CN113149559A - 一种惰性微末混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种惰性微末混凝土及其制备方法，按质量份数计，包括以下组分：水泥100～120份，惰性微末20～40份，硅灰0～20份，细集料125～160份，水20～27份，减水剂3～7份，其中：惰性微末为SiO2含量不低于65％，Al2O3含量为0.5％～15％的硬质母岩粉，或者硬质母岩生产机制砂石的石粉或尾矿粉；比表面积为2000‑10000m2/kg。先将水泥、惰性微末、硅灰混合搅拌均匀，然后加入细集料搅拌均匀，再加入水和减水剂搅拌均匀，成型后养护即可。该惰性微末混凝土为超高性能混凝土，流动性和流变性好，强度符合国标要求，综合性能优异，符合实际场景应用需求，且成本低廉，易于工业化推广。
Description
技术领域
本发明属于超高性能混凝土技术领域，具体涉及一种惰性微末混凝土及其制备方法。
背景技术
继MDF和DSP之后，活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)类的超高性能混凝土UHPC(Ultra High Performance concrete)得到了蓬勃发展，在加拿大、法国、日本和韩国等得到了高水平示范性应用。RPC技术使得混凝土的强度记录达到数百MPa甚至1GPa，是混凝土科学。我国近年来也有大量的示范应用的报道。但RPC由于大量使用硅灰，新拌混凝土的粘度过大，其中的大孔气泡排出困难，存在的潜在缺陷带来了质量隐患，且硅灰的成本较高，使得RPC的使用门槛也大大提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种惰性微末混凝土及其制备方法，该惰性微末混凝土为一种超高性能混凝土，流动性和流变性好，强度符合国标要求，综合性能优异，符合实际场景应用需求，且成本低廉，易于工业化推广应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种惰性微末混凝土，按质量份数计，包括以下组分：水泥100～120份，惰性微末20～40份，硅灰0～20份，细集料125～160份，水20～27份，减水剂3～7份，其中：所述惰性微末为SiO2含量不低于65％，Al2O3含量为0.5％～15％的硬质母岩粉，或者所述硬质母岩生产机制砂石的石粉或尾矿粉；所述惰性微末比表面积为2000-10000m2/kg。
按上述方案，所述硬质母岩为石英、长石、玉髓、蛋白石、花岗岩、片麻岩、安山岩或矸石中的一种或几种。
按上述方案，所述水泥为强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
按上述方案，所述硅灰的SiO2含量大于90％，比表面积≥16000m2/kg。
按上述方案，所述细集料为石英砂、长石砂、尾矿或工业废渣中的至少一种。
按上述方案，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为20～30％，减水率为25～30％。
提供上述惰性微末混凝土的制备方法，包括以下步骤：
先将水泥、惰性微末、硅灰加入混料机中搅拌均匀，然后加入细集料搅拌均匀，再加入水和减水剂搅拌均匀，成型后养护即可。
按上述方案，所述成型方法为：自密实浇筑、流态浇筑、塑性浇筑、压制或注塑。
按上述方案，所述养护方法为：压蒸养护或蒸汽+干热养护。
本发明通过惰性微末替代高性能混凝土中的50-100％的硅灰，大大降低了成本，同时显著改善了混凝土的流动性能和流变性能，便于现场施工操作，并且避免了因大量使用硅灰造成新拌混凝土黏度过大而导致的质量缺陷。但是惰性微末本身活性较硅灰低，替代硅灰后势必会降低混凝土强度，为了使得混凝土强度符合国标要求(28d抗压强度>120Mpa，28d抗折强度>12MPa)，满足实际场景应用需求，本发明选择的惰性微粉中，SiO2含量不低于65％，Al2O3含量为0.5％～15％，比表面积为2000-10000m2/kg。一方面惰性微末密度较硅灰大，其中的Si相与Ca(OH)2产生二次水化反应生成CSH凝胶的过程中带来的体系整体体积的降低较硅灰小，有利于致密结构的形成；另一方面一定含量的Al相能加速Si相的溶出，促进反应进程，生成更多的CSH凝胶，提高强度，同时Al相也能与Ca(OH)2产生二次水化反应生成CASH凝胶，辅助提升强度，但是因为CSH凝胶对强度的提升作用更加明显，故Al2O3含量不宜过高，选择小于15％为宜，同时为了保证反应程度，比表面积不宜过小，选择大于2000m2/kg为宜。所得惰性微末混凝土强度符合国标要求，综合性能优异。
本发明的有益效果在于：
1.本发明用惰性微末替代高性能混凝土中的50-100％的硅灰，通过降低混凝土中硅灰的使用量，显著改善了混凝土的流动性能和流变性能，便于现场施工操作，并且避免因大量使用硅灰造成新拌混凝土黏度过大而导致的质量缺陷，混凝土强度符合国标要求，综合性能优异，符合实际场景应用需求，且成本低廉，易于工业化推广应用。
2.本申请中通过惰性微末取代价格昂贵的硅灰，因为惰性微末多为廉价易得的硬质母岩或工业废弃原料，极大的降低了使用成本，绿色环保。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
以下实施例中涉及原料的具体指标如下：
水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；
硅灰为SiO2含量大于90％的硅灰，比表面积≥16000m2/kg；
细集料为细度模数2.5的花岗岩机制砂；
水为清洁无污染的饮用自来水；
减水剂为聚羧酸高效性能减水剂，固含量为22.3％，减水率为30％。
实施例1：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥100份，花岗岩石粉(惰性微末)20份，硅灰20份，细集料132份，水22份，减水剂4份。
其中：花岗岩石粉中SiO2含量70.93％、Al2O3含量14.82％，比表面积3200m2/kg。
其制备方法如下：
(1)称取原料水泥100份，花岗岩石粉(惰性微末)20份，硅灰20份，细集料132份，将原料置于搅拌机中混合搅拌2-3min，并将4份减水剂溶入22份拌合水；
(2)待步骤1得到混合料分散均匀后，加入一半拌合水搅拌2分钟；
(3)倒入剩余拌合水，搅拌5分钟；
(4)拌合物搅拌好后倒入对应模具，振动时间为3分钟；
(5)振动后抹面成型，表面覆盖保鲜膜后置于标准环境(温度20℃±3℃、RH＞90％)中养护24h；
(6)脱模后，将试样放置于压蒸釜中(目标温度210℃，设定温度在2h内达到)，在210℃、2MPa条件下分别养护6h取出，后放置于标准养护室进行水中养护，达到对应养护龄期后取出。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
实施例2：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥105份，花岗岩石粉(惰性微末)25份，硅灰15份，细集料136份，水25份，减水剂4份。
其中：花岗岩石粉中SiO2含量73.48％、Al2O3含量13.72％，比表面积3200m2/kg；
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
实施例3：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥108份，石英粉(惰性微末)28份，硅灰12份，细集料145份，水24份，减水剂5份。
其中：石英粉中SiO2含量96.89％、Al2O3含量1.15％，比表面积5000m2/kg；
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
实施例4：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥115份，石英粉(惰性微末)32份，硅灰8份，细集料152份，水23份，减水剂5份。
其中：石英粉中SiO2含量96.89％、Al2O3含量1.15％，比表面积5000m2/kg；
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
实施例5：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥115份，石英粉(惰性微末)32份，硅灰8份，细集料152份，水23份，减水剂5份。
其中：石英粉为SiO2含量97.21％、Al2O3含量1.27％的石英粉，比表面积10000m2/kg；
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
实施例6：
一种惰性微末混凝土，由以下按质量份数计的原料组成：水泥120份，花岗岩石粉(惰性微末)40份，硅灰0份，细集料155份，水26份，减水剂7份。
其中：花岗岩石粉中SiO2含量73.48％、Al2O3含量13.72％，比表面积3200m2/kg；
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
对比例1：
除了花岗岩石粉为0份、硅灰为40份外，其他条件同实施例1。
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
对比例2：
除了花岗岩石粉为SiO2含量58.76％，Al2O3含量17.82％的石粉外，其他条件同实施例6。
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
对比例3
除了花岗岩石粉为比表面积1500m2/kg的石粉外，其他条件同实施例6。
其制备方法与实施例1相同。
对上述制备的惰性微末混凝土进行了相关性能的检测，测试结果见表1。
表1实施例1-6与对比例1-3所得惰性微末混凝土的性能测试结果
表1中所示：对比例1不添加惰性微末，与实施例1相比，用惰性微末取代硅灰在保证强度达标、节约成本的同时，还能显著提高UHPC的工作性能，综合性能更加优异。对比例2和3中SiO2含量和Al2O3含量、比表面积分别在本发明限定的范围外，与实施例6相比，对比例3虽然工作性能有所提升，但强度下降明显，不能满足国标要求；对比例2工作性能、强度均有所下降，且强度不能满足国标要求。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种惰性微末混凝土，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：水泥100～120份，惰性微末20～40份，硅灰0～20份，细集料125～160份，水20～27份，减水剂3～7份，其中：所述惰性微末为SiO2含量不低于65％，Al2O3含量为0.5％～15％的硬质母岩粉，或者所述硬质母岩生产机制砂石的石粉或尾矿粉；所述惰性微末比表面积为2000-10000m2/kg。
2.根据权利要求1所述的惰性微末混凝土，其特征在于，所述硬质母岩为石英、长石、玉髓、蛋白石、花岗岩、片麻岩、安山岩或矸石中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的惰性微末混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的惰性微末混凝土，其特征在于，所述硅灰中SiO2含量大于90％，比表面积≥16000m2/kg。
5.根据权利要求1所述的惰性微末混凝土，其特征在于，所述细集料为石英砂、长石砂、尾矿或工业废渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的惰性微末混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为20～30％，减水率为25～30％。
7.一种权利要求1-6任一项所述的惰性微末混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将水泥、惰性微末、硅灰加入混料机中搅拌均匀，然后加入细集料搅拌均匀，再加入水和减水剂搅拌均匀，成型后养护即可。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述成型方法为：自密实浇筑、流态浇筑、塑性浇筑、压制或注塑。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述养护方法为：压蒸养护或蒸汽+干热养护。
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