种轻质超高强混凝土，按照重量份数计，包括以下原材料：
通用硅酸盐水泥，640份；
超细粉煤灰，280份；
硅灰，180份；
金刚砂粉，120份；
漂珠，150份；
Peek塑料颗粒，150份；
有机高分子吸水树脂，20份；
高性能聚羧酸减水剂，25份；
水胶比，0.13。
其中：
硅酸盐水泥为强度52.5MPa的普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰，平均粒径2.8μm。
硅灰的比表面积为23000m2/kg，SiO2含量为90％。
金刚砂粉细度为1500目，表观密度3.8g/cm3。
漂珠分为40-100目和20-40目两个粒度等级，质量比为1：2，真密度0.65g/cm3。
Peek塑料颗粒，直径3.5-5.5mm的球状颗粒，表观密度1.4g/cm3，拉伸模量25GPa，弯曲模量23GPa。
有机高分子吸水树脂为2500目微粉状颗粒。
减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为19.5％，减水率为39％。
一种上述轻质超高强混凝土的制备方法，具体步骤为：
(1)将640份通用硅酸盐水泥、280份粉煤灰、180份硅灰、120份的金刚砂粉，150份的漂珠，20份有机高分子吸水树脂搅拌5min混合均匀。
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入158.6份水和25份高性能聚羧酸减水剂，继续搅拌25min；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入150份的Peek塑料颗粒，继续搅拌8min。
(4)常温下成型，24小时拆模，并在60℃水中养护28天即得轻质超高强混凝土。
实施例3
本发明提供一种轻质超高强混凝土及其制备方法。
一种轻质超高强混凝土，按照重量份数计，包括以下原材料：
通用硅酸盐水泥，650份；
超细粉煤灰，300份；
硅灰，200份；
金刚砂粉，120份；
漂珠，100份；
Peek塑料颗粒，150份；
有机高分子吸水树脂，22份；
高性能聚羧酸减水剂，28份；
水胶比，0.13。
其中：
硅酸盐水泥为强度52.5MPa的普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰，平均粒径2.8μm。
硅灰的比表面积为23500m2/kg，SiO2含量为92％。
金刚砂粉细度为2000目，表观密度3.8g/cm3。
漂珠分为40-100目和20-40目两个粒度等级，质量比为1：3，真密度0.60g/cm3。
Peek塑料颗粒，直径3.5-5.5mm的球状颗粒，表观密度1.4g/cm3，拉伸模量25GPa，弯曲模量23GPa。
有机高分子吸水树脂为2800目微粉状颗粒。
减水剂为聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为19.8％，减水率为40％。
一种上述轻质超高强混凝土的制备方法，具体步骤为：
(1)将650份通用硅酸盐水泥、300份粉煤灰、200份硅灰、120份的金刚砂粉，100份的漂珠，22份有机高分子吸水树脂搅拌5min混合均匀。
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入165.1份水和28份高性能聚羧酸减水剂，继续搅拌30min；
(3)向步骤(2)得到的混合物中加入200份的Peek塑料颗粒，继续搅拌10min。
(4)常温下成型，24小时拆模，并在50℃水中养护28天即得轻质超高强混凝土。
根据《普通混凝土力学试验方法》CB50081-2002测得实施例1-3得到的轻质超高强混凝土的容重和抗压强度，结果如下表1所示：
表1轻质超高强混凝土性能指标测试结果
配合比 容重(kg/m<sup>3</sup>) 抗压强度(MPa)
实施例1 1621 106
实施例2 1713 113
实施例3 1825 122
按本发明制备的混凝土，当容重为1600-1850kg/m3时，强度达到105-124MPa，且与一般2000kg/m3的轻质超高强混凝土强度相比，基本相当甚至更高。
上述实施例仅为清楚地说明方法和操作过程，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，但所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轻质超高强混凝土，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：
水泥，630-650份；
超细粉煤灰，280-300份；
硅灰，180-200份；
金刚砂粉，100-120份；
漂珠，100-200份；
Peek塑料颗粒，150-200份；
有机高分子吸水树脂，18-23份；
聚醚类聚羧酸减水剂，20-30份；
水胶比，0.13-0.15；其中：
所述漂珠分为40-100目和20-40目两个粒度等级，粒度为40-100目的和粒度为20-40目的质量比为1：（2-3），真密度0.50-0.65g/cm3；所述Peek塑料颗粒为直径3.5-5.5mm的球状颗粒，表观密度1.4-1.5g/cm3，拉伸模量23-25GPa，弯曲模量21-23GPa；所述金刚砂粉细度为1000-2000目，表观密度3.6-3.9g/cm3。
2.根据权利要求1所述的轻质超高强混凝土，其特征在于，所述有机高分子吸水树脂为2000-3000目微粉状颗粒。
3.根据权利要求1所述的轻质超高强混凝土，其特征在于，所述有机高分子吸水树脂为接枝丙烯酰胺或高取代度交联羧甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的轻质超高强混凝土，其特征在于，所述聚醚类聚羧酸减水剂，固含量为18.9-20.1%，减水率为35-40%。
5.根据权利要求1所述的轻质超高强混凝土，其特征在于，所述超细粉煤灰的平均粒径2.8-3.5μm。
6.根据权利要求1所述的轻质超高强混凝土，其特征在于，所述硅灰的比表面积为≥22000m2/kg，SiO2含量为85-95%；所述水泥为强度≥52.5MPa的普通硅酸盐水泥。
7.一种权利要求1-6任一项所述的轻质超高强混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将630-650份水泥、280-300份超细粉煤灰、180-200份硅灰、100-120份的金刚砂粉，100-200份的漂珠，18-23份有机高分子吸水树脂搅拌5-10min混合均匀；
（2）向步骤（1）得到的混合物中加入水和20-30份聚醚类聚羧酸减水剂，继续搅拌20-30min，其中水胶比为0.13-0.15；
（3）向步骤（2）得到的混合物中加入150-200份的Peek塑料颗粒，继续搅拌5-10min；
（4）常温成型后拆模，恒温水养即可得到轻质超高强混凝土。
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