CN111499294B - 一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法 - Google Patents

一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法，该材料由以下重量分数的原料组成：水泥260～350份，硅灰40～100份，超细矿物掺合料80～120份，钢纤维50～100份，聚羧酸减水剂2～10份，消泡剂0.02～0.1份，抑缩剂30～50份，石英砂400～550份，纳米氢氧化铝0.5～1份。本发明采用干混工艺生产，所得超高性能混凝土干粉料产品在现场只需加干粉料质量6％～9％的水，采用普通混凝土搅拌设备拌和，即可获得较好的流动性用于现浇工程泵送施工。本发明拌合物流动性好、粘度低、力学性能高、水化热低、体积稳定性好、耐久性高，特别适用于对力学性能要求高或者要求高疲劳韧性和高耐久性的混凝土结构工程。

Description

一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土是由细集料、水泥、高活性掺合料、高效减水剂及钢纤维等混合后，采取适当的制备、成型和养护工艺而获得的一种水泥基材料，该材料的显著特点是具有超高强度、超高耐久性、高韧性和良好的体积稳定性，能很好的适应一些特殊工程要求。但由于超低的水胶比和超高水泥用量导致其拌合物粘度大、收缩大和水化热大的问题，在制备过程中经常需要蒸汽养护，苛刻的条件在现浇结构中很难实现。而实际工程大部分需要现浇施工，制约了其在工程中大面积推广应用。如果能从分散剂、大掺量超细矿物掺合料和复合膨胀剂入手，制备出低粘度、低收缩、低水化热的超高性能混凝土，势必大大拓展了超高性能混凝土的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高性能混凝土干粉料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的普通超高性能混凝土存在的粘度大、收缩大、水化热大的问题，以及养护条件苛刻在现浇工程难应用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超高性能混凝土干粉料，所述干粉料由以下重量分数的原料组成：水泥260～350份，硅灰40～100份，超细矿物掺合料80～120份，钢纤维50～100份，聚羧酸减水剂2～10份，消泡剂0.02～0.1份，抑缩剂30～50份，纳米氢氧化铝0.5～1份，石英砂400～550份。
进一步地，所述的水泥为P·O52.5水泥，比表面积为450～500m2/kg；所述的硅灰SiO2含量不低于98％，平均粒径为0.16～0.19μm；所述的聚羧酸减水剂为粉剂，聚羧酸减水剂减水率不小于35％；所述的石英砂含水率小于0.1％，SiO2含量不低于98％，粒径为0.15～1.18mm区间连续级配。
进一步地，所述的超高性能混凝土干粉料由以下方法制得：
(1)向超细开流选粉管磨机中加入矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂，粉磨30～60min；
(2)经超细风选***选出比表面积达700～900m2/kg的超细粉，得到所述超细矿物掺合料。
进一步地，步骤(1)中，矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂质量比为30：30～40：10～12：8～10：2～3：0.1～0.2。
进一步地，步骤(1)中，助磨激发剂由以下重量组分的原料组成：三乙醇胺10～20份、十二烷基苯磺酸钠5～6份、丙烯酸缩水甘油醚2～3份、聚合硅酸铝铁3～5份、硅酸钠10～15份、六氟硅酸镁5～10份、其余为水。
进一步地，所述的钢纤维由以下重量组分的钢纤维组成：长度8mm镀铜钢纤维30～40份、长度12mm镀铜钢纤维20～30份、长度22mm弓字镀铜钢纤维20～30份，钢纤维直径均为0.1～0.12mm，抗拉强度均不低于2850MPa。
进一步地，所述的消泡剂由以下重量组分的原料组成：聚二甲基硅氧烷20～25份、氟硅氧烷10～15份、气相二氧化硅60～70份。
进一步地，所述的抑缩剂由以下重量组分的原料组成：氧化镁98～99份、偶氮二甲酰胺1～2份。
进一步地，所述纳米氢氧化铝纯度达99.99％，平均粒径30nm，比表面积150000～175000m2/kg。
本发明还提供了一种超高性能混凝土干粉料的制备方法，包括以下步骤：
P1：将水泥260～350份、硅灰40～100份、超细矿物掺合料80～120份、抑缩剂30～50份、石英砂400～550份加入均化机A进行均化搅拌2～3min，继续均化搅拌并均匀加入聚羧酸减水剂2～10份、消泡剂0.02～0.1份、纳米氢氧化铝0.5～1份，均匀搅拌4～5min，得到混合物A，均化机转速为150～195r/min；
P2：将P1所得混合物A加入均化机B，搅拌过程均匀加入钢纤维50～100份，均化机转速为60～90r/min，均匀搅拌3～5min；即可得到所述超高性能混凝土干粉料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将水泥与硅灰、自制超细矿物掺合料以一定比例复合形成超高性能混凝土胶凝体系，大大降低水泥用量从而减少收缩和降低水化热；同时利用紧密堆积原理，合理调配组分中比例，使整个体系达到最紧密堆积状态，从而获得了超高的力学性能。
2、自制超细矿物掺合料大量利用了工业废渣，符合可持续发展理念，提高了固废资源化利用的附加值；通过超细粉磨技术复加超分散技术和激发技术，同时利用粉煤灰的滚珠效应，可实现超细矿物掺合料的超高活性和降粘作用。
3、采用多级纤维复合提高纤维有效利用率从而提高材料韧性，避免单一短直纤维对材料抗折性能贡献率不高，或者单一弓字纤维易结团难分散的问题；相同体积掺量钢纤维材料抗折性能更高，韧性更好。
4、采用复合抑缩剂可补偿材料不同时间段的收缩，利用酰胺类有机物在碱性环境中易分解产生氮气的特性，调节超高性能混凝土在塑性阶段可以达到无收缩或微膨胀；利用氧化镁膨胀剂，能够在超高性能混凝土硬化后产生均匀的膨胀效果，从而实现超高性能混凝土后期无收缩或微膨胀。
5、采用纳米材料效应调节改性增强材料体系，可激发促进水化反应微结构的形成，最终实现超高性能混凝土常温条件下的自密实性、低粘度、低收缩、高韧性、超高强度和超高耐久性。
附图说明
图1为实施例超高性能混凝土28d龄期水化产物形貌。
图2为实施例超高性能混凝土28d龄期水化凝胶与细集料界面过渡区粘结情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
一种超高性能混凝土干粉料，所述的干粉料由以下重量分数的原料组成：水泥260份，硅灰40份，超细矿物掺合料80份，钢纤维50份，聚羧酸减水剂2份，消泡剂0.02份，抑缩剂30份，纳米氢氧化铝0.5份，石英砂400份。
所述的水泥为P·O52.5水泥，比表面积为450m2/kg；所述的硅灰SiO2含量99.2％，平均粒径为0.16μm；所述的聚羧酸减水剂为粉剂，聚羧酸减水剂减水率35％；所述的石英砂含水率0.05％，SiO2含量98.5％，粒径为0.15～1.18mm区间连续级配。
所述的超细矿物掺合料由以下方法制得：
(1)向超细开流选粉管磨机中加入矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂，粉磨30min；
(2)经超细风选***选出的超细粉比表面积为700m2/kg，得到所述超细矿物掺合料。
步骤(1)中，矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂质量比为30：30：10：8：2：0.1。
步骤(1)中，助磨激发剂由以下重量组分的原料组成：三乙醇胺10份、十二烷基苯磺酸钠5份、丙烯酸缩水甘油醚2份、聚合硅酸铝铁3份、硅酸钠10份、六氟硅酸镁5份、其余为水。
所述的钢纤维由以下重量组分的钢纤维组成：长度8mm镀铜钢纤维30份、长度12mm镀铜钢纤维20份、长度22mm弓字镀铜钢纤维20份，钢纤维直径均为0.1mm，抗拉强度均为2860MPa。
所述的消泡剂由以下重量组分的原料组成：聚二甲基硅氧烷20份、氟硅氧烷10份、气相二氧化硅60份。
所述的抑缩剂由以下重量组分的原料组成：氧化镁98份、偶氮二甲酰胺2份。
所述纳米氢氧化铝纯度达99.99％，平均粒径30nm，比表面积150000m2/kg。
实施例1超高性能混凝土干粉料的制备方法，包括以下步骤：
P1：将水泥260份、硅灰40份、超细矿物掺合料80份、抑缩剂30份、石英砂400份加入均化机A进行均化搅拌2min，继续均化搅拌并均匀加入聚羧酸减水剂2份、消泡剂0.02份、纳米氢氧化铝0.5份，均匀搅拌4min，得到混合物A，均化机转速为150r/min；
P2：将P1所得混合物A加入均化机B，搅拌过程均匀加入钢纤维50份，均化机转速为60r/min，均匀搅拌3min；即可得到所述超高性能混凝土干粉料。
实施例2
一种超高性能混凝土干粉料，所述的干粉料由以下重量分数的原料组成：水泥350份，硅灰100份，超细矿物掺合料120份，钢纤维100份，聚羧酸减水剂10份，消泡剂0.1份，抑缩剂50份，纳米氢氧化铝1份，石英砂550份。
所述的水泥为P·O52.5水泥，比表面积为500m2/kg；所述的硅灰SiO2含量99.2％，平均粒径为0.16μm；所述的聚羧酸减水剂为粉剂，聚羧酸减水剂减水率35％；所述的石英砂含水率0.05％，SiO2含量98.5％，粒径为0.15～1.18mm区间连续级配。
所述的超细矿物掺合料由以下方法制得：
(1)向超细开流选粉管磨机中加入矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂，粉磨60min；
(2)经超细风选***选出的超细粉比表面积900m2/kg，得到所述超细矿物掺合料。
步骤(1)中，矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂质量比为30：40：12：10：3：0.2。
步骤(1)中，助磨激发剂由以下重量组分的原料组成：三乙醇胺20份、十二烷基苯磺酸钠6份、丙烯酸缩水甘油醚3份、聚合硅酸铝铁5份、硅酸钠15份、六氟硅酸镁10份、其余为水。
所述的钢纤维由以下重量组分的钢纤维组成：长度8mm镀铜钢纤维40份、长度12mm镀铜钢纤维30份、长度22mm弓字镀铜钢纤维30份，钢纤维直径均为0.12mm，抗拉强度均为2860MPa。
所述的消泡剂由以下重量组分的原料组成：聚二甲基硅氧烷25份、氟硅氧烷15份、气相二氧化硅70份。
所述的抑缩剂由以下重量组分的原料组成：氧化镁99份、偶氮二甲酰胺1份。
所述纳米氢氧化铝纯度达99.99％，平均粒径30nm，比表面积150000m2/kg。
实施例2超高性能混凝土干粉料的制备方法，包括以下步骤：
P1：将水泥350份、硅灰100份、超细矿物掺合料120份、抑缩剂50份、石英砂550份加入均化机A进行均化搅拌3min，继续均化搅拌并均匀加入聚羧酸减水剂10份、消泡剂0.1份、纳米氢氧化铝1份，均匀搅拌5min，得到混合物A，均化机转速为195r/min；
P2：将P1所得混合物A加入均化机B，搅拌过程均匀加入钢纤维100份，均化机转速为90r/min，均匀搅拌5min；即可得到所述超高性能混凝土干粉料。
实施例3
一种超高性能混凝土干粉料，所述的干粉料由以下重量分数的原料组成：水泥300份，硅灰80份，超细矿物掺合料100份，钢纤维80份，聚羧酸减水剂5份，消泡剂0.05份，抑缩剂40份，纳米氢氧化铝0.8份，石英砂500份。
所述的水泥为P·O52.5水泥，比表面积为480m2/kg；所述的硅灰SiO2含量99.2％，平均粒径为0.16μm；所述的聚羧酸减水剂为粉剂，聚羧酸减水剂减水率35％；所述的石英砂含水率0.05％，SiO2含量98.5％，粒径为0.15～1.18mm区间连续级配。
所述的超细矿物掺合料由以下方法制得：
(1)向超细开流选粉管磨机中加入矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂，粉磨50min；
(2)经超细风选***选出的超细粉比表面积为850m2/kg，得到所述超细矿物掺合料。
步骤(1)中，矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂质量比为30：35：11：9：2.5：0.15。
步骤(1)中，助磨激发剂由以下重量组分的原料组成：三乙醇胺15份、十二烷基苯磺酸钠5.5份、丙烯酸缩水甘油醚2.5份、聚合硅酸铝铁4份、硅酸钠13份、六氟硅酸镁8份、其余为水。
所述的钢纤维由以下重量组分的钢纤维组成：长度8mm镀铜钢纤维35份、长度12mm镀铜钢纤维25份、长度22mm弓字镀铜钢纤维28份，钢纤维直径均为0.11mm，抗拉强度均位2860MPa。
所述的消泡剂由以下重量组分的原料组成：聚二甲基硅氧烷23份、氟硅氧烷13份、气相二氧化硅65份。
所述的抑缩剂由以下重量组分的原料组成：氧化镁98.5份、偶氮二甲酰胺1.5份。
所述纳米氢氧化铝纯度达99.99％，平均粒径30nm，比表面积150000m2/kg。
实施例3超高性能混凝土干粉料的制备方法，包括以下步骤：
P1：将水泥300份、硅灰80份、超细矿物掺合料100份、抑缩剂40份、石英砂500份加入均化机A进行均化搅拌3min，继续均化搅拌并均匀加入聚羧酸减水剂5份、消泡剂0.05份、纳米氢氧化铝0.8份，均匀搅拌5min，得到混合物A，均化机转速为180r/min；
P2：将P1所得混合物A加入均化机B，搅拌过程均匀加入钢纤维80份，均化机转速为80r/min，均匀搅拌5min；即可得到所述超高性能混凝土干粉料。
对比例1
与实施例3区别在于，对比例1所用矿物掺合料为市售S105级矿粉，比表面积为450m2/kg。
对比例2
与实施例3区别在于，对比例2所用助磨激发剂中无聚合硅酸铝铁和六氟硅酸镁。
对比例3
与实施例3区别在于，对比例3所用镀铜钢纤维为单一12mm镀铜钢纤维。
对比例4
与实施例3区别在于，对比例4所用抑缩剂为市售混凝土复合膨胀剂。
对比例5
与实施例3区别在于，对比例5所用氢氧化铝为非纳米级的氢氧化铝。
性能测试：
对实施例1～3和对比例1～5所制备的超高性能混凝土掺合料进行了性能测试，统一用水量为干粉料质量的6.5％，工作性能、力学性能、耐久性试验参照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081-2016普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试。试验结果见表1。
表1性能测试结果
Figure BDA0002420760650000061
Figure BDA0002420760650000071
由表1可知，本发明实施例1～3中的超高性能混凝土粘度低工作性能好、塑性收缩和干燥收缩小、抗折抗压强度高、水化热低，且性能均优于对比例1～5中的混凝土。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超高性能混凝土干粉料，其特征在于，所述干粉料由以下重量分数的原料组成：水泥260～350份，硅灰40～100份，超细矿物掺合料80～120份，钢纤维50～100份，聚羧酸减水剂2～10份，消泡剂0.02～0.1份，抑缩剂30～50份，纳米氢氧化铝0.5～1份，石英砂400～550份；
所述的水泥为P·O52.5水泥，比表面积为450～500m2/kg；所述的硅灰SiO2含量不低于98％，平均粒径为0.16～0.19μm；所述的聚羧酸减水剂为粉剂，聚羧酸减水剂减水率不小于35％；所述的石英砂含水率小于0.1％，SiO2含量不低于98％，粒径为0.15～1.18mm区间连续级配；
所述的超细矿物掺合料由以下方法制得：
(1)向超细开流选粉管磨机中加入矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂，粉磨30～60min；
(2)经超细风选***选出比表面积达700～900m2/kg的超细粉，得到所述超细矿物掺合料；
步骤(1)中，矿渣、粉煤灰、陶瓷粉、赤泥、二水石膏、助磨激发剂质量比为30：30～40：10～12：8～10：2～3：0.1～0.2；
步骤(1)中，助磨激发剂由以下重量组分的原料组成：三乙醇胺10～20份、十二烷基苯磺酸钠5～6份、丙烯酸缩水甘油醚2～3份、聚合硅酸铝铁3～5份、硅酸钠10～15份、六氟硅酸镁5～10份、其余为水；
所述的抑缩剂由以下重量组分的原料组成：氧化镁98～99份、偶氮二甲酰胺1～2份。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土干粉料，其特征在于，所述的钢纤维由以下重量组分的钢纤维组成：长度8mm镀铜钢纤维30～40份、长度12mm镀铜钢纤维20～30份、长度22mm弓字镀铜钢纤维20～30份，钢纤维直径均为0.1～0.12mm，抗拉强度均不低于2850MPa。
3.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土干粉料，其特征在于，所述的消泡剂由以下重量组分的原料组成：聚二甲基硅氧烷20～25份、氟硅氧烷10～15份、气相二氧化硅60～70份。
4.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土干粉料，其特征在于，所述纳米氢氧化铝纯度达99.99％，平均粒径30nm，比表面积150000～175000m2/kg。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种超高性能混凝土干粉料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
P1：将水泥260～350份、硅灰40～100份、超细矿物掺合料80～120份、抑缩剂30～50份、石英砂400～550份加入均化机A进行均化搅拌2～3min，继续均化搅拌并均匀加入聚羧酸减水剂2～10份、消泡剂0.02～0.1份、纳米氢氧化铝0.5～1份，均匀搅拌4～5min，得到混合物A，均化机转速为150～195r/min；
P2：将P1所得混合物A加入均化机B，搅拌过程均匀加入钢纤维50～100份，均化机转速为60～90r/min，均匀搅拌3～5min；即可得到所述超高性能混凝土干粉料。
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Assignee: Guangxi Yuanming New Material Technology Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A kind of super high performance concrete dry powder and its preparation method

Granted publication date: 20211203

License type: Common License

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Application publication date: 20200807

Assignee: Guilin Yuanming Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

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Denomination of invention: A kind of super high performance concrete dry powder and its preparation method

Granted publication date: 20211203

License type: Common License

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