CN112194424A - 一种具有较高抗折强度的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高性能混凝土，按质量份计，原料包括：水泥550～850份，硅灰150～250份，超细粉煤灰100～300份，水150～300份，聚羧酸减水剂10～30份，细砂1000～1500份，超细钢纤维150～250份；其中所述水泥、硅灰和超细粉煤灰为混凝土胶凝材料；所述原料还包括环氧树脂E‑51、固化剂H103B和活性稀释剂，所述环氧树脂E‑51的质量为所述混凝土胶凝材料总质量的8～20％，所述环氧树脂E‑51和固化剂H103B的质量比为4:1，所述环氧树脂E‑51和所述活性稀释剂的质量比为4～5:1。本发明所述超高性能混凝土的60天折压比可以达到0.14左右。
Description
技术领域
本发明属于工程材料技术领域，具体涉及一种新型的超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)，又称为活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年来最具创新的水泥基工程材料，实现了工程材料性能的大跨越。适当配筋的UHPC力学性能接近钢材料；同时UHPC具有优良的抗碳化、抗冻融、抗侵蚀、抗渗能力、耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适用于大跨径桥梁、抗爆结构(如军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用于高磨蚀、高腐蚀环境中。在原料组成上UHPC与普通混凝土或高性能混凝土不同的方面包括：不使用粗骨料，必须使用硅灰和纤维(钢纤维或复合有机纤维)，水泥用量较大，水胶比很低。UHPC的基本组成见表1所示。
表1超高性能混凝土UHPC(钢纤维)基本组成
以目前的技术手段，UHPC抗压强度一般都能达到120～180MPa，通过特殊手段成型的UHPC抗压强度最高甚至已达到800MPa。但是一般的UHPC的抗折强度(又称为“断裂模量”)仅7.5～15MPa。因此，抗折强度是制约UHPC应用范围的一个重要因素。为了提高UHPC的抗折强度，较为普遍的做法是提高超细钢纤维掺量或者多重纤维混掺。例如公开号CN101560082A(公开日2009年10月21日)、名称为“超高强活性粉末混凝土及其制造方法”的中国发明专利申请，公开了一种超高强活性粉末混凝土，以质量份数计，原料组成为：硅酸盐水泥1000份，石英砂600～1400份，硅灰90～400份，硅微粉200～400份，石英粉100～300份，高强钢纤维80～350份、高效减水剂15～30份，AEA膨胀剂60～120份、消泡剂0～2份和水250～350份。但是该发明说明书公开的实施例中，所述超高强活性粉末混凝土的高强钢纤维含量在约2％～10％之间变化，与此同时抗折强度在25MPa～100MPa，抗压强度在180MPa～500MPa，折压比(抗折强度/抗压强度)在0.09～0.2之间变化。该发明的高强钢纤维含量与混凝土的抗折强度、抗压强度和折压比之间没有相关性。如实施例8，高强钢纤维350份(占比9.9％)，抗折强度仅37MPa，折压比0.106。经发明人试验研究发现，当钢纤维掺量达到9.9％时，混凝土基本没有工作性可言，施工性能极差，无法实际应用。因此，该发明的技术方案对实际生产中如何提高UPHC的抗折强度和折压比缺乏指导意义。
现有技术中还出现了在UPHC中添加聚合物乳液，在混凝土内部形成连续致密的高分子涂膜，填充在混凝土内部的微裂纹、孔隙以及钢纤维表面留下的孔隙通道，从而有效地提高了混凝土的性能。所述聚合物乳液包括水性环氧树脂乳液、苯丙乳液、丁苯乳液、丁二烯～苯乙烯共聚乳液等等。如公开号为CN108358566A的中国发明专利申请(公开日2018年8月3日)“一种超高性能混凝土及其制造方法”，公开的超高性能混凝土包括：水泥500～850kg/m3、粉煤灰50～150kg/m3、硅灰80～150kg/m3、砂1000～1300kg/m3、钢纤维80～160kg/m3、聚合物乳液20～60kg/m33、水160～180kg/m3、减水剂30～40kg/m3、成膜助剂0.1～1kg/m3，其中聚合物乳液为丁二烯～苯乙烯共聚乳液、乙烯～醋酸乙烯共聚物乳液、丙烯酸酯共聚物乳液、苯丙乳液、丁苯乳液中的一种或两种以上组合，所述成膜助剂为醇类、或醇脂类、或醇醚类。该发明的超高性能混凝土，除了使用聚合物乳液外，还采用了较大掺量的钢纤维，虽然该混凝土的抗氯离子渗透等抗渗性能得到提升，但是混凝土的成本大幅度上升，且其28天抗压强度仅148MPa。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新的超高性能混凝土及其制备方法。本发明的超高性能混凝土具有较高抗折强度，混凝土的工作性基本不受影响，且成本相对低廉。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种超高性能混凝土，按质量份计，原料包括：
水泥550～850份，硅灰150～250份，超细粉煤灰100～300份，水150～300份，聚羧酸减水剂10～30份，细砂1000～1500份，超细钢纤维150～250份；其中所述水泥、硅灰和超细粉煤灰为混凝土胶凝材料；
所述原料还包括环氧树脂E-51、固化剂H103B和活性稀释剂，所述环氧树脂E-51的质量为所述混凝土胶凝材料总质量的8～20％，所述环氧树脂E-51和固化剂H103B的质量比为4:1，所述环氧树脂E-51和所述活性稀释剂的质量比为4～5:1。
优选地，水泥的质量份为650份。
进一步优选地，所述水泥为PII52.5硅酸盐水泥。
优选地，所述硅灰的质量份为250份。
进一步优选地，所述硅灰中二氧化硅含量＞95％，比表面积约为19m2/g，经45μm方孔筛筛余率≤3％。
优选地，所述超细粉煤灰的质量份为100份。
优选地，水的质量份为200份。
优选地，所述聚羧酸减水剂的质量份为15份。
优选地，所述细河砂的质量份为1000份。
进一步优选地，所述细河砂为最大粒径不大于1mm的天然河砂或石英砂。
优选地，所述超细钢纤维的质量份为150份。
进一步优选地，所述超细钢纤维为超细镀铜钢纤维，直径为0.15mm～0.2mm，长度为10mm～15mm。
优选地，所述活性稀释剂为N-丁基缩水甘油醚(BGE)。
本发明还有一个目的在于提供上述超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
I.按照配比制备好原料中的各组分；
II.将水泥、细河砂、硅灰、超细粉煤灰加入搅拌设备中搅拌2～5分钟，使之均匀；然后加入环氧树脂E-51、固化剂H103B和活性稀释剂搅拌1～3分钟；再将聚羧酸减水剂和水混合好后加入所述搅拌设备中搅拌2～5分钟，最后倒入超细钢纤维搅拌2～5分钟，得到搅拌好的混凝土浆体；
III.将步骤II得到的所述混凝土浆体通过浇注方式置于模具中成型；
IV.放入标准养护室带模养护28天，然后拆模，或拆模后养护28天。
所述步骤IV中，优选带模养护28天。
本发明在UHPC的原料中掺入水性环氧树脂E-51以及固化剂和活性稀释剂，显著提高了UHPC的抗折强度。原因在于：UHPC水化反应大量消耗掉了内部水分，促进了水性环氧树脂与固化剂的固化反应，环氧树脂在固化剂及活性稀释剂作用下能够短时间内在UHPC内部形成均匀且较高强度的聚合物网络结构，从而有效且快速的提高UHPC的抗折强度。虽然抗折强度提高，但是本发明所述水性环氧树脂组合物(环氧树脂E-51、固化剂和活性稀释剂的组合)的掺入对UHPC工作性影响较小。
本发明提供的UPHC，其中的硅灰能够有效改善混凝土孔结构，减少UHPC内部缺陷，提高混凝土的抗酸盐侵蚀和抗磨蚀性。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买的符合有关标准和规定的产品。
实施例1一种超高性能混凝土
本实施例所述超高性能混凝土的原料组成，见表2所示；按照如下方法制备：
I.按照配比制备好原料中的各组分；
II.将水泥、细河砂、硅灰、超细粉煤灰加入搅拌设备中搅拌2～5分钟，使之均匀；然后加入环氧树脂E-51、固化剂和活性稀释剂搅拌1～3分钟；再将聚羧酸减水剂和水混合好后加入所述搅拌设备中搅拌2～5分钟，最后倒入超细钢纤维搅拌2～5分钟，得到搅拌好的混凝土浆体；
III.将步骤II得到的所述混凝土浆体通过浇注方式置于尺寸为40mm×40mm×160mm钢模中成型；
IV.放入标准养护室带模养护28天，拆模，即得。
实施例2～5一种超高性能混凝土
实施例2～5所述超高性能混凝土的原料组成，见表2所示；参照实施例1的方法制备。
测试例实施例1～5的超高性能混凝土的性能测定
按照《GB50081普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定测定实施例1～5制备得到的超高性能混凝土的各项性能，结果见表2。
表2实施例1～5的超高性能混凝土的原料组成及性能测定结果(1份＝1kg)
对比例1一种混凝土
本对比例所述的混凝土的原料组成与实施例1的基本相同，不同之处在于：
水性环氧树脂：广州东凤化工有限公司生产的水性环氧树脂E-44，固含量为60％；
固化剂：广州东风化工有限公司生产的水性胺类固化剂DFG-190；
活性稀释剂：无。
按照实施例1相同的步骤制备混凝土，但是出现混凝土无法拌和的现象，混凝土制备失败。
对比例2一种混凝土
本对比例所述的混凝土的原料组成与实施例1的基本相同，不同之处在于：
环氧树脂E-51的用量为64kg，
固化剂的用量为16kg，
活性稀释剂的用量为16kg。
按照实施例1相同的步骤制备混凝土，拆模后测定抗折强度(60天)、抗压强度(60天)，计算折压比。结果如下：
60天抗折强度：28.7MPa，60天抗压强度：224.3MPa，折压比：0.128。
对比例3一种混凝土
本对比例所述的混凝土的原料组成与实施例1的基本相同，不同之处在于：
环氧树脂E-51的用量为160kg，
固化剂H103B的用量为40kg，
活性稀释剂BGE的用量为40kg。
按照实施例1相同的步骤制备混凝土，结果混凝土无法拌和，失去工作性，制备失败。
Claims (10)
1.一种超高性能混凝土，按质量份计，原料包括：
水泥550～850份，硅灰150～250份，超细粉煤灰100～300份，水150～300份，聚羧酸减水剂10～30份，细砂1000～1500份，超细钢纤维150～250份；其中所述水泥、硅灰和超细粉煤灰为混凝土胶凝材料；
所述原料还包括环氧树脂E-51、固化剂H103B和活性稀释剂，所述环氧树脂E-51的质量为所述混凝土胶凝材料总质量的8～20％，所述环氧树脂E-51和固化剂H103B的质量比为4:1，所述环氧树脂E-51和所述活性稀释剂的质量比为4～5:1。
2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，水泥的质量份为650份；
进一步优选地，所述水泥为PII52.5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1或2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的质量份为250份；
进一步优选地，所述硅灰中二氧化硅含量＞95％，比表面积约为19m2/g，经45μm方孔筛筛余率≤3％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述超细粉煤灰的质量份为100份。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，水的质量份为200份。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的质量份为15份。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述细河砂的质量份为1000份；
进一步优选地，所述细河砂为最大粒径不大于1mm的天然河砂或石英砂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述超细钢纤维的质量份为150份；
进一步优选地，所述超细钢纤维为超细镀铜钢纤维，直径为0.15mm～0.2mm，长度为10mm～15mm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述活性稀释剂为N-丁基缩水甘油醚。
10.权利要求1至9中任一项所述超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
I.按照配比制备好原料中的各组分；
II.将水泥、细河砂、硅灰、超细粉煤灰加入搅拌设备中搅拌2～5分钟，使之均匀；然后加入环氧树脂E-51、固化剂H103B和活性稀释剂搅拌1～3分钟；再将聚羧酸减水剂和水混合好后加入所述搅拌设备中搅拌2～5分钟，最后倒入超细钢纤维搅拌2～5分钟，得到搅拌好的混凝土浆体；
III.将步骤II得到的所述混凝土浆体通过浇注方式置于模具中成型；
IV.放入标准养护室带模养护28天，然后拆模，或拆模后养护28天；
所述步骤IV中，优选带模养护28天。
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