CN113929385A - 一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物的质量百分比为44.95％、38.74％、2.29％～9.16％、0.65％、6.5％、0％～6.87％；所述掺杂物为风积沙或者铬铁渣；所述石英砂、石英粉、风积沙和铬铁渣的粒径分别为：0.212～0.850mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm。本发明采用风积沙或者铬铁渣取代现有UHPC中的部分石英粉，可以明显的降低UHPC的收缩性能，同时达到节能减排低碳的效果。

Description

一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料。
背景技术
超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度与优异耐久性的新型水泥基复合材料，适用于各种严苛环境下的大跨高层建筑结构，其研究与应用已成为近年来土木工程的热点与前沿技术。传统的UHPC制备原理是基于“均布超细致密理论”，剔除粗骨料，使用坚硬的石英砂与石英粉，通过很低的水胶比，并在制备过程中加入具有高活性的矿物掺合料，来改善混凝土内部的孔结构和提高混凝土内部的致密性。但是传统UHPC具有诸多缺陷，包括：原材料成本高、能耗高、工作性能差、收缩大、养护方式复杂等，其中最主要的问题是传统UHPC采用高温蒸养方式来减少收缩，大大造成了养护成本高，限制了工程应用，这些缺陷成为UHPC发展亟待解决的问题。
目前，国内外研究者开展大量试验研究，用以降低原材料的成本及收缩问题。如高原等研究发现85℃高温蒸养可提高棱柱体抗压强度，蒸养温度对抗折强度的影响较小；崔存森等研究发现与标准养护相比热水养护、干热养护与组合养护均可使得UHPC的干燥收缩减少，提高混凝土的强度；董伟等研究发现，在砂浆中掺入风积沙可以改善骨料的颗粒级配，提高砂浆的抗压强度；龚建清等研究发现2％减缩剂和10％HCSA膨胀剂复掺对UHPC收缩的抑制作用最好，同时UHPC具有较高的力学性能；杨峰等研究了不同掺量铬铁渣粉对混凝土物理力学性能的影响，研究表明适量的铬铁渣可以提高混凝土的力学性能；其中比较有效的方法是采用绿色、环保、低能耗的固废材料，包括风积沙、铬铁渣、稻壳灰、铁矿石等。然而，大多数关于风积沙和铬铁渣的研究都集中在砂浆和普通混凝土上，而对风积沙、铬铁渣制备UHPC的研究很少；大多数UHPC的研究采用不同的养护方式来减少收缩，高能耗且繁琐复杂，而从骨料搭配选取上来解决UHPC收缩大等问题尚无研究。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，采用风积沙或铬铁渣取代现有UHPC中的部分石英粉，可以明显的降低UHPC的收缩性能，同时达到节能减排低碳的效果。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物的质量百分比分别为44.95％、38.74％、2.29％～9.16％、0.65％、6.5％、0％～6.87％。
进一步的，所述掺杂物为风积沙或者铬铁渣。
进一步的，所述石英砂、石英粉、风积沙和铬铁渣的粒径分别为：0.212～0.850mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm。
进一步的，所述三元混合胶凝体系包括水泥、粉煤灰、硅灰和水，所述水泥、粉煤灰、硅灰和水的质量百分比分别为24.16％、7.71％、6.25％和6.83％。
进一步的，所述水泥采用蒙西P.O52.5水泥，密度为3120kg/m3。
进一步的，所述粉煤灰细度为25％，28d活性指数为76％。
进一步的，所述硅灰的比表面积17930m2/kg，28d活性指数为115％。
进一步的，所述外加剂采用复合型聚羧酸高性能减水剂，含固量为26％，减水率为35％。
进一步的，所述钢纤维采用端钩形镀铜钢纤维。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，
1、本发明中的超高强度混凝土混合料采用风积沙或铬铁渣取代现有UHPC中的部分石英粉，可以明显的降低UHPC的收缩性能，同时达到节能减排低碳的效果。
2、本发明中的超高强度混凝土混合料均为大流态超高性能混凝土，扩展度均在650mm～800mm之间；且在风积沙或铬铁渣对石英粉的取代率为50％时制得的超高强度混凝土混合料抗压强度和抗折强度最佳，能够明显的降低UHPC的早期收缩和后期干燥收缩，很好的解决了UHPC收缩大的问题，从而大大减少了养护费用，为UHPC在工程中大量使用提供了技术依据。
附图说明
图1为本发明风积沙颗粒放大形貌图。
图2为本发明铬铁渣颗粒放大形貌图。
图3为本发明铬铁渣外观形貌图。
图4为本发明铬铁渣外观样点高度曲线。
图5为本发明UHPC坍落扩展度测量图。
图6为本发明掺杂物对石英粉的相对取代率与坍落扩展度的关系图。
图7为本发明不同的超高强度混凝土混合料抗折强度。
图8为本发明不同的超高强度混凝土混合料抗压强度。
图9为本发明不同的超高强度混凝土混合料的早期收缩率拟合曲线。
图10为本发明不同的超高强度混凝土混合料早期收缩装置图。
图11为本发明不同的超高强度混凝土混合料的干燥收缩率变化曲线。
图12为本发明不同的超高强度混凝土混合料气泡变化图。
图13为本发明不同的超高强度混凝土混合料内部孔结构变化规律。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例一：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂和钢纤维；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂和钢纤维的质量百分比分别为44.95％、38.74％、9.16％、0.65％和6.5％。
所述三元混合胶凝体系包括水泥、粉煤灰、硅灰和水，所述水泥、粉煤灰、硅灰和水的质量百分比分别为24.16％、7.71％、6.25％和6.83％。需要说明的是，在该超高性能混凝土中，水泥的用量为580kg/m3，其他原料的百分比均以水泥为基准。
具体的，所述水泥选用蒙西P.O52.5水泥，密度为3120kg/m3；所述粉煤灰选用包头河西电厂的II级粉煤灰，细度为25％(0.045mm筛网负压筛析)，28d活性指数为76％；所述硅灰选用宁夏特种科技有限公司的硅灰，比表面积17930m2/kg，28d活性指数为115％；所述外加剂为减水剂，选用内蒙古包头市安顺新型建材有限责任公司生产的复合型聚羧酸高性能减水剂，其含固量为26％，减水率为35％；所述钢纤维选用上海真强纤维有限公司生产的端钩形镀铜钢纤维，其性能指标如下表1所示。
表1钢纤维性能指标
Figure BDA0003303687300000041
所述石英砂和石英粉的粒径分别为：0.212～0.850mm、0.075～0.212mm，所述石英砂和石英粉的物理性能指标如下表2所示。所述石英粉的化学成分分析如下表3所示，石英砂和石英粉的化学成分完全相同。
表2石英砂和石英粉的物理性能指标
Figure BDA0003303687300000042
表3石英粉的化学成分分析
Figure BDA0003303687300000043
将实施例一中的超高强度混凝土混合料作为基准UHPC，编号为SUC1，采用普通搅拌装置制备而得。
实施例二：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙的质量百分比分别为44.95％、38.74％、6.87％、0.65％、6.5％、2.29％。
所述风积沙的粒径为0.075～0.212mm，所述风积沙的物理性能指标和化学成分分析分别如下表4和下表5所示，所述风积沙颗粒的放大形貌图如附图1所示。
表4风积沙的物理性能指标
Figure BDA0003303687300000051
表5风积沙的化学成分分析
Figure BDA0003303687300000052
实施例二中除石英粉和风积沙的质量百分比与实施例一不同以外，其他均相同。实施例二中风积沙对石英粉的取代率为25％，将该超高强度混凝土混合料编号为FUC2-I。
实施例三：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙的质量百分比分别为44.95％、38.74％、4.58％、0.65％、6.5％、4.58％。
实施例三中除石英粉和风积沙的质量百分比与实施例二不同以外，其他均相同。实施例三中风积沙对石英粉的取代率为50％，将该超高强度混凝土混合料编号为FUC2-II。
实施例四：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和风积沙的质量百分比分别为44.95％、38.74％、2.29％、0.65％、6.5％、6.87％。
实施例四中除石英粉和风积沙的质量百分比与实施例二不同以外，其他均相同。实施例四中风积沙对石英粉的取代率为75％，将该超高强度混凝土混合料编号为FUC2-III。
实施例五：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣的质量百分比分别为44.95％、38.74％、6.87％、0.65％、6.5％、2.29％。
所述铬铁渣来源于冶炼高碳铬铁合金时产生的废渣，经球磨机研磨筛分制成，粒径为0.075～0.212mm，所述铬铁渣的物理性能指标和化学成分分析分别如下表6和下表7所示，所述铬铁渣颗粒的放大形貌图如附图2，扫描外观形貌图以及外观样点高度曲线分别如附图3、4所示。
表6铬铁渣的物理性能指标
Figure BDA0003303687300000061
表7铬铁渣的化学成分分析
Figure BDA0003303687300000062
实施例五中除石英粉和铬铁渣的质量百分比与实施例一不同以外，其他均相同。实施例五中铬铁渣对石英粉的取代率为25％，将该超高强度混凝土混合料编号为GUC3-I。
实施例六：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣的质量百分比分别为44.95％、38.74％、4.58％、0.65％、6.5％、4.58％。
实施例六中除石英粉和铬铁渣的质量百分比与实施例五不同以外，其他均相同。实施例六中铬铁渣对石英粉的取代率为50％，将该超高强度混凝土混合料编号为GUC3-II。
实施例七：
一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和铬铁渣的质量百分比分别为44.95％、38.74％、2.29％、0.65％、6.5％、6.87％。
实施例七中除石英粉和铬铁渣的质量百分比与实施例五不同以外，其他均相同。实施例七中铬铁渣对石英粉的取代率为75％，将该超高强度混凝土混合料编号为GUC3-III。
将上述实施例一至实施例七中的超高强度混凝土混合料的配比进行整理汇总，结果如下表8所示。
表8实施例一至实施例七中UHPC各组分配比
Figure BDA0003303687300000071
对本发明实施例一至实施例七中的七种超高强度混凝土混合料进行强度和收缩性能的试验分析，探索风积沙、铬铁渣对UHPC强度和收缩性能的影响。具体的试验方法及检验依据包括：
1)工作性能：通过坍落扩展度来表征，参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》执行；UHPC坍落扩展度测量图如附图5所示。
2)立方体力学性能试验：抗折强度试件尺寸100mm×100mm×400mm、抗压强度试件尺寸100mm×100mm×100mm，参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中有关规定进行，将试块标准养护至7d、28d、56d，测试试件的抗折强度和抗压强度；
3)收缩试验：试件尺寸采用100mm×100mm×515mm，参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，早期收缩采用HC-NES型非接触式混凝土收缩变形测定仪器对UHPC早期收缩进行测定，测量间隔3h，总时长72h；干燥收缩采用接触法，2d拆模后作为其收缩的初始值，依次测定其3d、5d、7d、14d、28d、56d、72d、90d、180d的干燥收缩；
4)孔结构：利用NELD-BS610型硬化混凝土气泡间距系数分析仪进行硬化混凝土气泡特征参数测定，采用机械切割的方式将试件切割成试件尺寸100mm×100mm×10mm薄片状，打磨、抛光至平整，然后在试件表面涂上白色荧光粉进行气孔结构研究。
试验结果
1)超高强度混凝土混合料的工作性能
本发明中七种超高强度混凝土混合料的工作性能试验结果如附图6所示，从附图6中可以看出，本发明中七种超高强度混凝土混合料均为大流态超高性能混凝土，扩展度均在650mm～800mm之间。而风积沙、铬铁渣的掺入降低了超高强度混凝土混合料的扩展度，且随取代率的增加扩展度逐渐降低，相对取代率与扩展度呈负相关关系。当风积沙、铬铁渣相对取代率为75％时，超高强度混凝土混合料的扩展度降低幅度最为明显，分别降低了8.28％和10.34％。针对于风积沙组，其原因在于风积沙相较于传统石英粉来说，其比表面积和需水量比较大，故会降低新拌超高强度混凝土混合料的流动性；而对于磨细铬铁渣粉，由于其颗粒表面粗糙且伴随有大量的开口孔隙，从而在单位用水量不变的情况下，会较大程度上降低拌合物的流动性；且铬铁渣粉的吸水率比风积沙的吸水率大，相对降低超高强度混凝土混合料的流动性较大。
2)UHPC的力学性能
不同掺量风积沙、铬铁渣超高强度混凝土混合料的7d、28d、56d抗折强度和抗压强度分别如附图7和附图8所示。从附图7和附图8中可以看出，七种超高强度混凝土混合料的抗折强度和抗压强度均随龄期的增加而逐渐增加，当风积沙取代石英粉50％时，风积沙会显著提高超高强度混凝土混合料各个龄期的强度，7d、28d和56d抗折强度和抗压强度分别提高了13.59％和3.25％、5.57％和7.04％、7.19％和5.98％，主要原因在于风积沙中的酸性氧化物SiO2和两性氧化物Al2O3含量超过80％,大量活性SiO2和少量Al2O3与碱性激发剂Ca(OH)2发生水化反应，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，C-S-H与水泥其他水化产物交织排列在一起，形成致密的网状结构，故会提高超高强度混凝土混合料强度；此外，适量的风积沙掺量会提高骨料之间的颗粒填充度，提高超高强度混凝土混合料的密实度；当风积沙取代率为25％和75％时，相较于基准组强度会有所下降，其原因在于风积沙掺量过少时不能起到良好的填充效应，内部孔隙率较大而强度较低；而风积沙掺量过大时，其吸附有效的水分子造成混凝土内部有效水分子的缺失，会使后期水化反应不能有效的进行，降低了超高强度混凝土混合料的后期强度。
而铬铁渣的掺入会一定程度上降低超高强度混凝土混合料的抗折、抗压强度，主要原因在于铬铁渣颗粒开口孔隙大，颗粒质地不坚硬，造成前期强度发展相对较低。
3)超高强度混凝土混合料早期自收缩
针对上述工作性能和力学性能方面的研究结果，在其工作性能满足施工要求的情况下，风积沙、铬铁渣分别取代石英粉50％时强度最佳。
附图9为传统超高强度混凝土混合料组，风积沙、铬铁渣取代50％石英粉时超高强度混凝土混合料早期收缩率随时间变化规律；附图10为早期收缩的实测装置图。
从附图9中可以看出，风积沙、铬铁渣取代50％石英粉后均会显著降低超高强度混凝土混合料的早期收缩率，72h时风积沙组、铬铁渣组相较于传统超高强度混凝土混合料组，早期收缩率分别降低了24.08％和33.28％，且铬铁渣组的早期收缩率相对最低，初始有微膨胀现象，且早期收缩均在24h后趋于稳定。对铬铁渣组，其原因在于掺入铬铁渣不仅可以优化超高强度混凝土混合料内骨料级配，且磨细的铬铁渣中由于存在较多含量的MgO，又由于铬铁渣多孔疏松的特性，部分游离的MgO与水在碱性的Ca(OH)2环境下会生成Mg(OH)2，造成体积的微膨胀，会较大程度的降低超高强度混凝土混合料早期收缩率，解决超高强度混凝土混合料早期收缩较大这一技术难题。
对风积沙组，风积沙中酸性氧化物SiO2和两性氧化物Al2O3等与Ca(OH)2发生二次水化反应生成了强度更高的低碱度C-S-H玻璃体凝胶，削弱了由于Ca(OH)2晶体富集而产生的过渡区，提高了混凝土内部的密实度，从而提高了强度，减缓了早期收缩。
采用HC-NES型非接触式混凝土收缩变形测定仪器对超高强度混凝土混合料早期收缩进行测定，根据实测数据的发展规律，依据Logistic模型对收缩数据进行拟合，拟合结果表明：早期超高强度混凝土混合料早期收缩率和测量时间之间的关系符合公式(1)，拟合参数和拟合曲线分别如下表9和附图9所示，相关系数的绝对值均大于0.98，拟合效果良好。通过上述拟合曲线，可以更加直观的得出：相较于传统石英砂组，前6h风积沙组与基准组收缩率基本接近，6h后风积沙组的收缩幅度明显降低；对于铬铁渣组，前3h内伴随有微膨胀，早期收缩率明显降低，且在24h后趋于稳定。通过拟合曲线可以较清楚的看出超高强度混凝土混合料的早期收缩率发展规律，该拟合公式为超高强度混凝土混合料早期收缩率的定量计算提供相应的理论支撑。
Figure BDA0003303687300000101
公式(1)中，y为早期收缩率，x为测量时间，a，b分别为早期收缩率初始值和最终值，x0为收缩快速增长期中值，p为早期收缩率系数。
表9不同的超高强度混凝土混合料早期收缩率拟合参数
Figure BDA0003303687300000111
4)UHPC后期干燥收缩
附图11为传统超高强度混凝土混合料组、50％取代率的风积沙组、50％取代率的铬铁渣组超高强度混凝土混合料后期干燥收缩率随时间变化规律；从图11中可以明显看出，传统UHPC组、风积沙组、铬铁渣组28d干燥收缩率分别达到331×10-6、196×10-6、165×10-6，相较于传统UHPC组，风积沙组、铬铁渣组28d干燥收缩率明显降低，收缩率分别降低了40.79％和50.15％，铬铁渣组28d的干燥收缩率降低幅度最大；180d时风积沙组、铬铁渣组相较于传统UHPC组，收缩率分别降低了36.91％和44.19％。
对铬铁渣组，原因是超高强度混凝土混合料本身水胶比极低，后期在超高强度混凝土混合料胶凝体系中参与水化反应的水分子相对较少，而磨细铬铁渣粉颗粒因为其多孔疏松的结构，表面含有大量的毛细开口孔，在水化反应初期开口孔中吸附了部分水分子，当后期超高强度混凝土混合料内部缺水时，其开口孔中吸附的水分子得以释放并参与水化反应，同时铬铁渣中含有较多的MgO，MgO会与水在特定环境下发生反应生成Mg(OH)2产生微膨胀，膨胀与收缩会部分抵消，故后期收缩率低于传统UHPC组和风积沙组。
对风积沙组，是由于风积沙中的Al2O3和SiO2含量超过80％，相较于传统石英粉组，风积沙表面光滑呈球形状，能起到很好的骨料填充润滑作用，发挥了一定的微集料效应，可以降低收缩。综上，针对传统单一的石英粉组，掺入适量风积沙、铬铁渣能很好的减缓超高强度混凝土混合料的收缩，解决了传统UHPC干燥收缩大的问题，为UHPC在工程中大量使用提供了技术依据。
5)孔结构变化
下表10为50％取代率的铬铁渣组，50％取代率的风积沙组，传统石英砂基准组的硬化混凝土气泡间距试验相关数据，研究表明风积沙组28d其内部气泡含量最低，且气泡平均弦长最小，相对孔隙率最低，较为密实；且从表中可以看出三组配合比的气泡间距系数都相对较低，结合前面相关试验，整体强度都较高，耐久性能良好。
表10不同的超高强度混凝土混合料内部气泡试验相关数据
Figure BDA0003303687300000121
附图12为硬化混凝土气泡间距系数测定试块，观察整体宏观形貌，气泡分布还是比较均匀的，但铬铁渣组相对于基准组和风积沙组，大气孔的数量相对增多；附图13为传统石英砂、风积沙取代50％石英粉和铬铁渣取代50％石英粉超高强度混凝土混合料内部孔隙变化规律。从图13的3D瀑布图中可以明显看出，风积沙组的气泡分布相对均匀，内部含气量和大气孔的数量明显较低，这是因为适量掺入风积沙后能明显的改善孔结构，大大降低多害大气孔的存在，使超高强度混凝土混合料内部更加密实；而铬铁渣组，其含气量明显高于传统石英砂组和风积沙组，大气孔的数量也相对较多，结合前面的研究数据，可以明显看出前期由于大气孔数量相对较多，降低了部分超高强度混凝土混合料的强度，但铬铁渣的掺入会明显降低超高强度混凝土混合料的收缩性能，提高UHPC的工程应用范围。
综上所述，本发明中在单位用水量一定的情况下，掺入风积沙或者磨细铬铁渣粉会一定程度上降低超高强度混凝土混合料的流动性，风积沙对流动性的影响较低。但整体坍落扩展度均高于650mm，能够满足工程施工泵送的要求。
相较于传统UHPC组，风积沙取代50％石英粉能有效的提高其抗压强度和抗折强度，UHPC中掺入铬铁渣粉能满足UHPC120的强度要求；原因在于风积沙的掺入会一定程度上优化其内部毛细孔结构，降低大气孔的含量；铬铁渣大气孔含量较高，早期强度虽有所降低，但随着水化反应的进行，吸附在铬铁渣开口孔中的水分子参与水化反应，其水化产物封堵孔洞密实性提高，大大减缓了UHPC的收缩性能。
传统UHPC收缩较大，采用风积沙、磨细铬铁渣粉分别取代50％石英粉都能明显降低UHPC的早期收缩率和后期干燥收缩率，最终分别降低了24.08％和33.28％、36.91％和44.19％，从骨料选取和掺量上很好的解决了UHPC收缩大的问题，从而大大减少了养护费用，方便了UHPC在工程中的大量使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于，包括以下原料：三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物；所述三元混合胶凝体系、石英砂、石英粉、外加剂、钢纤维和掺杂物的质量百分比分别为44.95％、38.74％、2.29％～9.16％、0.65％、6.5％、0％～6.87％。
2.根据权利要求1所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述掺杂物为风积沙或者铬铁渣。
3.根据权利要求2所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于，所述石英砂、石英粉、风积沙和铬铁渣的粒径分别为：0.212～0.850mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm、0.075～0.212mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述三元混合胶凝体系包括水泥、粉煤灰、硅灰和水，所述水泥、粉煤灰、硅灰和水的质量百分比分别为24.16％、7.71％、6.25％和6.83％。
5.根据权利要求4所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述水泥采用蒙西P.O52.5水泥，密度为3120kg/m3。
6.根据权利要求4所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述粉煤灰细度为25％，28d活性指数为76％。
7.根据权利要求4所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述硅灰的比表面积17930m2/kg，28d活性指数为115％。
8.根据权利要求1所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述外加剂采用复合型聚羧酸高性能减水剂，含固量为26％，减水率为35％。
9.根据权利要求1所述的一种具有低收缩性能的超高强度混凝土混合料，其特征在于：所述钢纤维采用端钩形镀铜钢纤维。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009084095A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Denki Kagaku Kogyo Kk 低収縮超高強度繊維補強セメント組成物、低収縮超高強度繊維補強モルタル又はコンクリート、並びに低収縮超高強度セメント混和材
JP2014169213A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 超高強度高流動コンクリートおよびセメント組成物
CN111533504A (zh) * 2020-04-10 2020-08-14 中铁大桥科学研究院有限公司 一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土及其制备方法
CN111847944A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 中国建筑科学研究院有限公司 一种用于混凝土骨料的铬铁渣及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009084095A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Denki Kagaku Kogyo Kk 低収縮超高強度繊維補強セメント組成物、低収縮超高強度繊維補強モルタル又はコンクリート、並びに低収縮超高強度セメント混和材
JP2014169213A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 超高強度高流動コンクリートおよびセメント組成物
CN111533504A (zh) * 2020-04-10 2020-08-14 中铁大桥科学研究院有限公司 一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土及其制备方法
CN111847944A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 中国建筑科学研究院有限公司 一种用于混凝土骨料的铬铁渣及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭雅娟: "铬铁渣作天然砂替代性骨料的优化与改性的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

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