CN112897954A - 一种高弹性模量超高性能混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高弹性模量超高性能混凝土及其制备方法，该种混凝土的组成如下：硅酸盐水泥600‑900份、硅灰80‑150份、矿粉50‑80份、粉煤灰150‑250份、砂1000‑1050份、钢纤维150‑200份、纳米CaCO310‑40份、水150‑300份、减水剂5‑20份。本发明制备工艺简单，采用常规的强制式单卧轴混凝土搅拌机即可制备出工作性能、抗压强度、弹性模量优良的高弹性模量超高性能混凝土。本发明制备的高弹性模量超高性能混凝土具有工作性能好、抗压强度高、弹性模量高等优点，具有较高的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种高弹性模量超高性能混凝土及该材料的制备方法。
背景技术
在混凝土结构设计与分析时，混凝土材料的弹性模量是一个关键参数。为了提高超高性能混凝土与钢筋的协同工作能力、改善钢筋混凝土的耐久性能，可以采用提高超高性能混凝土弹性模量的方法。通常，在超高性能混凝土中掺入纳米材料能够提高其弹性模量。纳米CaCO3颗粒尺存小、比表面积大，从而能促进水泥水化，减少超高性能混凝土的内部孔隙率，降低其内部缺陷。申请公布号为CN 110835251 A的专利申请书披露了一项名为”一种超高性能混凝土及其制备方法”的发明专利，该专利采用陶瓷粉制备超高性能混凝土，但是该方法制备出的超高性能混凝土的内部不够密实，导致其力学性能降低及耐久性较差。此外，该方法制备出的超高性能混凝土的弹性模量较低，导致它与钢筋的协同工作能力差。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高弹性模量超高性能混凝土及制备方法。
技术方案：为了实现上述目的，本发明公开一种高弹性模量超高性能混凝土及制备方法，该材料主要由以下重量份比例的原材料制备而成：
硅酸盐水泥600-900份、硅灰80-150份、矿粉50-80份、粉煤灰150-250份、砂1000-1050份、钢纤维150-200份、纳米CaCO310-40份、水150-300份、减水剂5-20份。
所述的硅酸盐水泥为P·II 52.5级硅酸盐水泥。
所述的硅灰为SiO2质量百分比含量大于95％，火山灰活性指数大于110％。
所述的矿粉为S95级或S105级活性指数7d大于等于75％，28d大于等于95％。
所述的粉煤灰为F类I级粉煤灰，需水量小于等于95％，烧失量小于等于5％。
所述的砂为石英砂，它的SiO2含量大于等于99％，它的粒径分布为0.075mm-4.75mm。
所述的钢纤维为长度20.0mm直径0.35mm的端钩钢纤维，其抗拉强度＞3000MPa。
所述的纳米CaCO3为白色粉末，CaCO3的含量大于99％，粒径为2-100nm。
所述的水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.05-1.15g/ml；以质量分数计，其固含量大于等于40％；以体积分数计，其含气量为6％-8％；它的pH值为6-8，减水率大于等于33％。
所述的高弹性模量超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)取52.5级硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3，混合干拌均匀得到混合材料M1；
(2)向上述均匀混合材料M1中加入石英砂，进行搅拌后得到均匀混合材料M2；
(3)将减水剂加入水中，用玻璃棒搅拌均匀，然后加入M2中，进行搅拌后得到均匀混合材料M3；
(4)最后将钢纤维加入到混合材料M3中，然后按照国家标准进行成型养护，即可得到所述的高弹性模量超高性能混凝土。
步骤(1)中，用于混合的各种原材料加入强制式单卧轴混凝土搅拌机，选择搅拌速度为40-50转/分钟，混合时间为240-300秒；
步骤(2)中，选择搅拌速度为40-50转/分钟，混合时间为240-300秒；
步骤(3)中，首先用3/4的水与全部的减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合均匀的溶液加入到混合材料M2中，然后用剩余的水去清洗盛放减水剂的容器，清洗后再将水加入到混合材料M2中，混合时间为240-300秒。
步骤(4)中，中将钢纤维加入混合材料M3中，混合时间为240-300秒。
与现有技术相比，本发明制备的高弹性模量超高性能混凝土的工作性能非常好，其扩展度大于178mm，达到了流动性要求；它的抗压强度大于150MPa，满足了强度要求；它的弹性模量大于50GPa，在现有技术的要求基础上提高了11％以上。
技术效果：本发明制备工艺简单，采用常规的强制式单卧轴混凝土搅拌机即可制备出高弹性模量超高性能混凝土。该发明制备的高弹性模量超高性能混凝土具有良好的工作性能，方便工程施工；该材料内部水化程度进一步提高，内部孔结构得到细化、内部缺陷减少，混凝土更加密实；该材料弹性模量高，提高了其与钢筋协同工作的性能。因此，本发明具有较高的工程应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。此外，对比实施例的实验结果，强调本发明的优势。
以下实施例中所用原料均为以下要求：
水泥为52.5级硅酸盐水泥。
硅灰为SiO2质量百分比含量大于95％，火山灰活性指数大于110％。
矿粉为S95级或S105级活性指数7d大于等于75％，28d大于等于95％。
粉煤灰为F类I级粉煤灰，需水量小于等于95％，烧失量小于等于5％。
石英砂为高品质石英粉，它的SiO2含量大于等于99％，它的粒径分布为0.075mm-4.75mm。
钢纤维为长度20.0mm直径0.35mm的端钩钢纤维，其抗拉强度＞3000MPa。
纳米CaCO3为白色粉末，CaCO3的含量大于99％，粒径为2-100nm。
水为自来水。
减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈浅黄色，密度为1.10g/ml，以质量分数计，其固含量为41.2％；以体积分数计，其含气量为7％；它的pH值为7.2，减水率为33.5％。
实施例1
一种高弹性模量超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥680份、硅灰100份、矿粉70份、粉煤灰200份、砂1000份、钢纤维150份、纳米CaCO310份、水170份、减水剂10份。
制备方法：
(1)称取所需的材料，包括硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3、石英砂、钢纤维、自来水、减水剂；
(2)依次将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3加入到强制式单卧轴混凝土搅拌机，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M1；
(3)将称好的石英砂加入M1中，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M2；
(4)然后将3/4的水与全部的减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合均匀的溶液加入到混合材料M2中，然后用剩余的水去清洗盛放减水剂的容器，清洗后再将水加入混合材料M2中，混合300秒后得到混合材料M3；
(5)最后将钢纤维加入到混合材料M3中，混合时间300秒，然后按照国家标准进行成型养护。
实施例2
一种高弹性模量超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥680份、硅灰100份、矿粉70份、粉煤灰200份、砂1000份、钢纤维150份、纳米CaCO320份、水170份、减水剂15份。
制备方法：
(1)称取所需的材料，包括硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3、石英砂、钢纤维、自来水、减水剂；
(2)依次将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3加入到强制式单卧轴混凝土搅拌机，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M1；
(3)将称好的石英砂加入M1中，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M2；
(4)然后将3/4的水与全部的减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合均匀的溶液加入到混合材料M2中，然后用剩余的水去清洗盛放减水剂的容器，清洗后再将水加入混合材料M2中，混合300秒后得到混合材料M3；
(5)最后将钢纤维加入到混合材料M3中，混合时间300秒，然后按照国家标准进行成型养护。
实施例3
一种高弹模超高性能混凝土，按重量份数计，包括以下组分：
硅酸盐水泥680份、硅灰100份、矿粉70份、粉煤灰200份、砂1000份、钢纤维150份、纳米CaCO330份、水170份、减水剂20份。
制备方法：
(1)称取所需的材料，包括硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3、石英砂、钢纤维、自来水、减水剂；
(2)依次将称好的硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3加入到强制式单卧轴混凝土搅拌机，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M1；
(3)将称好的石英砂加入M1中，选择搅拌速度为45转/分钟，混合时间300秒，搅拌均匀得到混合材料M2；
(4)然后将3/4的水与全部的减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合均匀的溶液加入到混合材料M2中，然后用剩余的水去清洗盛放减水剂的容器，清洗后再将水加入混合材料M2中，混合300秒后得到混合材料M3；
(5)最后将钢纤维加入到混合材料M3中，混合时间300秒，然后按照国家标准进行成型养护。
上述的3个实施例，制备工艺完全相同。其不同之处在于，实施例1纳米CaCO310份、减水剂10份，实施例2纳米CaCO320份、减水剂15份，实施例3中纳米CaCO330份、减水剂20份，3个实施例中的纳米CaCO3的质量依次增大；三个实施例中的硅酸盐水泥为680份，硅灰100份，矿粉70份，粉煤灰200份，砂1000份，钢纤维150份，水均为170份，保持不变；为了让制备的高弹性模量超高性能混凝土达到工作性能，3个实施例中的减水剂的掺量依次增加。
性能检测
根据国家标准GB/T 14902-2012测量上述实施例中高弹性模量超高性能混凝土的工作性能，测量指标为扩展度。根据国家标准GB/T 50107-2010测量高弹性模量超高性能混凝土28天抗压强度。根据国家标准GB/T 50081-2019，测量高弹性模量超高性能混凝土的弹性模量。3个实施例的实验结果，如下表1所示。
表1测量结果
| 编号 | 扩展度(mm) | 28天抗压强度(MPa) | 弹性模量(GPa) |
| 实施例1 | 220 | 156.3 | 50.3 |
| 实施例2 | 195 | 168.7 | 54.0 |
| 实施例3 | 178 | 179.7 | 57.1 |
由上表1可以看出，3个实施例中扩展度均大于178mm，满足工作性能的要求。随着纳米CaCO3的掺量增加，高弹性模量超高性能混凝土28天抗压强度逐渐增大，其最低强度为156.3MPa。随着纳米CaCO3的掺量增加，高弹性模量超高性能混凝土弹性模量逐渐增大，但是其最低弹性模量为50.3GPa，比现有技术提高了11％。
此外，需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案。若本领域普通技术人员对本发明的技术例进行修改或等同替换，而不脱离本发明的宗旨，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (11)
1.一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，其主要有以下重量份比例的原材料组成：硅酸盐水泥600-900份、硅灰80-150份、矿粉50-80份、粉煤灰150-250份、砂1000-1050份、钢纤维150-200份、纳米CaCO310-40份、水150-300份、减水剂5-20份；
制备方法包括以下步骤：
(1)取52.5级硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰、纳米CaCO3，混合干拌均匀得到混合材料M1；
(2)向上述均匀混合材料M1中加入石英砂，进行搅拌后得到均匀混合材料M2；
(3)将减水剂加入水中，用玻璃棒搅拌均匀，然后加入M2中，进行搅拌后得到均匀混合材料M3；
(4)最后将钢纤维加入到混合材料M3中，然后按照国家标准进行成型养护，即可得到所述的高弹性模量超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的硅酸盐水泥为强度等级为52.5的硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的硅灰为SiO2质量百分比含量大于95％，火山灰活性指数大于110％。
4.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的矿粉为S95级或S105级活性指数7d大于等于75％，28d大于等于95％。
5.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为F类I级粉煤灰，需水量小于等于95％，烧失量小于等于5％。
6.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的砂为石英砂，它的SiO2含量大于等于99％，它的粒径分布为0.075mm-4.75mm。
7.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维为长度20.0mm直径0.35mm的端钩钢纤维，其抗拉强度＞3000MPa。
8.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的纳米CaCO3为白色粉末，CaCO3含量大于99％，粒径为2-100nm。
9.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的水为自来水或饮用水，符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的要求。
10.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观呈无色至浅黄色，密度为1.05-1.15g/ml；以质量分数计，其固含量大于等于40％；以体积分数计，其含气量为6％-8％；它的pH值为6-8，减水率大于等于33％。
11.根据权利要求1所述的一种高弹性模量超高性能混凝土制备方法，其特征在于：步骤(1)中，用于混合的各种原材料加入强制式单卧轴混凝土搅拌机，选择搅拌速度为40-50转/分钟，混合时间为240-300秒；步骤(2)中，将石英砂加入混合材料M1中，选择搅拌速度为40-50转/分钟，混合时间为240-300秒；步骤(3)中，首先用3/4的水与全部的减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合均匀的溶液加入到混合材料M2中，然后用剩余的水去清洗盛放减水剂的容器，清洗后再将水加入到混合材料M2中，混合时间为240-300秒；步骤(4)中，将钢纤维加入混合材料M3中，混合时间为240-300秒。
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|---|---|---|---|---|
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| CN113955998A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-21 | 中国水利水电第七工程局有限公司 | 一种抗收缩超高韧性混凝土及制备方法 |
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2021
- 2021-03-15 CN CN202110278356.1A patent/CN112897954A/zh active Pending
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