CN114656181B - 一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土 - Google Patents

一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土。本发明所述表面超支化改性钢纤维的制备方法包括：将预处理钢纤维置于硅烷偶联剂水解液中反应得到硅烷偶联剂改性钢纤维；之后将硅烷偶联剂改性钢纤维置于正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液中得到表面超支化改性钢纤维。通过该方法对钢纤维表面进行超支化修饰，改善耐腐蚀性，同时实现多向嵌入基体，强化粘结性，提高钢纤维对UHPC超高性能混凝土的增韧、增强和阻裂性能，且成本低，操作方法简单，无毒性，对环境无危害，还可对材料进行批量化处理。

Description

一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土。
背景技术
超高性能混凝土(UHPC)是拥有优异力学性能和良好耐久性的新一代水泥基复合材料，在高层建筑、大跨桥梁、海洋工程、水利工程、核电工程和特种结构等领域已经得到广泛应用。钢纤维是制备UHPC增韧、增强的重要组分。但是，为防止钢纤维的锈蚀，通常对钢纤维镀铜处理，使得钢纤维表面光滑，钢纤维与UHPC基体间的界面结合性能较差，严重制约着纤维增韧增强效果的发挥。目前使用的钢纤维与UHPC基体间一般没有化学作用，界面粘结强度仅依靠物理吸附或机械咬合力，界面粘结力较纤维本身弱，导致钢纤维与基体脱粘仍是UHPC的主要破坏形式。导致UHPC的拉伸性能不足，一定程度上限制了其应用效果。因此，提高钢纤维与基体的粘结力是大幅度提高UHPC性能的重要手段。
目前，提高钢纤维与UHPC基体结合性能的方法主要有：UHPC基体的致密化、变形纤维的使用和对钢纤维表面化学涂层处理。UHPC基体致密化是向UHPC基体中添加超细材料或以蒸汽或高压釜固化来实现，但超细材料的掺加、特殊的养护条件和变形纤维的使用都会增加UHPC的成本。因此，钢纤维的表面化学涂层处理是目前增韧、增强UHPC的主要手段，对钢纤维表层改性成为国内外学者广泛关注的热点。提高钢纤维与基体的粘结强度一般采用表面异型、表面刻蚀等方法，但易引起钢纤维拉伸强度损失。如最常见化学处理方法是用磷酸锌处理钢纤维表面，但磷酸锌中的重金属对环境产生污染，且能耗较高，使该方法很难在增韧、增强钢纤维与UHPC界面结合上得到广泛应用。通过物理刻蚀或吸附纳米粒子提高钢纤维表面粗糙度来改善其与基体粘结性，也很难从根本上解决钢纤维与基体粘结性差的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法及基于该改性钢纤维的超高性能混凝土。该方法通过原位、嫁接与桥联生长，对钢纤维表面进行超支化修饰，改善耐腐蚀性，同时实现多向嵌入基体，强化粘结性，提高钢纤维对UHPC超高性能混凝土的增韧、增强和阻裂性能，且成本低，操作方法简单，无毒性，对环境无危害，还可对材料进行批量化处理。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，具体包括：
(1)钢纤维的预处理：将干净的钢纤维置于NaOH溶液中浸泡，然后用无水乙醇和去离子水进行清洗，以除去钢纤维表面的油脂和杂质，得到预处理钢纤维，使得钢纤维表面支接高活性羟基；
(2)硅烷偶联剂水解液的配制：将硅烷偶联剂、无水乙醇与去离子水搅拌混合均匀得到硅烷偶联剂水解液；
(3)硅烷偶联剂改性钢纤维：将步骤(1)中得到的预处理钢纤维置于步骤(2)中制备的硅烷偶联剂水解液中反应5-20min，反应完成后取出置于100-120℃鼓风干燥箱中干燥1-3h，得到硅烷偶联剂改性钢纤维；
(4)表面超支化改性钢纤维的制备：首先配制正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液置于容器中，其次将步骤(3)获得的硅烷偶联剂改性钢纤维置于混合溶液中搅拌反应，反应完成后干燥得到表面超支化改性钢纤维。
步骤(1)中所述NaOH溶液质量溶度为10-30wt％，浸泡时间15-40min。
步骤(1)中所述钢纤维的长度为10-15mm，直径为0.1-0.3mm。
步骤(2)中搅拌混合均匀后使用冰醋酸调节混合液的pH值，保持在<50℃环境下搅拌反应4-8h得到所述硅烷偶联剂水解液；溶液pH值为4-7。
以步骤(1)所述预处理钢纤维为基准，步骤(2)中所述硅烷偶联剂含量为步骤(1)得到的预处理钢纤维质量的1％-5％，无水乙醇和去离子水重量比为1：8～10；步骤(3)中所述硅烷偶联剂水解液和预处理钢纤维的质量比为1.8～2.2：1；
步骤(4)中所述正硅酸乙酯混合溶液与步骤(3)所述硅烷偶联剂改性钢纤维的质量比为2.0-3.0:1；所述正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水摩尔比为0.8～1.2:8～12:13～16。
步骤(4)中配制的混合溶液首先采用稀盐酸调节溶液的pH值为3-5.5后使用；搅拌反应为1-48h,反应完成后取出置于50-60℃鼓风干燥箱中干燥2-6h得到产物；反应后得到的改性钢纤维在钢纤维表面原位生长或嫁接出三维枝杈状结构的纳米二氧化硅。
本发明还提供了一种基于上述表面超支化改性钢纤维的超高性能混凝土，其原料组分包括普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉、石英砂、聚羧酸减水剂、表面超支化改性钢纤维及水；
其中每1m3的UHPC超高性能混凝土中各组分含量如下：普通水泥700-800kg，硅灰100-150kg，粉煤灰150-200kg，矿粉50-100kg，聚羧酸减水剂10-20kg；
所述表面超支化改性钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的1-3Vol％；
所述拌合水和胶凝材料(普通水泥、硅灰、粉煤灰及矿粉)的质量比为0.16～0.19：1；
所述石英砂和胶凝材料的质量比为0.8～1.2：1。
本发明所述普通水泥平均粒径为10.0-20.0μm，比表面积为1900-2100m2/kg；
所述硅灰平均粒径为1.0-2.0μm，比表面积为10000-12000m2/kg；
所述粉煤灰平均粒径为5.0-10.0μm，比表面积为2400-2600m2/kg；
所述矿粉平均粒径为8.0-12.0μm，比表面积为1000-1200m2/kg。
本发明所述石英砂为粒径范围在0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm的石英砂按质量比150～200：250～300：650～700组成。
本发明还提供了所述UHPC超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌100-150s，然后加入70％-80％质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌70-100s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和表面超支化改性钢纤维，保持低速搅拌100-150s，最后高速搅拌150-200s，得新拌UHPC；
(2)将步骤(1)制备的新拌UHPC置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土。
本发明所述步骤(1)中各物料搅拌低速为60-70r/min，高速为120-130r/min。
本发明所述步骤(2)中的养护温度15-25℃，湿度>90％。
本发明有益效果如下：
本发明所述表面超支化改性钢纤维的制备方法，该方法通过原位、嫁接与桥联生长，对钢纤维表面进行超支化修饰，改善耐腐蚀性，同时实现多向嵌入基体，强化粘结性，提高钢纤维对UHPC的增韧、增强和阻裂性能。经处理形成的表面超支化改性钢纤维表面的纳米二氧化硅@硅烷偶联剂层，形成超支化修饰纳米结构，显著增加了钢纤维表面的粗糙程度。形成的纳米二氧化硅显著改善界面过渡区ITZ，与该处定向排列的氢氧化钙反应，形成纳米C-S-H凝胶，增加C-S-H体积含量，密实钢纤维与UHPC基体界面过渡区，此外加速钢纤维与UHPC基体处水泥颗粒的水化，提高胶凝材料在纤维附近的水化程度，大幅提高界面间的界面摩擦力、物理吸附性和和化学粘结强度。该处理钢纤维的方法简便、成本低，无污染且能对钢纤维进行批量处理，在实际生产中易于实现，因而有广阔应用前景。
将经本发明方法得到的表面超支化改性钢纤维掺入UHPC中，得到的UHPC超高性能混凝土抗折强度和韧性指数均有所提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。
实施例1
本发明提供了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，具体包括：
(1)钢纤维的预处理：将干净的钢纤维置于质量溶度为20wt％的NaOH溶液中浸泡30min，然后用无水乙醇和去离子水进行清洗，以除去钢纤维表面的油脂和杂质，得到预处理钢纤维，使得钢纤维表面支接高活性羟基；
(2)硅烷偶联剂水解液的配制：将硅烷偶联剂、无水乙醇与去离子水搅拌混合均匀，使用冰醋酸调节混合液的pH值，保持在40℃环境下搅拌6h，制备硅烷偶联剂水解液；
(3)硅烷偶联剂改性钢纤维：将步骤(1)中得到的预处理钢纤维置于步骤(2)中制备的硅烷偶联剂水解液中反应10min，反应完成后取出置于110℃鼓风干燥箱中干燥2h，得到硅烷偶联剂改性钢纤维；
(4)表面超支化改性钢纤维的制备：首先配制正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液置于容器中，使用稀盐酸调节溶液的pH值为4.0，将步骤(3)获得的钢纤维在混合溶液中搅拌反应10h，反应完成后取出置于55℃鼓风干燥箱中干燥4h，反应完成后干燥得到表面超支化改性钢纤维。
步骤(1)所述钢纤维的长度为12mm，直径为0.2mm；
步骤(2)中硅烷偶联剂KH-550含量为2％，无水乙醇和去离子水重量比为1：9，溶液pH值为5；
步骤(3)中的KH-550水解液和预处理钢纤维的质量比为1.9：1；
步骤(4)中所述正硅酸乙酯混合溶液与硅烷偶联剂改性钢纤维的质量比为2.2:1；
本发明还提供了一种基于上述表面超支化改性钢纤维的超高性能混凝土的制备方法，包括：
(1)将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌120s，然后加入70％-80％质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌90s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和表面超支化改性钢纤维，保持低速搅拌120s，最后高速搅拌180s，得新拌UHPC；
(2)将步骤(1)制备的新拌UHPC置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土；
所述1m3的UHPC由以下质量的原料：普通水泥750kg、硅灰125kg，粉煤灰185kg，矿粉80kg，聚羧酸减水剂14.8kg；所述拌合水和胶凝材料的质量比为0.18：1；所述石英砂和胶凝材料的质量比为1.0：1；所述表面超支化改性钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的2Vol％；
所述普通水泥平均粒径为13.8μm，比表面积为1988m2/kg；硅灰平均粒径为1.86μm，比表面积为11146m2/kg；粉煤灰平均粒径为8.5μm，比表面积为2574m2/kg；矿粉平均粒径为10.0μm，比表面积为1057m2/kg；
所述石英砂包括三种粒径0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm，对应石英砂质量比为162：285：693；
所述各物料搅拌低速为65r/min，高速为125r/min；所述养护温度20±1℃，湿度>99％。
实施例2
本发明提供了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，具体包括：
(1)钢纤维的预处理：将干净的钢纤维置于质量溶度为30wt％的NaOH溶液中浸泡15min，然后用无水乙醇和去离子水进行清洗，以除去钢纤维表面的油脂和杂质，得到预处理钢纤维，使得钢纤维表面支接高活性羟基；
(2)硅烷偶联剂水解液的配制：将硅烷偶联剂、无水乙醇与去离子水搅拌混合均匀，使用冰醋酸调节混合液的pH值，保持在30℃环境下搅拌8h，制备硅烷偶联剂水解液；
(3)硅烷偶联剂改性钢纤维：将步骤(1)中得到的预处理钢纤维置于步骤(2)中制备的硅烷偶联剂水解液中反应20min，反应完成后取出置于120℃鼓风干燥箱中干燥1h，得到硅烷偶联剂改性钢纤维；
(4)表面超支化改性钢纤维的制备：首先配制正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液置于容器中，使用稀盐酸调节溶液的pH值为5.0，将步骤(3)获得的钢纤维在混合溶液中搅拌反应20h，反应完成后取出置于60℃鼓风干燥箱中干燥2h，反应完成后干燥得到表面超支化改性钢纤维。
步骤(1)所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.1mm；
步骤(2)中硅烷偶联剂KH-550含量为1％，无水乙醇和去离子水重量比为1：8，溶液pH值为5；
步骤(3)中的KH-550水解液和预处理钢纤维的质量比为1.8：1；
步骤(4)中所述正硅酸乙酯混合溶液与硅烷偶联剂改性钢纤维的质量比为2.0:1；
本发明还提供了一种基于上述表面超支化改性钢纤维的超高性能混凝土的制备方法，包括：
(1)将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌100s，然后加入70％-80％质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌80s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和表面超支化改性钢纤维，保持低速搅拌100s，最后高速搅拌160s，得新拌UHPC；
(2)将步骤(1)制备的新拌UHPC置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土；
所述1m3的UHPC由以下质量的原料：普通水泥700kg、硅灰100kg，粉煤灰150kg，矿粉50kg，聚羧酸减水剂10kg；所述拌合水和胶凝材料的质量比为0.16：1；所述石英砂和胶凝材料的质量比为0.8：1；所述表面超支化改性钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的1Vol％；
所述普通水泥平均粒径为13.8μm，比表面积为1988m2/kg；硅灰平均粒径为1.86μm，比表面积为11146m2/kg；粉煤灰平均粒径为8.5μm，比表面积为2574m2/kg；矿粉平均粒径为10.0μm，比表面积为1057m2/kg；
所述石英砂包括三种粒径0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm，对应石英砂质量比为162：285：693；
所述各物料搅拌低速为60r/min，高速为120r/min；所述养护温度20±1℃，湿度>99％。
实施例3
本发明提供了一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，具体包括：
(1)钢纤维的预处理：将干净的钢纤维置于质量溶度为30wt％的NaOH溶液中浸泡15min，然后用无水乙醇和去离子水进行清洗，以除去钢纤维表面的油脂和杂质，得到预处理钢纤维，使得钢纤维表面支接高活性羟基；
(2)硅烷偶联剂水解液的配制：将硅烷偶联剂、无水乙醇与去离子水搅拌混合均匀，使用冰醋酸调节混合液的pH值，保持在40℃环境下搅拌6h，制备硅烷偶联剂水解液；
(3)硅烷偶联剂改性钢纤维：将步骤(1)中得到的预处理钢纤维置于步骤(2)中制备的硅烷偶联剂水解液中反应5min，反应完成后取出置于100℃鼓风干燥箱中干燥3h，得到硅烷偶联剂改性钢纤维；
(4)表面超支化改性钢纤维的制备：首先配制正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液置于容器中，使用稀盐酸调节溶液的pH值为3.0，将步骤(3)获得的钢纤维在混合溶液中搅拌反应30h，反应完成后取出置于50℃鼓风干燥箱中干燥6h，反应完成后干燥得到表面超支化改性钢纤维。
步骤(1)所述钢纤维的长度为14mm，直径为0.3mm；
步骤(2)中硅烷偶联剂KH-550含量为4％，无水乙醇和去离子水重量比为1：10，溶液pH值为5；
步骤(3)中的KH-550水解液和预处理钢纤维的质量比为2：1；
步骤(4)中所述正硅酸乙酯混合溶液与硅烷偶联剂改性钢纤维的质量比为3:1；
本发明还提供了一种基于上述表面超支化改性钢纤维的超高性能混凝土的制备方法，包括：
(1)将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌150s，然后加入70％-80％质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌100s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和表面超支化改性钢纤维，保持低速搅拌150s，最后高速搅拌200s，得新拌UHPC；
(2)将步骤(1)制备的新拌UHPC置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土；
所述1m3的UHPC由以下质量的原料：普通水泥800kg、硅灰150kg，粉煤灰200kg，矿粉100kg，聚羧酸减水剂20kg；所述拌合水和胶凝材料的质量比为0.19：1；所述石英砂和胶凝材料的质量比为1.2：1；所述表面超支化改性钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的3Vol％；
所述普通水泥平均粒径为13.8μm，比表面积为1988m2/kg；硅灰平均粒径为1.86μm，比表面积为11146m2/kg；粉煤灰平均粒径为8.5μm，比表面积为2574m2/kg；矿粉平均粒径为10.0μm，比表面积为1057m2/kg；
所述石英砂包括三种粒径0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm，对应石英砂质量比为162：285：693；
所述各物料搅拌低速为65r/min，高速为125r/min；所述养护温度20±1℃，湿度>99％。
对比例
一种超高性能混凝土的制备方法，包括：
(1)将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌120s，然后加入70％-80％质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌90s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和钢纤维，保持低速搅拌120s，最后高速搅拌180s，得新拌UHPC；
(2)将步骤(1)制备的新拌UHPC置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土；
所述1m3的UHPC由以下质量的原料：普通水泥750kg、硅灰125kg，粉煤灰185kg，矿粉80kg，聚羧酸减水剂14.8kg；所述拌合水和胶凝材料的质量比为0.18：1；所述石英砂和胶凝材料的质量比为1.0：1；所述钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的2Vol％；
所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.1mm；
所述普通水泥平均粒径为13.8μm，比表面积为1988m2/kg；硅灰平均粒径为1.86μm，比表面积为11146m2/kg；粉煤灰平均粒径为8.5μm，比表面积为2574m2/kg；矿粉平均粒径为10.0μm，比表面积为1057m2/kg；
所述石英砂包括三种粒径0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm，对应石英砂质量比为162：285：693；
所述各物料搅拌低速为65r/min，高速为125r/min；所述养护温度20±1℃，湿度>99％。
性能测试
参照CECS 13-2009《纤维混凝土试验方法标准》对各实施例及对比例配制的UHPC标准养护28d后进行力学性能及弯曲韧性测量检测，见表1所示。
表1各实施例及对比例制备的UHPC性能测试
编号 抗折强度/MPa 弯曲韧性指数
实施例1 45.4 28.2
实施例2 46.9 29.5
实施例3 47.2 32.4
对比例1 38.2 19.1
由表1中可见，采用普通钢纤维制备的UHPC的抗折强度为38.2MPa，经过本发明方法制备的改性钢纤维制备的UHPC的抗折强度提高了15-20％。采用普通钢纤维制备的UHPC的弯曲韧性指数为19.1，经过本发明方法制备的改性钢纤维制备的UHPC的弯曲韧性指数提高了45-50％。
本发明未尽事宜为公知技术。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，其特征在于，具体包括：
（1）钢纤维的预处理：将干净的钢纤维置于NaOH溶液中浸泡，然后用无水乙醇和去离子水进行清洗，以除去钢纤维表面的油脂和杂质，得到预处理钢纤维，使得钢纤维表面支接高活性羟基；
（2）硅烷偶联剂水解液的配制：将硅烷偶联剂、无水乙醇与去离子水搅拌混合均匀得到硅烷偶联剂水解液；
（3）硅烷偶联剂改性钢纤维：将步骤（1）中得到的预处理钢纤维置于步骤（2）中制备的硅烷偶联剂水解液中反应5-20 min，反应完成后取出置于100-120℃鼓风干燥箱中干燥1-3h，得到硅烷偶联剂改性钢纤维；
（4）表面超支化改性钢纤维的制备：首先配制正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水的混合溶液置于容器中，其次将步骤（3）获得的硅烷偶联剂改性钢纤维置于混合溶液中搅拌反应，反应完成后干燥得到表面超支化改性钢纤维；
步骤（4）中所述正硅酸乙酯混合溶液与步骤（3）所述硅烷偶联剂改性钢纤维的质量比为2.0-3.0:1；所述正硅酸乙酯、无水乙醇与去离子水摩尔比为0.8~1.2:8~12:13~16；
以步骤（1）所述预处理钢纤维为基准，步骤（2）中所述硅烷偶联剂含量为步骤（1）得到的预处理钢纤维质量的1%-5%，无水乙醇和去离子水重量比为1：8~10；步骤（3）中所述硅烷偶联剂水解液和预处理钢纤维的质量比为1.8~2.2：1；
步骤（1）中所述钢纤维的长度为10-15 mm，直径为0.1-0.3 mm；
步骤（2）中搅拌混合均匀后使用冰醋酸调节混合液的pH值，保持在<50℃环境下搅拌反应4-8 h得到所述硅烷偶联剂水解液；溶液pH值为4-7。
2.根据权利要求1所述的一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述NaOH溶液质量溶度为10-30wt%，浸泡时间15-40 min。
3.根据权利要求1所述的一种表面超支化改性钢纤维的制备方法，其特征在于，步骤（4）中配制的混合溶液首先采用稀盐酸调节溶液的pH值为3-5.5后使用；搅拌反应为1-48h,反应完成后取出置于50-60℃鼓风干燥箱中干燥2-6 h得到产物。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述制备方法制得的表面超支化改性钢纤维的超高性能混凝土，其特征在于，其原料组分包括普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉、石英砂、聚羧酸减水剂、表面超支化改性钢纤维及水；
其中每1m3的超高性能混凝土中各组分含量如下：普通水泥700-800kg，硅灰100-150kg，粉煤灰150-200kg，矿粉50-100kg，聚羧酸减水剂10-20kg；
所述表面超支化改性钢纤维含量为超高性能混凝土体积含量的1-3Vol%；
所述水和胶凝材料的质量比为0.16~0.19：1；
所述石英砂和胶凝材料的质量比为0.8~1.2：1。
5.根据权利要求4所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述普通水泥平均粒径为10.0-20.0μm，比表面积为1900-2100 m2/kg；
所述硅灰平均粒径为1.0-2.0μm，比表面积为10000-12000m2/kg；
所述粉煤灰平均粒径为5.0-10.0μm，比表面积为2400-2600 m2/kg；
所述矿粉平均粒径为8.0-12.0μm，比表面积为1000-1200 m2/kg；
所述石英砂为粒径范围在0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-2.36mm的石英砂按质量比150~200：250~300：650~700组成。
6.一种权利要求4或5所述超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将普通水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉和石英砂在搅拌机内低速搅拌100-150s，然后加入70%-80%质量的聚羧酸减水剂和水的混合液低速搅拌70-100s，然后加入剩余质量的聚羧酸减水剂和表面超支化改性钢纤维，保持低速搅拌100-150s，最后高速搅拌150-200s，得新拌超高性能混凝土；
（2）将步骤（1）制备的新拌超高性能混凝土置于模具中，养护至规定龄期，得到所述超高性能混凝土。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中各物料搅拌低速为60-70r/min，高速为120-130r/min；
所述步骤（2）中的养护温度15-25℃，湿度>90%。
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