CN113698152A - C100自密实超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种C100自密实超高性能混凝土及其制备方法，所述C100自密实超高性能混凝土包括以下质量份数的组分：泥500～600份、粘性改良剂40～60份、矿粉70～90份、硅灰60～100份、膨胀剂10～30份、砂600～650份、碎石1000～1200份、减水剂18～23份、水125～140份以及钢纤维20～50份。本发明的C100自密实超高性能混凝土，各组分选材和配比科学，提高混凝土的自密实性；粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂组成的专用复合掺合料活性高、需水量低，确保混凝土强度平稳增长；胶材用量、水胶比以及砂率合理，降低混凝土的粘度；钢纤维和膨胀剂起到抗裂及减少混凝土自收缩等作用，专用复合掺合料起到替代部分水泥以减少混凝土的水化放热的作用，进而有效降低混凝土的开裂风险。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种C100自密实超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
C100自密实超高性能混凝土是指28天养护抗压强度等级达C100、自密实(自身重力下能填充模板)的超高性能混凝土，其具有耐久性强、韧性高、强度高等优点，随着当前建筑混凝土工程正朝着高层化、复杂化、大型化的方向发展，C100自密实超高性能混凝土能够为超高层、超大体积、复杂结构工程的施工提供了可靠的技术支持。但由于混凝土自身存在粘度高、自收缩开裂、密实性一般、强度增长不稳定的缺陷，如何解决这些缺陷以将C100自密实超高性能混凝土运用至建筑混凝土工程具有极高的研究价值。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种C100自密实超高性能混凝土及其制备方法，旨在提供一种28天养护抗压强度等级达C100、自密实的超高性能混凝土。
为实现上述目的，本发明提出一种C100自密实超高性能混凝土，包括以下质量份数的组分：
水泥500～600份、粘性改良剂40～60份、矿粉70～90份、硅灰60～100份、膨胀剂10～30份、砂600～650份、碎石1000～1200份、减水剂18～23份、水125～140份以及钢纤维20～50份。
可选地，所述矿粉包括高活性矿粉。
可选地，所述高活性矿粉包括S105级矿粉。
可选地，所述碎石包括玄武岩碎石。
可选地，所述玄武岩碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％。
可选地，所述粘性改良剂包括微珠。
可选地，所述减水剂包括聚羧酸系高性能减水剂。
可选地，所述水泥包括P.O525水泥。
可选地，所述硅灰包括半加密硅灰；和/或，
所述膨胀剂包括Ⅱ型膨胀剂；和/或，
所述砂包括天然中粗砂。
基于上述混凝土的配方，本发明还提出一种如上文所述的C100自密实超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料；
将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
本发明的技术方案中，各组分选材和配比科学，提高混凝土的自密实性；粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂组成的专用复合掺合料活性高、需水量低，确保混凝土强度平稳增长；胶材用量、水胶比以及砂率合理，降低混凝土的粘度；钢纤维和膨胀剂起到抗裂及减少混凝土自收缩等作用，专用复合掺合料起到替代部分水泥以减少混凝土的水化放热的作用，进而有效降低混凝土的开裂风险。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
C100自密实超高性能混凝土是指28天养护抗压强度等级达C100、自密实(自身重力下能填充模板)的超高性能混凝土，其具有耐久性强、韧性高、强度高等优点，随着当前建筑混凝土工程正朝着高层化、复杂化、大型化的方向发展，C100自密实超高性能混凝土能够为超高层、超大体积、复杂结构工程的施工提供了可靠的技术支持。但由于混凝土自身存在粘度高、自收缩开裂、密实性一般、强度增长不稳定的缺陷，如何解决这些缺陷以将C100自密实超高性能混凝土运用至建筑混凝土工程具有极高的研究价值。
鉴于此，本发明提出一种C100自密实超高性能混凝土，包括以下质量份数的组分：水泥500～600份、粘性改良剂40～60份、矿粉70～90份、硅灰60～100份、膨胀剂10～30份、砂600～650份、碎石1000～1200份、减水剂18～23份、水125～140份以及钢纤维20～50份。
本发明的技术方案中，各组分选材和配比科学，提高混凝土的自密实性；粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂组成的专用复合掺合料活性高、需水量低，确保混凝土强度平稳增长；胶材用量、水胶比以及砂率合理，降低混凝土的粘度；钢纤维和膨胀剂起到抗裂及减少混凝土自收缩等作用，专用复合掺合料起到替代部分水泥以减少混凝土的水化放热的作用，进而有效降低混凝土的开裂风险。
需要说明的是，胶材是指水泥、粘性改良剂、矿粉、硅灰、膨胀剂、减水剂等，水胶比是指单位混凝土中水与胶材的质量之比，砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。
进一步地，所述矿粉包括高活性矿粉，通过采用高活性矿粉，起到降低混凝土粘度的作用。
更进一步地，所述高活性矿粉包括S105级矿粉。具体地，在发明人对混凝土各原料组分的选取进行探索的过程中，优选采用如下标准的S105级矿粉：所述S105级矿粉的密度为2.87g/cm3，比表面积510m2/kg，流动度比100％，烧失量0.4％，7天活性指数96％，28天活性指数107％。采用该105级矿粉配制混凝土时，混凝土粘度降低，并且改善了混凝土搅拌反应速率慢的问题，混凝土工作性能满足要求。
碎石在混凝土中起骨架作用，在发明人对混凝土各原料组分的选取进行探索的过程中，优选玄武岩碎石，所述碎石包括玄武岩碎石，玄武岩碎石具有耐磨、吃水量少、导电性能差、抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性等优点，能够提高混凝土的强度。
具体地，所述玄武岩碎石采用粒径5-16mm碎石，且所述玄武岩碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％，有效提高混凝土的强度，使混凝土强度达到设计要求强度值。
进一步地，所述粘性改良剂包括微珠。微珠粉煤灰是一种新型超微粉体材料，是利用优质粉煤灰经过独特工艺精选、加工而成的超细且具有连续粒径分布的一种亚微米、完美的正球状粉体产品，微珠具有活性高、低水化热、质轻、耐腐蚀、抗压强度高、流动性好和热稳定性好等优异功能，通过将微珠作为粘性改良剂，混凝土流动性更好，粘度降低，强度增长稳定。
进一步地，所述减水剂包括聚羧酸系高性能减水剂。外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，能显著改善混凝土性能的化学物质，外加剂的特点是品种多、掺量小，对混凝土的性能影响较大具有投资少、见效快、技术经济效益显著的特点。在发明人对混凝土各原料组分的选取进行探索的过程中，将减水剂作为外加剂，且所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率在30％以上，能够在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量。
所述水泥包括P.O525水泥，P.O525水泥为28天抗压强度大于52.5MPa的普通硅酸盐水泥，其具有强度高、水化热大，抗冻性好的特点，有助于改善混凝土的性能。具体地，本发明优选采用标准稠度用水量26.6％，3天抗压强度33.8MPa，28天抗压强度60.7MPa的P.O525水泥。
此外，其他组分应符合以下标准：所述硅灰包括半加密硅灰，且半加密硅灰的密度370kg/cm3，烧失量1.84％，需水量比117％；所述膨胀剂包括Ⅱ型膨胀剂，且Ⅱ型膨胀剂的限制膨胀率0.056％，7天抗压强度23.5MPa，28天抗压强度43.9MPa；所述砂包括天然中粗砂，且天然中粗砂的细度模数3.0，含泥量0.8％，泥块含量0％；所述水为自来水；所述钢纤维的抗拉强度大于等于2000MPa，50根试样的长度平均值在12mm～16mm范围内，50根试样的直径平均值在0.18mm～0.22mm范围内。
基于上述混凝土的配方，本发明还提出一种C100自密实超高性能混凝土的制备方法，用于制备上述C100自密实超高性能混凝土。所述C100自密实超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：
步骤S10：将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
步骤S20：将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)按照如下配方选取各组分：水泥550份、粘性改良剂40份、矿粉75份、硅灰95份、膨胀剂30份、砂619份、碎石1010份、减水剂20.54份、水131份以及钢纤维25份。其中，所述水泥为P.O525水泥，所述粘性改良剂为微珠，所述矿粉为S105级矿粉，所述硅灰为半加密硅灰，所述膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，所述砂为天然中粗砂，所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％的玄武岩碎石，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
(2)将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
(3)将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
配制混凝土时，测得扩展度为680mm/680mm，T500为6.0秒，90分钟后扩展度为680mm/680mm，90分钟后T500为6.4秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土快养强度为128.3MPa；28天标养强度118.6MPa。
实施例2
(1)按照如下配方选取各组分：水泥500份、粘性改良剂60份、矿粉90份、硅灰100份、膨胀剂22份、砂600份、碎石1200份、减水剂18份、水140份以及钢纤维20份。其中，所述水泥为P.O525水泥，所述粘性改良剂为微珠，所述矿粉为S105级矿粉，所述硅灰为半加密硅灰，所述膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，所述砂为天然中粗砂，所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％的玄武岩碎石，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
(2)将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
(3)将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
配制混凝土时，测得扩展度为690mm/690mm，T500为5.6秒，90分钟后扩展度为680mm/680mm，90分钟后T500为6.0秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土快养强度为128.5MPa；28天标养强度118.2MPa。
实施例3
(1)按照如下配方选取各组分：水泥540份、粘性改良剂45份、矿粉80份、硅灰85份、膨胀剂20份、砂625份、碎石1102份、减水剂20份、水132份以及钢纤维35份。其中，所述水泥为P.O525水泥，所述粘性改良剂为微珠，所述矿粉为S105级矿粉，所述硅灰为半加密硅灰，所述膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，所述砂为天然中粗砂，所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％的玄武岩碎石，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
(2)将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
(3)将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
配制混凝土时，测得扩展度为700mm/700mm，T500为5.4秒，90分钟后扩展度为690mm/690mm，90分钟后T500为6.0秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土快养强度为128.0MPa；28天标养强度118.8MPa。
实施例4
(1)按照如下配方选取各组分：水泥560份、粘性改良剂55份、矿粉85份、硅灰80份、膨胀剂18份、砂620份、碎石1100份、减水剂21份、水133份以及钢纤维30份。其中，所述水泥为P.O525水泥，所述粘性改良剂为微珠，所述矿粉为S105级矿粉，所述硅灰为半加密硅灰，所述膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，所述砂为天然中粗砂，所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％的玄武岩碎石，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
(2)将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
(3)将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
配制混凝土时，测得扩展度为700mm/690mm，T500为6.1秒，90分钟后扩展度为700mm/690mm，90分钟后T500为6.5秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土快养强度为128.5MPa；28天标养强度118.5MPa。
实施例5
(1)按照如下配方选取各组分：水泥600份、粘性改良剂50份、矿粉70份、硅灰60份、膨胀剂10份、砂650份、碎石1000份、减水剂23份、水125份以及钢纤维50份。其中，所述水泥为P.O525水泥，所述粘性改良剂为微珠，所述矿粉为S105级矿粉，所述硅灰为半加密硅灰，所述膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，所述砂为天然中粗砂，所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％的玄武岩碎石，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
(2)将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料。
(3)将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
配制混凝土时，测得扩展度为660mm/660mm，T500为5.5秒，90分钟后扩展度为660mm/660mm，90分钟后T500为6.1秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土快养强度为128.4MPa；28天标养强度118.0MPa。
对比例1
与实施例1的区别在于：所述矿粉为S95级矿粉。
配制混凝土时，测得扩展度为640mm/650mm，T500为17.6秒，90分钟后扩展度为640mm/640mm，90分钟后T500为18.0秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土强度为120.3MPa，28天标养强度110.6MPa。
对比例2
与实施例1的区别在于：所述碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量1％，压碎值6.6％，含泥量0％，泥块含量0％的玄武岩碎石。
配制混凝土时，测得扩展度为680mm/690mm，T500为6.2秒，90分钟后扩展度为680mm/680mm，90分钟后T500为6.7秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土强度为110.3MPa，28天标养强度100.6MPa。
对比例3
与实施例1的区别在于：所述粘性改良剂为粉煤灰。
配制混凝土时，测得扩展度为650mm/640mm，T500为12.6秒，90分钟后扩展度为640mm/640mm，90分钟后T500为11.0秒；通过混凝土一天脱模、一天标养、48小时快养(90℃)、静置一天，测得混凝土强度为120.3MPa，28天标养强度116.6MPa。
通过上述可知，相较于对比例，实施例1至5得到的混凝土的粘度相对更低(T500在10秒内)，降粘效果明显，且强度大于115MPa，满足力学要求。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
水泥500～600份、粘性改良剂40～60份、矿粉70～90份、硅灰60～100份、膨胀剂10～30份、砂600～650份、碎石1000～1200份、减水剂18～23份、水125～140份以及钢纤维20～50份。
2.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述矿粉包括高活性矿粉。
3.如权利要求2所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述高活性矿粉包括S105级矿粉。
4.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述碎石包括玄武岩碎石。
5.如权利要求4所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述玄武岩碎石为连续级配，且针、片状颗粒含量0.9％，压碎值2.6％，含泥量0.1％，泥块含量0％。
6.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述粘性改良剂包括微珠。
7.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂包括聚羧酸系高性能减水剂。
8.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥包括P.O525水泥。
9.如权利要求1所述的C100自密实超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰包括半加密硅灰；和/或，
所述膨胀剂包括Ⅱ型膨胀剂；和/或，
所述砂包括天然中粗砂。
10.一种如权利要求1至9任意一项所述的C100自密实超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粘性改良剂、矿粉、硅灰以及膨胀剂混合成复合掺合料；
将水泥、所述复合掺合料、砂、碎石、减水剂、水以及钢纤维混合搅拌，制得C100自密实超高性能混凝土。
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