CN117902847A - 一种降粘掺合料、超高性能混凝土材料及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降粘掺合料、超高性能混凝土材料及制备方法和应用。涉及水泥混凝土技术领域。本发明提供的降粘掺合料，按质量份数计，包括以下制备原料：石膏19～21份、石灰19～21份、矿渣29～31份、碳酸钙14～16份、玻璃微珠4～6份、纳米氧化铝3～5份、纳米硅酸钙5～7份和添加剂5～7份；所述添加剂为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。采用本发明所述降粘掺合料制备的超高性能混凝土材料具有较低的拌合物粘度，同时本发明制备的超高性能混凝土材料具有较少的坍落度损失。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土技术领域，具体涉及一种降粘掺合料、超高性能混凝土材料及制备方法和应用。
背景技术
超高性能混凝土是一种具有超高强度、超高韧性和超高耐久性能的新型水泥基复合材料，具有极好的结构轻便性和极低长寿命周期成本。目前，超高性能混凝土正逐渐取代普通混凝土应用于桥梁预制件、桥面板现浇、接缝连接和外包加固等诸多新建和养护结构工程中，并充分发挥了其优异的材料特性。然而，相较于普通混凝土，超高性能混凝土因其材料组成中极低的水胶比和极高的钢纤维掺量，增加了拌合物的粘度和工作性能损失，极大的影响了超高性能混凝土的施工和应用范围。因此，如何在保证超高性能混凝土强度、耐久性等性能基础上，进一步降低超高性能混凝土拌合物粘度，减少其坍落度损失，保证其优异的施工性能，是进一步扩大超高性能混凝土材料应用范围的关键。
针对上述问题，专利CN110128077A和CN111825367A分别制备了超高性能混凝土专用的降粘型外加剂，以降低超高性能混凝土材料的粘度，但此类降粘外加剂对超高性能混凝土材料的适配性不佳，更换超高性能混凝土原材料种类后工作性能变异性极大，限制了其进一步推广应用；专利CN115893946A和CN115745498A分别提出了超高性能混凝土专用的降粘型掺合料，通过配合比优化、原材料优选等方法进一步提升超高性能混凝土工作性能，但未考虑超高性能混凝土材料的坍落度损失对实际工程应用的影响，也不能彻底解决超高性能混凝土应用的固有难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降粘掺合料、超高性能混凝土材料及制备方法和应用，采用本发明所述降粘掺合料制备的超高性能混凝土材料具有较低的拌合物粘度同时能减少其坍落度的损失。
为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
一种降粘掺合料，按质量份数计，包括以下制备原料：石膏19～21份、石灰19～21份、矿渣29～31份、碳酸钙14～16份、玻璃微珠4～6份、纳米氧化铝3～5份、纳米硅酸钙5～7份和添加剂5～7份；所述添加剂为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。
优选地，所述降粘掺合料的比表面积为400～600m2/kg，球形度为0.8～1.0。
本发明还提供了一种超高性能混凝土材料，按质量份数计，包括以下制备原料：
水泥749～751份、粉煤灰59～61份、硅灰149～151份、膨胀剂19.02～21.03份、早强剂0.2～0.4份、消泡剂0.05～0.15份、石英砂998～1002份、纤维156～158份、降粘掺合料119～121份、降粘外加剂24～26份和水155～157份；所述降粘掺合料为权利要求1～2任一项所述降粘掺合料。
优选地，所述降粘外加剂包括减水剂和硅溶胶；所述减水剂为降粘型聚羧酸减水剂和保坍型聚羧酸减水剂。
优选地，所述降粘型聚羧酸减水剂的制备原料包括：改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、双氧水和溶剂；
所述保坍型聚羧酸减水剂的制备原料包括：异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、双氧水和溶剂。
优选地，所述膨胀剂包括镁基膨胀剂和塑性膨胀剂。
优选地，所述早强剂包括无水硫酸钙、甲酸钙和生石灰。
优选地，所述石英砂的球形度＞0.75；所述石英砂为连续级配分布的石英砂，所述连续级配分布中20～40目、40～70目和70～140目的石英砂质量比为4～5.1:1.9～2.1:2.9～3.1。
本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、硅灰、降粘掺合料、膨胀剂、早强剂、消泡剂和石英砂进行第一混合，得到粉体干混料；
将所述粉体干混料、降粘外加剂和水进行第二混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料和纤维进行第三混合，得到所述超高性能混凝土材料。
本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土材料或上述技术方案所述制备方法制备的超高性能混凝土材料在桥面铺装现浇、桥梁预制构件、桥梁面板预制构件或桥梁接缝现浇中的应用。
本发明提供了一种降粘掺合料，按质量份数计，包括以下制备原料：石膏19～21份、石灰19～21份、矿渣29～31份、碳酸钙14～16份、玻璃微珠4～6份、纳米氧化铝3～5份、纳米硅酸钙5～7份和添加剂5～7份；所述添加剂为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。本发明中碳酸钙、玻璃微珠和纳米氧化铝具有优异的滚珠效应，具有降低拌合物粘度的作用；石膏、石灰和矿渣可提供充足钙源，可进一步发挥滚珠效应并提升早期水化能力；纳米硅酸钙具有提高密实性的作用，并能提供水化反应的活性位点。
本发明还提供了一种超高性能混凝土材料，本发明所述降粘外加剂对超高性能混凝土材料具有优异的适配性，能够降低超高性能混凝土材料的拌合物粘度。进一步地，本发明所述降粘外加剂由降粘型聚羧酸减水剂、保坍型聚羧酸减水剂和硅溶胶复配而成，通过引入保坍型聚羧酸减水剂避免超高性能混凝土材料坍落度损失过大，从而影响施工性能。
本发明提出了一种超高性能混凝土材料的制备方法，通过各原料预混制备干混料，再制备混合浆料和纤维混合，优化了超高性能混凝土材料的制备工艺，并提升了超高性能混凝土材料的分散性。
具体实施方式
本发明提供了一种降粘掺合料，按质量份数计，包括以下制备原料：石膏19～21份、石灰19～21份、矿渣29～31份、碳酸钙14～16份、玻璃微珠4～6份、纳米氧化铝3～5份、纳米硅酸钙5～7份和添加剂5～7份；所述添加剂为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均优选为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，按质量份数计，所述降粘掺合料的制备原料包括石膏19～21份，优选为20份。在本发明中，所述石膏优选为半水石膏、无水石膏和无水磷石膏中的一种或多种，更优选为半水石膏。在本发明中，半水石膏可提供充足的钙源，同时进一步发挥滚珠效应具有提升早期水化能力的作用。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括石灰19～21份，优选为20份。在本发明中，所述石灰优选为熟石灰或生石灰。在本发明中，所述熟石灰中氢氧化钙含量优选＞95wt.％。在本发明中，石灰可提供充足的钙源，同时进一步发挥滚珠效应具有提升早期水化能力的作用。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括矿渣29～31份，优选为30份。在本发明中，所述矿渣优选为高炉矿渣、水淬渣和钢渣中的一种或多种，更优选为高炉矿渣。在本发明中，所述高炉矿渣中氧化硅含量优选＞60wt.％，氧化钙含量优选＞20wt.％。在本发明中，高炉矿渣可提供充足的钙源，同时进一步发挥滚珠效应具有提升早期水化能力的作用。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括碳酸钙14～16份，优选为15份。在本发明中，所述碳酸钙中碳酸钙含量优选＞98wt.％，在本发明中，碳酸钙具有优异的滚珠效应，能够降低超高性能混凝土材料的拌合物粘度。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括玻璃微珠4～6份，优选为5份。在本发明中，所述玻璃微珠中氧化铝含量优选＞30wt.％，氧化硅含量优选＞35wt.％。在本发明中，玻璃微珠接近球形颗粒，具有优异的滚珠效应，能够降低超高性能混凝土材料的拌合物粘度。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括纳米氧化铝4～6份，优选为4份。在本发明中，所述纳米氧化铝的粒径优选为5～100nm，更优选为20～50nm。在本发明中，所述纳米氧化铝优选为粒径5nm、20nm和100nm纳米氧化铝的混合物，所述粒径小于20nm的纳米氧化铝颗粒的体积含量优选＞98％。在本发明中，纳米氧化铝具有降低超高性能混凝土材料拌合物粘度的作用。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括纳米硅酸钙(C-S-H纳米晶核)5～7份，优选为6份。在本发明中，所述纳米硅酸钙优选为纳米水化硅酸钙。在本发明中，所述纳米硅酸钙中C-S-H的物相含量优选＞90％。在本发明中，所述纳米硅酸钙的粒径优选为5～100nm，更优选为20～50nm。在本发明中，所述纳米硅酸钙优选为粒径5nm、20nm和100nm纳米硅酸钙的混合物，所述粒径小于20nm的纳米硅酸钙颗粒的体积含量优选＞95％。在本发明中，C-S-H纳米晶核为水热合成的纳米级水化硅酸钙，具有提高超高性能混凝土材料密实性和提供水化反应的活性位点的作用。
在本发明中，以所述石膏的质量份数为基准，所述降粘掺合料的制备原料包括添加剂5～7份，优选为6份。在本发明中，所述添加剂优选为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。在本发明中，所述三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾的质量比优选为1～3:1～3:1～3，更优选为2:2:2。在本发明中，添加剂具有助磨分散的作用。
在本发明中，所述降粘掺合料的制备方法优选包括以下步骤：
将石膏、石灰、矿渣、碳酸钙、玻璃微珠、纳米氧化铝和纳米碳酸钙进行第一研磨，得到第一粉体；
将所述第一粉体、三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾进行第二研磨，得到所述降粘掺合料。
本发明将石膏、石灰、矿渣、碳酸钙、玻璃微珠、纳米氧化铝和纳米碳酸钙进行第一研磨，得到第一粉体。在本发明中，所述第一研磨的方式优选为高效开流选粉磨或立磨，更优选为高效开流选粉磨。在本发明中，所述第一研磨的时间优选为4～5h。在本发明中，所述第一粉体的比表面积优选为400～600m2/kg，更优选为500m2/kg；球形度优选≥0.8，更优选为1.0。
得到第一粉体后，本发明将所述第一粉体、三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾进行研磨，得到所述降粘掺合料。在本发明中，所述第二研磨的方式优选和上述第一研磨方式一致。在本发明中，所述第二研磨的时间优选为2～3h。在本发明中，所述第二粉体的比表面积优选≥800m2/kg，更优选为900～1000m2/kg；球形度优选≥0.95，更优选为1.0。
在本发明中，所述第二研磨后还优选包括筛分。在本发明中，所述筛分的压力优选为-6～-8kPa，更优选为-7kPa；所述筛分的粒径优选为180～220目，更优选为200目。
在本发明中，所述降粘掺合料的比表面积优选为400～600m2/kg，更优选为500m2/kg；球形度优选为0.8～1.0，更优选为0.9。
本发明还提供了一种超高性能混凝土材料，按质量份数计，包括以下制备原料：
水泥749～751份、粉煤灰59～61份、硅灰149～151份、膨胀剂19.02～21.03份、早强剂0.2～0.4份、消泡剂0.05～0.15份、石英砂998～1002份、纤维156～158份、降粘掺合料119～121份、降粘外加剂24～26份和水155～157份；所述降粘掺合料为上述技术方案所述降粘掺合料。
在本发明中，按质量份数计，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括水泥749～751份，优选为750份。在本发明中，所述水泥优选为硅酸盐水泥，更优选为PI、PII和PO型硅酸盐水泥。在本发明中，所述硅酸盐水泥的粒径优选为1.0～98.1μm，更优选为10～50μm；球形度优选为0.7～0.81。在本发明中，所述硅酸盐水泥中矿物掺合料的含量优选＜5wt.％，更优选为3～4wt.％；物相组成中C2S含量优选＞35wt.％，更优选为42～45wt.％；C3A含量优选＜12wt.％，更优选为10～11wt.％。在本发明具体实施例中，所述硅酸盐水泥优选为P II525型普通硅酸盐水泥，优选来源于甘肃京兰水泥有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括粉煤灰59～61份，优选为60份。在本发明中，所述粉煤灰优选为粉煤灰微珠；所述粉煤灰微珠粒径优选为0.1～46.5μm，更优选为5～30μm，进一步优选为10～20μm；球形度优选＞0.9，更优选为1.0。在本发明中，所述粉煤灰物相组成中玻璃体含量优选＞42wt.％，更优选为44wt.％；莫来石和石英含量合计优选为5～15wt.％，更优选为13wt.％；所述粉煤灰化学组成中SiO2和Al2O3含量合计优选＞85wt.％，更优选为87wt.％。在本发明具体实施例中，所述粉煤灰优选来源于河南筑成科技有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括硅灰149～151份，优选为150份。在本发明中，所述硅灰的粒径优选为0.1～31.3μm，更优选为1～20μm，进一步优选为5～10μm；所述粒径小于1μm的硅灰的质量占比优选＞33.3％，更优选为38.1％；所述硅灰的球形度优选为0.8～1。在本发明中，所述硅灰的化学组成中SiO2含量优选＞98wt.％，更优选为99wt.％。在本发明具体实施例中，所述硅灰优选来源于甘肃省三远硅材料有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括膨胀剂19.02～21.03份，优选为20份。在本发明中，所述膨胀剂优选包括镁基膨胀剂和塑性膨胀剂。在本发明中，所述镁基膨胀剂和塑性膨胀剂的质量比优选为19～21:0.02～0.03，更优选为20:0.02。在本发明中，所述镁基膨胀剂优选为硫酸镁和氧化镁混合物；所述镁基膨胀剂化学组成中MgO含量优选＞40wt.％，更优选为42wt.％。在本发明中，所述塑性膨胀剂优选为对硝基苯重氮氟硼酸盐和亚氨基二异氰；所述对硝基苯重氮氟硼酸盐和亚氨基二异氰的质量比优选为4.5～5.5:4.5～5.5，更优选为5:5。在本发明具体实施例中，所述镁基膨胀剂和塑性膨胀剂优选来源于江苏中天宏科有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括早强剂0.2～0.4份，优选为0.3份。在本发明中，所述早强剂优选为无水硫酸钙、甲酸钙和生石灰的混合物；所述无水硫酸钙、甲酸钙和生石灰的质量比优选为3.8～4.2:3.8～4.2:1.8～2.2，更优选为4:4:2。在本发明具体实施例中，所述早强剂优选来源于巴斯夫(中国)股份有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括消泡剂0.05～0.15份，优选为0.1份。在本发明中，所述消泡剂优选为聚醚消泡剂。在本发明中，所述聚醚消泡剂优选为聚氧乙烯、聚氧丙烯在引发剂存在下制备的嵌段共聚物；所述引发剂优选为双氧水。在本发明具体实施例中，所述消泡剂优选来源于巴斯夫(中国)股份有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括石英砂998～1002份，优选为1000～1001份。在本发明中，所述石英砂的球形度优选＞0.75，更优选为0.85。在本发明中，所述石英砂优选为连续级配分布的石英砂；所述连续级配分布中20～40目、40～70目和70～140目的石英砂质量比优选为4～5.1:1.9～2.1:2.9～3.1，更优选为5:2:3。在本发明具体实施例中，所述石英砂优选来源于甘肃省富强石英砂厂。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料优选包括纤维156～158份，更优选为157份。在本发明中，所述纤维优选包括钢纤维、聚甲醛纤维和玄武岩纤维中的一种或多种，更优选为钢纤维。在本发明中，所述钢纤维优选为多尺度和多形状混杂钢纤维；所述钢纤维的直径优选为0.1～0.5mm，更优选为0.2mm；长度优选为10～13mm。在本发明中，长度为10mm的平直钢纤维、13mm的平直钢纤维、10mm的端钩钢纤维和13mm端钩钢纤维质量比优选为1.8～2.2:2.8～3.2:1.8～2.2:2.8～3.2，更优选为2:3:2:3。在本发明具体实施例中，所述钢纤维优选来源于天津恒丰翔翔金属新材料科技有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括降粘掺合料119～121份，优选为120份。在本发明中，降粘掺合料具有大幅降低UHPC拌合物粘度，增强UHPC施工性能的作用。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料包括降粘外加剂24～26份，优选为25份。在本发明中，所述降粘外加剂优选包括减水剂和硅溶胶。在本发明中，所述减水剂优选为降粘型聚羧酸减水剂和保坍型聚羧酸减水剂。
在本发明中，所述降粘型聚羧酸减水剂的制备原料优选包括：改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、引发剂和溶剂。在本发明中，所述溶剂优选为次亚磷酸钠、抗坏血酸和水；所述引发剂优选为双氧水或硫酸亚铁。
在本发明中，所述降粘型聚羧酸减水剂的制备方法优选包括以下步骤：
将甲基烯丙基聚氧乙烯醚、氨基磺酸、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和水混合，进行自由基共聚反应，得到改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚；
将马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和水混合，得到混合溶液A；将马来酸酐和水混合，得到马来酸酐溶液；将次亚磷酸钠、抗坏血酸和水混合，得到链转移溶剂；
将混合溶液A、改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚、双氧水、马来酸酐溶液和溶剂混合，进行共聚反应，酸碱调节后得到所述降粘型聚羧酸减水剂。
本发明将甲基烯丙基聚氧乙烯醚、氨基磺酸、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和水混合，进行自由基共聚反应，得到改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚。在本发明中，所述甲基烯丙基聚氧乙烯醚、氨基磺酸、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和水的质量比优选为190～200:3～5:5～7:245～255，更优选为196:4:6:250。在本发明中，所述自由基共聚反应的温度优选为110～120℃，时间优选为2.4～2.6min；在本发明中，所述自由基共聚反应优选在搅拌和保护气体氛围条件下进行。在本发明中，所述搅拌的速率优选为120～140r/min，更优选为130r/min；所述保护气体优选为氮气、氩气和氦气中的一种或多种，更优选为氮气。
得到改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚后，本发明将马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和水混合，得到混合溶液A；将马来酸酐和水混合，得到马来酸酐溶液；将次亚磷酸钠、抗坏血酸和水混合，得到链转移溶剂。在本发明中，所述马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和水的质量比优选为15～17:3～5:38～42，更优选为16:4:40。在本发明中，所述马来酸酐和水的质量比优选为7～9:9～11，更优选为8:10。在本发明中，所述次亚磷酸钠、抗坏血酸和水的质量比优选为6～8:0.9～1.1:78～82，更优选为7:1:80。
本发明将所述混合溶液A、改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚、双氧水、马来酸酐溶液和溶剂混合，进行共聚反应，酸碱调节后得到所述降粘型聚羧酸减水剂。在本发明中，优选先将混合溶液A和改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚混合，所述混合的时间优选为10min；然后和双氧水混合，所述混合的时间优选为20min；最后分别滴加马来酸酐溶液和溶剂，所述马来酸酐溶液的滴加时间优选为2.5h，所述溶剂的滴加时间优选为3.0h。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为300r/min。在本发明中，以滴加完溶剂的时间开始计为共聚反应的时间，所述共聚反应的时间优选为1～1.5h，温度优选为30～35℃。在本发明中，所述酸碱调节的试剂优选为碳酸氢钠溶液。在本发明中，所述酸碱调节时优选还包括固含量调节，所述固含量调节的试剂优选为水，更优选为去离子水。
在本发明中，所述降粘型聚羧酸减水剂的固含量优选为38～40％，更优选为39％；相对分子质量优选＜25000，更优选为19270；分布指数优选＜1.5，更优选为1.28；减水率优选＞35％，更优选为38％；pH值优选为7～8。
在本发明中，所述保坍型聚羧酸减水剂的制备原料优选包括：异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、双氧水和溶剂。在本发明中，所述溶剂优选为次亚磷酸钠、抗坏血酸和水。
在本发明中，所述保坍型聚羧酸减水剂的制备方法优选包括以下步骤：
将异戊烯醇聚氧乙烯醚和水混合，得到异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液；
将甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯和水混合，得到混合溶液B；将次亚磷酸钠、抗坏血酸和水混合，得到溶剂；
将异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液、双氧水、混合溶液B和溶剂混合，进行共聚反应，酸碱调节后得到所述保坍型聚羧酸减水剂。
本发明将异戊烯醇聚氧乙烯醚和水混合，得到异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液。在本发明中，所述异戊烯醇聚氧乙烯醚和水的质量比优选为140～160:180～220，更优选为150:200。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行。在本发明中，所述混合的温度优选为30～40℃，更优选为35℃；搅拌速率优选为120～140r/min，更优选为130r/min。
本发明将甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯和水混合，得到混合溶液B；将次亚磷酸钠、抗坏血酸和水混合，得到溶剂。在本发明中，所述甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯和水的质量比优选为24～26:18～22:24～26:22～24，更优选为25:20:25:23。在本发明中，所述次亚磷酸钠、抗坏血酸和水的质量比优选为15～17:2～4:78～82，更优选为16:3:80。
本发明将异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液、双氧水、混合溶液B和溶剂混合，进行共聚反应，酸碱调节后得到所述保坍型聚羧酸减水剂。在本发明中，优选将异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液和双氧水混合，所述混合的时间优选为10min；然后分别滴加混合溶液B和溶剂，所述混合溶液B的滴加时间优选为2.5h，所述溶剂的滴加时间优选为3.0h。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为300r/min。在本发明中，以滴加完溶剂的时间开始计为共聚反应的时间，所述共聚反应的时间优选为1～1.5h，温度优选为30～35℃。在本发明中，所述酸碱调节的试剂优选为碳酸氢钠溶液。在本发明中，所述酸碱调节时优选还包括固含量调节，所述固含量调节的试剂优选为水，更优选为去离子水。
在本发明中，所述保坍型聚羧酸减水剂的固含量优选为35～38％，更优选为36％；相对分子质量优选＜40000，更优选为24972；分布指数优选＜1.22，更优选为1.18；减水率优选＞30％，更优选为36％；pH值优选为6.5～7。
在本发明中，所述硅溶胶优选为酸性硅溶胶。在本发明中，所述酸性硅溶胶的粒径优选为8～20nm，更优选为8～10nm；pH值优选为6.5～6.8；所述酸性硅溶胶中Na2O含量优选＜0.2wt.％，更优选为0.14wt.％；Si2O含量优选＞30wt.％，更优选为38wt.％。在本发明具体实施例中，所述酸性硅溶胶优选来源于广东惠尔特有限公司。
在本发明中，以所述水泥的质量份数为基准，所述超高性能混凝土材料的制备原料优选包括降粘外加剂24～26份，更优选为25份。
本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、硅灰、降粘掺合料、膨胀剂、早强剂、消泡剂和石英砂进行第一混合，得到粉体干混料；
将所述粉体干混料、降粘外加剂和水进行第二混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料和纤维进行第三混合，得到所述超高性能混凝土材料。
本发明将水泥、粉煤灰、硅灰、降粘掺合料、膨胀剂、早强剂、消泡剂和石英砂进行第一混合，得到粉体干混料。在本发明中，所述第一混合优选在行星式或卧轴式搅拌机中进行。在本发明中，所述第一混合优选为：先将水泥、粉煤灰、硅灰、降粘掺合料、膨胀剂、早强剂和消泡剂混合，所述混合的搅拌速率优选为80～100r/min，更优选为95r/min；时间优选7～10min，更优选为8min；然后和石英砂混合，所述混合的搅拌速率优选为100～120r/min，更优选为110r/min，时间优选为4～6min。
得到粉体干混料后，本发明将粉体干混料、降粘外加剂和水进行第二混合，得到混合浆料。在本发明中，所述第二混合优选在卧轴式震动搅拌机中进行。在本发明中，所述第二混合的震动频率优选为200～300次/min，时间优选为4～6min，更优选为5min。
得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料和纤维进行第三混合，得到所述超高性能混凝土材料。在本发明中，优选采用震动筛加入纤维；所述震动筛的频率优选为1200～1400次/min；所述震动筛的筛孔直径优选为纤维长度的0.4～0.5倍。在本发明中，所述第三混合优选在卧轴式震动搅拌机中进行。在本发明中，所述第三混合的震动频率优选为300～350次/min，时间优选为5～7min，更优选为6min。
本发明还提供了上述技术方案所述超高性能混凝土材料或上述技术方案所述制备方法制备的超高性能混凝土材料在桥面铺装现浇、桥梁预制构件、桥梁面板预制构件或桥梁接缝现浇中的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的降粘掺合料和超高性能混凝土材料进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明以下实施例和对比例中所述制备原料的部分参数如下：
水泥：P II 525型普通硅酸盐水泥，来源于甘肃京兰水泥有限公司，矿物掺合料含量为3.0wt.％，C2S含量为42wt.％，C3A含量为11wt.％，粒径为1.0～98.1μm，球形度为0.81；
粉煤灰：粉煤灰微珠，来源于河南筑成科技有限公司，玻璃体含量为44wt.％，莫来石和石英含量合计为13wt.％，SiO2和Al2O3含量合计为87wt.％；
硅灰：95级不加密硅灰，来源于甘肃省三远硅材料有限公司，SiO2含量为99wt.％，粒径为0.1～31.3μm，粒径小于1μm的硅灰质量占比38.1wt.％，球形度为1；
降粘掺合料：半水石膏、熟石灰、高炉矿渣、碳酸钙、玻璃微珠来源于山西海诺有限公司，纳米氧化铝、纳米硅酸钙来源于巴斯夫(中国)股份有限公司；
石英砂：来源于甘肃省富强石英砂厂，20～40目、40～70目和70～140目石英砂的质量比为5:2:3，石英砂球形度为0.85或0.6；
酸性硅溶胶：来源于广东惠尔特有限公司；粒径为10nm，pH值为6.5，Na2O含量为0.14wt.％，Si2O含量为38wt.％；
钢纤维：来源于天津恒丰翔翔金属新材料科技有限公司，10mm平直钢纤维、13mm平直钢纤维、10mm端钩钢纤维和13mm端钩钢纤维的质量比为2:3:2:3；
镁基膨胀剂和塑性膨胀剂：来源于江苏中天宏科有限公司；
早强剂、聚醚消泡剂：来源于巴斯夫(中国)股份有限公司；
成品聚羧酸减水剂：来源于南京奥莱特新材料股份有限公司；固含量为35％，相对分子质量为41400，分布指数为1.53，减水率为37％；
保坍型聚羧酸减水剂：固含量为36％，相对分子质量为24972，分布指数为1.28；减水率为36％；pH值为6.5；
降粘型聚羧酸减水剂：固含量为39％，相对分子质量为19270，分布指数为1.28，减水率为38％，pH值为7。
实施例1
称取半水石膏20kg、熟石灰20kg、高炉矿渣30kg、碳酸钙15kg、玻璃微珠5kg、纳米氧化铝4kg、C-S-H纳米晶核6kg置于高效开流选粉磨机中，研磨4h，至所得第一粉体的比表面积为500m2/kg，球形度为0.8；
称取三乙醇胺2kg、六偏磷酸钠2kg、硅酸钾2kg和上述第一粉体混合，研磨3h，得到第二粉体的比表面积为800m2/kg，球形度为0.95，然后将第二粉体置于200目的负压筛中，调整负压筛压力为-7kPa进行筛分，收集负压筛底粉体得到所述降粘掺合料；
称取水泥750kg、粉煤灰60kg、硅灰150kg、上述降粘掺合料120kg、镁基膨胀剂20kg、塑性膨胀剂0.02kg、早强剂0.3kg和聚醚消泡剂0.1kg置于行星式搅拌机中，调整搅拌机转速为95r/min，搅拌8min；继续向搅拌机中加入1000kg石英砂，调整搅拌机转速为110r/min，搅拌4min得到粉体干混料；
称取降粘外加剂25kg(10kg降粘型聚羧酸减水剂、10kg保坍型聚羧酸减水剂和5kg酸性硅溶胶)、156kg水和上述粉体干混料置于卧轴式震动搅拌机中，调整震动搅拌机震动频率为200次/min，搅拌5min，得到混合浆料；
采用频率为1200次/min、筛孔直径为4.75mm的震动筛于上述混合浆料中加入钢纤维157kg，调整震动搅拌机震动频率为300次/min，震动搅拌6min，得到所述超高性能混凝土材料。
对比例1
参照实施例1所述制备方法制备超高性能混凝土材料，不同之处仅在于不添加降粘掺合料，硅灰的用量为270kg。
对比例2
参照实施例1所述制备方法制备超高性能混凝土材料，不同之处仅在于降粘掺和料的制备方法为：称取半水石膏20kg、熟石灰20kg、高炉矿渣30kg和碳酸钙30kg置于高效开流选粉磨机中，研磨4h，至第一粉体的比表面积为500m2/kg，球形度为0.8；
称取三乙醇胺2kg、六偏磷酸钠2kg、硅酸钾2kg和上述第一粉体混合，研磨3h，得到第二粉体，然后将第二粉体置于200目的负压筛中，调整负压筛压力为-7kPa进行筛分，收集负压筛底粉体得到所述降粘掺合料。
对比例3
参照实施例1所述制备方法制备超高性能混凝土材料，不同之处仅在于石英砂的球形度为0.6。
对比例4
参照实施例1所述制备方法制备超高性能混凝土材料，不同之处仅在于降粘外加剂25kg由20kg成品聚羧酸减水剂和5kg酸性硅溶胶组成。
对比例5
参照实施例1所述制备方法制备超高性能混凝土材料，不同之处仅在于所述第二混合采用行星式搅拌机进行搅拌混合，调整搅拌机转速为95r/min，搅拌8min。
测试例
根据《超高性能混凝土试验方法标准》(CECS 864-2021)对实施例1和对比例1～5所述超高性能混凝土材料进行性能测试，试验结果如如表1所示。
表1超高性能混凝土材料力学性能测试结果
由表1结果可知，不同原材料组成和种类、降粘掺合料组成和制备、降粘外加剂合成和复配、超高性能混凝土拌合工艺等对低粘高强超高性能混凝土的性能影响较为明显。对比实施例1、对比例1和对比例2可知，本发明采用降粘掺合料制备技术、降粘外加剂合成和复配技术、拌合物震动搅拌技术制备低粘高强超高性能混凝土，在保证拌合物达到自密实(>730mm)的基础上，进一步提升了超高性能混凝土的保坍性能(1h扩展度>700mm)和收缩性能(>0％)，并使其28d抗压强度达到UC150级。
对比实施例1和对比例3可知，低粘高强超高性能混凝土中应对石英砂等原材料的球形度有相应的规定，采用低球形度石英砂制备超高性能混凝土时，拌合物扩展度和28d干燥收缩性能分别降低65mm和0.23％，说明球形度较高的石英砂能有效优化拌合物的工作性能和收缩性能。
对比实施例1和对比例4可知，低粘高强超高性能混凝土应采用专用的降粘型聚羧酸减水剂，并应复配保坍组分优化施工性能，当采用市售普通成品聚羧酸减水剂制备超高性能混凝土时，扩展度、1h保坍性能的扩展度和28d抗压强度分别降低185mm、250mm和32.5MPa，说明专用降粘型外加剂可有效增强超高性能混凝土工作性能、保坍性能和抗压强度。
对比实施例1和对比例5可知，低粘高强超高性能混凝土制备应采用专业震动搅拌设备，当采用普通行星式搅拌机拌合超高性能混凝土时，扩展度、28d抗压强度分别降低35mm和13.5MPa，说明专业的震动搅拌机可有效增强超高性能混凝土工作性能和抗压强度。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种降粘掺合料，按质量份数计，包括以下制备原料：石膏19～21份、石灰19～21份、矿渣29～31份、碳酸钙14～16份、玻璃微珠4～6份、纳米氧化铝3～5份、纳米硅酸钙5～7份和添加剂5～7份；所述添加剂为三乙醇胺、六偏磷酸钠和硅酸钾。
2.根据权利要求1所述降粘掺合料，其特征在于，所述降粘掺合料的比表面积为400～600m2/kg，球形度为0.8～1.0。
3.一种超高性能混凝土材料，按质量份数计，包括以下制备原料：
水泥749～751份、粉煤灰59～61份、硅灰149～151份、膨胀剂19.02～21.03份、早强剂0.2～0.4份、消泡剂0.05～0.15份、石英砂998～1002份、纤维156～158份、降粘掺合料119～121份、降粘外加剂24～26份和水155～157份；所述降粘掺合料为权利要求1～2任一项所述降粘掺合料。
4.根据权利要求3所述超高性能混凝土材料，其特征在于，所述降粘外加剂包括减水剂和硅溶胶；所述减水剂为降粘型聚羧酸减水剂和保坍型聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求4所述超高性能混凝土材料，其特征在于，所述降粘型聚羧酸减水剂的制备原料包括：改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、双氧水和溶剂；
所述保坍型聚羧酸减水剂的制备原料包括：异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、双氧水和溶剂。
6.根据权利要求3所述超高性能混凝土材料，其特征在于，所述膨胀剂包括镁基膨胀剂和塑性膨胀剂。
7.根据权利要求3所述超高性能混凝土材料，其特征在于，所述早强剂包括无水硫酸钙、甲酸钙和生石灰。
8.根据权利要求3所述超高性能混凝土材料，其特征在于，所述石英砂的球形度＞0.75；所述石英砂为连续级配分布的石英砂，所述连续级配分布中20～40目、40～70目和70～140目的石英砂质量比为4～5.1:1.9～2.1:2.9～3.1。
9.权利要求3～8任一项所述超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、硅灰、降粘掺合料、膨胀剂、早强剂、消泡剂和石英砂进行第一混合，得到粉体干混料；
将所述粉体干混料、降粘外加剂和水进行第二混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料和纤维进行第三混合，得到所述超高性能混凝土材料。
10.权利要求3～8任一项所述超高性能混凝土材料或权利要求9所述制备方法制备的超高性能混凝土材料在桥面铺装现浇、桥梁预制构件、桥梁面板预制构件或桥梁接缝现浇中的应用。
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