一種高強超高韌性混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高強超高韌性混凝土及其制備方法，該混凝土由包括以下重量份的組分制備而成：水泥400?800份，硅灰100?250份，礦渣粉200?500份，粉煤灰200?500份，石英粉200?500份，石英砂800?1000份，減水劑20?40份，水180?250份，聚乙烯纖維15?25份；制備時，按重量份將水泥、硅灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攪拌機中，干粉攪拌2?3min，充分混合均勻；待攪拌結束后，轉移至模具中，振搗1?2min成型，進行養護，脫模，即制得所述的高強超高韌性混凝土。與現有技術相比，本發明混凝土的抗壓強度達到120?150MPa，抗折強度達到30?50MPa，抗拉強度達到15?22MPa，抗拉延伸率達到4?8％，具有很好的應用前景。
【專利說明】
-種高強超高初性混凝±及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于建筑材料技術領域，設及一種高強超高初性混凝±及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 超高性能混凝±化1付日hi曲performance concrete,簡稱UHPC)具有比強度高， 負載能力大，節約資源和能源、耐久性優異的特點，能滿足±木工程輕量化、高層化、大跨化 和高耐久化的要求，是混凝±技術的主要發展方向。UHPC在上世紀90年代由法國研究者采 用常規材料開發出的具有超高抗壓強度、超高抗拉強度、高初性W及高耐久性。UHPC材料根 據最緊密堆積原理，采用高致密水泥基均勻體系模型，去除2mmW上粗骨料，同時滲入一定 體積微鋼纖維配W高溫W及蒸養的養護方法，制備出超高性能的混凝上。根據養護方式W 及所使用原材料的不同，其抗壓強度達到200到800M化，抗折強度為20-40M化，直拉強度不 小于8MPa，W上數值為高強混凝±的4-6倍;UHPC的斷裂能高達40000J/m2，是普通混凝±的 250倍，其氯離子滲透性，抗凍融性能均高于高強混凝±，具有超高耐久性。UHPC在結構中的 使用能夠大大降低截面尺寸，降低結構自重，用于高層結構，橋梁大跨結構;另一方面，利用 UHPC的超高抗滲透性能，將其用在輸送腐蝕性液體的管道和固體廢物料處理容器中；其良 好的抗沖擊性能，可用于軍事防御工程中。
[0003] 公開號CN104030634A的專利公開了一種滲碳納米管的高強高初活性粉末混凝±， 由水泥、碳納米管、娃灰、減水劑、娃砂、粉煤灰、石英粉、鋼纖維和水為原料制備而成，混合 物中各組分含量W質量份數計算為:水泥1000-1200份，娃灰250-350份，礦渣粉250-350份， 減水劑40-50份，娃砂1200-1400份，水180-230份，鋼纖維190-230份，粉煤灰180-250份，石 英粉80-120份，碳納米管分散劑0.1-5份，碳納米管粉末1-10份。該專利配制的滲碳納米管 超高性能活性粉末混凝上，抗壓強度達到300M化，抗折強度達到55MPa，單向拉伸時初裂強 度達到10.2MPa，極限拉伸強度11.5MPa，拉伸應變達到0.5%。該專利配方中添加了碳納米 管增強混凝±的力學性能，但也提高了該類混凝±的造價成本，且其單向拉伸應變只有 0.52%，略高于鋼筋的屈服應變，一旦超過該值，裂縫有局部化擴大的危險。
[0004] 公開號CN101874004A的專利公開了一種延性超高性能混凝±，包括100份波特蘭 水泥;50至200份具有D10至D90為0.063至5毫米的單粒度的砂子，或者砂子混合物，其中最 細的砂子的D10至D90為0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90為1至5毫米;0至70份平均 粒子尺寸為15微米W下的粒狀火山灰或非火山灰材料或其混合物;0.1至10份減水超增塑 劑；10至30份水；W及相對于硬化的組合物的體積為0.5至5體積％的長徑比為6至120的玻 璃纖維。該專利采用玻璃纖維與聚乙締醇纖維配制了一種高延性UHPC，其彎拉強度最大為 20M化，跨中曉度/跨度比達到1/140,但該專利技術方案并未記載有單向拉伸試驗。現已有 研究表明，傳統鋼纖維UHPC混凝±，單向拉伸的延性均未能超過0.6%，使得該類材料在受 拉區的使用受到較大限制。
[0005] 公開號CN101665342A的專利公開了一種高初性控裂防滲纖維混凝±，主要成分包 括水泥、活性礦物滲合料、骨料、纖維和水，活性礦物滲合料采用粉煤灰、娃灰、粒化高爐礦 渣、偏高嶺±，纖維采用聚乙締醇纖維、聚乙締纖維、芳香族聚酷胺纖維，骨料的最大粒徑不 超過0.5mm，骨料的重量與水泥和活性礦物滲合料總重量之比為1%~70%，纖維的滲量為 纖維混凝±總體積的1.5%~2.5%。該專利混凝±的抗壓強度在40-601?曰之間，抗拉強度 為4-lOMPa，彎拉強度為10-20MPa，極限拉伸應變為1.8-7.5 %，但是該專利混凝±的抗壓彈 模低，抗壓強度W及彎拉強度也具有進一步提升的空間。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有高抗壓強 度、高抗拉強度，并能保持超高延性，具備良好的耗能能力及彈性模量的高強超高初性混凝 ±及其制備方法，旨在解決現有水泥基材料高強度與高延性不可兼得的技術問題。
[0007] 本發明的目的可W通過W下技術方案來實現：
[0008] -種高強超高初性混凝±，該混凝±由包括W下重量份的組分制備而成：水泥 400-800份，娃灰100-250份，礦渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500份，石英 砂800-1000份，減水劑20-40份，水180-250份，聚乙締纖維15-25份。
[0009] 作為優選的技術方案，所述的混凝±由包括W下重量份的組分制備而成:水泥600 份，娃灰150份，礦渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份，石英砂850份，減水劑25份，水220 份，聚乙締纖維20份。
[0010] 所述的水泥為復合娃酸鹽水泥或者普通娃酸鹽水泥，并且所述的水泥的28天抗壓 強度> 52.5MPa，28天抗折強度> 7. OMPa，比表面積> 300mVkg。
[00川所述的娃灰的比表面積為20-25mVg，其Si02的質量含量>90%。
[0012] 所述的礦渣粉為S105級礦渣粉或S115級礦渣粉，比表面積>700mVkg，密度為 2.9g/cm3;所述的粉煤灰為一級粉煤灰，比表面積> 700m2/kg，密度為2.6g/cm3。
[0013] 所述的石英粉的粒徑為2-4μηι，其Si化的質量含量>99% ;所述的石英砂的粒徑為 0.1-0.3mm，其 Si〇2 的質量含量 >99%。
[0014] 所述的石英粉的粒徑選擇為2-4μπι，介于娃灰與礦渣粉之間，在整個體系中作為填 充物料，并且在高溫養護中，其富含的Si化能發揮較強的火山灰效應W提高基體強度;粒徑 為0.1-0.3mm石英砂在體系中起到細骨料的作用，粒徑過大將對纖維的分散造成影響。
[0015] 所述的聚乙締纖維的直徑為30-45μπι，長度為9-12mm，長徑比>200,斷裂延伸率為 2-3%。
[0016] 作為優選的技術方案，所述的聚乙締纖維的抗拉強度為3000MPa。
[0017] 所述的聚乙締纖維在配方體系中起到增初混凝±基體的作用，使該混凝±能夠產 生連續細而密的裂縫。纖維直徑、長徑比、斷裂強度W及斷裂延伸率，一方面受到纖維生產 廠家的技術工藝控制，另一方面由理論計算W及試驗調配得到。纖維長徑比過大，容易造成 纖維拉斷，長徑比不足，容易造成纖維拔出，兩者均不能使混凝±產生聯系的細密裂縫。
[0018] 所述的減水劑為非緩凝型聚簇酸減水劑，該非緩凝型聚簇酸減水劑的固體含量為 40-50%，減水率 >40 %。
[0019] -種高強超高初性混凝±的制備方法，該方法具體包括W下步驟：
[0020] (1)按W下重量份的組分備料：
[0021 ] 水泥400-800份，娃灰100-250份，礦渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉 200-500份，石英砂800-1000份，減水劑20-40份，水180-250份，聚乙締纖維15-25份；
[0022] (2)按重量份將水泥、娃灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攬拌機中，干粉 攬拌2-3min，充分混合均勻；
[0023] (3)待攬拌結束后，轉移至模具中，振搗l-2min成型，進行養護，脫模，即制得所述 的高強超高初性混凝±。
[0024] 所述的養護為常溫標準養護或高溫水浴養護;其中，
[0025] 所述的常溫標準養護的條件為:控制溫度為20-25°C，濕度為90% ±5%，養護28 天；
[00%]所述的高溫水浴養護的條件為:控制溫度為85-95°C，水浴養護48小時。
[0027] 作為優選的技術方案，所述的常溫標準養護的條件為：控制溫度為20°C，濕度為 90% ±5%，養護28天。
[0028] 作為優選的技術方案，所述的高溫水浴養護的條件為:控制溫度為9(TC，水浴養護 48小時。
[0029] 本發明混凝±配方中，采用粉煤灰、礦渣粉、娃灰、石英粉W及石英砂作為活性礦 物滲料，水泥為骨料，并結合使用減水劑和增強纖維，通過適宜的組分配伍，將抗壓強度與 抗拉強度W及抗拉延性很好的結合，抗拉強度W及延伸率均較傳統的超高性能混凝±有明 顯提升。
[0030] 與現有技術相比，本發明具有W下特點：
[0031] 1)本發明混凝±在達到高抗壓強度、抗拉強度的同時保持超高的單向拉伸延性， 其抗壓強度約為150MPa，單向拉伸初裂強度可達到lOMPa，極限強度接近20MPa，具有很高的 拉壓比，單向拉伸延性能保持在4%-8%，為現有UHPC材料的10倍延伸率W上；
[0032] 2)具有良好的微裂縫分布性能W及良好的耗能性能；
[0033] 3)制備方法簡單，原料來源廣泛，經濟成本低，適用于大規模工業建筑應用。
【附圖說明】
[0034] 圖1為實施例1中標號1-3混凝±的單向拉伸應力應變圖；
[0035] 圖2為實施例1中標號1-3混凝±的彎曲應力-曉度圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0037] 實施例中所使用的原材料若非特指，均為公知的，市售化工原料。
[003引實施例1:(本實例中含有Ξ個產品，其編號分別記為1-1，1-2,1-3)
[0039] 本實施高強超高延性混凝±，包括P. 0.52.5普通娃酸鹽水泥，超細礦渣粉，超細粉 煤灰、娃灰、石英粉、石英砂、減水劑、自來水W及聚乙締纖維。各組分如下表1所示，表中各 部分為重量份含量，其中，表1中聚乙締纖維長度為12mm，長徑比為400。
[0040] 表1產品組分及重量份含量
[0041]
[0042] ~本實例高強超高延性混凝±的制備過程如下:
[0043] (1)將水泥600份，娃灰150份，超細礦渣粉200份，超細粉煤灰200份，石英粉200份、 石英砂850份，加入攬拌機，干粉攬拌2-3鐘，混合均勻；
[0044] (2)加入減水劑與水的混合液體，攬拌5-6分鐘，使干粉成漿；
[0045] (3)分批滲入纖維，攬拌10-12分鐘，保證纖維分散均勻；
[0046] (4)攬拌完成后，放入模具中，振搗1-2分鐘成型；
[0047] (5)進行養護，高溫90°C水浴養護48小時，脫模即得本產品。
[004引制得的產品的力學性能試驗結果如表2所示。
[0049]表2產品力學性能試驗測試結果
[(K)加]
[0051 ]實施例2:(本實例中含有兩個產品，其編號分別記為2-1，2-2)
[0052] 本實施例高強超高延性混凝±，包括P.0.52.5普通娃酸鹽水泥，礦渣粉，一級粉煤 灰、娃灰、石英粉、石英砂、減水劑、自來水W及聚乙締纖維。各組分如表3所示，表中各部分 為重量份含量，其中，表3中2-1產品中聚乙締纖維長度為9mm，長徑比為300，2-2產品中聚乙 締纖維長度為12mm，長徑比為400。
[0053] 表3產品組分及重量份含量 [0化4]
[0055] ~本實例中所述高強超高延性混凝±的制備過程如下:
[0056] (1)將水泥600份，娃灰150份，礦渣粉200份，一級粉煤灰200份，石英粉200份、石英 砂850份，加入攬拌機，干粉攬拌2-3鐘，混合均勻；
[0057] (2)加入減水劑與水的混合液體，攬拌5-6分鐘，使干粉成漿；
[005引（3)分批滲入纖維，攬拌10-12分鐘，保證纖維分散均勻；
[0059] (4)攬拌完成后，放入模具中，振搗1-2分鐘成型；
[0060] (5)進行養護，高溫90°C水浴養護48小時，脫模即得本產品，
[0061] 制得的產品的力學性能試驗結果如表4所示。
[0062] 表4產品力學性能試驗測試結果
[0063]
[0064] 實施例3:(本實例中含有Ξ個產品，其編號分別記為3-1,3-2,3-3)
[0065] 本實施高強超高延性混凝±，包括P. 0.52.5普通娃酸鹽水泥，超細礦渣粉，超細粉 煤灰、娃灰、石英粉、石英砂、減水劑、自來水W及聚乙締纖維。各組分如下表5所示，表中各 部分為重量份含量，其中，表5中聚乙締纖維長度為12mm，長徑比為400。
[0066] 表5產品組分及重量份含量
[0067]
[006引本實施例高強超高延性混凝上的制備過程如下: ' ' '
[0069] (1)將水泥600份，娃灰150份，超細礦渣粉400份，超細粉煤灰200份，石英砂850份， 加入攬拌機，干粉攬拌2-3鐘，混合均勻；
[0070] (2)加入減水劑與水的混合液體，攬拌5-6分鐘，使干粉成漿；
[0071 ] (3)分批滲入纖維，攬拌10-12分鐘，保證纖維分散均勻；
[0072] (4)攬拌完成后，放入模具中，振搗1-2分鐘成型；
[0073] (5)進行養護，養護條件分為常溫標準養護28天。常溫標準養護條件溫度為2(TC， 濕度為90% ±5%。
[0074] 制得的產品的力學性能試驗結果如表6所示。
[0075] 表6產品力學性能試驗測試結果
[0076]
[0077] 實施例4:
[0078] 本實施例高強超高初性混凝±，由包括W下重量份的組分制備而成:水泥600份， 娃灰180份，礦渣粉350份，粉煤灰420份，石英粉320份，石英砂800份，減水劑32份，水200份， 聚乙締纖維18份。
[0079] 其中，水泥為復合娃酸鹽水泥，該水泥的28天抗壓強度>52.5MPa，28天抗折強度 >7. OMPa，比表面積>300m^kg;娃灰的比表面積20mVg，其Si化的質量含量>90% ;礦渣粉 為S105級礦渣粉，比表面積> 700mVkg，密度為2.9g/cm3;粉煤灰為一級粉煤灰，比表面積> 700m2/kg，密度為2.6g/cm3;石英粉的粒徑為2μηι，其Si化的質量含量>99% ;石英砂的粒徑 為0.1mm，其Si化的質量含量>99%;聚乙締纖維的直徑為30皿，長度為9mm，長徑比>200， 斷裂延伸率為2%;減水劑為非緩凝型聚簇酸減水劑，該非緩凝型聚簇酸減水劑的固體含量 為40%，減水率>40 %。
[0080]本實施例局強超局初性混凝上的制備方法具體包括W下步驟：
[0081] (1)按W下重量份的組分備料：
[0082] 水泥600份，娃灰180份，礦渣粉350份，粉煤灰420份，石英粉320份，石英砂800份， 減水劑32份，水200份，聚乙締纖維18份；
[0083] (2)按重量份將水泥、娃灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攬拌機中，干粉 攬拌2min，充分混合均勻；
[0084] (3)待攬拌結束后，轉移至模具中，振搗Imin成型，進行養護，脫模，即制得高強超 高初性混凝±。
[0085] 其中，步驟（3)所述的養護為常溫標準養護，條件為：控制溫度為25°C，濕度為 95%，養護28天。
[0086] 實施例5:
[0087] 本實施例高強超高初性混凝±，由包括W下重量份的組分制備而成:水泥400份， 娃灰100份，礦渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份，石英砂800份，減水劑20份，水180份， 聚乙締纖維15份。
[0088] 其中，水泥為復合娃酸鹽水泥，該水泥的28天抗壓強度>52.5MPa，28天抗折強度 >7. OMPa，比表面積>300m^kg;娃灰的比表面積25mVg，其Si化的質量含量>90% ;礦渣粉 為S115級礦渣粉，比表面積> 700m2/kg，密度為2.9g/cm3;粉煤灰為一級粉煤灰，比表面積> 700m2/kg，密度為2.6g/cm3;石英粉的粒徑為4μηι，其Si化的質量含量>99% ;石英砂的粒徑 為0.3mm，其Si化的質量含量>99% ;聚乙締纖維的直徑為45μπι，長度為12mm，長徑比>200， 斷裂延伸率為3%;減水劑為非緩凝型聚簇酸減水劑，該非緩凝型聚簇酸減水劑的固體含量 為50%，減水率>40 %。
[0089] 本實施例高強超高初性混凝±的制備方法具體包括W下步驟：
[0090] (1)按W下重量份的組分備料：
[0091] 水泥400份，娃灰100份，礦渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份，石英砂800份， 減水劑20份，水180份，聚乙締纖維15份；
[0092] (2)按重量份將水泥、娃灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攬拌機中，干粉 攬拌3min，充分混合均勻；
[0093] (3)待攬拌結束后，轉移至模具中，振搗2min成型，進行養護，脫模，即制得高強超 高初性混凝±。
[0094] 其中，步驟(3)中的養護為常溫標準養護，條件為:控制溫度為95Γ，水浴養護48小 時。
[0095] 實施例6:
[0096] 本實施例高強超高初性混凝±，由包括W下重量份的組分制備而成:水泥800份， 娃灰250份，礦渣粉500份，粉煤灰500份，石英粉500份，石英砂1000份，減水劑40份，水250 份，聚乙締纖維25份。
[0097] 其中，水泥為復合娃酸鹽水泥，該水泥的28天抗壓強度>52.5MPa，28天抗折強度 >7. OMPa，比表面積>SOOmVkg;娃灰的比表面積24m^g，其Si化的質量含量>90% ;礦渣粉 為S115級礦渣粉，比表面積> 700m2/kg，密度為2.9g/cm3;粉煤灰為一級粉煤灰，比表面積> 700m2/kg，密度為2.6g/cm3;石英粉的粒徑為3μηι，其Si化的質量含量>99% ;石英砂的粒徑 為0.2mm，其Si化的質量含量>99% ;聚乙締纖維的直徑為36μπι，長度為10mm，長徑比>200， 斷裂延伸率為3%;減水劑為非緩凝型聚簇酸減水劑，該非緩凝型聚簇酸減水劑的固體含量 為48%，減水率>40 %。
[0098] 本實施例高強超高初性混凝±的制備方法具體包括W下步驟：
[0099] (1)按W下重量份的組分備料：
[0100] 水泥800份，娃灰250份，礦渣粉500份，粉煤灰500份，石英粉500份，石英砂1000份， 減水劑40份，水250份，聚乙締纖維25份；
[0101] (2)按重量份將水泥、娃灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攬拌機中，干粉 攬拌3min，充分混合均勻；
[0102] (3)待攬拌結束后，轉移至模具中，振搗2min成型，進行養護，脫模，即制得高強超 高初性混凝±。
[0103] 其中，步驟(3)中的養護為高溫水浴養護，條件為:控制溫度為85Γ，水浴養護48小 時。
[0104] 上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所 在領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可W做出其它不同形式的變化或變 動。運里無需也法對所有的實施方式予W窮舉，而由此引出的顯而易見的變化或變動仍屬 于本發明創造權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，該混凝土由包括以下重量份的組分制備而 成：水泥400-800份，硅灰100-250份，礦渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500 份，石英砂800-1000份，減水劑20-40份，水180-250份，聚乙烯纖維15-25份。2. 根據權利要求1所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，該混凝土由包括以下 重量份的組分制備而成:水泥600份，硅灰150份，礦渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份， 石英砂850份，減水劑25份，水220份，聚乙烯纖維20份。3. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的水泥為復合硅 酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，并且所述的水泥的28天抗壓強度多52.5MPa，28天抗折強度 彡7 · OMPa，比表面積彡300m2/kg。4. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的硅灰的比表面 積20-25m2/g，其SiO 2的質量含量彡90%。5. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的礦渣粉為S105 級礦渣粉或Sl 15級礦渣粉，比表面積彡700m2/kg，密度為2.9g/cm3;所述的粉煤灰為一級粉 煤灰，比表面積彡700m 2/kg，密度為2.6g/cm3。6. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的石英粉的粒徑 為2-4μπι，其SiO2的質量含量彡99%;所述的石英砂的粒徑為0.1-0.3mm，其SiO 2的質量含量 彡 99%〇7. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的聚乙烯纖維的 直徑為30-45μπι，長度為9-12mm，長徑比>200，斷裂延伸率為2-3%。8. 根據權利要求2所述的一種高強超高韌性混凝土，其特征在于，所述的減水劑為非緩 凝型聚羧酸減水劑，該非緩凝型聚羧酸減水劑的固體含量為40-50 %，減水率多40 %。9. 一種如權利要求1至8任一項所述的高強超高韌性混凝土的制備方法，其特征在于， 該方法具體包括以下步驟： (1) 按以下重量份的組分備料： 水泥400-800份，硅灰100-250份，礦渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500 份，石英砂800-1000份，減水劑20-40份，水180-250份，聚乙烯纖維15-25份； (2) 按重量份將水泥、硅灰、礦渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入攪拌機中，干粉攪拌 2-3min，充分混合均勻； (3) 待攪拌結束后，轉移至模具中，振搗l_2min成型，進行養護，脫模，即制得所述的高 強超尚初性混凝土。10. 根據權利要求9所述的一種高強超高韌性混凝土的制備方法，其特征在于，所述的 養護為常溫標準養護或高溫水浴養護;其中， 所述的常溫標準養護的條件為:控制溫度為20-25°C，濕度為90 % ± 5 %，養護28天； 所述的高溫水浴養護的條件為:控制溫度為85-95°C，水浴養護48小時。
【文檔編號】C04B28/04GK105948660SQ201610412344
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】俞可權, 余江滔
【申請人】同濟大學