CN113480272A - 一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，其主要成分包括水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、陶粒、钢纤维、水、减水剂；所述的水泥为1质量份，所述的粉煤灰为0.3‑0.5质量份，所述的硅灰为0.1‑0.2质量份，所述的河砂为1.04‑1.56质量份，所述的拌合水为0.3‑0.4质量份，所述的减水剂为胶凝材料的1‑3％；所述膨胀剂内掺杂有水泥，且掺量9‑12％，所述陶粒的加入量为整体体积分数的10‑40％，所述的钢纤维加入量为整体体积分数的2‑5％。本发明通过内养护材料陶粒预吸水，体积法替代一部分河砂，内养护材料释水和膨胀剂作用发挥的配合，在不影响力学性能的前提下，制备出一种膨胀性能可控的超高性能混凝土，并且具有微膨胀等优异性能，应用前景广阔。

Description

一种自养护微膨胀的超高性能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，具体为一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，构筑物和建筑物的高度、跨度不断增加，对承重结构所承受的荷载要求越来越高。对于普通混凝土的构筑物和建筑物，其承重结构的截面积及总重量非常大，限制了构筑物和建筑物的高度、跨度的极限，同时占用大量的空间，降低其服役寿命。超高性能混凝土具备超高强度、超高韧性和超高耐久性能等性能，在建筑物和构筑物等实际应用中有着广泛的应用前景。

超高性能混凝土与普通混凝土相比，具有优异的力学性能和耐久性能，但是由于其胶凝材料用量大、水灰比小等特点，带来水花放热量高，自收缩大等问题，限制了超高性能混凝土的应用。

针对超高性能混凝土自收缩大的问题，目前解决的主要技术手段有掺加膨胀剂、减缩剂、纤维增韧和高吸水树脂内养护等方式。然而由于膨胀剂与混凝土之间存在适应性问题，且对混凝土中的水分要求苛刻，尤其在超低水灰比条件下难以发挥作用。减缩剂虽然一定程度上能显著降低混凝土自收缩，但是其显著降低超高性能混凝土的早期和后期力学性能，且成本较高，不利于推广应用。高吸水树脂掺量过小，无法实现减少自收缩的目的；而掺量过大将会影响超高性能混凝土的力学性能。另外高吸水树脂在混凝土搅拌过程中容易团聚，降低其对超高性能混凝土自收缩大的效果。为解决上诉问题，我们对此做出改进，提出一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其主要成分包括水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、陶粒、钢纤维、水、减水剂；

所述的水泥为1质量份，所述的粉煤灰为0.3-0.5质量份，所述的硅灰为0.1-0.2质量份，所述的河砂为1.04-1.56质量份，所述的拌合水为0.3-0.4 质量份，所述的减水剂为胶凝材料的1-3％；所述膨胀剂内掺杂有水泥，且掺量9-12％，所述陶粒的加入量为整体体积分数的10-40％，所述的钢纤维加入量为整体体积分数的2-5％。

作为本发明的一种优选技术方案，所用水泥为PO42.5，标准稠度用水量 130g，初凝和终凝时间分别为214min和284min。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的粉煤灰为一级灰，硅灰中活性二氧化硅(SiO2)含量约94％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述河砂的粒径1.18mm以下，所述的陶粒是一种页岩陶粒，高强900级，粒径1.18mm以下，吸水率10％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述钢纤维是镀铜微丝钢纤维，长度 12-14mm，直径0.18-0.23mm，拉伸强度2800MPa。

作为本发明的一种优选技术方案，所述减水剂是低粘度聚羧酸高性能减水剂，且减水率≥20％。膨胀剂为复掺膨胀剂。

一种自养护微膨胀的超高性能混凝土的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置 20-26h；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌2-5min；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2中混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌3-6min；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌1.5-3.5min；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌1.5-3min，然后快速搅拌1.5-3min；

步骤6、然后缓慢加入钢纤维，并慢速搅拌。

本发明的有益效果是：该种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，通过内养护材料陶粒预吸水，体积法替代一部分河砂，内养护材料释水和膨胀剂作用发挥的配合，在不影响力学性能的前提下，制备出一种膨胀性能可控的超高性能混凝土，并且具有微膨胀等优异性能，应用前景广阔。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法的安性能测试图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置24h；各原料的质量份为，陶粒0.15份、拌合水0.01份；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌3min；各原料的重量份为，水泥1份、粉煤灰0.4份、硅灰0.1份、膨胀剂0.1份；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2生成的混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌4min；各原料的质量份为，减水剂0.03份、拌合水0.3份；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌2min；各原料的质量份为，河砂 1.56份；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌2min，然后快速搅拌 2min；

步骤6、缓慢加入钢纤维，避免纤维聚集；各原料的重量份为，钢纤维0.24 份。

实施例2：一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置24h；各原料的质量份为，陶粒0.29份、拌合水0.01份；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌3min；各原料的质量份为，水泥1份、粉煤灰0.4份、硅灰0.1份、膨胀剂0.1份；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2生成的混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌4min；各原料的质量份为，减水剂0.03份、拌合水0.3份；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌2min；各原料的质量份为，河砂 1.21份；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌2min，然后快速搅拌 2min；

步骤6、缓慢加入钢纤维，避免纤维聚集；各原料的重量份为，钢纤维0.24 质量份。

实施例3：一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置24h；各原料的质量份为，陶粒0.44份、拌合水0.01份；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌3min；各原料的质量份为，水泥1份、粉煤灰0.4份、硅灰0.1份、膨胀剂0.1份；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2生成的混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌4min；各原料的质量份为，减水剂0.03份、拌合水0.3份；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌2min；各原料的质量份为，河砂 1.21份；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌2min，然后快速搅拌 2min；

步骤6、缓慢加入钢纤维，避免纤维聚集；各原料的重量份为，钢纤维0.24 质量份。

实施例4：一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置24h；各原料的质量份为，陶粒0.58份、拌合水0.02份；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌3min；各原料的质量份为，水泥1份、粉煤灰0.4份、硅灰0.1份、膨胀剂0.1份；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2生成的混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌4min；各原料的质量份为，减水剂0.03份、拌合水0.3份；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌2min；各原料的质量份为，河砂 1.04份；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌2min，然后快速搅拌 2min；

步骤6、缓慢加入钢纤维，避免纤维聚集；各原料的质量份为，钢纤维0.24 份。

对比例，未将陶粒体积法取代河砂，河砂为1.74份，其他原材的质量份与实施例相同。

性能测试，

纹管自收缩测试：按照ASTMC-1698-09标准进行，测试时，首先将样品搅拌均匀，并使用真空泵排除内部气泡，然后将搅拌好的浆体注入波纹管，使用带测试靶的塞子封闭，放在实验台上，并在搅拌后30min开始测试。将同批次搅拌的浆体测试其凝结时间，数据处理时使用初凝时波纹管的长度作为初始长度，同一样品测试3次，取平均值，测试过程中保持温度为20±2℃。

力学性能测试：GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行抗压、抗折强度测试。制备成型40mm×40mm×160mm试件，在标准养护室静置24h 后脱模养护，继续养护至测试龄期。每组样品测试3组，强度结果取平均值。

实验结果如图1所示，

其中在实施例3中所制备的超高性能混凝土各项性能最佳。

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置24h；各原料的质量份为，陶粒0.44份、拌合水0.01份；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌3min；各原料的质量份为，水泥1份、粉煤灰0.4份、硅灰0.1份、膨胀剂0.1份；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2生成的混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌4min；各原料的质量份为，减水剂0.03份、拌合水0.3份；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌2min；各原料的质量份为，河砂 1.21份；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌2min，然后快速搅拌 2min；

步骤6、缓慢加入钢纤维，避免纤维聚集；各原料的重量份为，钢纤维0.24 质量份。

该种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，通过内养护材料陶粒预吸水，体积法替代一部分河砂，内养护材料释水和膨胀剂作用发挥的配合，在不影响力学性能的前提下，制备出一种膨胀性能可控的超高性能混凝土，并且具有微膨胀等优异性能，应用前景广阔。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于：其主要成分包括水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂、河砂、陶粒、钢纤维、水、减水剂；

所述的水泥为1质量份，所述的粉煤灰为0.3-0.5质量份，所述的硅灰为0.1-0.2质量份，所述的河砂为1.04-1.56质量份，所述的拌合水为0.3-0.4质量份，所述的减水剂为胶凝材料的1-3％；所述膨胀剂内掺杂有水泥，且掺量9-12％，所述陶粒的加入量为整体体积分数的10-40％，所述的钢纤维加入量为整体体积分数的2-5％。

2.根据权利要求1所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于，所用水泥为PO42.5，标准稠度用水量130g，初凝和终凝时间分别为214min和284min。

3.根据权利要求1所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为一级灰，硅灰中活性二氧化硅（SiO2）含量约94％。

4.根据权利要求1所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于，所述河砂的粒径1.18mm以下，所述的陶粒是一种页岩陶粒，高强900级，粒径1.18mm以下，吸水率10％。

5.根据权利要求1所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维是镀铜微丝钢纤维，长度12-14mm，直径0.18-0.23mm，拉伸强度2800MPa。

6.根据权利要求1所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂是低粘度聚羧酸高性能减水剂，且减水率≥20％，膨胀剂为复掺膨胀剂。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种自养护微膨胀的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、称取适量陶砂和所需的拌合水，将拌合水和陶粒混合后静置20-26h；

步骤2、将水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂混合均匀，然后将湿润状态下的陶粒加入到胶凝材料中，慢速搅拌2-5min；

步骤3、先将减水剂加入到拌合水混合均匀，然后将3/4拌合水和减水剂加入到步骤2中混合物中，均匀搅拌成浆体，慢速搅拌3-6min；

步骤4、将河砂加入搅拌均匀，慢速搅拌1.5-3.5min；

步骤5、将另外1/4拌合水和减水剂加入，慢速搅拌1.5-3min，然后快速搅拌1.5-3min；

步骤6、然后缓慢加入钢纤维，并慢速搅拌。

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