CN113716899A - 一种低收缩低粘度超高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种低收缩低粘度超高强混凝土及其制备方法。一种低收缩低粘度超高强混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥320‑450份、石料300‑420份、砂600‑860份、水260‑400份、硅灰40‑60份、矿石粉15‑32份、减水剂35‑50份、防缩体40‑70份、低粘度改性料95‑105份；所述低粘度改性料包括空心微珠结构的粉煤灰；其制备方法为：S1、一次混合；S2、二次混合；S3、共混。本申请的低收缩低粘度超高强混凝土具有降低超高强混凝土的粘性，便于泵输送和施工的优点。

Description

一种低收缩低粘度超高强混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种低收缩低粘度超高强混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土材料是一种应用广泛的工程材料，其强度等级是反应混凝土研究水平的一个重要标志。工程和学术界一般认为C60-C90属于高强混凝土，C100-C140属于超高强混凝土，C150强度等级以上属于特超高强混凝土。超高强混凝土以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特殊结构中得到了广泛的应用。

为达到超高强度的目的，混凝土中的用水量较低，这会导致混凝土的粘性较大，从而导致泵送难度大，且不便于施工。

发明内容

为了降低超高强混凝土的粘性，便于泵输送和施工，本申请提供一种低收缩低粘度超高强混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种低收缩低粘度超高强混凝土，采用如下的技术方案：

一种低收缩低粘度超高强混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥320-450份、石料300-420份、砂600-860份、水260-400份、硅灰40-60份、矿石粉15-32份、减水剂35-50份、防缩体40-70份、低粘度改性料95-105份；所述低粘度改性料包括空心微珠结构的粉煤灰。

通过采用上述技术方案，防缩体用于降低超高强混凝土的收缩率。由于采用低粘度改性料添加至低收缩低粘度超高强混凝土中，低粘度改性料包括空心微珠结构的粉煤灰，空心微珠结构的粉煤灰具有紧实球体的颗粒形貌，可以在微观层面上优化超强混凝土中的颗粒级配，提高密实度和强度，降低粘度。同时，空心微珠结构的粉煤灰的球形颗粒形貌会带来极好的减水和滚珠润滑效应，进一步降低超高强混凝土的粘度。另外，空心微珠结构的粉煤灰的空心结构节省了粉煤灰的用量，节约了成本，同时使混凝土的质量变轻，便于施工。

优选的，所述空心微珠结构的粉煤灰采用以下方案制成：

（1）取粉煤灰、水和分散剂球磨，得悬浮体；

（2）取发泡剂、粘结剂和步骤（1）中的悬浮体混合搅拌后，得泡沫浆料；

（3）将步骤（2）中的泡沫浆料经离心雾化、干燥后，得干燥物料并经表面改性，得空心微珠结构的粉煤灰。

通过采用上述技术方案，先将粉煤灰、水和分散剂球磨，使粉煤灰均匀分散在水中，然后通过发泡剂和粘结剂使粉煤灰发泡，形成间隙较大的浆料。最后通过离心雾化、干燥制得干燥物料。干燥物料再经过表面改性以提高分散性，制备得空心微珠结构的粉煤灰。

优选的，步骤（3）中所述表面改性为偶联剂接枝改性，所述干燥物料与所述偶联剂的质量比为（4-10）：（1-4）。

通过采用上述技术方案，偶联剂对空心微珠结构的粉煤灰进行表面改性，提高空心微珠结构的粉煤灰在超强混凝土中的分散性，使空心微珠结构的粉煤灰能够与超强混凝土中的其余组分形成良好的结合，从而进一步降低超强混凝土的粘度。

优选的，所述防缩体包含质量比为（6-10）：（4-12）的纤维和纤维素醚；所述纤维为聚丙烯纤维或钢纤维。

通过采用上述技术方案，防缩体采用纤维和纤维素醚复配而成，能够减小超高强混凝土的收缩率。纤维为聚丙烯纤维或钢纤维，在减小超高强混凝土的收缩率的同时，能够进一步降低超强混凝土的粘度，同时提高超高强混凝土的结构强度。

优选的，所述纤维为聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维包含质量比为（1-2）：（4-16）的聚丙烯细纤维和聚丙烯粗纤维，所述聚丙烯细纤维的直径为0.02-0.08mm，所述聚丙烯粗纤维的直径为0.2-0.9mm。

通过采用上述技术方案，聚丙烯限纤维包含聚丙烯细纤维和聚丙烯粗纤维能够提高混凝土的密实性，两种聚丙烯限位相互配合增强原料与水之间的粘结力，从而提高混凝土的抗压强度。

优选的，所述纤维的长径比为100-600。

通过采用上述技术方案，该范围下纤维的长径比能够提高混凝土的抗裂效果，减少混凝土裂缝的产生。

第二方面，本申请提供一种低收缩低粘度超高强混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

一种低收缩低粘度超高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、一次混合：将防缩体、硅灰、矿石粉和粉煤灰加入到搅拌机中搅拌混合，得掺杂料；

S2、二次混合：将水泥、石料、砂和步骤S2中的掺杂料混合后搅拌，得混合料；

S3、共混：将减水剂、水依次加入步骤S2中的混合料中混合搅拌后，自然晾干，得低收缩低粘度超高强混凝土。

通过采用上述技术方案，先通过一次混合，先将重量份较少的粉碎体、硅灰、矿石粉和粉煤灰混合均匀形成掺杂料，然后通过二次混合将掺杂料加入重量份较多的水泥、石料和砂中，使掺杂料与水泥、石料和砂混合均匀，制得混合料。最后再通过共混依次向混合料中加入减水剂和水，使超强混凝土的各组分混合均匀。

优选的，所述步骤S1中的搅拌速度为200-300r/min，所述步骤S2中的搅拌速度为500-650r/min，所述步骤S3中的搅拌速度为1000-1200r/min。

通过采用上述技术方案，低速搅拌使重量份较少的粉碎体、硅灰、矿石粉和粉煤灰混合均匀，然后提高转速至中速搅拌，加入水泥、石料和砂，使水泥、石料和砂与掺杂料混合均匀。最后加入减水剂和水后，提高转速至高速搅拌，使超强混凝土的各组分混合均匀。随着原料的逐渐加入，逐级提高搅拌速度，有助于提高超强混凝土各组分混合的均匀性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用低粘度改性料添加至低收缩低粘度超高强混凝土中，低粘度改性料包括空心微珠结构的粉煤灰，空心微珠结构的粉煤灰具有紧实球体的颗粒形貌，可以在微观层面上优化超强混凝土中的颗粒级配，提高密实度，提高强度，降低粘度，同时，空心微珠结构的粉煤灰的球形颗粒形貌会带来极好的减水和滚珠润滑效应，进一步降低超高强混凝土的粘度，另外，空心微珠结构的粉煤灰的空心结构节省了粉煤灰的用量，节约了成本，同时使混凝土的质量变轻，便于施工；

2、本申请中优选采用偶联剂对空心微珠结构的粉煤灰进行表面改性，提高了空心微珠结构的粉煤灰在超强混凝土中的分散性，使空心微珠结构的粉煤灰能够与超强混凝土中的其余组分形成良好的结合，从而进一步降低超强混凝土的粘度；

3、本申请的方法，先通过一次混合，将重量份较少的粉碎体、硅灰、矿石粉和粉煤灰混合均匀形成掺杂料，然后通过二次混合将掺杂料加入重量份较多的水泥、石料和砂中，使掺杂料与水泥、石料和砂混合均匀，制得混合料，最后再通过共混依次向混合料中加入减水剂和水，使超强混凝土的各组分混合均匀，从而降低本申请的低收缩低粘度超高强混凝土的粘度和收缩率。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例中，所用的仪器设备见表1：

表1 本申请实施方式的仪器

本申请实施例中，所用的药品见表2：

表2 本申请实施方式的药品

低粘度改性料的制备例

制备例1：低粘度改性料采用如下方法制备而成：

（1）取10kg粉煤灰、20kg水和3kg分散剂放入球磨机中球磨20min，得悬浮体；

（2）取4kg发泡剂、3kg粘结剂和步骤（1）中的悬浮体在600r/min混合搅拌20min后，得泡沫浆料；

（3）将步骤（2）中的泡沫浆料经离心雾化、干燥后，得干燥物料，取4kg干燥物料与1kg偶联剂在300r/min的转速下搅拌5min进行表面改性，得空心微珠结构的粉煤灰，即得低粘度改性料。

制备例2：低粘度改性料采用如下方法制备而成：

（1）取15kg粉煤灰、25kg水和4kg分散剂放入球磨机中球磨25min，得悬浮体；

（2）取5kg发泡剂、4kg粘结剂和步骤（1）中的悬浮体在650r/min混合搅拌25min后，得泡沫浆料；

（3）将步骤（2）中的泡沫浆料经离心雾化、干燥后，得干燥物料，取7kg干燥物料与2.5kg偶联剂在350r/min的转速下搅拌7.5min进行表面改性，得空心微珠结构的粉煤灰，即得低粘度改性料。

制备例3：低粘度改性料采用如下方法制备而成：

（1）取20kg粉煤灰、30kg水和5kg分散剂放入球磨机中球磨30min，得悬浮体；

（2）取6kg发泡剂、5kg粘结剂和步骤（1）中的悬浮体在700r/min混合搅拌30min后，得泡沫浆料；

（3）将步骤（2）中的泡沫浆料经离心雾化、干燥后，得干燥物料，取10kg干燥物料与4kg偶联剂在400r/min的转速下搅拌10min进行表面改性，得空心微珠结构的粉煤灰，即得低粘度改性料。

制备例4：本制备例与制备例1的不同之处在于：

本制备例的步骤（3）中的干燥物料未经偶联剂改性，干燥物料即为空心微珠结构的粉煤灰，即为低粘度改性料。

防缩体的制备例

制备例5：防缩体采用如下方法制备而成：

将6kg长径比为100的聚丙烯纤维和4kg纤维素醚在100r/min的转速下搅拌5min，得防缩体；聚丙烯纤维为直径为0.5mm的聚丙烯粗纤维。

制备例6：防缩体采用如下方法制备而成：

将8kg长径比为100的聚丙烯纤维和8kg纤维素醚在100r/min的转速下搅拌5min，得防缩体；聚丙烯纤维为直径为0.5mm的聚丙烯粗纤维。

制备例7：防缩体采用如下方法制备而成：

将10kg长径比为100的聚丙烯纤维和12kg纤维素醚在100r/min的转速下搅拌5min，得防缩体；聚丙烯纤维为直径为0.5mm的聚丙烯粗纤维。

制备例8：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例的聚丙烯纤维为直径为0.05mm的聚丙烯细纤维。

制备例9：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例的聚丙烯纤维为2kg直径为0.05mm的聚丙烯细纤维和4kg直径为0.5mm的聚丙烯粗纤维的混合物。

制备例10：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例的聚丙烯纤维的长径比为350。

制备例11：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例的聚丙烯纤维的长径比为600。

制备例12：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例的聚丙烯纤维的长径比为850。

制备例13：本制备例与制备例5的不同之处在于：

本制备例采用钢纤维代替制备例5中的聚丙烯纤维。

实施例

实施例1

S1、一次混合：称取32kg水泥、30kg石料、60kg砂、26kg水、4kg硅灰、1.5kg矿石粉、3.5kg减水剂、4kg制备例5的防缩体、9.5kg制备例1的低粘度改性料，按配方，将防缩体、硅灰、矿石粉和粉煤灰加入到搅拌机中以200r/min的转速搅拌20min，得掺杂料；

S2、二次混合：将水泥、石料、砂和步骤S2中的掺杂料混合后以500r/min的转速搅拌30min，得混合料；

S3、共混：将减水剂、水依次加入步骤S2中的混合液中以1000r/min混合搅拌后15min后，自然晾干，得低收缩低粘度超高强混凝土。

实施例2

S1、一次混合：称取38.5kg水泥、36kg石料、73kg砂、33kg水、5kg硅灰、2.25kg矿石粉、4.25kg减水剂、5.5kg制备例5的防缩体、10kg制备例1的低粘度改性料，按配方，将防缩体、硅灰、矿石粉和粉煤灰加入到搅拌机中以200r/min的转速搅拌20min，得掺杂料；

S2、二次混合：将水泥、石料、砂和步骤S2中的掺杂料混合后以500r/min的转速搅拌30min，得混合料；

S3、共混：将减水剂、水依次加入步骤S2中的混合液中以1000r/min混合搅拌后15min后，自然晾干，得低收缩低粘度超高强混凝土。

实施例3

S1、一次混合：称取45kg水泥、42kg石料、86kg砂、40kg水、6kg硅灰、3.2kg矿石粉、5kg减水剂、7kg制备例5的防缩体、10.5kg制备例1的低粘度改性料，按配方，将防缩体、硅灰、矿石粉和粉煤灰加入到搅拌机中以200r/min的转速搅拌20min，得掺杂料；

S2、二次混合：将水泥、石料、砂和步骤S2中的掺杂料混合后以500r/min的转速搅拌30min，得混合料；

S3、共混：将减水剂、水依次加入步骤S2中的混合液中以1000r/min混合搅拌后15min后，自然晾干，得低收缩低粘度超高强混凝土。

实施例4-6

实施例4-6的低收缩低粘度超高强混凝土与实施例1的区别在于其低粘度改性料的选择不同，具体如表3所示。

表3 实施例1、实施例4-6中的低粘度改性料

实施例7-14

实施例7-14的低收缩低粘度超高强混凝土与实施例1的区别在于其防缩体的选择不同，具体如表4所示。

表4 实施例1、实施例7-14中的防缩体

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于低收缩低粘度超高强混凝土中未添加低粘度改性料。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于低收缩低粘度超高强混凝土中添加的低粘度改性料为市售的粉煤灰。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于低收缩低粘度超高强混凝土中未添加防缩体。

性能检测试验

1、抗压强度测试

低收缩低粘度超高强混凝土抗压强度测试所用试块为100mm×100mm×100mm立方体，所有强度数据均未考虑尺寸效应系数，参照《GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》。采用全自动混凝土压力机进行测试试样7天后的抗压强度。

2、粘度测试

低收缩低粘度超高强混凝土的粘度采用混凝土旋转流变仪进行测试。

3、收缩性能检测

采用水泥胶砂干缩试模，试件尺寸为40mm×40mm×160mm，在试模的两个端面中心各开一个直径6.5mm的孔洞放置收缩测定头。收缩头为黄铜加工而成。收缩性能采用水泥胶砂膨胀测量仪测定，标准杆长度175-177mm，测量精度为0.001mm。

在收缩模具内表面涂一薄层脱模油，将收缩头固定在试模两端面的孔洞中，使收缩头露出时间端面7-9mm。取步骤S3中以1000r/min混合搅拌后15min后的混合液倒入收缩试模内，轻轻搅动使其密实，然后用金属刮刀清除多余部分，使ECC完全充满模具并使其表面平整。

在标准试验条件下放置24小时后拆模，编号，表明测试方向，脱模后30分钟内按标明的测定方向测定试件长度，即为试件的初始长度。测定前，用标准杆调整收缩仪的千分表原点。测量试件28天后的收缩率。试件收缩率应表述为试件养护后相对于试件刚脱模时基准长度的负（收缩）或正（膨胀）变化。

表5 性能检测表

将实施例1-3进行对比，由于实施例2的抗压强度最大、粘度最小、收缩率最小，因此实施例2中原料的配比最佳。

将实施例4、实施例5与实施例1进行对比，实施例1采用制备例1的低粘度改性料，实施例4采用制备例2的低粘度改性料，实施例5采用制备例3的低粘度改性料。制备例1-3的不同之处在于制备低粘度改性料时的组分配比不同。而实施例4的抗压强度最大、粘度最小、收缩率最小，因此实施例4制备低粘度改性料时的组分配比最佳。

将实施例6与实施例1进行对比，实施例1采用制备例1的低粘度改性料，实施例6采用制备例4的低粘度改性料。制备例1和制备例4的不同之处在于制备例4中步骤（3）中的干燥物料未经偶联剂改性，干燥物料即为空心微珠结构的粉煤灰，即为低粘度改性料。而实施例1的抗压强度较大、粘度较小，因此本申请中通过偶联剂改性空心微珠结构的粉煤灰，提高了空心微珠结构粉煤灰在低收缩低粘度超高强混凝土中的分散性。

将实施例7、实施例8与实施例1进行对比，实施例1采用制备例5的防缩体，实施例7采用制备例6的防缩体，实施例8采用制备例7的防缩体。制备例1、制备例7-8的不同之处在于制备防缩体时的组分配比不同。而实施例7的抗压强度最大、收缩率最小，因此实施例7的制备防缩体时的组分配比最佳。

将实施例9、实施例10与实施例1进行对比，实施例1采用制备例5的防缩体，实施例9采用制备例8的防缩体，实施例10采用制备例9的防缩体。制备例1、制备例9-10的不同之处在于采用的聚丙烯纤维不同。而实施例10的抗压强度最大、收缩率最小，因此实施例10的聚丙烯纤维最佳。

将实施例11-13与实施例1进行对比，实施例1采用制备例5的防缩体，实施例11采用制备例10的防缩体，实施例12采用制备例11的防缩体，实施例13采用制备例12的防缩体。制备例1、制备例10-12的不同之处在于聚丙烯纤维的长径比不同。而实施例1的抗压强度最大、粘度最小、收缩率最小，因此实施例1的聚丙烯纤维的长径比最佳。

将实施例14与实施例1进行对比，实施例1采用制备例5的防缩体，实施例14采用制备例13的防缩体。制备例1、制备例13的不同之处在于纤维的选择不同。而实施例1的抗压强度较大、粘度较小、收缩率较小，因此实施例1的聚丙烯纤维优于钢纤维。

将对比例1与实施例1进行对比，对比例与实施例1的区别在于低收缩低粘度超高强混凝土中未添加低粘度改性料，而实施例1的抗压强度较大、粘度较小，因此低粘度改性料降低了低收缩低粘度超高强混凝土的粘度，增加了低收缩低粘度超高强混凝土的粘度的强度。

将对比例2与实施例1进行对比，对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的低收缩低粘度超高强混凝土中添加的低粘度改性料为市售的粉煤灰。而实施例1的抗压强度较大、粘度较小，因此本申请中制备的空心结构的粉煤灰降低了低收缩低粘度超高强混凝土的粘度，增加了低收缩低粘度超高强混凝土的粘度的强度。

最后，将对比例3与实施例1进行对比，对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的低收缩低粘度超高强混凝土中未添加防缩体。而实施例1的抗压强度较大、收缩率较大，因此本申请中的防缩体降低了低收缩低粘度超高强混凝土的收缩率，增加了低收缩低粘度超高强混凝土的粘度的强度。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：

水泥320-450份；

石料300-420份；

砂600-860份；

水260-400份；

硅灰40-60份；

矿石粉15-32份；

减水剂35-50份；

防缩体40-70份；

低粘度改性料95-105份；所述低粘度改性料包括空心微珠结构的粉煤灰。

2.根据权利要求1所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于：所述空心微珠结构的粉煤灰采用以下方案制成：

（1）按重量份计，取10-20份粉煤灰、20-30份水和3-5份分散剂球磨，得悬浮体；

（2）按重量份计，取4-6份发泡剂、3-5份粘结剂和33-55份步骤（1）中的悬浮体混合搅拌后，得泡沫浆料；

（3）将步骤（2）中的泡沫浆料经离心雾化、干燥后，得干燥物料并经表面改性，得空心微珠结构的粉煤灰。

3.根据权利要求2所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于：步骤（3）中所述表面改性为偶联剂接枝改性，所述干燥物料与所述偶联剂的质量比为（4-10）：（1-4）。

4.根据权利要求1所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于：所述防缩体包含质量比为（6-10）：（4-12）的纤维和纤维素醚；所述纤维为聚丙烯纤维或钢纤维。

5.根据权利要求4所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于：所述纤维为聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维包含质量比为（1-2）：（4-16）的聚丙烯细纤维和聚丙烯粗纤维，所述聚丙烯细纤维的直径为0.02-0.08mm，所述聚丙烯粗纤维的直径为0.2-0.9mm。

6.根据权利要求4所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土，其特征在于：所述纤维的长径比为100-600。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、一次混合：将防缩体、硅灰、矿石粉和粉煤灰加入到搅拌机中搅拌混合，得掺杂料；

S2、二次混合：将水泥、石料、砂和步骤S1中的掺杂料混合后搅拌，得混合料；

S3、共混：将减水剂、水依次加入步骤S2中的混合料中混合搅拌后，自然晾干，得低收缩低粘度超高强混凝土。

8.根据权利要求7所述的一种低收缩低粘度超高强混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的搅拌速度为200-300r/min，所述步骤S2中的搅拌速度为500-650r/min，所述步骤S3中的搅拌速度为1000-1200r/min。