CN112125603A - 一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：水泥524‑749份；超细粉煤灰140‑246份；微硅123‑176份；粒径0.60‑1.18mm页岩陶砂190‑200份；粒径1.18‑2.36mm页岩陶砂190‑200份；高效减水剂15‑21份；钢纤维104‑173份。本发明提供的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法，可以解决混凝土自重大，收缩变形较大，生产成本高，生产工艺复杂等问题。在实现超高强度的同时，改善混凝土的工作性能，满足自流平的施工要求。

Description

一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设的发展，大跨及超高的工程建设将越来越多，对高性能混凝土的应用过程中还存在许多问题需要解决。超高性能轻质混凝土是一种结合了高性能混凝土和结构轻集料混凝土性能优势的新型结构材料。作为与传统的普通混凝土不同的新材料，超高性能轻质混凝土具有自身的特点与优点。其轻质、高强、经济等优点使其广泛应用于对材料性能有较高要求的高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等领域。
由于现有超高性能混凝土骨料细化，达到最紧密堆积的效果，进而造成混凝土自重大，混凝土流动性差，收缩变形较大。同时，超高性混凝土由于低水胶比，水泥水化不充分，只能在湿热养护的作用下提高混凝土早期强度，造成生产成本高，生产工艺复杂等，进而限制了超高性能混凝土的推广应用。因此，制备一种轻质高强、收缩变形小、造价低、生产工艺简单超高性能轻质混凝土是前急需解决的技术难题。
发明内容
本发明依托“宜昌市自然科学研究项目”，项目编号“A20-3-012”。本发明所要解决的技术问题是提供一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法，可以解决混凝土自重大，收缩变形较大，生产成本高，生产工艺复杂等问题。在实现超高强度的同时，改善混凝土的工作性能，满足自流平的施工要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 524-749份 超细粉煤灰 140-246份 微硅粉 123-176份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 195-200份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 195-200份
高效减水剂 15-21份 钢纤维 104-173份。
优选地，水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
优选地，超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
优选地，微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
优选地，陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
优选地，高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
优选地，上述各组分的重量份配比为：
水泥 600份 超细粉煤灰 197份 微硅粉 140份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 195份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 195份
高效减水剂 17份 钢纤维 138份。
一种上述超高性能轻质混凝土的制备方法，该方法为：
步骤1：配制上述重量份的高效减水剂与水的混合溶液，高效减水剂与水的质量比为17:187；
步骤2：将上述重量份的粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合之后搅拌一定时间，再加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液，继续搅拌一定时间，搅拌速度均为60-70r/min；
步骤3：再向步骤2得到的混合物中加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液，搅拌一定时间，搅拌速度为115-135r/min；
步骤4：向步骤3得到的混合物中加入钢纤维，继续搅拌一定时间，即制得超高性能轻质混凝土，搅拌速度为115-135r/min。
步骤2中，搅拌粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合物的时间为1分钟，加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为1分钟。
步骤3中，加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为3分钟；
步骤4中，加入钢纤维后的搅拌时间为1分钟。
本发明提供的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土及其制备方法，有益效果如下：
1、以页岩陶砂为唯一轻骨料制配而成的超高性能轻质混凝土，满足超高性能混凝土的强度及耐久性要求，通过骨料堆积密度试验确定各骨料颗粒的比例。由于骨料粒径范围的巧妙设计，拌和成型混凝土同时具备良好的混凝土工作性，流动度为220～260mm，满足自流平的流动度施工要求。且原料来源广、降低造价，适合推广应用。
2、本发明制得的超高性能轻质混凝土，在标准养护条件下能到达有优异的力学性能。超高性能轻质混凝土浇筑成40*40*160mm3三联试件，成型后覆膜养护24h脱模，然后进行标准养护箱内养护28d。利用PWS-E200电液伺服疲劳试验机进行抗折试验，测得28d的抗折强度为29MPa。利用WAW-Y100C微机控制电液伺服万能试验机进行抗压试验，测得28d的抗压强度为121Mpa；完全满足GB/T31387—2015《活性粉末混凝土》规范中C120的强度等级要求，相比高强轻骨料混凝土强度等级CL40-CL70，强度提高十分明显。以水泥、硅粉、超细粉煤灰三元体为胶结料，采用最小需水量法试验确定胶凝材料各组分的最佳比例；采用聚羧酸系高性能减水剂、超细粉煤灰和硅粉，能够细化水泥水化产物的晶体尺寸，减少混凝土内部结构缺陷，使胶凝材料浆体更均匀，有效提高混凝土的密实度。
3、本发明制得的超高性能轻质混凝土，表观密度为1950～2100Kg/m3，相比现有的超高性能混凝土密度下降20％以上，但力学性能下降不明显。导致密度下降较大的原因就是使用了优选地页岩陶砂，将陶砂选用力学性能稳定的0.6-2.36mm粒径的范围。通过试验发现，将800级密度等级的陶砂进行各粒径的堆积密度试验，得出0.6-1.18mm和1.18-2.38mm两种粒径按1：1比例混合其混合密度最大为1159kg/m3，从而提高了复合体系的堆积密实度，改善大掺矿物细粉料的孔结构，减少孔隙率。
4、本发明制得的超高性能轻质混凝土，浇筑工艺简单，首先将陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉加入搅拌锅，进行干拌1min；接着加入2/3的高效减水剂和水混合溶液搅拌1min，然后加入剩下1/3的高效减水剂和水混合溶液搅拌1min；当搅拌到第5min时，混凝土从粉末状态变为流动状态时，加入钢纤维，当搅拌6min时即搅拌完成。首先由于超细粉煤灰的加入，超细粉煤灰光滑粒子在水泥浆体中起到润湿、滚动作用，改善新拌混凝土的流变性能，相比一般超高性能混凝土的搅拌时间缩短为6min，成型工艺得到大大改善。其次，页岩陶砂为性能优异的轻骨料，经过预湿处理后，页岩陶粒中的孔隙吸水饱和，使其自身重量增加，加上低水胶比水泥浆体的包裹有效的控制骨料上浮的问题。页岩陶砂饱水处理后，在混凝土拌过程中陶粒基本不吸水，从而较好地控制了混凝土拌合物的用水量，为后期水泥水化提供内养护的作用。
本发明提供的超高性能轻质混凝土具有轻质、高强等优点，所得超高性能轻质混凝土的表观密度为1950～2100Kg/m3，容重相比超高性能混凝土降低20％以上，抗压强度可达到C120以上，且具有良好的工作性。由于密度的降低，使超高性能轻质混凝土在应用时降低结构自重，并降低基础造价。所采用的材料也契合国家对建筑节能材料的大力推广及应用的政策。
具体实施方式
实施例一
种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 524份 超细粉煤灰 172份 微硅粉 123份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 195份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 195份
高效减水剂 15份 钢纤维 104份。
水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
实施例二
一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 749份 超细粉煤灰 246份 微硅粉 176份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 195份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 195份
高效减水剂 21份 钢纤维 173份。
水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
实施例三
种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 600份 超细粉煤灰 197份 微硅粉 140份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 195份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 195份
高效减水剂 17份 钢纤维 138份。
水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
实施例四
种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 584份 超细粉煤灰 192份 微硅粉 137份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 190份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 190份
高效减水剂 17份 钢纤维 104份。
水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
实施例五
种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥 614份 超细粉煤灰 140份 微硅粉 178份
粒径 0.60-1.18mm 页岩陶砂 200份
粒径 1.18-2.36mm 页岩陶砂 200份
高效减水剂 17份 钢纤维 104份。
水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
超细粉煤灰为粒径不大于3μm的粉煤灰。
微硅粉为SiO2含量≥94％，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
陶砂为优质的页岩陶砂，密度等级为800级，1h吸水率为4.0％，桶压强度为6MPa。
高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40％，减水率37％。
实施例六
上述实施例一-实施例五所述混凝土的制备方法为：
步骤1：配制上述重量份的高效减水剂与水的混合溶液，高效减水剂与水的质量比为17:187；
步骤2：将上述重量份的粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合之后搅拌一定时间，再加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液，继续搅拌一定时间，搅拌速度均为60-70r/min；
步骤3：再向步骤2得到的混合物中加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液，搅拌一定时间，搅拌速度为115-135r/min；
步骤4：向步骤3得到的混合物中加入钢纤维，继续搅拌一定时间，即制得超高性能轻质混凝土，搅拌速度为115-135r/min。
步骤2中，搅拌粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合物的时间为1分钟，加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为1分钟。
步骤3中，加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为3分钟；
步骤4中，加入钢纤维后的搅拌时间为1分钟。
实施例七
Figure BDA0002678138190000061
Figure BDA0002678138190000071
由实施例一到实施例五可知随着钢纤维掺量的增加，混凝土力学性能不断提高，掺量为1.5％时，28d抗压强度达到122MPa，28d抗折强度为29MPa；掺量为2.5％时，28d抗压强度为143MPa，28d抗折强度31MPa。随着钢纤维掺量的增加，密度也逐渐增大，但都小于2100Kg/m3，满足超高性能轻质混凝土密度要求。从混凝土流动度可看出，实施例一到实施例五流动度都大于200mm，基本满足超高性能轻质混凝土自流平的施工要求。由实施例一到实施例五可知，超细粉煤灰和微硅粉替代水泥能降低混凝土密度，一定量超细粉煤灰能改善混凝土流动性，活性粉末的加入对混凝土的力学性能提高明显。掺入适量的超细粉煤灰和钢纤维能明显降低超高性能轻质混凝土的早期收缩。
通过上表，本发明的超高性能轻质混凝土与高强轻骨料混凝土和超高性能混凝土的性能对比可知。本发明超高性能轻质混凝土的表观密度处于中间值，但力学性能明显更优，体现出超高性能轻质混凝土比强度最高；而且混凝土流动度最大，施工成型简单；由于超细粉煤灰的加入抑制的混凝土早期收缩，收缩性能表现的最好。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于所述混凝土包括以下重量份配比的组分：
水泥524-749份 超细粉煤灰140- 246份 微硅粉123-178份
粒径0.60-1.18mm页岩陶砂 190-200份
粒径1.18-2.36mm页岩陶砂 190-200份
高效减水剂15-21份 钢纤维104-173份。
2.根据权利要求1所述的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于：水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于：超细粉煤灰为粒径不大于3µm的粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于：微硅粉为SiO2含量≥94%，比表面积≥22000m2/kg的微硅粉。
5.根据权利要求1所述的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于：高效减水剂为聚羧酸高性能减水剂，液体含固量40%，减水率37%。
6.根据权利要求1所述的一种以陶砂为轻质骨料的超高性能轻质混凝土，其特征在于各组分的重量份配比为：
水泥600份 超细粉煤灰 197份 微硅粉 140份
粒径0.60-1.18mm页岩陶砂 195份
粒径1.18-2.36mm页岩陶砂 195份
高效减水剂17份 钢纤维138份。
7.一种上述权利要求1-6任一项所述的超高性能轻质混凝土的制备方法，其特征在于该方法为：
步骤1：配制上述重量份的高效减水剂与水的混合溶液，高效减水剂与水的质量比为17:187；
步骤2：将上述重量份的粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合之后搅拌一定时间，再加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液，继续搅拌一定时间，搅拌速度均为60-70r/min ；
步骤3：再向步骤2得到的混合物中加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液，搅拌一定时间，搅拌速度为115-135 r/min；
步骤4：向步骤3得到的混合物中加入钢纤维，继续搅拌一定时间，即制得超高性能轻质混凝土，搅拌速度为115-135 r/min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤2中，搅拌粒径0.60-1.18mm页岩陶砂、粒径1.18-2.36mm页岩陶砂、水泥、超细粉煤灰以及微硅粉混合物的时间为1分钟，加入2/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为1分钟。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤3中，加入1/3质量的步骤1配制好的混合溶液后的搅拌时间为3分钟，步骤4中，加入钢纤维后的搅拌时间为1分钟。
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