CN113480256B - 高工作性能的stc超高韧性混凝土及其生产方法 - Google Patents

高工作性能的stc超高韧性混凝土及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：水泥700份，硅灰120～140份，矿物降粘剂200～250份，石英砂1035～1080份，钢纤维200～280份，减水剂8～11份，消泡剂1～1.5份，水160～190份；所述钢纤维由长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维按照质量比11:5～8:1.5～4的比例组成。其优点是：本发明所得的超高韧性混凝土同时具备良好的工作性能与强度，当水胶比低于0.17时，坍落度扩展度仍然大于750mm，坍落扩展度2h损失小于20mm，抗压强度≥180MPa，抗弯拉强度≥30MPa，显著提高了拌合物浆体流动性和工作性能。

Description

高工作性能的STC超高韧性混凝土及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土生产技术，尤其是一种超高韧性混凝土技术领域。
背景技术
超高韧性混凝土(STC)是一种高抗压强度、高抗弯拉强度、高延性、高耐久性的纤维增强水泥基复合材料，克服了传统混凝土抗弯拉强度低、易于开裂、韧性差的缺点，满足了受力情况复杂、使用环境恶劣的建筑结构或构件对结构安全性、耐久性要求。
由于超高韧性混凝土的粉料用量较大，水胶比普遍控制在0.20以下，单位用水量极低，导致超高韧性混凝土的工作性能普遍较差。但很多应用场景除对超高韧性混凝土的力学性能外，对其工作性能也由极高要求，如钢筋密集区的浇筑、特殊预制构件的制备、裂缝修补等均需要超高韧性混凝土的拌合物浆体具备高流动性性能或较长的工作时间，普通的超高韧性混凝土，无法满足这些应用场景的需求。
发明内容
为使拌合物浆体具备高流动性性能或较长的工作时间，本发明提供了一种高工作性能的STC超高韧性混凝土及其生产方法。
本发明所采用的技术方案是：高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：水泥700份，硅灰120～140份，矿物降粘剂200～250份，石英砂1035～1080份，钢纤维200～280份，减水剂8～11份，消泡剂1～1.5份，水160～190份；所述钢纤维由长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维按照质量比11:5～8:1.5～4的比例组成。
作为本发明的进一步改进，所述石英砂由30～40目砂，40～70目砂，70～140目砂按照质量比11:6～8:1～3的比例组成。
作为本发明的进一步改进，所述减水剂由分散型聚羧酸减水粉剂和保坍型聚羧酸减水粉剂按照质量比13～17:1的比例组成；所述分散性聚羧酸减水剂的减水率≥40％，保坍型聚羧酸减水剂的减水率≥25％。
作为本发明的进一步改进，所述水泥为强度等级52.5以上的硅酸盐水泥或所述水泥为普通硅酸盐水泥，且中位颗粒粒径为14～18μm，比表面积为350～450m2/kg。采用52.5及以上强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，保证了超高韧性混凝土的基本强度，同时平均粒径14～18μm，可与硅灰与矿物降粘剂形成紧密堆积，使超高韧性混凝土强度与工作性能优良。
作为本发明的进一步改进，所述硅灰为未加密硅灰，wadell球形度≥0.9，平均粒径≤0.5μm，无定形SiO2含量≥97％，28d活性指数≥115％，需水量比≤110％。相较于加密硅灰，未加密硅灰需水量小，易于分散打开，避免在低水胶比下，由于硅灰需水量比高导致的超高韧性混凝土粉体加水后难以打开的问题。同时，所用硅灰颗粒粒径小于水泥与超细粉煤灰，可填充在水泥与超细粉煤灰颗粒间，发挥三次球填充作用。另无定形SiO2是硅灰主要活性物质，控制该项指标≥97％，易于减少硅灰中惰性物质与其他杂质，有效控制了超高韧性混凝土的强度。
作为本发明的进一步改进，所述矿物降粘剂由粉煤灰和疏水改性纳米二氧化硅粉末按照质量比18:1～2的比例组成；所述粉煤灰的平均粒径为4～6um，需水量比≤100％，28天活性指数≥90％；所述疏水改性纳米二氧化硅粉末的平均颗粒粒径为18～22nm，比表面积为220～240m2/g，表面经疏水处理，其接触角高于150°，滚动角小于10°。所用粉煤灰为超细粉煤灰，可填充在超高韧性混凝土浆体的水泥颗粒之间，起到二次球填充作用，实现密实堆积。同时，所用煤灰需水量比≤100％，28天活性指数≥90％，有利于同时实现超高韧性混凝土优秀的强度与工作性能。所用纳米二氧化硅粉末具备超疏水与纳米填充的特性，当粉料均匀混合然后加水后，疏水改性纳米二氧化硅粉末将填充在水泥、粉煤灰、硅灰的之间，其本身不会消耗润湿水，且能将水从自身颗粒周围排开，不会使自由水被消耗后在原位置形成空隙，不仅有利于提升超高韧性混凝土的密实度，也时空隙中的水被排出作为自由水流动，增加了超高韧性混凝土浆体的流动性能。
作为本发明的进一步改进，所述消泡剂为聚醚消泡剂。
本发明还公开了一种STC超高韧性混凝土，其即是由本发明的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法所制得。
本发明的有益效果是：本发明所得的超高韧性混凝土同时具备良好的工作性能与强度，当水胶比低于0.17时，坍落度扩展度仍然大于750mm，坍落扩展度2h损失小于20mm，抗压强度≥180MPa，抗弯拉强度≥30MPa，显著提高了拌合物浆体流动性和工作性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
按照如下方法制备混凝土浆体：
S1、按照如下质量比例量取各原料：普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)133.2份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)220.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)20份，石英砂1050份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维144份，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维72份，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维24份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.3份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.7份，聚醚消泡剂1.2份，水170份；
S2、将除水以外的其他原料加入搅拌机搅拌1min，使物料达到均匀状态；然后再加入水搅拌5min，使物料形成均匀且具备流态的混凝土浆体。
实施例二：
按照如下方法制备混凝土浆体：
S1、按照如下质量比例量取各原料：普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)135份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)225.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)21份，石英砂1040份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维120份，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维60份，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维20份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.4份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.6份，聚醚消泡剂1.3份，水169份；
S2、将除水以外的其他原料加入搅拌机搅拌1min，使物料达到均匀状态；然后再加入水搅拌5min，使物料形成均匀且具备流态的混凝土浆体。
实施例三：
按照如下方法制备混凝土浆体：
S1、按照如下质量比例量取各原料：普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)137.2份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)230.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)15份，石英砂1040份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维140份，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维98份，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维42份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.7份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.6份，聚醚消泡剂1.2份，水170份；
S2、将除水以外的其他原料加入搅拌机搅拌1min，使物料达到均匀状态；然后再加入水搅拌5min，使物料形成均匀且具备流态的混凝土浆体。
对比例一：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：将所述未加密硅灰替换成等质量份数的普通加密硅灰(需水量比121％，28d活性指数为102％)。
对比例二：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所述粉煤灰采用相同质量份数比例的普通F类Ⅱ级粉煤灰(需水量比101％，28d活性指数77％，细度26％，烧失量3.7％)。
对比例三：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：原料中未掺加疏水改性纳米二氧化硅粉末。
对比例四：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所述石英砂全部为等质量份数比例的40～70目单级配石英砂。
对比例五：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：原料中未掺加消泡剂。
对比例六：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所使用的钢纤维全部为长度为12～14mm平直光圆型镀铜微丝钢纤维，具体原料配方如下：
普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)133.2份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)220.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)20份，石英砂1050份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维240份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.3份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.7份，聚醚消泡剂1.2份，水170份。
对比例七：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所使用的钢纤维全部为长度为12～14mm平直扭转型钢纤维，具体原料配方如下：
普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)133.2份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)220.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)20份，石英砂1050份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维240份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.3份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.7份，聚醚消泡剂1.2份，水170份。
对比例八：
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤和条件实施，其区别仅在于：所使用的钢纤维全部为长度为18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，具体原料配方如下：
普通硅酸盐水泥700份，未加密硅灰(wadell球形度0.9，平均粒径0.43μm，无定形SiO2含量97.8％，28d活性指数119％，需水量比102％)133.2份，粉煤灰(平均粒径4.3um，需水量比97％，28天活性指数91.4％；)220.2份、疏水改性纳米二氧化硅粉末(平均颗粒粒径20.5nm，比表面积224m2/g，接触角为158°，滚动角为8.7°)20份，石英砂1050份(30～40目:40～70目:70～140目＝11:7:2)，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维240份，减水率46％的分散型聚羧酸减水粉剂9.3份，减水率27％的保坍型聚羧酸减水粉剂0.7份，聚醚消泡剂1.2份，水170份。
混凝土浆体扩展度测试与经时损失测试：
将上述实施例和对比例所制备的混凝土浆体进行扩展度测试与经时损失测试，测试方法参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080-2016》；测试完超高韧性混凝土的工作性能后，将其装入100mm*100mm*100mm的抗压模具与100mm*100mm*400mm的抗弯拉模具，放置20℃，相对湿度＞95％的标准养护室养护24h后，脱模，将试块继续放置于80℃热水养护3d，养护到龄期后，测试其力学性能，力学性能的测试方法参照《GB/T50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准》。测试结果见表1。
表1混凝土浆体性能测试结果表
Figure BDA0003137788770000061
由表1的实施例一、对比例六、对比例七、对比例八数据的比较可以看出：当长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维组合使用时，混凝土浆体的扩展度损失速率明显降低，其效果显著优于这三种钢纤维单独使用时的效果。此时，既可发挥18～20mm长纤维和平直扭转型的异形钢纤维在基体内的粘连、锚固作用，有效提升超高韧性混凝土的抗弯拉强度，又可减少长纤维以及异形纤维带来的分散性差、易于结团、影响工作性能的弊端；三种纤维在拌合物浆体及硬化基体内的协同作用，有效保障了超高韧性混凝土同时具备良好的工作性能与力学性能。

Claims (7)

1.高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于，生产原料配方包括如下质量份数比例的各组分：水泥700份，硅灰120～140份，矿物降粘剂200～250份，石英砂1035～1080份，钢纤维200～280份，减水剂8～11份，消泡剂1～1.5份，水160～190份；所述钢纤维由长度为12～14mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度18～20mm的平直光圆型镀铜微丝钢纤维，长度12～14mm的平直扭转型钢纤维按照质量比11 : 5～8 : 1.5～4的比例组成；所述矿物降粘剂由粉煤灰和疏水改性纳米二氧化硅粉末按照质量比18 : 1～2的比例组成；所述粉煤灰的平均粒径为4～6um，需水量比≤100%，28天活性指数≥90%；所述疏水改性纳米二氧化硅粉末的平均颗粒粒径为18～22nm，比表面积为220～240m2/g，表面经疏水处理，其接触角高于150°，滚动角小于10°。
2.根据权利要求1所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于：所述石英砂由30～40目砂，40～70目砂，70～140目砂按照质量比11 : 6～8 : 1～3的比例组成。
3.根据权利要求1所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于：所述减水剂由分散型聚羧酸减水粉剂和保坍型聚羧酸减水粉剂按照质量比13～17 : 1的比例组成；所述分散型聚羧酸减水粉剂的减水率≥40%，保坍型聚羧酸减水粉剂的减水率≥25%。
4.根据权利要求1所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于：所述水泥为强度等级52.5以上的硅酸盐水泥或所述水泥为普通硅酸盐水泥，且中位颗粒粒径为14～18μm，比表面积为350～450m2/kg。
5.根据权利要求1所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于：所述硅灰为未加密硅灰，wadell球形度≥0.9，平均粒径≤0.5μm，无定形SiO2含量≥97%，28d活性指数≥115%，需水量比≤110%。
6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法，其特征在于：所述消泡剂为聚醚消泡剂。
7.由权利要求1～6中任一权利要求所述的高工作性能的STC超高韧性混凝土的生产方法制得的STC超高韧性混凝土。
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