CN112209683B - 一种自密实c120预拌干料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自密实C120预拌干料混凝土及其制备方法，属于混凝土材料技术领域。所述自密实C120预拌干料混凝土，按重量份数包括硅酸盐水泥480‑550份、粗骨料40‑55份、钢纤维70‑80份、细集料470‑550份、外加剂11‑15份、矿物掺合料145‑190份。由本发明制备的预拌干料混凝土，28d后的抗压强度不低于120MPa，抗折强度不低于20MPa，轴心抗拉强度不低于8MPa，运至施工现场直接加水拌和后，出料即可实现自密实，免于振捣，并具有高强耐久的功能。

Description

一种自密实C120预拌干料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及一种自密实C120预拌干料混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(简称UHPC)，通过掺入钢纤维或聚合纤维所形成的一种新型的水泥基复合材料，具有超高强度，超低吸水率，超强耐久性和耐侵蚀性的特殊混凝土，适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和轻质高强的薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。
目前，钢纤维是超高性能混凝土原料的重要来源，钢纤维均匀分布于混凝土结构内部能显著提高混凝土的抗拉和抗折强度，但是由于施工作业时水胶比较低，钢纤维密度较大(按体积比钢纤维掺量一般不小于2％)，大罐湿料混凝土搅拌时，钢纤维搅拌过程中易结团，难以均匀分布，造成混凝土和易性差，泵送困难、难以施工。同时，由于混凝土的力学特性为抗压强度高但抗拉强度和抗折强度很低，传统的高性能混凝土通过合理的骨料级配可以实现抗压强度高达120MPa，但难以满足抗折强度和抗拉强度达到较高的数值，同时为获得抗压强度高，同时抗拉、抗折强度实测数值高的C120超高性能混凝土，制备时不再使用大量的石子作为粗骨料，以获得自密实、高流动度的浇筑施工优势。因此，如何进一步配制出实现钢纤维均匀分布的C120预拌干料混凝土以便于现场加水搅拌施工尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种自密实C120预拌干料混凝土，具备自密实功能，并可实现钢纤维均匀分布，有效解决了湿料式钢纤维混凝土搅拌运输到浇筑过程中易发生钢纤维团聚的缺陷。
本发明技术方案如下：
一种自密实C120预拌干料混凝土，按重量份数包括如下组分：硅酸盐水泥480-550份、粗骨料40-55份、钢纤维70-80份、细集料470-550份、外加剂11-15份、矿物掺合料145-190份。
所述硅酸盐水泥为P.Ⅰ52.5的硅酸盐水泥。
所述粗骨料为细石，粒径介于5～10mm之间。
所述细集料为石英砂300-350份、人工砂170-200份；所述石英砂细度模数为50-90目、人工砂粒径小于4.75mm。
所述矿物掺合料为矿粉80-100份、粉煤灰35-40份、硅灰30-40份；
所述矿粉比表面积为430～470m2/kg；
所述粉煤灰为超细状粉体，粒径介于0.5～5μm之间；
所述硅灰比表面积大于15000m2/kg，SiO2含量大于96％，烧失量低于6％。
所述外加剂为粉末减水剂8-10份、消泡剂3-5份；
所述减水剂选用山东华迪建筑科技有限公司的PC-1701普适型粉体聚羧酸减水剂，白色粉末，减水率为35～40％，固体含量98±1％，密度510±10m3/kg，总碱量<5％；
所述消泡剂选用山东华迪建筑科技有限公司的属聚醚等成份合成的HDX高性能消泡剂，pH为7.0～8.0，白色粉体；消泡剂可有效控制水泥砂浆体系内泡沫产生，消泡迅速，抑泡持久，使混凝土结构更加致密。
所述钢纤维直径22mm，长度12mm，抗拉强度大于2850MPa；为提高耐久抗锈蚀的性能，钢纤维外表镀铜。
本发明提供了上述预拌干料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量配比分别称取硅酸盐水泥、细石、细集料、矿物掺合料依次倒入搅拌机内，再加入外加剂，开始干拌；
(2)搅拌过程中将钢纤维分批筛入搅拌机拌合物内，边添加边搅拌，搅拌持续约300s，待混合均匀，获得预拌干料混凝土方可出料；
由上述方法制备的预拌干料混凝土，可直接打包运送至施工现场。小规模浇筑时，可将预拌干料混凝土用防水包装袋按50kg/袋的规格包装；大规模浇筑时，可将预拌干料混凝土装入吨袋内。如此一来，可使得混凝土装卸、搬运方便，装卸效率也可明显提高。
基于本发明所述预拌干料混凝土的施工方法，如下：
将预拌干料混凝土在施工现场利用水泥基材料搅拌罐直接加水搅拌，可得湿料混凝土搅拌物，浇筑到模板内免振捣即可自密实成型。
上述施工方法中，搅拌时间为150～200s。
本发明所述预拌干料混凝土在浇筑后进行常规养护即可，待硬化至28d，得到C120高强混凝土。
本发明的有益效果如下：
本发明制备的C120混凝土抗折强度不小于20MPa，轴心抗拉强度不低于8MPa，运至施工现场直接加水拌和，即可自密实并具有高强耐久的功能。
脱模后的混凝土构件免高温蒸养，仅常规养护即可实现轻质高强、经久耐用。
本发明有效解决了湿料式钢纤维混凝土搅拌运输到浇筑过程中易发生钢纤维团聚的缺陷，使钢纤维在混凝土中均匀分布。
本发明所述预拌干料混凝土不仅可用于混凝土预制构件接缝位置浇筑、桥梁路面混凝土拆换修复等小规模施工作业，而且还适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和轻质高强的薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境；条件要求宽泛，拓宽了应用范围，且涉及的制备方法简单实用，适合推广应用。
所述粉煤灰在加到混凝土中后可填充水泥颗粒间空隙，增大搅拌后湿料混凝土拌合物的流动性，掺入磨细矿粉取代一定量的水泥，能延缓胶凝材料的水化速度，提高混凝土和易性和增加后期强度。
硫铝酸盐水泥凝结硬化快，无法满足浇筑施工作业的时间要求，同时硫铝酸盐水泥凝结硬化后易收缩，本发明采用硅酸盐水泥后可有效解决这一问题。
用混凝土拌合机拌和好的混凝土浇筑构件时，必须排除其中气泡，进行捣固，使混凝土密实结合，消除混凝土的蜂窝麻面等现象，以提高其强度，保证混凝土构件的质量。然而钢纤维混凝土一旦振捣就容易导致纤维沉陷到结构底部，导致钢纤维分布不均匀，而由本发明技术方案制备的钢纤维混凝土可实现自密实，无需振捣。
附图说明
图1为光学显微镜下试块截面位置内纤维分布图；
图2为混凝土试块加载破坏后状态图。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
一种自密实C120预拌干料混凝土，由以下重量分数的组份组成：
P.Ⅰ52.5的硅酸盐水泥520份、矿粉100份、粉煤灰50份、硅灰40份、细石50份、石英砂350份、人工砂200份、钢纤维80份、减水剂8.5份，消泡剂5份；
上述C120预拌干料混凝土的制备方法如下：
(1)按重量分数分别称取上述原料，将硅酸盐水泥、细石、石英砂、人工砂、矿粉、粉煤灰以及硅灰依次倒入搅拌机内，再加入减水剂和消泡剂，开始干拌；
(2)搅拌过程中将钢纤维分批筛入搅拌机拌合物内，边添加边搅拌，搅拌持续约300s，待混合均匀，获得预拌干料混凝土，出料。
(3)施工时，将制备好的预拌干料混凝土利用水泥基材料搅拌罐直接加水搅拌180s左右，得到湿料混凝土搅拌物，浇筑到模板内免振捣即可自密实成型；然后进行常规养护，待硬化至28d，得到C120高强混凝土。
关于C120预拌干料混凝土的性能，测试结果如表1所示：
表1混凝土力学指标实测值
Figure BDA0002727518350000041
对混凝土试块截面位置的纤维分布通过光学显微镜进行实测，如图1所示，纤维实际并未发生结团现象，钢纤维分布均匀。
图2为三组不同混凝土试块进行加载破坏后展现出来的内部结构，从图2中可以明显看出，实施例1制备的混凝土试块内部钢纤维分布均匀。
实施例2
一种C120预拌干料混凝土，由以下重量份数的组分组成：P.Ⅰ52.5的硅酸盐水泥500份、矿粉100份、粉煤灰50份、硅灰40份、细石55份、石英砂350份、人工砂190份、钢纤维70份、粉末减水剂8份、消泡剂5份；
所述混凝土的制备过程同实施例1相同。
关于C120预拌干料混凝土的性能，测试结果如表2所示：
表2混凝土力学指标实测值
Figure BDA0002727518350000042
对比例1
一种预拌干料混凝土，在实施例1中原料和方法不变的情况下，将P.Ⅰ52.5的硅酸盐水泥替换为525硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥混凝土早期强度发展比普通硅酸盐水泥混凝土快，3天抗压强度可达113MPa，但硫铝酸盐水泥混凝土凝结硬化速度快，难以满足大体积自密实混凝土连续浇筑施工时间的要求。同时硫铝酸盐水泥混凝土凝结硬化后体积收缩明显。
使用例1
在兰州至张掖高速铁路十八里堡特大桥开展本发明的UHPC混凝土在国内高铁桥梁上的首次建造应用。UHPC结构尺寸更轻巧、自重大大降低，UHPC组合梁重约为普通混凝土梁重的72％，梁体采用单箱单室等高度预应力超高性能混凝土简支箱梁，梁顶宽12.2m，底宽6m，最低点梁高5.3m，箱梁腹板厚度25cm～45cm，底板厚度25cm～55cm，顶板厚30cm，宽度90cm～110cm，属于典型的大跨径桥梁轻质高强的薄壁结构。设计要求：抗压强度实测值不小于120Mpa，抗折强度不小于14MPa，轴心抗拉极限强度不低于6.0MPa，钢纤维体积比掺量不小于2％。设计要求需满足混凝土结构极致紧密，与普通混凝土相比，UHPC抗压强度提升到5倍，抗折强度10倍，抗拉强度4倍。使用实施例1的原料及方法进行节段实验梁体的浇筑。本发明的UHPC混凝土具有优异的力学和耐久性能，满足桥梁工程混凝土结构轻质高强、快速架设、经久耐用的建造需求。
使用例2
顺河高架是山东济南第一条高架路，于1998年竣工通车，通车22年来，顺河高架一直处于安全运行状态，2012年开始对这座高架路病害情况进行跟踪监测，并将顺河高架桥实施维修加固工程列入计划，在墩柱和横梁及出现沉降的箱梁位置采用本发明实施例1中的C120预拌干料混凝土进行加固维修，在不破坏桥面和少量的破坏前提下，实现了加固、维修目的，解决桥梁混凝土结构疲劳开裂，桥体老化破损的难题，有效提高桥面和箱梁等位置的整体刚度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种自密实C120预拌干料混凝土，其特征在于，按重量份数由如下组分组成：硅酸盐水泥480-550份、粗骨料40-55份、钢纤维70-80份、细集料470-550份、外加剂11-15份、矿物掺合料145-190份；
所述粗骨料为细石，粒径介于5~10mm之间；所述细集料由石英砂300-350份、人工砂170-200份组成；所述矿物掺合料由矿粉80-100份、粉煤灰35-40份、硅灰30-40份组成；所述外加剂由粉末减水剂8-10份、消泡剂3-5份组成；所述减水剂为聚羧酸高性能粉剂；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述钢纤维外表镀铜，直径22mm，长度12mm，抗拉强度大于2850MPa。
2.根据权利要求1所述的自密实C120预拌干料混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.Ⅰ 52.5的硅酸盐水泥。
3.权利要求1-2任一项所述自密实C120预拌干料混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量配比分别称取硅酸盐水泥、细石、细集料、矿物掺合料依次倒入搅拌机内，再加入外加剂，开始干拌；
（2）搅拌过程中将钢纤维采用筛分法，分批筛入搅拌机拌合物内，边添加边搅拌，搅拌持续300s，待混合均匀，获得预拌干料混凝土方可出料。
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