CN114249567B - 一种超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114249567B
CN114249567B CN202111478105.4A CN202111478105A CN114249567B CN 114249567 B CN114249567 B CN 114249567B CN 202111478105 A CN202111478105 A CN 202111478105A CN 114249567 B CN114249567 B CN 114249567B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultra
uhpc
performance concrete
high performance
shrinkage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111478105.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114249567A (zh
Inventor
张聪
蔡景明
鲍世辉
李吴刚
刘文化
张勇
鲁晓源
张建
王喆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nasitong (Jiangsu) High tech Development Co.,Ltd.
Original Assignee
Nasitong Wuxi Technology Development Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nasitong Wuxi Technology Development Co ltd filed Critical Nasitong Wuxi Technology Development Co ltd
Priority to CN202111478105.4A priority Critical patent/CN114249567B/zh
Publication of CN114249567A publication Critical patent/CN114249567A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114249567B publication Critical patent/CN114249567B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/36—Inorganic materials not provided for in groups C04B14/022 and C04B14/04 - C04B14/34
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/383—Whiskers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/12—Waste materials; Refuse from quarries, mining or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/02—Alcohols; Phenols; Ethers
    • C04B24/026—Fatty alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/24—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超高性能混凝土及其制备方法，属于混凝土材料技术领域，每立方米所用原材料按重量计包括：氧化钙‑硫铝酸钙复合膨胀剂60～75kg/m3、两性离子聚合物1.8～2.1kg/m3、2‑甲基‑2‑丙醇9.5～11.5kg/m3、多孔硅微粉5～7kg/m3、高吸水树脂1.05～1.35kg/m3、无机胶凝剂10～15kg/m3以及轻烧碳酸钙晶须14.3～28.6kg/m3，本发明可以实现含粗骨料UHPC在标准养护条件下其强度不低于165MPa、降缩率不低于65％，从而制备出能够满足工程实用需求的低收缩超高性能混凝土材料。

Description

一种超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，特别是涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)因其具有超高的强度、超高的韧性和超高的耐久性，近年来在桥梁、建筑等领域得到了越来越广泛的应用。但是目前，收缩问题依然是UHPC所面临的主要技术难题之一。
UHPC的收缩主要有两类：自收缩和干燥收缩。其中，自收缩通常占UHPC总收缩量的2/3左右。从机理上来说，UHPC的自收缩和干燥收缩都是由于毛细孔失水，使孔隙内凹液面下降，在孔壁上产生围压，致使毛细孔壁受到压缩，最终表现为UHPC在宏观上的体积收缩。所不同的是，自收缩是由于UHPC内部胶凝材料水化反应耗水产生自干燥过程，致使毛细孔内液面逐渐下降；而干燥收缩是由于环境因素的作用使得UHPC内部的水分向外部迁移和挥发，致使毛细孔内液面逐渐下降。
目前控制UHPC收缩的措施主要有两类：被动限缩和主动减缩。被动限缩的技术手段主要是使用高刚度粗骨料提高UHPC的弹性模量和体积稳定性，被动限制UHPC的宏观收缩，但是会削弱UHPC基体的匀质性，导致UHPC强度降低；同时，综合考虑粗骨料对UHPC力学性能的不利影响，其掺量通常并不可能太高，也因此单独使用粗骨料的限缩效果比较有限。主动减缩的技术手段主要是使用减缩剂或进行内养护。使用减缩剂属于主动降低毛细孔水表面张力的技术手段，通过降低毛细孔压力减小UHPC的收缩，但是单独使用减缩剂其减缩率通常只有30％左右。使用多孔吸水材料(如多孔陶粒、高吸水树脂SAP等)进行内养护属于主动内补水延缓毛细孔凹液面下降的技术手段，同样是通过降低毛细孔压力减小UHPC的收缩，减缩率可以达到30％～40％，但是多孔吸水材料由于自身力学性能偏低，通常会明显削弱UHPC的强度，严重限制了UHPC的应用场景。
众多的UHPC相关标准(如中国的T/CBMF 37-2018和T/CECS10107-2020)均要求UHPC的抗压强度不低于120MPa，而从工程实用角度而言，目前则需要UHPC的强度达到150MPa～180MPa(如南京长江五桥)，且为了工程应用便利，通常要求UHPC仅进行标准条件养护，而尽量避免采用蒸养等较为复杂的养护手段。不难理解的是，如果不做特殊的减缩或者控缩处理，更高强度等级的UHPC必然产生更大的收缩，因此，在追求UHPC更高力学性能的同时，其收缩问题同样需要引起足够的重视。联合使用主动减缩和被动限缩手段可以显著降低UHPC的收缩，但是同时会劣化UHPC的强度，使其难以达到工程实用需求。
专利CN 111072348A公开了一种联合使用粗骨料和减缩剂(乙二醇)制备低收缩UHPC的方法。但是，由该专利所公开的标准条件下养护28d的UHPC抗压强度数据可以发现：所制备的UHPC强度均低于115MPa，说明粗骨料严重劣化了UHPC的力学性能，相较工程实用需求仍有较大的距离。
专利CN 106747112B公开了一种联合使用多孔粗骨料、减缩剂(降表张剂)和高吸水树脂SAP制备低收缩UHPC的方法。该专利所公开的UHPC在标准养护条件下其自收缩和干燥收缩分别降低了约40％和30％，减缩效果比较显著。但是，28d抗压强度均低于120MPa，相较工程实用需求同样有较大的距离，严重限制了该UHPC材料的应用场景。
专利CN 109369118B公开了一种联合使用粗骨料和高吸水树脂SAP制备低收缩UHPC的方法。与传统方法不同的是，该专利创新性地将SAP负载于纤维表面，提高了SAP的分散性和减缩效率，所制备的UHPC材料28d收缩值降低了43％左右。但是同样地，该专利并没有解决UHPC的强度问题，所制备的UHPC在标准条件养护28d的抗压强度均未超过120MPa，相较工程实用需求仍有较大的距离。
专利CN 110950604A公开了一种联合使用高吸水树脂SAP和膨胀剂制备不含粗骨料UHPC的方法。通过调整SAP和膨胀剂的掺入比例，所制备的UHPC材料具有较低的自收缩性能，相比于未使用降缩手段的对比例，其自收缩的降低率最高达到了51.8％左右，降缩效果明显。但是，该专利技术依然没有解决UHPC的强度问题，所制备的UHPC在标准条件养护28d的抗压强度均未超过135MPa，相较工程实用需求仍有较大的距离；同时，考虑到该专利技术未使用粗骨料，所制备的UHPC其弹性模量将偏低，将限制其工程应用场景。
专利CN 111517714A公开了一种使用粗骨料制备UHPC的方法。但是该专利主要关注的是UHPC的泵送性能，并没有对收缩问题予以特别考虑，同时，所公开的UHPC在标准条件养护28d的抗压强度均低于125MPa，尚不能满足UHPC对于高强度和低收缩的要求。
专利CN 105693166A公开了一种使用粗骨料制备UHPC的方法。该专利重点要解决的是UHPC的抗高温爆裂问题，虽然该专利所公开的含粗骨料UHPC的强度可以达到160MPa，但是需要采用较为复杂的亚高温养护。从蒸养UHPC的强度发展规律来说，采用亚高温养护必然可以显著提高UHPC的力学性能，但是复杂的养护手段并不利于工程中的实际应用。同时，该专利技术在控缩方面仅使用了限缩手段(添加粗骨料)，虽然未给出相应的收缩测试数据，但是大量研究表明仅添加粗骨料的控缩效果比较有限。
专利CN 107352916A、CN 107285707A、CN 107512887A、CN 107285708A、CN107285711A系列公开了C210、C220、C230、C240和C250的含粗骨料UHPC的制备方法。虽然该系列专利通过碱激发技术(添加激发剂)和纳米改性技术(添加碳纳米管和石墨烯)实现了含粗骨料UHPC力学性能的跨越式提升，但是并没有采取特殊措施关注所制备UHPC的收缩问题。而如果不做特殊的减缩或者控缩处理，更高强度等级的UHPC必然产生更大的收缩，这将成为UHPC工程应用中的潜在风险。
综上分析可以发现，如何在有效控缩的前提下保证UHPC满足工程实用需求的力学性能，依然是UHPC领域目前所面临的主要技术难题。
发明内容
为了满足当前UHPC的工程实用需求，克服现有UHPC收缩大、强度与收缩不匹配等技术难题，本发明公开一种低收缩、满足工程实用需求的UHPC材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种超高性能混凝土，每立方米所用原材料按重量计包括：氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂60～75kg/m3、两性离子聚合物1.8～2.1kg/m3、2-甲基-2-丙醇9.5～11.5kg/m3、多孔硅微粉5～7kg/m3、高吸水树脂1.05～1.35kg/m3、无机胶凝剂10～15kg/m3以及轻烧碳酸钙晶须14.3～28.6kg/m3。
进一步地，所述超高性能混凝土，每立方米所用原材料按重量计还包括：水泥570～675kg/m3、硅灰160～220kg/m3、矿粉135～185kg/m3、机制砂620～690kg/m3、碎石380～500kg/m3、钢纤维117～156kg/m3、减水剂15～19kg/m3以及水181～226kg/m3。
进一步地，所述水泥为与减水剂相容性良好的P■O52.5型或P■II52.5型硅酸盐水泥。
进一步地，所述硅灰的二氧化硅质量百分比不小于96％，平均粒径0.05～0.2μm，比表面积≥17m2/g。
进一步地，所述矿粉的28天活性指数不小于95％，比表面积不小于0.5m2/g。
进一步地，所述机制砂为花岗岩或石英岩材质，0.315～4.75mm粒径，连续级配，且4.75～2.36mm粒径砂：2.36～1.18mm粒径砂：1.18～0.63mm粒径砂：0.63～0.315mm粒径砂＝1:0.68:0.56:0.41(重量比)。
进一步地，所述钢纤维为镀铜超细平直钢纤维，长度12～13mm，直径0.2mm，抗拉强度≥2200MPa。
进一步地，所述碎石为花岗岩或玄武岩材质，4.75mm～9.5mm粒径，连续级配。
进一步地，所述多孔微硅粉直径7～9μm，比表面积≥2.1m2/g。
进一步地，所述高吸水树脂粒径120～180目，纯净水吸水倍数≥100倍，水泥浆溶液吸水倍数≥30倍。
进一步地，所述无机胶凝剂为授权公告号CN 110304858 B一种透水混凝土胶凝剂所合成胶凝剂。
进一步地，所述轻烧碳酸钙晶须为450℃高温处理60min自然冷却后的文石型碳酸钙晶须，直径1～2μm，长度20～30μm，弹性模量410～710GPa。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率≥35％。
本发明可以实现含粗骨料UHPC在标准养护条件下其强度不低于165MPa、降缩率不低于65％，从而制备出能够满足工程实用需求的低收缩超高性能混凝土材料。
本发明还提供一种所述超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1/5水、两性离子聚合物、2-甲基-2-丙醇、减水剂，混合搅拌60s，得到材料A备用；
(2)将碎石、机制砂、高吸水树脂、轻烧碳酸钙晶须，在混凝土搅拌机中混合搅拌120s；
(3)在步骤(2)得到的物质中加入3/5水和无机胶凝剂，继续搅拌60s；
(4)在步骤(3)得到的混合物中依次加入水泥、硅灰、矿粉、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂、多孔硅微粉，继续搅拌60s；
(5)在步骤(4)得到的物质中加入剩余1/5水和所述材料A，继续搅拌120s～240s，直至拌合物达到流动状态；
(6)在步骤(5)得到的物质中加入钢纤维，继续搅拌300s，即得所述超高性能混凝土。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明联合使用高刚度碎石和超高刚度碳酸钙晶须，能够分别从宏观和微观尺度提高UHPC的弹性模量和体积稳定性，限制UHPC的收缩；同时，本发明通过引入无机胶凝剂，在制备过程中先通过搅拌将其预包裹于碎石表面，再混合胶凝材料以实现对碎石与UHPC基体间界面过渡区的有效改善，从而有效降低碎石对UHPC强度的不利影响；此外，本发明在碳酸钙晶须的处理手段方面较现有技术有明显的革新，本发明将文石型碳酸钙晶须450℃高温处理60min自然冷却后可以促使晶须表层区域发生晶型转变，形成一层粗糙的霰石型碳酸钙涂层，在不削弱晶须整体力学性能的前提下，改善了晶须与UHPC基体的黏结性能，从而有效地提高晶须与UHPC的协同变形能力，充分发挥超高刚度晶须对UHPC的限缩效果，同时也强化了碳酸钙晶须对UHPC强度的提升效果，弥补了碎石对UHPC强度的不利影响。
(2)本发明复合使用2-甲基-2-丙醇和两性离子聚合物，能够实现在使用2-甲基-2-丙醇有效降低毛细孔水表面张力的前提下，通过使用两性离子聚合物进一步均化UHPC内部的毛细孔，减缓毛细孔失水引起的毛细孔凹液面的下降，从而有效降低毛细孔压力、减小UHPC的收缩。
(3)本发明适量使用氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂，其中的游离氧化钙通过固相反应水化生成氢氧化钙产生一定的体积膨胀，无水硫铝酸钙、石膏和氢氧化钙通过溶解扩散析晶反应水化生成具有膨胀性的水化硫铝酸钙，而氧化镁和方镁石则转化为水镁石产生体积膨胀，这样便形成了多种膨胀相，有效避免了使用单一膨胀源只能补偿早期收缩、难以补偿UHPC后期干燥收缩的缺陷，从而对UHPC的控缩产生有利影响。
(4)本发明联合使用多孔微硅粉和高吸水树脂，通过均匀缓慢的释水(补水)过程，实现对UHPC的内养护，而补水过程延缓了毛细孔凹液面的下降，从而降低毛细孔压力减小UHPC的自收缩和干燥收缩。但是，高吸水树脂具有吸水膨胀、释水收缩的特点，导致硬化UHPC基体中残留大量孔洞，对UHPC强度不利。为了解决该问题，本发明在制备过程中借助预搅拌保证了高吸水树脂对无机胶凝剂稀释溶液的充分吸收，并通过无机胶凝剂溶液的缓慢释放，促进孔洞周围的胶凝材料与无机胶凝剂发生水化反应，填充密实高吸水树脂因释水残留的孔洞，从而提高UHPC的强度。
(5)本发明所提供的超高性能混凝土最显著的优点是在标准养护条件下，其28d抗压强度可稳定达到165～175MPa，自收缩可以降低78％左右，干燥收缩可以降低68％左右，满足当前UHPC的工程实用需求，同时克服了现有UHPC收缩大、强度与收缩不匹配的技术难题，对推动UHPC的实际工程应用具有重要的参考意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为未经高温处理的文石型碳酸钙晶须的扫描电镜图；
图2为文石型碳酸钙晶须450℃高温处理60min自然冷却后的扫描电镜图；
图3为热处理前后碳酸钙晶须晶型XRD衍射图谱。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中水泥为与减水剂相容性良好的P■O52.5型或P■II52.5型硅酸盐水泥。
本发明实施例中硅灰的二氧化硅质量百分比不小于96％，平均粒径0.05～0.2μm，比表面积≥17m2/g。
本发明实施例中矿粉的28天活性指数不小于95％，比表面积不小于0.5m2/g。
本发明实施例中机制砂为花岗岩或石英岩材质，0.315～4.75mm粒径，连续级配，且4.75～2.36mm粒径砂：2.36～1.18mm粒径砂：1.18～0.63mm粒径砂：0.63～0.315mm粒径砂＝1:0.68:0.56:0.41(重量比)。
本发明实施例中钢纤维为镀铜超细平直钢纤维，长度12～13mm，直径0.2mm，抗拉强度≥2200MPa。
本发明实施例中碎石为花岗岩或玄武岩材质，4.75mm～9.5mm粒径，连续级配。
本发明实施例中多孔微硅粉直径7～9μm，比表面积≥2.1m2/g。
本发明实施例中高吸水树脂粒径120～180目，纯净水吸水倍数≥100倍，水泥浆溶液吸水倍数≥30倍。
本发明实施例中无机胶凝剂为授权公告号CN 110304858 B一种透水混凝土胶凝剂所合成胶凝剂。
本发明实施例中轻烧碳酸钙晶须为450℃高温处理60min自然冷却后的文石型碳酸钙晶须，直径1～2μm，长度20～30μm，弹性模量410～710GPa，未经高温处理的文石型碳酸钙晶须的扫描电镜图见图1、文石型碳酸钙晶须450℃高温处理60min自然冷却后的扫描电镜图见图2，热处理前后碳酸钙晶须晶型XRD衍射图谱见图3。可知，将文石型碳酸钙晶须450℃高温处理60min自然冷却后可以促使晶须表层区域发生晶型转变，形成一层粗糙的霰石型碳酸钙涂层，在不削弱晶须整体力学性能的前提下，改善了晶须与UHPC基体的黏结性能，从而有效地提高晶须与UHPC的协同变形能力，充分发挥超高刚度晶须对UHPC的限缩效果，同时也强化了碳酸钙晶须对UHPC强度的提升效果，弥补了碎石对UHPC强度的不利影响。
实施例1～3
一种超高性能混凝土，原材料包括：水泥、硅灰、矿粉、机制砂、碎石、钢纤维、减水剂、水、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂、两性离子聚合物、2-甲基-2-丙醇、多孔硅微粉、高吸水树脂、无机胶凝剂、轻烧碳酸钙晶须。按表1配合比实施，共3组实施例。需要注意的是，实施例中高吸水树脂的水泥浆溶液吸水倍数为30倍，各组实施例的实际水胶比控制为0.17。
表1实施例1～3的原料配比(kg/m3)
Figure BDA0003394348360000121
Figure BDA0003394348360000131
在制备过程中按表1所示配合比准确称取原材料，具体制备过程如下：首先，将1/5水、两性离子聚合物、2-甲基-2-丙醇、减水剂，混合搅拌60s，得到材料A备用；其次，将碎石、机制砂、高吸水树脂、轻烧碳酸钙晶须，在混凝土搅拌机中混合搅拌120s；随后，加入3/5水和无机胶凝剂，继续搅拌60s；然后，依次加入水泥、硅灰、矿粉、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂、多孔硅微粉，继续搅拌60s；之后，加入剩余1/5水和材料A，继续搅拌120s～240s，直至拌合物达到流动状态；最后，加入钢纤维，继续搅拌300s，即得各组实施例超高性能混凝土材料。
按照标准T/CBMF 37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》和T/CECS10107-2020《超高性能混凝土UHPC技术要求》对材料装模成型并进行标准条件养护，开展28d抗压强度、3d自收缩和56d干燥收缩测试试验，结果如表2所示。
表2实施例1～3的抗压强度、自收缩和干燥收缩测试结果
Figure BDA0003394348360000132
测试结果表明：实施例1～3所给出的3种配合比所配制的含粗骨料超高性能混凝土均具备超低收缩特性，且28d抗压强度均超过165MPa，最高可达到181.2MPa；三组实施例的自收缩均未超过370με，干燥收缩均低于240με。因此，本发明所公开的超高性能混凝土材料完全满足当前UHPC的工程实用需求，同时克服了现有UHPC收缩大、强度与收缩不匹配的技术难题，对推动UHPC的实际工程应用具有重要的参考意义。
对比例1～6
参考实施例2，共试验了6组对比例，按表3配合比实施。各组对比例按照前述技术方案中的制备方法制备并成型试件，按照标准T/CBMF 37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》和T/CECS10107-2020《超高性能混凝土UHPC技术要求》对材料进行标准条件养护，开展28d抗压强度、3d自收缩和56d干燥收缩测试试验，结果如表4所示。
表3对比例1～6的原料配比(kg/m3)
Figure BDA0003394348360000141
Figure BDA0003394348360000151
表4对比例1～6的抗压强度、自收缩和干燥收缩测试结果
Figure BDA0003394348360000152
测试结果表明：对比例所给出的6种配合比所配制的超高性能混凝土的强度和控缩效果均不及实施例2，说明本发明所公开的技术方案能够制备超低收缩的含粗骨料超高性能混凝土。相比于对比例1(未使用任何控缩手段)，按本发明所公开的技术方案制备的超高性能混凝土(如实施例2)无需特殊养护手段，其抗压强度可以达到170MPa以上，而自收缩可以降低78％左右，干燥收缩可以降低68％左右，性能均明显优于现有专利技术，在满足当前UHPC的工程实用需求的同时，克服了现有UHPC收缩大、强度与收缩不匹配的技术难题，工程应用前景广阔。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将1/5水、两性离子聚合物、2-甲基-2-丙醇、减水剂，混合搅拌，得到材料A备用；
（2）将碎石、机制砂、高吸水树脂、轻烧碳酸钙晶须，混合搅拌；
（3）在步骤（2）得到的物质中加入3/5水和无机胶凝剂，继续搅拌；
（4）在步骤（3）得到的混合物中依次加入水泥、硅灰、矿粉、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂、多孔硅微粉，继续搅拌；
（5）在步骤（4）得到的物质中加入剩余1/5水和所述材料A，继续搅拌，直至拌合物达到流动状态；
（6）在步骤（5）得到的物质中加入钢纤维，继续搅拌，即得所述超高性能混凝土；
所述超高性能混凝土，每立方米所用原材料按重量计包括：氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂60~75 kg/m3、两性离子聚合物1.8~2.1 kg/m3、2-甲基-2-丙醇9.5~11.5 kg/m3、多孔硅微粉5~7 kg/m3、高吸水树脂1.05~1.35 kg/m3、无机胶凝剂10~15 kg/m3以及轻烧碳酸钙晶须14.3~28.6 kg/m3；
所述轻烧碳酸钙晶须为450 ℃高温处理60 min自然冷却后的文石型碳酸钙晶须，直径1~2 μm，长度20~30 μm，弹性模量410～710 GPa。
2.根据权利要求1所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，每立方米所用原材料按重量计还包括：水泥570~675kg/m3、硅灰160~220 kg/m3、矿粉135~185 kg/m3、机制砂620~690 kg/m3、碎石380~500 kg/m3、钢纤维117~156 kg/m3、减水剂15~19 kg/m3以及水181~226 kg/m3。
3.根据权利要求2所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述硅灰的二氧化硅质量百分比不小于96%，平均粒径0.05～0.2 μm，比表面积 ≥17 m2/g。
4.根据权利要求2所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述矿粉的28天活性指数不小于95%，比表面积不小于0.5 m2/g。
5.根据权利要求2所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述钢纤维为镀铜超细平直钢纤维，长度12~13 mm，直径0.2 mm，抗拉强度 ≥ 2200 MPa。
6.根据权利要求1所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述多孔硅微粉直径7~9 μm，比表面积 ≥ 2.1 m2/g。
7.根据权利要求1所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述高吸水树脂粒径120~180 目，纯净水吸水倍数 ≥ 100倍，水泥浆溶液吸水倍数 ≥ 30倍。
8.根据权利要求1所述一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率 ≥ 35%。
CN202111478105.4A 2021-12-06 2021-12-06 一种超高性能混凝土及其制备方法 Active CN114249567B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111478105.4A CN114249567B (zh) 2021-12-06 2021-12-06 一种超高性能混凝土及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111478105.4A CN114249567B (zh) 2021-12-06 2021-12-06 一种超高性能混凝土及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114249567A CN114249567A (zh) 2022-03-29
CN114249567B true CN114249567B (zh) 2022-08-09

Family

ID=80791696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111478105.4A Active CN114249567B (zh) 2021-12-06 2021-12-06 一种超高性能混凝土及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114249567B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115180900B (zh) * 2022-07-08 2023-03-28 江苏省科佳工程设计有限公司 一种超高性能预拌透水混凝土及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2249719A1 (en) * 1998-04-16 1999-10-16 Showa Denko Kabushiki Kaisha Freeze-preventing material and method for preventing pavement surface from freezing
WO2012144564A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 住友精化株式会社 吸水性樹脂、吸収体及び吸収性物品
CN109369118A (zh) * 2018-12-31 2019-02-22 成都市水泷头化工科技有限公司 一种低收缩性的超高性能混凝土及制备方法
CN112830729A (zh) * 2021-01-15 2021-05-25 上海煌煌砼制品有限公司 一种高强度混凝土及其制备方法
CN113667061A (zh) * 2021-08-24 2021-11-19 北京建筑材料科学研究总院有限公司 一种吸水树脂及其制备方法与应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108264258B (zh) * 2018-01-26 2021-08-13 湖北工业大学 基于有机无机载体的功能型混凝土添加剂及其制备方法
CN108298921A (zh) * 2018-04-10 2018-07-20 大连理工大学 一种低成本的耐高温纤维增强水泥基复合材料
CN110304858B (zh) * 2019-06-25 2020-03-10 张勇 一种透水混凝土胶凝剂
CN110451847A (zh) * 2019-07-04 2019-11-15 西安建祥建材科技有限公司 一种改性硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂及其制备方法
CN112679162B (zh) * 2020-12-29 2022-01-11 江南大学 一种低收缩超高强度的自密实混凝土及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2249719A1 (en) * 1998-04-16 1999-10-16 Showa Denko Kabushiki Kaisha Freeze-preventing material and method for preventing pavement surface from freezing
WO2012144564A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 住友精化株式会社 吸水性樹脂、吸収体及び吸収性物品
CN109369118A (zh) * 2018-12-31 2019-02-22 成都市水泷头化工科技有限公司 一种低收缩性的超高性能混凝土及制备方法
CN112830729A (zh) * 2021-01-15 2021-05-25 上海煌煌砼制品有限公司 一种高强度混凝土及其制备方法
CN113667061A (zh) * 2021-08-24 2021-11-19 北京建筑材料科学研究总院有限公司 一种吸水树脂及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114249567A (zh) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xun et al. Influence of curing regime on properties of reactive powder concrete containing waste steel fibers
Jian et al. Study on performance and function mechanisms of whisker modified flue gas desulfurization (FGD) gypsum
CN109678433B (zh) 超高强自密实微膨胀钢管混凝土及其制备方法
Chen et al. Evaluation of waste concrete recycled powder (WCRP) on the preparation of low-exothermic cement
Luo et al. Workability, autogenous shrinkage and microstructure of alkali-activated slag/fly ash slurries: Effect of precursor composition and sodium silicate modulus
CN108585679B (zh) 一种低收缩绿色uhpc及其制备方法
CN113548841B (zh) 一种路面基层加固用复合地聚合物砂浆注浆料及其制备方法
CN114349431B (zh) 一种复合碱激发锂渣低温早强混凝土及其制备方法
Zhou et al. Effect and mechanism of composite early-strength agents on sulfoaluminate cement-based UHPC
Wang et al. Physical and high temperature properties of basalt fiber-reinforced geopolymer foam with hollow microspheres
CN113480257A (zh) 一种高抗折强度的超高性能混凝土及其制备方法
CN110218045A (zh) 一种抗裂性混凝土及其制备方法
Xu et al. Evaluation of workability, microstructure and mechanical properties of recycled powder geopolymer reinforced by waste hydrophilic basalt fiber
Zheng et al. Study on performance improvement of ultra-high performance concrete by vibration mixing
CN114180989A (zh) 一种自制轻骨料、轻质超高强混凝土及制备方法
CN114249567B (zh) 一种超高性能混凝土及其制备方法
CN115304311A (zh) 一种超高性能混凝土及其制备方法
CN111960769A (zh) 一种新型纳米改性高强度混凝土
Li et al. Investigation on physical behavior, impermeability and micromechanism of engineering geopolymer composites modified with MWCNTs
Qu et al. Effect of microlimestone on properties of self-consolidating concrete with manufactured sand and mineral admixture
Shen et al. High-performance artificial aggregate prepared with recycled concrete powder and its impact on concrete properties
CN108585677A (zh) 一种超高强玄武岩纤维复合混凝土及其制备方法
CN115974477B (zh) 一种含稀土抛光粉废料的超高性能混凝土及其制备方法
Zhang et al. Preparation and performance influencing factors of sludge-based non-sintering ceramsite foam concrete block
CN115448659B (zh) 一种基于早期碳化和早期干湿循环耦合作用的固废不锈钢渣再生混凝土及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240104

Address after: North 3rd Floor, 8-1 Science and Education Entrepreneurship Park, No. 100 Jinxi Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000

Patentee after: Nasitong (Jiangsu) High tech Development Co.,Ltd.

Address before: 214000 North floor, building 8-1, science and education entrepreneurship Park, No. 100 Jinxi Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province

Patentee before: Nasitong (Wuxi) Technology Development Co.,Ltd.