CN115784692A - 一种金刚砂混合机制砂c160uhpmc及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC及其制备方法,其UHPMC配合比设计与组成成份包括:水泥:850kg/m3;硅灰195.5kg/m3;水167.28kg/m3;金刚砂467.5kg/m3;机制砂467.5kg/m3;石英粉331.5kg/m3;钢纤维148.75kg/m3;减水剂60kg/m3;消泡剂1.5kg/m3。利用来源广泛、价格低廉、经济环保、可就地取材的机制砂取代了价格昂贵、污染环境的石英砂,解决石英砂作为骨料在生产过程中污染严重、价格偏高、质量难以把控等问题,减少了天然材料的消耗,减少了碳排放;回收喷磨等领域产生的废料金刚砂二次利用,掺入到机制砂为骨料的机制砂超高性能混凝土中,改善了纯机制砂UHPC力学性能不足和工作性能不佳等缺点;通过改变骨料类型制备了一种经济环保、性能优越、价格低廉的绿色超高性能混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料的超高性能混凝土制备技术领域,特别涉及一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC)是一种性能优良的水泥基复合材料,主要由水泥、硅灰、石英砂、钢纤维和高效减水剂等组成。由于其具有超高的强度、超高的耐久性、超高的韧性等优良性能,如今已经如雨后春笋般成功应用于跨海大桥、超高层建筑、核电站、大型水利工程等超级建筑中。
传统的UHPC细骨料主要为粒径小于1.2mm的石英砂和河沙,然而石英砂在破碎得到所需粒径的过程中会造成硅灰层污染,严重破坏环境,同时石英砂的价格昂贵;河沙作为不可再生资源,因河沙大量开采会造成严重的生态环境破坏,河沙的质量也相继出现问题,目前已经严格限制开采量,因此河沙已经无法满足快速发展的基建需求。
机制砂是一种可用来替代石英砂与河沙的材料,机制砂是通过制砂机等专业的制砂设备粉碎岩石,再用筛分机进行筛分得到的人工可持续的砂石材料,与石英砂相比其来源广泛,价格低廉,可就地取材等特点被工程建设人员与研究人员广泛关注;但其颗粒表面粗糙、针片状多、棱角尖锐、吸水率高、级配较差,且含有一定数量的石粉,因此用机制砂制备UHPC的制备技术和性能都与石英砂UHPC有较大差别,存在力学性能不强与工作性能不佳等各种问题。
金刚砂作为一种化学性能稳定、质地坚硬、强度高、多棱角的结晶体,广泛应用于工业领域和建筑领域。同时,金刚砂是一种纯自然的无毒矿物,内部不含有招致硅肺病的游离硅等有害物质,不含有毒的重金属或是放射性污染物。每年喷砂等工业领域产生大量的废弃金刚砂,对其加以利用不仅保护环境,而且变废为宝。因此利用金刚砂硬度大、高韧性的特点使其掺入到机制砂UHPC混凝土中,可以显著提高机制砂UHPC混凝土的力学性能和工作性能。
将喷磨等领域产生的废料金刚砂二次利用,掺入到机制砂为骨料的UHPC中,制备改性机制砂超高性能混凝土UHPMC,研究其在经济上、技术上、生态上的可行性具有重大意义。首先我们利用来源广泛、价格低廉、经济环保、可就地取材的机制砂取代了价格昂贵、污染环境的石英砂;其次我们变废为宝,回收喷磨等领域产生的废料金刚砂掺入到机制砂超高性能混凝土中,减少了天然材料的消耗,减少了碳排放;最后,我们不仅显著改善了机制砂超高性能混凝土的工作性能和力学性能,同时降低了超高性能混凝土的成本,在技术上制备了一种经济环保、性能优越、价格低廉的改性机制砂超高性能混凝土UHPMC。
发明内容
本发明的目的在于克服技术的缺点,降低超高性能混凝土造价的同时提高其工作性能与力学性能,提供一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC及其制备方法。
一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,成份包括:水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂。
其中,该UHPMC设计配合比与组成成份如下:水泥:850kg/m3;硅灰195.5kg/m3;水167.28kg/m3;金刚砂467.5kg/m3;机制砂467.5kg/m3;石英粉331.5kg/m3;钢纤维148.75kg/m3;减水剂60kg/m3;消泡剂1.5kg/m3。
所述水泥为普通硅酸盐水泥P.052.5,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%;
所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC的水胶比为0.16-0.20;
所述硅灰为灰黑色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%,氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%,其活性指标110%,比表面积为2.37x104m2/kg,需水量比为124%,氯离子质量分数为0.006%,二氧化硅质量分数为96.52%,总碱量为0.25%;
所述石英粉为白色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%。
所述机制砂细度模数为2.50%,石粉含量为3.2%,亚甲蓝MB值为0.5%,压碎值为21.14%,表观密度为2799kg/m3,堆积密度为1790kg/m3,空隙率为36%,粒径为0-1.2mm;
所述金刚砂主要成分为氧化铝(Al2O3)90.5%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,莫氏硬度为9,含泥量为0.1,粒径为0-1.2mm。
所述钢纤维为镀铜钢纤维,长度为13mm、长径比为70、拉伸强度为3000Mpa。
所述减水剂为比重为1.1、固体含量为20%的聚羧酸系高性能减水剂。
所述UHPMC的7天抗压强度为125.5MPa,14天抗压强度为137.7MPa,28天抗压强度为164.1MPa;7天抗折强度为13.9MPa,14天抗折强度为17.4MPa,28天抗折强度为21.1MPa;7天劈裂强度为14.8MPa,14天劈裂强度为20.2MPa,28天劈裂强度为22.6Mpa;塌落度为16.7mm。
一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC的制备方法,其主要特征包括:如下步骤:
步骤1:根据设计配合比称量特定水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂,其中减水剂和消泡剂均加入水中搅拌均匀;
步骤2:将水泥、硅灰、骨料、石英粉等干燥组分混合料倒入搅拌机内,低速搅拌4分钟以上;
步骤3:当步骤2完成后,将一半混合均匀的减水剂、消泡剂、水混合料在1.5min内逐渐加入,低速搅拌;另一半的在下一个1.5分钟内逐渐加入,低速搅拌;加入完成后,高速搅拌2min;
步骤4:当步骤3完成后,将按配合比称量好的钢纤维缓慢加入,继续高速搅拌10min,直至钢纤维分布均匀;
步骤5:当步骤4完成后,将新鲜的混合料缓慢浇筑到模具中,在20℃和95%RH环境条件下放置24小时,然后在20℃和95%RH的标准养护室中脱模养护完成后,即得到一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC。
本发明的有益效果如下:
一、用来源广泛、价格低廉、经济环保、可就地取材的机制砂取代了价格昂贵、污染环境的石英砂与河沙,在环境上减少了对不可再生资源的开采与利用,减少了碳排放;在经济上降低了超高性能混凝土的造价,使其更易被大众所熟知,使其有望能应用于普通建筑领域,充分发挥超高性能混凝土的超高强度、超高耐久性等优良特性。
二、金刚砂主要化学成份是氧化铝(Al2O3)90%以上,另外含有少量Fe,Si,Ti等,利用其质地坚硬、强度高、韧性大的特点改善以机制砂为骨料的超高性能混凝土力学性能不高,工作性能差的缺点,同时金刚砂来自喷磨等领域的废料,属于二次利用,优势互补,强强联手,实现了1+1>2的效果。
三、本发明基于最大密度堆积理论,机制砂颗粒表面粗糙、针片状多、棱角尖锐,金刚砂颗粒多为球状颗粒,表面干洁,易于结合剂结合;金刚砂与机制砂颗粒相互填充,共同形成骨架,共同填充空隙,使得超高性能混凝土结构更加致密,优化了超高性能混凝土结构的堆积密度,保证了超高性能混凝土的超高强度;本发明还掺入了消泡剂,减少了超高性能混凝土内部的微小气泡,使其自身材料结合得更加紧密。
本发明制备的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,由于精选了水胶比,利用了高效减水剂与消泡剂,由于金刚砂吸水量少的特点,拌制得到的浆体流动性良好,在浇筑过程中无需振捣,并且可用于高层的泵送。总之,提高力学性能的同时降低了超高性能混凝土的造价,使得超高性能混凝土在实际工程中有了更加广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例子,对本发明内容作进一步详细描述,但不局限于此。
一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,包括:水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂。
其中,该UHPMC配合比设计与组成成分如下:水泥:850kg/m3;硅灰195.5kg/m3;水167.28kg/m3;金刚砂467.5kg/m3;机制砂467.5kg/m3;石英粉331.5kg/m3;钢纤维148.75kg/m3;减水剂60kg/m3;消泡剂1.5kg/m3。
所述水泥为普通硅酸盐水泥P.052.5,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%。
所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC的水胶比为0.16-0.20。
所述硅灰为灰黑色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%,氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%,其活性指标110%,比表面积为2.37x104m2/kg,需水量比为124%,氯离子质量分数为0.006%,二氧化硅质量分数为96.52%,总碱量为0.25%。
所述石英粉为白色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%。
所述机制砂细度模数为2.50%,石粉含量为3.2%,亚甲蓝MB值为0.5%,压碎值为21.14%,表观密度为2799kg/m3,堆积密度为1790kg/m3,空隙率为36%,粒径为0-1.2mm。
所述金刚砂主要成分为氧化铝(Al2O3)90.5%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,莫氏硬度为9,含泥量为0.1,粒径为0-1.2mm。
所述钢纤维为镀铜钢纤维,长度为13mm、长径比为70、拉伸强度为3000Mpa。
所述减水剂为比重1.1、固体含量为20%的聚羧酸系高性能减水剂。
所述混凝土的7天抗压强度为125.5MPa,14天抗压强度为137.7MPa,28天抗压强度为164.1MPa;7天抗折强度为13.9MPa,14天抗折强度为17.4MPa,28天抗折强度为21.1MPa;7天劈裂强度为14.8MPa,14天劈裂强度为20.2MPa,28天劈裂强度为22.6Mpa;塌落度为16.7mm。
一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC的制备方法,其主要包括如下步骤:
步骤1:根据设计配合比称量特定水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂,其中减水剂和消泡剂均加入水中搅拌均匀;
步骤2:将水泥、硅灰、骨料、石英粉等干燥组分混合料倒入搅拌机内,低速搅拌4分钟以上;
步骤3:当步骤2完成后,将一半混合均匀的减水剂、消泡剂、水混合料在1.5min内逐渐加入,低速搅拌;另一半的在下一个1.5分钟内逐渐加入,低速搅拌;加入完成后,高速搅拌2min;
步骤4:当步骤3完成后,将按配合比称量好的钢纤维缓慢加入,继续高速搅拌10min,直至钢纤维分布均匀;
步骤5:当步骤4完成后,将新鲜的混合料缓慢浇筑到模具中,在20℃和95%RH环境条件下放置24小时,然后在20℃和95%RH的标准养护室中脱模养护完成后,即得到一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC。
Claims (7)
1.一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于,包括:水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂;
其中,每立方米中,该UHPMC配合比设计与组成成份如下:水泥:850kg/m3;硅灰195.5kg/m3;水167.28kg/m3;金刚砂467.5kg/m3;机制砂467.5kg/m3;石英粉331.5kg/m3;钢纤维148.75kg/m3;减水剂60kg/m3;消泡剂1.5kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于:所述水泥为普通硅酸盐水泥P.052.5,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%;
所述的金刚砂混合机制砂C160UHPMC的水胶比为0.16-0.20;
所述硅灰为灰黑色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%,氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%,其活性指标为110%,比表面积为2.37x104m2/kg,需水量比为124%,氯离子质量分数为0.006%,二氧化硅质量分数为96.52%,总碱量为0.25%;
所述石英粉为白色,其化学成分为二氧化硅(SiO2)22.80%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,氧化铝(Al2O3)4.01%,氧化钙(CaO)65.32%,氧化镁(MgO)2.07%,氧化钠(Na2O)0.07%,氧化钾(K2O)0.56%。
3.根据权利要求1所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于:所述机制砂细度模数为2.50%,石粉含量为3.2%,亚甲蓝MB值为0.5%,压碎值为21.14%,表观密度为2799kg/m3,堆积密度为1790kg/m3,空隙率为36%,粒径为0-1.2mm;
所述金刚砂成份为氧化铝(Al2O3)90.5%,氧化铁(Fe2O3)4.43%,莫氏硬度为9,含泥量为0.1,粒径为0-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于:所述钢纤维为镀铜钢纤维,长度为13mm、长径比为70、拉伸强度为3000Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于:所述减水剂为比重1.1、固体含量为20%的聚羧酸系高性能减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC,其特征在于:所述UHPMC的7天抗压强度为125.5MPa,14天抗压强度为137.7MPa,28天抗压强度为164.1MPa;7天抗折强度为13.9MPa,14天抗折强度为17.4MPa,28天抗折强度为21.1MPa;7天劈裂强度为14.8MPa,14天劈裂强度为20.2MPa,28天劈裂强度为22.6Mpa。
7.一种利用权利要求1-6任一所述金刚砂混合机制砂C160UHPMC的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤1:根据设计配合比称量特定水泥、硅灰、水、金刚砂、机制砂、石英粉、钢纤维、减水剂、消泡剂,其中减水剂和消泡剂均加入水中搅拌均匀;
步骤2:将水泥、硅灰、骨料、石英粉等干燥组分混合料倒入搅拌机内,低速搅拌4分钟以上;
步骤3:当步骤2完成后,将一半混合均匀的减水剂、消泡剂、水混合料在1.5min内逐渐加入,低速搅拌;另一半的在下一个1.5分钟内逐渐加入,低速搅拌;加入完成后,高速搅拌2min;
步骤4:当步骤3完成后,将按配合比称量好的钢纤维缓慢加入,继续高速搅拌10min,直至钢纤维分布均匀;
步骤5:当步骤4完成后,将新鲜的混合料缓慢浇筑到模具中,在20℃和95%RH环境条件下放置24小时,然后在20℃和95%RH的标准养护室中脱模养护完成后,即得到一种金刚砂混合机制砂C160UHPMC。
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