CN112047699A - 一种大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法，该超高强高性能混凝土，包括如下组分：水100‑200份、水泥400‑600份、粉煤灰80‑135份、硅灰50‑100份、纤维0‑100份、减水剂10‑20份、砂子600‑700份、碎石800‑1000份。采用本申请的大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法，制备的超高强高性能混凝土具有工作性能好、胶凝材料用量少、体积稳定性佳、弹性模量高、抗收缩和徐变性能佳、成本低廉的优点。解决了传统UHPC胶凝材料用量大所导致的收缩明显、造价高昂等问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
随着全球人口的激增，人们对资源的需求也越来越多，如粮食需求增长、居住面积增加，由此出现的建筑用地与农耕用地之间的矛盾不得不要求民用建筑高层化甚至超高层化。普通混凝土材料由于强度较低，在用来建造超高层时不得不增大承重构件的截面积，因此容易出现“肥梁、胖柱”等现象。再者，诸如海底隧道、海上采油平台、核反应堆等重要建筑设施，不仅对强度有很高的要求，对混凝土的抗渗透性、耐久性、体积安定性等也提出了很高的要求。传统混凝土难以满足这些要求，因此进行超高强高性能混凝土材料方面的研究显得十分必要。
超高性能混凝土具有许多优点：超高强高性能混凝土的强度高于100MPa，明显优于普通混凝土，可在提高建筑空间利用率的同时满足强度要求，且其早期强度高，能加快施工进度；超高性能混凝土具有良好的延展性，在破坏时可以吸收更多的能量，这使得混凝土结构的抗震性能更加优越；超高性能混凝土拥有优异的耐久性能，增加混凝土结构的使用寿命。除此之外，超高强高性能混凝土还具有变形小、工作性能佳、高致密等优点，在工程上也已经开始广泛运用。
尽管超高性能混凝土有着强度高、韧性好、工作性能佳、耐久性优异等诸多优点，但它仍然存在许多的问题：超高性能混凝土制备工艺复杂，难以在工程中推广运用；传统超高性能混凝土通常采用石英砂作为粗集料，由此制备出的混凝土水泥用量大、生产成本高、早期收缩明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种大坍落度的超高强高性能混凝土的制备方法，所述超高性能混凝土采用了常规的养护方式(自然养护或浸水养护)，具有工作性能好、胶凝材料用量少、体积稳定性佳、成本低廉优点，进而解决了传统UHPC胶凝材料用量大所导致的收缩明显、造价高昂问题。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种大坍落度的超高强高性能混凝土，包括以下组分：水100-200份、水泥400-600份、粉煤灰80-135份、硅灰50-100份、纤维0-100份、减水剂10-20份、砂子600-700份、碎石800-1000份；
作为优选方案来说，包括以下组分：水120-180份、水泥420-525份、粉煤灰108-135份、硅灰72-90份、纤维0-75份、减水剂12-15份、砂子615-688份、碎石885-991份；
进一步，所述水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐水泥。
进一步，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
进一步，所述纤维为碳纤维，聚苯乙烯纤维，钢纤维，的一种或多种。
进一步，所述钢纤维为端钩形钢纤维，直径为2-6mm，长度为32-38mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量200-210GPa。
进一步，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水效率大于40％。
进一步，所述砂子是细度模数为2.0-3.0的普通河砂。
进一步，所述碎石为粒径5-20mm的石灰石碎石与粒径10-30mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：2-4。
一种大坍落度的超高强高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1：称取原材料：水、水泥、粉煤灰、硅灰、纤维、减水剂、砂子、碎石；
S2：将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌25-35s，使得胶凝材料混合均匀；
S3：将砂子与碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将钢纤维手动分散，分2-5次加入搅拌机内；
S4：将减水剂溶于水中并全部放入搅拌机内，持续搅拌4-7min，得到大坍落度的超高强高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护；
本发明公开了一种大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法，通过大量掺入粗骨料的方式削减了胶凝材料的用量，从而降低了超高性能混凝土的成本，解决了传统UHPC中由于胶凝材料用量大而导致早期收缩开裂的问题。通过这种方法制备出的混凝土强度高(不掺纤维强度在100MPa以上，掺入纤维强度可达120MPa)、收缩率小(56天收缩率最低只有271 10-6)、成本相对低廉(750-780元/方)。此外，本申请的优点还体现在如下：
1、采用了普通河砂替代了传统的石英砂，河砂颗粒圆润且价格相对较低，能在改善混凝土流动性的同时进一步降低了混凝土的成本。
2、胶凝材料中采用了粉煤灰来替代部分水泥，不仅能通过减少水泥用量降低了成本和抑制收缩，还更加环保。
3、配比中采用的端钩型普通钢纤维比起常用的平直型镀铜钢纤维来说价格明显更低，且在混凝土内部锚固效果更好，有效提高了混凝土的抗压与抗弯强度。
4、由本方法制备出的混凝土流动性较好，成型容易，且在自然养护或浸水养护条件下即可达到超高性能混凝土的强度要求，便于在现浇工程中推广运用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
本发明披露了一种大坍落度的超高强高性能混凝土及其制备方法，具体如下各实施例所示。
实施例1
一种大坍落度的超高强高性能混凝土每立方原材料质量用量：水120kg；水泥420kg；粉煤灰108kg；硅灰72kg；钢纤维25kg；减水剂15.6kg；砂子688kg；碎石991kg；所述钢纤维为端钩型钢纤维，直径为2mm，长度为32mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量200GPa。其中，所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐；所用粉煤灰为一级粉煤灰；所用钢纤维为端钩型普通钢纤维；所用减水剂为减水效率大于40％的聚羧酸高效减水剂；所用砂子为细度模数2.7的河砂；所用碎石由粒径5mm的石灰石碎石与粒径10mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：2。
其制备方法如下：
S1:按配比称取原材料：原材料包括水、水泥、粉煤灰、硅灰、钢纤维、减水剂、砂子、碎石。
S2:将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌25s，使得胶凝材料混合均匀。
S3:将砂子与石灰石碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将钢纤维手动分散，分2次加入搅拌机内；
S4:将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌4min，得到一种大坍落度的超高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
实施例2
大坍落度的超高强高性能混凝土的每立方原材料质量用量：水120kg；水泥420kg；粉煤灰108kg；硅灰72kg；钢纤维0kg；减水剂15.6kg；砂子688kg；碎石991kg。其中，所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐；所用粉煤灰为一级粉煤灰；所用减水剂为减水效率大于40％的聚羧酸高效减水剂；所用砂子为细度模数2的河砂；所用碎石为粒径10mm的石灰石碎石与粒径15mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：3。
其制备方法如下：
S1:称取原材料：水、水泥、粉煤灰、硅灰、减水剂、砂子、碎石。
S2:将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌28s，使得胶凝材料混合均匀。
S3:将河砂与石灰石碎石全部加入搅拌机中干拌28s，得到均匀的混凝土干混料；
S4:将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌5min，得到大坍落度的超高强高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
实施例3
大坍落度的超高强高性能混凝土每立方原材料质量用量：水120kg；水泥420kg；粉煤灰108kg；硅灰72kg；钢纤维25kg；减水剂15.6kg；砂子688kg；碎石991kg。其中，所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐；所用粉煤灰为一级粉煤灰；所用钢纤维为端钩型普通钢纤维，直径为4mm，长度为35mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量205GPa；所用减水剂为减水效率大于40％的聚羧酸高效减水剂；所用砂子为细度模数2.5的河砂；所用碎石为粒径10mm的石灰石碎石与粒径15mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：3。
其制备方法如下：
S1:称取原材料：水、水泥、粉煤灰、硅灰、钢纤维、减水剂、砂子、碎石。
S2:将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌30s，使得胶凝材料混合均匀。
S3:将砂子与石灰石碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将钢纤维手动分散，分3次加入搅拌机内；
S4:将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌6min，得到大坍落度的超高强高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
实施例4
大坍落度的超高强高性能混凝每立方原材料质量用量：水120kg；水泥420kg；粉煤灰108kg；硅灰72kg；钢纤维50kg；减水剂15.6kg；砂子688kg；碎石991kg。其中，所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐；所用粉煤灰为一级粉煤灰；所用钢纤维为端钩型普通钢纤维，直径为5mm，长度为32mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量200GPa；所用减水剂为减水效率大于40％的聚羧酸高效减水剂；所用砂子为细度模数3的河砂；所用碎石为粒径20mm的石灰石碎石与粒径30mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：4。
其制备方法如下：
S1:称取原材料：水、水泥、粉煤灰、硅灰、钢纤维、减水剂、砂子、碎石。
S2:将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌35s，使得胶凝材料混合均匀。
S3:将砂子与石灰石碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将钢纤维手动分散，分5次加入搅拌机内；
S4:将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌7min，得到大坍落度的超高强高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
实施例5
大坍落度的超高强高性能混凝土每立方原材料质量用量：水120kg；水泥420kg；粉煤灰108kg；硅灰72kg；钢纤维75kg；减水剂15.6kg；砂子688kg；碎石991kg。其中，所用水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐；所用粉煤灰为一级粉煤灰；所用钢纤维为端钩型普通钢纤维，直径为6mm，长度为38mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量210GPa；所用减水剂为减水效率大于40％的聚羧酸高效减水剂；所用砂子为细度模数2.7的河砂；所用碎石为粒径20mm的石灰石碎石与粒径28mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：4。
其制备方法如下：
S1:称取原材料：水、水泥、粉煤灰、硅灰、钢纤维、减水剂、砂子、碎石。
S2:将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌35s，使胶凝材料混合均匀。
S3:将砂子与石灰石碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将钢纤维手动分散，分4次加入搅拌机内；
S4:将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌7min，得到大坍落度的超高强高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
上述实施例的钢纤维也可以由碳纤维或聚苯乙烯纤维替代。
相关性能检测分别依据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行检测。
表1大坍落度的超高强高性能混凝土实验结果
表中，L-1、L-2L-3L-4L-5分别为实施例1-5所述方法制备大坍落度的超高强高性能混凝土检测项目。由表1可以看出，本发明制备的超高性能混凝土坍落度大于220mm、扩展度大于440mm、28天抗压强度大于100MPa、弹性模量大于54GPa、56天收缩率基本小于410×10-6、90天徐变度小于12×10-6/MPa、材料成本小于1200元/方。总之，本发明制备的大坍落度的超高强高性能混凝土，在自然或浸水养护条件下同时具备强度和弹性模量高、工作性能好、收缩和徐变变形小、成本低廉等诸多优点。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：水100-200份、水泥400-600份、粉煤灰80-135份、硅灰50-100份、纤维0-100份、减水剂10-20份、砂子600-700份、碎石800-1000份。
2.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：水120-180份、水泥420-525份、粉煤灰108-135份、硅灰72-90份、纤维0-75份、减水剂12-15份、砂子615-688份、碎石885-991份。
3.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述纤维为碳纤维，聚苯乙烯纤维，钢纤维的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维为端钩型钢纤维，直径为2-6mm，长度为32-38mm，抗压强度＞1100MPa，弹性模量200-210GPa。
5.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水效率大于40％。
6.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述碎石由粒径5-20mm的石灰石碎石与粒径10-30mm的石灰石碎石混合而成，其混合比为1：2-4。
7.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述砂子是细度模数为2.0-3.0的普通河砂。
8.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
9.根据权利要求1所述的大坍落度的超高强高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O 52.5的普通硅酸盐水泥。
10.一种大坍落度的超高强高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1：按配比称取原材料：原材料包括水、水泥、粉煤灰、硅灰、纤维、减水剂、砂子和碎石；
S2：将水泥、粉煤灰、硅灰全部加入搅拌机中干拌25-35s，使得胶凝材料混合均匀；
S3：将砂子与碎石全部加入搅拌机中，启动搅拌机进入工作状态，并将纤维手动分散，分2-5次加入搅拌机内；
S4：将减水剂溶于水中并全部加入搅拌机内，持续搅拌4-7min，得到一种大坍落度的超高性能混凝土拌合物，成型后自然养护或浸水养护。
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