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一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，各组分按以下质量比混合，普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.05~0.2：0.05~0.2：0.25~0.45：0.3~0.5：0.02~0.04：0.3~0.4：1.2~1.5，钢纤维体积掺量为0.5~3%。本发明混凝土的抗折强度比相同水胶比、胶砂比、钢纤维掺量的超高性能混凝土有很大的提高。在超高性能混凝土的实际应用中，由于较高的抗折强度能够减少钢筋用量，甚至不配钢筋，有利于降低材料费用和人工成本。普通硅酸盐水泥在生产过程中产生污染，用偏高岭土和氧化镁取代部分普通硅酸盐水泥，有利于保护环境。

Description

一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明涉及土木工程中的建筑材料技术领域，具体涉及一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土具有原材料来源广、成本低廉、生产工艺简便、使用方便等优点，成为土木工程中用量最大，用途最广的建筑材料。由于混凝土自重大、脆性大、抗折强度低，不适合一些超高层结构和大跨度桥梁，因此高抗折、高抗压强度和高耐久性能的超高性能混凝土应运而生。
超高性能混凝土具有远高于普通混凝土的抗压强度、抗折强度和耐久性能，在实际工程运用中一般能够满足抗压强度和耐久性能的要求。超高性能混凝土出现至今，其优点愈发突出，如超高性能混凝土的抗压强度达到150MPa以上，具有优异的韧性、断裂能、耐久性、耐磨性和抗腐蚀性，抗碳化、抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀能力强，存在的大量未水化水泥颗粒，使得混凝土具有自修复功能，自重轻，能够节约成本。还没有关于掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的相关研究。
目前，CN 105272027江苏苏博特新材料股份有限公司发明了一种抗压强度300MPa以上超高性能混凝土及其制备方法。将普通硅酸盐水泥、掺合料、纳米材料、降粘剂、砂、纤维、高效减水剂、粉体分散剂和水按一定配合比制备超高性能混凝土。该发明的超高性能混凝土虽然具有超高的力学性能，标准大气压的环境下85°C~90°C热养护后的抗压强度达300MPa以上、抗折强度大于55MPa，但是所用材料为超细掺合料和纳米材料，使得生产成本大大增加，经济效益不佳。
超高性能混凝土虽然抗折强度比普通混凝土有很大的提高，但实际工程运用中仍需要配置一定量的受拉钢筋以提高结构的抗弯承载力。这使得超高性能混凝土在工程运用中，施工工序较为繁琐，工期较长、人工费用较多。提高超高性能混凝土的抗折强度能够有效的减少钢筋用量，甚至不使用钢筋，从而简化施工工序、降低人工费用、提高经济效益。
发明内容
本发明一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，各组分按以下质量比混合，普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.05~0.2：0.05~0.2：0.25~0.45：0.3~0.5：0.02~0.04：0.3~0.4：1.2~1.5，钢纤维体积掺量为0.5~3%。
所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级或52.5级；所述减水剂为减水率大于20%的聚羧酸高效减水剂。所述偏高岭土粒径小于8μm；氧化镁粒径小于10μm；所述硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm；所述石英砂的细度模数为1.0~2.0，粒径为100~125μm；所述钢纤维的长度为5~20mm，直径为0.1~0.3mm，抗拉强度大于2000MPa。
上述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀；减水剂和水混合并搅拌均匀；在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体；最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
上述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的养护制度，其特征在于，包括以下步骤：标准养护24小时后进行拆模, 然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200℃，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成高韧性超高性能混凝土成品。
超高性能混凝土在实际工程运用中，仍需要配置一定量的受拉钢筋以提高抗弯承载力，由于偏高岭土中的铝和氧化镁中的镁可以使普通硅酸盐水泥主要水化产物C-S-H的链长变长，偏高岭土和氧化镁在碱性环境中会生成类水滑石晶体，该晶体会填充骨料和水泥石的界面和水泥石中的孔隙，提高混凝土的抗折强度和折压比，因此采用掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，能够减少钢筋的使用量，甚至不使用钢筋。将一定量的氧化镁和偏高岭土取代普通硅酸盐水泥，具有更好的自修复功能。由于孔结构致密和对微裂纹的自修复功能，本发明提供的掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土具有较好的耐久性能。由于偏高岭土和氧化镁可替代部分普通硅酸盐水泥，减少了由于普通硅酸盐水泥生产而产生的碳排放量，有利于保护环境。
本发明的显著优点在于：
（1）通过添加偏高岭土和氧化镁，大幅度提高了超高性能混凝土的抗折强度和折压比（抗折强度可达60MPa，折压比达0.4），在超高性能混凝土结构中减少钢筋用量，甚至不使用钢筋，使得超高性能混凝土在实际应用中简化施工工序，减少人工费用，提高经济效益。
（2）与相同水胶比、胶砂比、钢纤维掺量的超高性能混凝土相比，由于添加偏高岭土和氧化镁，使本专利提出的超高性能混凝土具有更好的界面结构、孔结构和微裂缝自修复功能，因此具有更好的耐久性能。
（3）普通硅酸盐水泥在生产过程中造成严重的环境污染，掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土使用偏高岭土和氧化镁替代部分普通硅酸盐水泥，减少普通硅酸盐水泥用量，从而降低了由其产生的碳排放量，具有良好的环境保护效益。
具体实施方式
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土配合比（质量比）：普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.05~0.2：0.05~0.2：0.25~0.45：0.3~0.5：0.02~0.04：0.3~0.4：1.2~1.5，钢纤维体积掺量为0.5~3%。
所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级或52.5级；所述减水剂为减水率大于20%的聚羧酸高效减水剂。所述偏高岭土粒径小于8μm；氧化镁粒径小于10μm；所述硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm；所述石英砂的细度模数为1.0~2.0，粒径为100~125μm；所述钢纤维的长度为5~20mm，直径为0.1~0.3mm，抗拉强度大于2000MPa。
上述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀；减水剂和水混合并搅拌均匀；在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体；最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
上述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的养护制度，其特征在于，包括以下步骤：标准养护24小时后进行拆模, 然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200℃，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成高韧性超高性能混凝土成品。
实施例1
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土配合比（质量比）：普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.05：0.05：0.25：0.3：0.02：0.3：1.2，钢纤维体积掺量为0.5%。为保证混凝土强度，水泥使用强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥，使用减水率25%的聚羧酸高效减水剂。偏高岭土粒径小于8μm，氧化镁为粒径小于10μm。硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm。石英砂的粒径为100～125μm。钢纤维的长度为5mm，直径为0.1mm，抗拉强度2050MPa。
将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀。减水剂和水混合并搅拌均匀。在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体。最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
标准养护24小时后进行拆模，然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200°C，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成混凝土成品。
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土7天的平均抗压强度为143.29MPa，平均抗折强度为58.21MPa，折压比为0.41。
实施例2
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土配合比（质量比）：普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.2：0.2：0.45：0.5：0.04：0.4：1.5，钢纤维体积掺量为3%。为保证混凝土强度，水泥应使用强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥；而且普通硅酸盐水泥中的矿渣量应尽量少。使用减水率大于20%的聚羧酸高效减水剂。偏高岭土粒径小于8μm,氧化镁为粒径小于10μm。硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm。石英砂的粒径为100～125μm。钢纤维的长度为20mm，直径为0.3mm，抗拉强度2100MPa。
将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀。减水剂和水混合并搅拌均匀。在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体。最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
标准养护24小时后进行拆模，然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200°C，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成混凝土成品。
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土7天的平均抗压强度为160.23MPa，平均抗折强度为66.34MPa，折压比为0.41。
实施例3
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土配合比（质量比）：普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.106：0.070：0.353：0.435：0.029：0.321：1.376，钢纤维体积掺量为2%。为保证混凝土强度，水泥应使用强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥；而且普通硅酸盐水泥中的矿渣量应尽量少。使用减水率大于20%的聚羧酸高效减水剂。偏高岭土粒径小于8μm,氧化镁为粒径小于10μm。硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm。石英砂的粒径为100～125μm。钢纤维的长度为13mm，直径为0.2mm，抗拉强度2000MPa。
将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀。减水剂和水混合并搅拌均匀。在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体。最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
标准养护24小时后进行拆模，然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200°C，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成混凝土成品。
掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土7天的平均抗压强度为150.15MPa，平均抗折强度为60.32MPa，折压比为0.40。
以上是本发明的具体实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。

Claims (5)

1.一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，其特征在于，各组分按以下质量比混合，普通硅酸盐水泥：偏高岭土：氧化镁：硅灰：石英粉：减水剂：水：石英砂=1：0.05~0.2：0.05~0.2：0.25~0.45：0.3~0.5：0.02~0.04：0.3~0.4：1.2~1.5，钢纤维体积掺量为0.5~3%。
2.根据权利要求1所述的掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42.5级或52.5级；所述减水剂为减水率大于20%的聚羧酸高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土，其特征在于：所述偏高岭土粒径小于8μm；氧化镁粒径小于10μm；所述硅灰的粒径为0.1~0.2μm；所述石英粉粒径小于40μm；所述石英砂的细度模数为1.0~2.0，粒径为100~125μm；所述钢纤维的长度为5~20mm，直径为0.1~0.3mm，抗拉强度大于2000MPa。
4.一种如权利要求1所述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将普通硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、氧化镁、石英砂和石英粉置于砂浆搅拌机中搅拌3分钟，旨在使各种材料分布均匀；减水剂和水混合并搅拌均匀；在普通硅酸盐水泥搅拌过程中先加入一半质量的减水剂和水的混合物搅拌3分钟，然后加入剩下的减水剂和水的混合物继续搅拌3分钟，形成水泥浆体；最后加入钢纤维搅拌4分钟，使得钢纤维均匀的分布在水泥浆体中。
5.一种如权利要求1所述掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土的养护制度，其特征在于，包括以下步骤：标准养护24小时后进行拆模, 然后进行蒸压养护，蒸压养护制度为抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190~200℃，恒压压力为1.2MPa，蒸压养护完成后，标准养护至养护龄期,养护完成即形成高韧性超高性能混凝土成品。
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