CN116217160A - 一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体公开了一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土及其制备方法，该微膨胀多孔骨料超高性能混凝土原材料组成按重量份为：包括按重量份计的下述组分：水泥350‑600份、粉煤灰50‑100份、硅灰50‑100份、膨胀剂35‑60份、细骨料800‑1400份、钢纤维100‑200份、减缩剂5‑20份、减水剂5‑20份、水90‑150份。本发明的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，在较小影响混凝土力学性能的前提下，减少混凝土早期收缩。

Description

一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料混凝土技术领域，具体涉及一种微膨胀多孔骨料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)是一种新型的水泥基复合材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性等优点，可用于桥梁、高层建筑、隧道、核电以及国防工程等领域，能优化结构尺寸、增大结构承载力、提升结构耐久性和使用寿命，也能很好的满足土木工程结构轻量化、高层化以及高耐久化的需求。
与传统混凝土相比，UHPC具有水胶比低、胶凝材料掺量大以及基体密实程度高等材料特性，也因此导致其存在水化放热高，自收缩大等问题。而自收缩变形是UHPC早期开裂的潜在隐患，自收缩引起的开裂会在很大程度上影响其耐久性，从而使其在工程建筑领域使用受到限制。因此，如何补偿UHPC早期收缩，使其达到微膨胀效果以解决其早期开裂问题成为现有技术的难题。
为减小UHPC早期收缩，CN108358562A公开了一种微膨胀高性能低含气量自密实混凝土及其配制方法，该申请通过添加复合类膨胀剂和减缩剂，使混凝土产生微膨胀，28d干燥收缩率小于0.2‰，减少自密实混凝土收缩引起的微裂缝，提高新旧凝土界面粘结力。该混凝土配方一定程度上减少了混凝土的自收缩，但同时缩减剂会对水泥水化产生负面影响，从而影响混凝土力学性能。
CN108929080A公开了一种微膨胀补偿收缩超高性能混凝土及其制备方法，该微膨胀补偿收缩超高性能混凝土涉及同时掺入膨胀剂、膨胀促进增强剂和SAP的方法，利用三者协同作用达到理想的微膨胀效果，加入SAP改善自收缩需要严格控制SAP的加入量，否则会影响混凝土的力学性能，但SAP在混凝土搅拌过程中容易破坏并提前释放水份，降低其对混凝土自收缩改善的效果并对强度带来负面影响。CN113480272A公开了一种自养护微膨胀的超高性能混凝土及其制备方法，通过内养护材料陶粒预吸水替代一部分河砂，陶粒释水和膨胀剂作用发挥的配合，在较小影响力学性能的前提下，减小了该微膨胀超高性能混凝土收缩并使其具备微膨胀效果。但单一的内养护方法仅仅改善了混凝土内部湿度，未能对孔结构和内部毛细孔应力发挥作用，混凝土的自收缩无法得到测底抑制，对干燥收缩的调控作用也很有限。
发明内容
为解决上述问题，本申请提出了一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土及其制备方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，包括按重量份计的下述组分：水泥350-600份、粉煤灰50-100份、硅灰50-100份、膨胀剂35-60份、细骨料800-1400份、钢纤维100-200份、减缩剂5-20份、减水剂5-20份、水90-150份。
所述微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的水胶比为0.16-0.2。
所述水泥为P·O 42.5水泥，其比表面积为320-380m2/g。所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述钢纤维为截面为圆形的长直钢纤维，其直径为0.5-0.8mm，长度为25-35mm。
所述硅灰为粉末状半加密硅灰。
所述膨胀剂为钙硫铝复合膨胀剂、钙镁复合膨胀剂、硫铝膨胀剂中的一种。
所述细骨料选自钛矿渣砂、陶砂、再生骨料中的一种或多种，吸水率5-12.5％，采用105℃烘干至含水率低于0.1％。
所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
本申请进一步提出一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的制备方法，包括下述步骤：所述方法是将制备混凝土的减缩剂与细骨料先进行混合处理后再与其他组分混合制备得到微膨胀多孔骨料超高性能混凝土。
进一步的，所述方法包括以下步骤：
(1)将配方中减缩剂和部分水按比例稀释的减缩剂稀释液，水和减缩剂的质量比为1.0-4.0；
(2)按配比称取细骨料与步骤(1)减缩剂稀释液混合后静置20-28h备用；
(3)按配比称取水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂并混合搅拌均匀；
(4)按配比称取减水剂、稀释减缩剂的剩余用水，混合均匀后加入步骤(3)混合物中搅拌成浆体，搅拌30-60s得第一浆体，备用；
(5)将步骤(2)中混合物加入第一浆体，搅拌30-60s，得第二浆体，备用；
(6)按配比称取钢纤维，并将其加入第二浆体，搅拌2-4min后得到微膨胀多孔骨料超高性能混凝土。
本发明的有益效果
1、本发明的混凝土中同时加入细骨料与减缩剂稀释液，从而通过内养护和缩减剂作用降低表面张力，减少混凝土收缩。
2、本发明将在与其他物料混合制备混凝土之前先将细骨料与水和减缩剂的稀释液混合，使细骨料吸收该稀释液至饱和，而减缩剂稀释液通过吸附在细骨料里，经自干燥作用释放出来，可以为后期水泥水化提供充足水分，提高强度。
3、减少减缩剂用量：减缩剂稀释液通过吸附在骨料里，使得自由水大幅减少后再释放，促进混凝土后期水泥水化反应进程，规避了减缩剂直接掺在混凝土其他物料中造成的减缩剂被水泥水化产物吸附、覆盖的问题，提高了减缩剂的利用效率，降低减缩剂用量。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1
一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其原材料组成按重量份为：水泥560份、粉煤灰77份、硅灰67份、膨胀剂56份、细骨料1240份、钢纤维158份、减缩剂11份、减水剂18份、水126份，所述微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的水胶比为0.18。
所述水泥为P·O 42.5水泥，其比表面积为368m2/g。
所述粉煤灰为一级粉煤灰。
所述硅灰为粉末状半加密硅灰。
所述膨胀剂为钙镁复合膨胀剂。
所述细骨料为钛矿渣砂，含水率≤0.1％，吸水率7.3％。
所述钢纤维为截面为圆形的长直钢纤维，其直径为0.8mm，长度为35mm。
所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
实施例2
一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其原材料组成按重量份为：水泥450份、粉煤灰95份、硅灰76份、膨胀剂45份、细骨料1340份、钢纤维152份、减缩剂9份、减水剂15份、水118份，所述微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的水胶比为0.19。
所述水泥为P·O 42.5水泥，其比表面积为368m2/g。
所述粉煤灰为一级粉煤灰，其比表面积为423m2/g。
所述硅灰为粉末状半加密硅灰。
所述膨胀剂为钙镁复合膨胀剂。
所述细骨料为钛矿渣砂，含水率≤0.1％，吸水率9.7％。
所述钢纤维为截面为圆形的长直钢纤维，其直径为0.8mm，长度为35mm。
所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
实施例3
一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其原材料组成按重量份为：水泥515份、粉煤灰84份、硅灰72份、膨胀剂52份、细骨料1280份、钢纤维155份、减缩剂10份、减水剂17份、水121份，所述微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的水胶比为0.18。
所述水泥为P·O 42.5水泥，其比表面积为368m2/g。
所述粉煤灰为一级粉煤灰。
所述硅灰为粉末状半加密硅灰。
所述膨胀剂为钙镁复合膨胀剂。
所述细骨料为钛矿渣砂，含水率低于0.1％，吸水率6.5％。
所述钢纤维为截面为圆形的长直钢纤维，其直径为0.8mm，长度为35mm。
所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
实施例4
本实施例在实施例1基础上，将细骨料替换为陶砂，含水率低于0.1％，吸水率8.1％。
实施例5
本实施例在实施例1基础上，将细骨料替换为再生细骨料，含水率低于0.1％，吸水率5.8％。
实施例1-5所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土按下述方法制备
(1)将配方中减缩剂和部分水按比例稀释的减缩剂稀释液，水和减缩剂的质量比为2.5；
(2)按配比称取细骨料与步骤(1)的减缩剂稀释液混合后静置24h备用；
(3)按配比称取水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂并混合搅拌均匀；
(4)按配比称取减水剂、稀释减缩剂的剩余用水，混合均匀后加入步骤(3)混合物中，搅拌成浆体，搅拌30s得第一浆体，备用；
(5)将步骤(2)中混合物加入第一浆体，搅拌30s，得第二浆体，备用；
(6)按配比称取钢纤维，并将其加入第二浆体，搅拌3min后得到微膨胀多孔骨料超高性能混凝土。
实施例1-5按该方法制备得到的混凝土检测性能数据如下表1所示：
抗压强度检测方法：根据《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010中对各龄期强度检测；
膨胀值检测方法：膨胀值按国家标准GB23439-2009《混凝土膨胀剂》进行检测。
表1
Figure BDA0004032310020000051
为了更好的说明本发明的有益效果，本申请进行了下述对比例及试验。
对比例
在实施例1、4的基础上，仅不进行细骨料与水和减缩剂稀释液的混合，减缩剂通过外掺法(与减水剂同时加入)制备得到混凝土，分别为对比例1和对比例2，其他均与实施例1、4相同，得到混凝土性能及膨胀值结果如下表2所示。
表2
Figure BDA0004032310020000061
结果分析：由上表1和表2结果可知，在制备混凝土时，先将本申请特定的细骨料与水和减缩剂稀释液混合，能有效提升混凝土强度及膨胀值。
试验例1：考察不同细骨料对混凝土强度、膨胀值影响，设计表3所示配方。
配方1-3加入其他细骨料(非本申请用细骨料)；
配方1：以石英砂作为细骨料，选用粒径为0-5mm，含水率低于0.03％，吸水率0.8％；
配方2：以石灰岩破碎砂作为细骨料，粒径为0-5mm，含水率低于0.1％，吸水率1.6％；
配方3：以玄武岩作为细骨料，粒径0-5mm，含水率低于0.1％，吸水率2.7％。
表3
Figure BDA0004032310020000062
Figure BDA0004032310020000071
上述配方1-3分别按本申请方法和常规方法(按配比称取细骨料加入搅拌机中；称取水泥、掺合料、膨胀剂以及钢纤维加入搅拌机，干混30s；再按配比称取水、减水剂与减缩剂加入搅拌机，搅拌270s)制备得到混凝土，考察相关性能结果如下表4所示：
表4
Figure BDA0004032310020000072
结果分析：由表4结果可知：
配方1-3中混凝土细骨料与本申请实施例1所用细骨料不同，其通过常规方法制备得到混凝土的强度稍低于本申请方法，其膨胀值在采用本申请方法和常规方法情况下均较低。结合实施例1-5结果，可知，选用本申请特定的细骨料与本申请特定方法结合，混凝土的强度及膨胀值均有较大提升。
试验例2考察本申请制备方法和常规制备方法下，缩减剂用量变化情况下混凝土的性能
在实施例1的基础上，设计表5所示混凝土配方，分别采用本申请制备方法和常规方法进行混凝土性能测试实验，混凝土性能及膨胀值结果如表6所示。
表5
Figure BDA0004032310020000081
表6
Figure BDA0004032310020000082
Figure BDA0004032310020000091
/>
由上表6结果可知，本申请制备方法相较于常规方法制备的混凝土，能在相对较低减缩剂掺量下，便能达到甚至超过常规方法高掺量减缩剂对混凝土的减缩效果。相比常规方法能节省减缩剂用量，节约成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当说明的是，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出相应改善和细化，这些改善和细化也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：包括按重量份计的下述组分：水泥350-600份、粉煤灰50-100份、硅灰50-100份、膨胀剂35-60份、细骨料800-1400份、钢纤维100-200份、减缩剂5-20份、减水剂5-20份、水90-150份，其中，在制备混凝土时，先将细骨料和减缩剂在混合处理，在与其他组分混合。
2.根据权利要求1所述的一种微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的水胶比为0.16-0.2。
3.根据权利要求1或2所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O 42.5水泥，其比表面积为320-380m2/g。所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述钢纤维为截面为圆形的长直钢纤维，其直径为0.5-0.8mm，长度为25-35mm。
4.根据权利要求1或2所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述硅灰为粉末状半加密硅灰。
5.根据权利要求1或2所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述膨胀剂为钙硫铝复合膨胀剂、钙镁复合膨胀剂、硫铝膨胀剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述细骨料选自钛矿渣砂、陶砂、再生细骨料中的一种或多种，，吸水率5-12.5％，采用105℃烘干至含水率低于0.1％。
7.根据权利要求1所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
8.根据权利要求1所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
9.权利要求1-8任意一项所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：所述方法是将制备混凝土的减缩剂与细骨料先进行混合处理后再与其他组分混合制备得到微膨胀多孔骨料超高性能混凝土。
10.权利要求9所述的微膨胀多孔骨料超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将配方中减缩剂和部分水按比例稀释的减缩剂稀释液，水和减缩剂的质量比为1.0-4.0；
(2)按配比称取细骨料与步骤(1)减缩剂稀释液混合后静置20-28h备用；
(3)按配比称取水泥、粉煤灰、硅灰、膨胀剂并混合搅拌均匀；
(4)按配比称取减水剂、稀释减缩剂的剩余用水，混合均匀后加入步骤(3)中物料种，混合物搅拌成浆体，搅拌30-60s得第一浆体，备用；
(5)将步骤(2)中混合物加入第一浆体，搅拌30-60s，得第二浆体，备用；
(6)按配比称取钢纤维，并将其加入第二浆体，搅拌2-4min后得到微膨胀多孔骨料超高性能混凝土。
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