CN113636814A - 一种超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高性能混凝土及其制备方法。本发明中采用的水镁石纤维、奥米纤维、硫酸钙晶须均为无机矿物相，具有良好的耐腐蚀性能，并且化学稳定性好，可用于恶劣的环境，避免使用高成本的钢纤维和聚合物纤维，降低了成本。奥米纤维和水镁石纤维的表面粗糙，与混凝土基体的结合力好，可大大提高抗拉强度，改善其脆性，硫酸钙晶须不仅可以提高混凝土的力学性能，还能提高混凝土的抗冻性能。水镁石纤维的长度在0.2‑0.4mm，奥米纤维的长度为1‑5mm，硫酸钙晶须的长度则在几百微米级别，利用三者的长度差异，通过调整三者的配比，三者协同作用，在不同尺寸层面互作补充，提高了混凝土的强度及耐久性。

Description

一种超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料领域，特别涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，建筑结构向复杂多样化的方向转变，但混凝自重较重、强度较低、脆性偏大等缺陷限制了其使用范围,对此，研制出了性能更好的混凝土，这便是超高性能混凝土。其与传统混凝土相比具有明显优势,使用超高性能混凝土的建筑在满足相同功能的同时还可节省大量材料,减轻建筑物自重且防火防震能力强，使用寿命长，还具有超高的耐久性和超高的力学性能，在超高层建筑、桥梁、道路上有广泛应用。
超高性能混凝土的设计理论主要依托于最紧密堆积理论，采用水泥、超细材料，应用颗粒学原理，按照紧密堆积理论模型，通过合理的颗粒堆积使材料达到最紧密堆积状态，颗粒之间通过化学反应结合而得到均匀密实的高密实材料。最大堆积密度理论是优化从微观到宏观的全系列颗粒粒径分布，提高密实度或降低空隙率，因此适用于各种混凝土所有固体颗粒的粒径分布优化。
超高性能混凝土的抗压强度大幅提升，但是其抗折强度、脆性仍是其弱点，在一定程度上限制了其应用。在混凝土中添加纤维可提高其抗折强度，改善韧性。为了改善超高性能混凝土的力学性能和变形性能，有研究两种或多种纤维共掺，经常使用的有钢纤维、聚合物纤维、碳纤维等等。但是纤维的掺杂需考虑其与基体接触的界面粘结强度，并且常用的钢纤维易被腐蚀。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种超高性能混凝土及其制备方法。
一种超高性能混凝土，包括：水泥600～700份、矿粉200～300份、硅灰100～200份、细骨料550～800份、纳米碳酸钙150-200份、减水剂8～15份、奥米纤维5-10份、水镁石纤维10-20份、硫酸钙晶须3-5份，水150～200份，以上份数为重量份。
奥米纤维、水镁石纤维、硫酸钙晶须的重量份之比优选为2：3：1；
奥米纤维的长度为1-5mm；
水镁石纤维的长度为0.2-0.4mm；
硫酸钙晶须80-200μm；
水泥为强度等级42.5级及以上等级的硅酸盐水泥；
矿粉为S95级矿粉及以上等级的矿粉；
减水剂为萘系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类和聚羧酸盐系高效减水剂中的任意一种。
细骨料为天然河砂，河砂的细度模数为2.3～3.0；
上述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿粉、硅灰、细骨料、纳米碳酸钙、硫酸钙晶须、减水剂按照重量配比混合搅拌，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料加入水进行搅拌，搅拌均匀；
(3)再加入水镁石纤维、奥米纤维搅拌均匀，倒入模具；
(4)标准养护24h、脱模、自然养护28d以上即得。
本发明具有以下有益效果：本发明中采用的水镁石纤维、奥米纤维、硫酸钙晶须均为无机矿物相，具有良好的耐腐蚀性能，并且化学稳定性好，可用于恶劣的环境，避免使用高成本的钢纤维和聚合物纤维，降低了成本。奥米纤维和水镁石纤维的表面粗糙，与混凝土基体的结合力好，可大大提高抗拉强度，改善其脆性，硫酸钙晶须不仅可以提高混凝土的力学性能，还能提高混凝土的抗冻性能。水镁石纤维的长度在0.2-0.4mm，奥米纤维的长度为1-5mm，硫酸钙晶须的长度则在几百微米级别，利用三者的长度差异，通过调整三者的配比，三者协同作用，在不同尺寸层面互作补充，提高了混凝土的强度及耐久性。
具体实施方式
以下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：
一种超高性能混凝土，包括：水泥650份、矿粉220份、硅灰150份、细骨料650份、纳米碳酸钙150份、减水剂10份、奥米纤维7份、水镁石纤维10.5份、硫酸钙晶须3.5份，水160份，以上份数为重量份。
水镁石纤维的长度为0.2-0.4mm；
奥米纤维的长度为1-5mm；
硫酸钙晶须80-200μm；
水泥为P.O42.5水泥；
矿粉为S95级矿粉；
减水剂聚羧酸盐系高效减水剂。
细骨料为天然河砂，河砂的细度模数为2.6；
上述超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿粉、硅灰、细骨料、纳米碳酸钙、硫酸钙晶须、减水剂按照重量配比混合搅拌，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料加入水进行搅拌，搅拌均匀；
(3)再加入水镁石纤维、奥米纤维搅拌均匀，倒入模具；
(4)标准养护24h、脱模、自然养护28d即得。
实施例2
奥米纤维8份，其余与实施例1相同。
实施例3
水镁石纤维12份，其余与实施例1相同。
实施例4
硫酸钙晶须5份，其余与实施例1相同。
对比例1
奥米纤维12份，其余与实施例1相同。
对比例2
水镁石纤维25份，其余与实施例1相同。
对比例3
硫酸钙晶须8份，其余与实施例1相同。
对比例4
不添加奥米纤维，其余与实施例1相同。
对比例5
不添加水镁石纤维，其余与实施例1相同。
对比例6
不添加硫酸钙晶须，其余与实施例1相同。
对比例7
不添加奥米纤维、水镁石纤维和硫酸钙晶须，其余与实施例1相同。
按照GB/T50081-2019对实施例及对比例进行力学性能测试，结果如下表所示：
Figure BDA0003213728070000041
Figure BDA0003213728070000051
从以上结果可以看出，奥米纤维、水镁石纤维、硫酸钙晶须及其配比对于超高性能混凝土的力学性能十分关键，其中奥米纤维、水镁石纤维、硫酸钙晶须的重量份之比优选为2：3：1时可获得最佳的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种超高性能混凝土，其特征在于：包括：水泥600～700份、矿粉200～300份、硅灰100～200份、细骨料550～800份、纳米碳酸钙150-200份、减水剂8～15份、奥米纤维5-10份、水镁石纤维10-20份、硫酸钙晶须3-5份，水150～200份，以上份数为重量份。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，奥米纤维、水镁石纤维、硫酸钙晶须的重量份之比优选为2：3：1。
3.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，奥米纤维的长度为1-5mm；水镁石纤维的长度为0.2-0.4mm；硫酸钙晶须80-200μm。
4.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，水泥为强度等级42.5级及以上等级的硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，矿粉为S95级矿粉及以上等级的矿粉。
6.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，减水剂为萘系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类和聚羧酸盐系高效减水剂中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土，细骨料为天然河砂，河砂的细度模数为2.3～3.0。
8.根据权利要求1-7任一项所述的超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿粉、硅灰、细骨料、纳米碳酸钙、硫酸钙晶须、减水剂按照重量配比混合搅拌，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料加入水进行搅拌，搅拌均匀；
(3)再加入水镁石纤维、奥米纤维搅拌均匀，倒入模具；
(4)标准养护24h、脱模、自然养护28d以上即得。
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