CN113620677A - 一种高韧性低收缩超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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CN113620677A CN202111096160.7A CN202111096160A CN113620677A CN 113620677 A CN113620677 A CN 113620677A CN 202111096160 A CN202111096160 A CN 202111096160A CN 113620677 A CN113620677 A CN 113620677A
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Abstract

本发明公开一种高韧性低收缩超高性能混凝土及其制备方法。本发明通过对钢纤维进行筛选和摇筛，使得尺寸相同的钢纤维均匀的分布在混凝土中，当混凝土受外力影响时，纤维不易从混凝土中拉直松动或拔出，有利于提高混凝土的韧性。沸石粉作为内养护剂，其表面多孔、粗糙，吸水率高，经过清水浸泡后的沸石粉在混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩。

Description

一种高韧性低收缩超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种高韧性低收缩超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
大跨预应力混凝土梁桥采用三向预应力体系，结构复杂，施工麻烦，质量难以控制，存在如下问题：普通混凝土抗拉强度低，即便是全预应力结构，仍难避免出现拉应力损伤，导致预应力混凝土梁桥普遍开裂；一般的超高性能混凝土由于自收缩大，易开裂，降低了它的使用功能和耐久性；混凝土中添加的钢纤维尺寸大小不一，与混凝土混合效果差，降低了混凝土的韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性低收缩超高性能混凝土及其制备方法，解决以下技术问题：
(1)普通混凝土抗拉强度低，导致预应力混凝土梁桥开裂；
(2)一般的高性能混凝土由于自收缩大，易开裂，耐久性低；
(3)添加的钢纤维尺寸大小不一，与混凝土混合效果差。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥600-950份、掺合料350-450份、钢纤维原料100-200份、细集料700-1000份、内养护剂150-300份、膨胀剂20-50份、减水剂15-40份、水180-210份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌1-2min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌2-3min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌2-3min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
作为本发明进一步的方案，步骤四中筛选设备的工作步骤如下：将钢纤维原料投入筛选筒内，驱动电机输出轴带动筛选筒持续摆动，小于通孔一尺寸的钢纤维从通孔一掉落并落入筛选板上；振动电机输出轴带动移动板端部的筛选板横向振动，筛选板上的钢纤维原料在条形隔板之间横向振动，并沿着筛选板向下滑动，小于通孔二尺寸的钢纤维从通孔二上掉落，剩下的钢纤维沿着筛选板向下滑动并落入收集箱内，最终获得短细高强钢纤维。
作为本发明进一步的方案，所述水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。
作为本发明进一步的方案，所述掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的40％-60％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。
作为本发明进一步的方案，步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。
作为本发明进一步的方案，所述细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。
作为本发明进一步的方案，所述内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，所述膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，所述减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种高韧性低收缩超高性能混凝土，沸石粉作为内养护剂，其表面多孔、粗糙，吸水率高，经过清水浸泡后的沸石粉在混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，通过对钢纤维进行筛选和摇筛，使得尺寸相同的钢纤维均匀的分布在混凝土中，当混凝土受外力影响时，纤维不易从混凝土中拉直松动或拔出，有利于提高混凝土的韧性。
(2)通过设置筛选筒以及筛选箱，筛选筒和筛选箱用于对钢纤维原料进行尺寸上的筛选，避免不同尺寸的钢纤维混入混凝土中，导致钢纤维混入的均匀性变差进而影响混凝土的韧性，转动设置的筛选筒用于调整并矫正钢纤维摆动的位置，便于钢纤维从通孔一中落下，筛选筒内的通孔一用于过滤钢纤维原料中的大尺寸钢纤维，筛选箱内设置的振动组件以及筛选板用于过滤钢纤维原料中的小尺寸钢纤维，倾斜设置的筛选板在振动组件的带动下，使得符合尺寸的钢纤维从筛选板上落下并落入收集箱内，提高了筛选的效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备工艺流程图；
图2是本发明筛选设备的结构示意图；
图3是本发明筛选筒的结构示意图；
图4是本发明筛选筒的侧视图；
图5是本发明筛选箱的俯视图；
图6是本发明振动组件的结构示意图；
图7是本发明伸缩组件的结构示意图；
图8是本发明筛选板的结构示意图。
图中：1、筛选筒；2、支撑架；3、中置板；4、驱动电机；5、从动轮；6、皮带；7、主动轮；8、筛选箱；9、通孔一；10、筛选板；11、伸缩组件；12、移动板；13、振动组件；14、滑动槽；15、转动盘；16、转动杆；17、三角臂；18、通孔二；19、从动杆；20、套筒；21、伸缩弹簧；22、固定轴；23、出料管；24、条形隔板；25、收集箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图8所示：
实施例1
一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥600份、掺合料350份、钢纤维原料100份、细集料700份、内养护剂150份、膨胀剂20份、减水剂15份、水180份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌1min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌2min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒1内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌2min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
其中，水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的40％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，内养护剂在使用前要预先吸水，并晾晒至饱和面干后测出内养护剂的含水量，实际使用过程中要扣除此部分吸水的质量，膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
实施例2
一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥950份、掺合料450份、钢纤维原料200份、细集料1000份、内养护剂300份、膨胀剂50份、减水剂40份、水210份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌2min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌3min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒1内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌3min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
其中，水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的60％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，内养护剂在使用前要预先吸水，并晾晒至饱和面干后测出内养护剂的含水量，实际使用过程中要扣除此部分吸水的质量，膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
实施例3
一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥750份、掺合料362份、钢纤维原料160份、细集料806份、内养护剂232份、膨胀剂37份、减水剂29份、水195份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌2min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌2min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒1内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌3min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
其中，水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的50％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，内养护剂在使用前要预先吸水，并晾晒至饱和面干后测出内养护剂的含水量，实际使用过程中要扣除此部分吸水的质量，膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
实施例4
一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥680份、掺合料356份、钢纤维原料100份、细集料986份、内养护剂150份、膨胀剂37份、减水剂19份、水207份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌2min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌2min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒1内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌3min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
其中，水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的50％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，内养护剂在使用前要预先吸水，并晾晒至饱和面干后测出内养护剂的含水量，实际使用过程中要扣除此部分吸水的质量，膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
将实施例1-4中配制出的高韧性低收缩超高性能混凝土浇筑成型，在20±2℃，湿度＞95％条件下标准养护28天。并对制得的超高性能混凝土的力学性能进行检测。
力学性能 收缩率ppm 抗压强度MPa 抗折强度MPa 弹性模量GPa
实施例1 344 125.4 17.5 40
实施例2 351 138.4 20.5 43
实施例3 380 147.1 21.3 45
实施例4 375 131.2 19.3 42
经检测本发明制得的超高性能混凝土28天标准养护抗压强度为125.4-147.1MPa，抗折强度为17.5-21.3MPa，弹性模量为40-45GPa，收缩率为344-380ppm。
筛选设备包括筛选筒1和筛选箱8，所述筛选筒1设置于筛选箱8的上方，筛选筒1转动安装于两个支撑架2上，两个支撑架2固定安装于中置板3上方，筛选筒1一端套设有从动轮5，从动轮5通过皮带6传动连接主动轮7上，主动轮7套设于驱动电机4输出轴上，驱动电机4通过隔板固定安装于中置板3一侧，筛选筒1在驱动电机4的带动下持续左右摆动，杂乱的钢纤维随之摆动并调整位置，最终沿着筛选筒1长度的方向摆放在筛选筒1内，所述筛选筒1内一处开设有若干通孔一9，筛选筒1仅一处开设有若干通孔一9，在使用时，将筛选筒1的通孔一9设置于原料上方，避免在投入钢纤维原料时，钢纤维直接竖直通过或者斜向插入通孔一9内并落入筛选箱8内，通孔一9的长度为14mm，宽度为0.22mm，小于通孔一9尺寸的钢纤维从通孔一9掉落并沿着出料管23落入筛选板10上，剔除钢纤维原料中的大尺寸钢纤维，所述中置板3底部中心位置连通有供钢纤维穿过的出料管23，所述中置板3底部四角均固定安装有支撑柱，四个所述支撑柱固定安装于筛选箱8顶部。
筛选箱8内设置有筛选板10，所述筛选板10两侧对称设置有两个伸缩组件11，伸缩组件11共四个，伸缩组件11包括套筒20、固定轴22、伸缩弹簧21，套筒20滑动安装于固定轴22一端，所述套筒20固定安装于筛选板10一侧，固定轴22远离套筒20一端固定安装于筛选箱8内壁，所述固定轴22上套设有伸缩弹簧21，所述伸缩弹簧21与套筒20抵接配合，伸缩弹簧21的设置，使得筛选板10横向振动时得到缓冲，筛选板10一侧固定安装有移动板12，移动板12滑动安装于筛选箱8一侧开设的滑动槽14内，所述筛选箱8外设置有振动组件13，振动组件13包括振动电机，振动电机输出轴端部套设有转动盘15，转动盘15上通过销轴转动安装有转动杆16一端，转动杆16另一端转动安装于三角臂17一端，三角臂17另一端转动安装于从动杆19一端，从动杆19另一端转动安装于移动板12上，三角臂17通过连接轴转动安装于筛选箱8上，振动电机固定安装于筛选箱8一侧，振动电机输出轴带动转动盘15转动，转动盘15通过销轴带动转动杆16转动，进而带动转动杆16端部的三角臂17转动，三角臂17通过从动杆19带动移动板12在滑动槽14上滑动，进而带动移动板12端部的筛选板10横向振动，使得筛选板10上的钢纤维原料在条形隔板24之间横向振动，并同时沿着筛选板10向下滑动，筛选板10上设置有若干等间距的条形隔板24，两个条形隔板24之间的凹槽用于聚集钢纤维，使得钢纤维可以沿着凹槽滑动，相邻的两个条形隔板24之间开设有若干通孔二18，通孔二18的长度为12mm，宽度为0.18mm，筛选板10倾斜设置于筛选箱8内，且筛选板10倾斜的角度为15°，倾斜设置的筛选板10在振动电机的带动下，使得符合尺寸的钢纤维从筛选板10上滑落并落入收集箱25内，不符合尺寸的钢纤维从筛选板10上的通孔二18中落下，提高了筛选的效率，筛选箱8内底部设置有收集箱25和废料箱，废料箱设置于筛选板10下方，用于收集筛选板10上通孔二18落下的废料，收集箱25设置于废料箱一侧，用于收集筛选板10上滑落的钢纤维。
该筛选设备的工作过程如下：
步骤一：将钢纤维原料从筛选筒1一侧的开口放入筛选筒1内，此时筛选筒1内的通孔一9设置于钢纤维原料上方，启动驱动电机4，驱动电机4输出轴带动主动轮7转动，主动轮7通过皮带6带动从动轮5转动，进而带动筛选筒1转动，筛选筒1在驱动电机4的带动下持续左右摆动，杂乱的钢纤维随之摆动并调整位置，最终沿着筛选筒1长度的方向摆放在筛选筒1内，转动筛选筒1，直至钢纤维原料设置于通孔一9的上方，接着筛选筒1持续左右摆动，小于通孔一9尺寸的钢纤维从通孔一9掉落并沿着出料管23落入筛选板10上，剔除钢纤维原料中的大尺寸钢纤维；
步骤二：启动振动电机，振动电机输出轴带动转动盘15转动，转动盘15通过销轴带动转动杆16转动，进而带动转动杆16端部的三角臂17转动，三角臂17通过从动杆19带动移动板12在滑动槽14上滑动，进而带动移动板12端部的筛选板10横向振动，筛选板10上的钢纤维原料在条形隔板24之间横向振动，并沿着筛选板10向下滑动，小于通孔二18尺寸的钢纤维从通孔二18上掉落，并落入筛选箱8底部的废料箱内，剔除钢纤维原料中的小尺寸钢纤维，大于通孔二18尺寸的钢纤维沿着筛选板10向下滑动并落入收集箱25内，获得短细高强钢纤维。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：按重量份称取水泥600-950份、掺合料350-450份、钢纤维原料100-200份、细集料700-1000份、内养护剂150-300份、膨胀剂20-50份、减水剂15-40份、水180-210份；
步骤二：将水泥、掺合料和膨胀剂加入强制式单卧轴混凝土搅拌机中一起搅拌至分散均匀，然后加入细集料和内养护剂，继续搅拌1-2min，得到干混料；
步骤三：将减水剂和水一起加入干混料中，继续搅拌2-3min，得到水泥砂浆混合物；
步骤四：将钢纤维原料投入至筛选设备的筛选筒(1)内，经过筛选后得到短细高强钢纤维，将短细高强钢纤维放入1.18mm标准砂石方孔筛中，手动摇筛让短细高强钢纤维均匀落入搅拌机内的水泥砂浆混合物中，继续搅拌2-3min至短细高强钢纤维分散均匀，最终得到高韧性低收缩超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，步骤四中筛选设备的工作步骤如下：将钢纤维原料投入筛选筒(1)内，驱动电机(4)输出轴带动筛选筒(1)持续摆动，小于通孔一(9)尺寸的钢纤维从通孔一(9)掉落并落入筛选板(10)上；振动电机输出轴带动移动板(12)端部的筛选板(10)横向振动，筛选板(10)上的钢纤维原料在条形隔板(24)之间横向振动，并沿着筛选板(10)向下滑动，小于通孔二(18)尺寸的钢纤维从通孔二(18)上掉落，剩下的钢纤维沿着筛选板(10)向下滑动并落入收集箱(25)内，最终获得短细高强钢纤维。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5以上的硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述掺合料为硅灰和粉煤灰组成，其中硅灰占掺合料总质量的40％-60％，且硅灰中二氧化硅的含量不小于90％。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，步骤四中短细高强钢纤维的长度为12-14mm，直径为0.18-0.22mm。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述细集料为石英砂，石英砂粒径小于4.75mm。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述内养护剂为沸石粉，且粒径小于0.6mm，所述膨胀剂为氧化钙和硫铝酸钙内的一种或多种以任意比例混合，所述减水剂为减水率大于30％的聚羧酸减水剂。
8.一种高韧性低收缩超高性能混凝土，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的方法制备而成。
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