CN114455907A - 一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法，本发明的混凝土包括以下成分：500‑600kg/m3的水泥，130‑180kg/m3的粉煤灰、50‑100kg/m3的硅灰、600‑800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100‑160kg/m3的铜镀钢纤维、20‑50kg/m3的陶砂、20‑30kg/m3的减水剂、膨胀剂5‑20kg/m3和160‑200kg/m3的水。本发明所得超高性能混凝土具有轻质、高强、低收缩等优点，且具有高韧性和良好的工作性能、体积稳定性能和抗裂性能；本发明制备的轻质低收缩超高性能混凝土适应范围广泛，在应用于桥梁、高层建筑等大型工程时，可有效减轻混凝土结构自重，提高桥梁承载能力和耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及轻质节能建筑材料及其制备方法，具体涉及一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
现如今，混凝土桥面板桥梁正逐步向大跨径、高重载、轻质化、高耐久等方向发展，对混凝土材料的各项性能提出了新的要求，而普通混凝土桥面板由于具有强度低、自重大、易损伤等缺点，已不能满足工程实际的需要。与普通混凝土相比，超高性能混凝土具有以下优点：剔除了粗骨料，提高了骨料的均质性；优化了细骨料的级配，增大了骨料的密实度；掺入具有微集料填充效应和火山灰火系的超细活性矿物掺合料，降低了孔隙率，优化了内部孔结构；加入了纤维，改善了混凝土材料的韧性；通常采用高温高压养护，因而具有超高强度和超高韧性，常被用来制备预制混凝土构件，在桥梁结构中具有广阔的应用前景。
但目前超高性能混凝土仍存在以下问题：超高性能混凝土由于其在制备过程中水胶比较低、超细颗粒用量较高，因而表现出粘性大和坍落度损失大的缺点，不利于其浇筑施工；超高性能混凝土水泥用量较高，内部含有大量未水化的水泥颗粒，这些未水化的水泥颗粒在混凝土结构使用过程中可能会继续水化，从而影响混凝土结构的尺寸稳定性；若采用轻集料制备，由于轻集料自身强度的限制，超高性能混凝土存在一个强度极限，并且抗折强度较低，具有高脆性等缺点，这些缺点都限制了它在土木工程领域的广泛应用。针对以上超高性能混凝土存在的问题，急需提供一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法，使混凝土在降低自重、提高韧性的同时，保有良好的工作性能、力学性能以及抗渗、耐久性能，更好地服役于各种混凝土结构。
发明内容
针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种轻质低收缩超高性能混凝土，包括以下成分：500-600kg/m3的水泥，130-180kg/m3的粉煤灰、50-100kg/m3的硅灰、600-800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100-160kg/m3的铜镀钢纤维、20-50kg/m3的陶砂、20-30kg/m3的减水剂、膨胀剂5-20kg/m3和160-200kg/m3的水。
进一步的，所述复合材料破碎颗粒集料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将回收的废弃复合材料进行切割处理为粒径5-8mm的颗粒后采用表面改性剂对上述复合材料破碎颗粒进行表面改性；
步骤2、将上一步改性后的复合材料破碎颗粒浸渍在水泥浆中1h以上后捞出烘干，得到复合材料破碎颗粒集料。
进一步的，减水剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，减水率≥35％，固含量为20％～25％，含气量≤6.0％，氯离子含量≤6.0％，掺量为0.9％～1.2％；膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，CaO含量≥50％，SO3含量≥15％，MgO含量≤5％，比表面积≥200kg/m3，水中的7d限制膨胀率≥0.025，掺量为3％～8％。
进一步的，所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。
进一步的，所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10％。
进一步的，所述陶砂为粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂，具体制备方法如下：将混合料在105℃±5℃的条件下干燥2min～5min，然后制成5mm～10mm的生料球；将生料球放入马弗炉中进行预热，预热温度为400℃～500℃，预热时间为10～20min，然后升温至1120℃～1150℃烧结10min～25min；破碎、筛分，即得到粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂；其中，混合料按重量百分比包括如下组分：粉煤灰40％～50％，煤矸石10％～15％，页岩6％～10％，氢氧化钾2％～4％，水玻璃4％～8％，硼砂2％～5％，碳酸钙5％～10％，粉体聚羧酸高性能减水剂0.3％～0.6％，水12％～15％。
轻质低收缩超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按配比称取各原料，各组分及其含量包括：500-600kg/m3的水泥，130-180kg/m3的粉煤灰、50-100kg/m3的硅灰、600-800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100-160kg/m3的铜镀钢纤维、20-50kg/m3的陶砂、20-30kg/m3的减水剂、膨胀剂5-20kg/m3和160-200kg/m3的水；
步骤2、将陶砂放入水中浸泡至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌均匀，加入粉煤灰和保水减缩内养护剂继续干拌均匀，再倒入水和减水剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维搅拌均匀；
步骤3、进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜进行薄膜养护后拆模进行标准养护或蒸汽养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用在满足桥面铺装的各项性能要求的基础上，进一步调整了各原材料的组成配比，降低了钢纤维掺量，可有效降低超高性能混凝土的生产成本，具有很好的经济效益。
(2)本发明以复合材料破碎颗粒集料为主要原材料，不仅可以用来替代不可再生的黏土资源，还可以实现粉煤灰和固体废弃物的综合利用，有效解决了固体废弃物造成的土地资源浪费及环境污染。
(3)本发明采用减水剂和粉煤灰等矿物掺合料，优化混凝土拌合物的工作性能，改善混凝土的密实性和均质性，并进一步降低混凝土的收缩量，提高轻质超高性能混凝土的力学性能和体积稳定性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种轻质低收缩超高性能混凝土，包括以下成分：500kg/m3的水泥，130kg/m3的粉煤灰、50kg/m3的硅灰、600kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100kg/m3的铜镀钢纤维、20kg/m3的陶砂、20kg/m3的减水剂、膨胀剂5kg/m3和160kg/m3的水。
所述复合材料破碎颗粒集料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将回收的废弃复合材料进行切割处理为粒径5mm的颗粒后采用表面改性剂对上述复合材料破碎颗粒进行表面改性；
步骤2、将上一步改性后的复合材料破碎颗粒浸渍在水泥浆中1h以上后捞出烘干，得到复合材料破碎颗粒集料。
减水剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，减水率≥35％，固含量为20％～25％，含气量≤6.0％，氯离子含量≤6.0％，掺量为0.9％～1.2％；膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，CaO含量≥50％，SO3含量≥15％，MgO含量≤5％，比表面积≥200kg/m3，水中的7d限制膨胀率≥0.025，掺量为3％～8％。
所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10％。
所述陶砂为粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂，具体制备方法如下：将混合料在105℃±5℃的条件下干燥2min～5min，然后制成5mm～10mm的生料球；将生料球放入马弗炉中进行预热，预热温度为400℃～500℃，预热时间为10～20min，然后升温至1120℃～1150℃烧结10min～25min；破碎、筛分，即得到粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂；其中，混合料按重量百分比包括如下组分：粉煤灰40％～50％，煤矸石10％～15％，页岩6％～10％，氢氧化钾2％～4％，水玻璃4％～8％，硼砂2％～5％，碳酸钙5％～10％，粉体聚羧酸高性能减水剂0.3％～0.6％，水12％～15％。
实施例2
一种轻质低收缩超高性能混凝土，包括以下成分：600kg/m3的水泥，180kg/m3的粉煤灰、100kg/m3的硅灰、800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、160kg/m3的铜镀钢纤维、50kg/m3的陶砂、30kg/m3的减水剂、膨胀剂20kg/m3和200kg/m3的水。
所述复合材料破碎颗粒集料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将回收的废弃复合材料进行切割处理为粒径8mm的颗粒后采用表面改性剂对上述复合材料破碎颗粒进行表面改性；
步骤2、将上一步改性后的复合材料破碎颗粒浸渍在水泥浆中1h以上后捞出烘干，得到复合材料破碎颗粒集料。
减水剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，减水率≥35％，固含量为20％～25％，含气量≤6.0％，氯离子含量≤6.0％，掺量为0.9％～1.2％；膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，CaO含量≥50％，SO3含量≥15％，MgO含量≤5％，比表面积≥200kg/m3，水中的7d限制膨胀率≥0.025，掺量为3％～8％。
所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10％。
所述陶砂为粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂，具体制备方法如下：将混合料在105℃±5℃的条件下干燥2min～5min，然后制成5mm～10mm的生料球；将生料球放入马弗炉中进行预热，预热温度为400℃～500℃，预热时间为10～20min，然后升温至1120℃～1150℃烧结10min～25min；破碎、筛分，即得到粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂；其中，混合料按重量百分比包括如下组分：粉煤灰40％～50％，煤矸石10％～15％，页岩6％～10％，氢氧化钾2％～4％，水玻璃4％～8％，硼砂2％～5％，碳酸钙5％～10％，粉体聚羧酸高性能减水剂0.3％～0.6％，水12％～15％。
实施例3
一种轻质低收缩超高性能混凝土，包括以下成分：550kg/m3的水泥，150kg/m3的粉煤灰、80kg/m3的硅灰、700kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、130kg/m3的铜镀钢纤维、40kg/m3的陶砂、25kg/m3的减水剂、膨胀剂15kg/m3和180kg/m3的水。
所述复合材料破碎颗粒集料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将回收的废弃复合材料进行切割处理为粒径5-8mm的颗粒后采用表面改性剂对上述复合材料破碎颗粒进行表面改性；
步骤2、将上一步改性后的复合材料破碎颗粒浸渍在水泥浆中1h以上后捞出烘干，得到复合材料破碎颗粒集料。
所述减水剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，减水率≥35％，固含量为20％～25％，含气量≤6.0％，氯离子含量≤6.0％，掺量为0.9％～1.2％；膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，CaO含量≥50％，SO3含量≥15％，MgO含量≤5％，比表面积≥200kg/m3，水中的7d限制膨胀率≥0.025，掺量为3％～8％。
所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10％。
所述陶砂为粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂，具体制备方法如下：将混合料在105℃±5℃的条件下干燥2min～5min，然后制成5mm～10mm的生料球；将生料球放入马弗炉中进行预热，预热温度为400℃～500℃，预热时间为10～20min，然后升温至1120℃～1150℃烧结10min～25min；破碎、筛分，即得到粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂；其中，混合料按重量百分比包括如下组分：粉煤灰40％～50％，煤矸石10％～15％，页岩6％～10％，氢氧化钾2％～4％，水玻璃4％～8％，硼砂2％～5％，碳酸钙5％～10％，粉体聚羧酸高性能减水剂0.3％～0.6％，水12％～15％。
分别对实施例1-3制备得到的混凝土产品进行性能测试，结果为：实施例1的混凝土表观密度为2100kg/m3,3d抗压强度为110Mpa，3d抗折强度为21Mpa,56d干燥收缩率为305×10-6；实施例2的混凝土表观密度为2150kg/m3,3d抗压强度为105Mpa，3d抗折强度为18Mpa,56d干燥收缩率为315×10-6；实施例2的混凝土表观密度为2008kg/m3,3d抗压强度为112Mpa，3d抗折强度为22Mpa,56d干燥收缩率为279×10-6。
上述实验结果表明，本发明所得超高性能混凝土具有轻质、高强、低收缩等优点，且具有高韧性和良好的工作性能、体积稳定性能和抗裂性能；本发明制备的轻质低收缩超高性能混凝土适应范围广泛，在应用于桥梁、高层建筑等大型工程时，可有效减轻混凝土结构自重，提高桥梁承载能力和耐久性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，包括以下成分：500-600kg/m3的水泥，130-180kg/m3的粉煤灰、50-100kg/m3的硅灰、600-800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100-160kg/m3的铜镀钢纤维、20-50kg/m3的陶砂、20-30kg/m3的减水剂、膨胀剂5-20kg/m3和160-200kg/m3的水。
2.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述复合材料破碎颗粒集料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将回收的废弃复合材料进行切割处理为粒径5-8mm的颗粒后采用表面改性剂对上述复合材料破碎颗粒进行表面改性；
步骤2、将上一步改性后的复合材料破碎颗粒浸渍在水泥浆中1h以上后捞出烘干，得到复合材料破碎颗粒集料。
3.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，减水剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，减水率≥35％，固含量为20％～25％，含气量≤6.0％，氯离子含量≤6.0％，掺量为0.9％～1.2％；膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，CaO含量≥50％，SO3含量≥15％，MgO含量≤5％，比表面积≥200kg/m3，水中的7d限制膨胀率≥0.025，掺量为3％～8％。
4.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10％。
6.根据权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述陶砂为粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂，具体制备方法如下：将混合料在105℃±5℃的条件下干燥2min～5min，然后制成5mm～10mm的生料球；将生料球放入马弗炉中进行预热，预热温度为400℃～500℃，预热时间为10～20min，然后升温至1120℃～1150℃烧结10min～25min；破碎、筛分，即得到粉煤灰-煤矸石-页岩陶砂；其中，混合料按重量百分比包括如下组分：粉煤灰40％～50％，煤矸石10％～15％，页岩6％～10％，氢氧化钾2％～4％，水玻璃4％～8％，硼砂2％～5％，碳酸钙5％～10％，粉体聚羧酸高性能减水剂0.3％～0.6％，水12％～15％。
7.权利要求1所述的轻质低收缩超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按配比称取各原料，各组分及其含量包括：500-600kg/m3的水泥，130-180kg/m3的粉煤灰、50-100kg/m3的硅灰、600-800kg/m3的复合材料破碎颗粒集料、100-160kg/m3的铜镀钢纤维、20-50kg/m3的陶砂、20-30kg/m3的减水剂、膨胀剂5-20kg/m3和160-200kg/m3的水；
步骤2、将陶砂放入水中浸泡至饱水状态得预湿陶砂，将预湿陶砂、水泥和硅灰加入混凝土搅拌机预拌均匀，加入粉煤灰和保水减缩内养护剂继续干拌均匀，再倒入水和减水剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维搅拌均匀；
步骤3、进行装模、振捣、成型后，表面覆盖不透水的薄膜进行薄膜养护后拆模进行标准养护或蒸汽养护，即得所述轻质低收缩超高性能混凝土。
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