CN115028405A - 一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土及其制备方法，该混凝土包含水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉、石灰石碎石、中砂、钢纤维、高效泵送剂，以水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉作为胶凝材料，其中控制质量比：水泥40%‑50%、硅灰10%、磨细矿渣20%‑40%、石灰石粉20%‑25%（占总胶凝材料质量百分数）。通过调控（水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉）比例、钢纤维比例以及投料顺序，制备出抗压强≥150Mpa、流动性能良好的特超强高性能混凝土，且可用常规生产工艺制备，流程简单易操作，解决了混凝土材料强度等级不足、制备工艺复杂，不易达到超高泵输送条件的技术问题。本发明以常用的硅酸盐水泥、粗细集料在高效减水剂和矿物掺合料的“双重”作用下，通过降低水胶比和密实增强等技术途径制备而成。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土的制备方法。
背景技术
高强度高性能混凝土因具有强度高、抗压能力强、孔隙率低、等特点，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构施工中被广泛应用。随着科技的飞速发展，混凝土应用的强度等级也在不断提高。“特超强高性能混凝土”一般是指20 ℃标养下90 d龄期抗压强度Rcu10不小于150 MPa且流动性能（坍落度≥180mm）优异，同时具有优异的耐久性和体积稳定性能的混凝土。目前宏观缺陷水泥基（MDF）、均布超细颗粒致密体系(DSP)、活性粉末混凝土(RPC)等材料是制备特高强混凝土的主要材料，然而制备得到的混凝土流动性能却无法满足超高泵输送要求。水泥混凝土具有工艺简单、成本低廉、原料易得的传统优势，因此，采用常规原料和通用工艺，在水泥混凝土基础上，研制流动性能良好的超高性能混凝土材料，并进而制备优异的承压材料，对水泥混凝土的发展具有积极意义。
发明内容
本发明的目的是解决混凝土材料强度等级不足、制备工艺复杂，不易达到超高泵输送条件的技术问题，提供一种常规工艺可制备超高泵送特超高强钢纤维混凝土的方法，以获得工作性能优异，经时损失小，粘度低，适用于600m及以上超高层泵送要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，该混凝土包含水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉、磨细粉煤灰、石灰石碎石、中砂、高效泵送剂，所述的石灰石碎石最大粒径为20mm，5-10mm粒级与10-20mm粒级配合使用，压碎指标不超过5%，含泥量0%，泥块含量0%。
作为优选，超高泵送特超高强钢纤维混凝土，中砂，细度模数2.2-3，含泥量不超过0.9%，泥块含量不超过0.2%。
本发明选用的高效泵送剂云南绿色高新材料公司生产的PA型氨基磺酸盐高效减水剂与超缓凝剂复合所得，所得的高效泵送减水剂添加的胶粘剂占总量的0.1%-0.2%。氨基磺酸盐高效减水剂与超缓凝剂是按照4：1比例，投入反应釜于90℃下，恒温反应三小时，后取出冷却至常温用NaOH调节PH（7~9），掺和水法或拌合干料中使用。
作为优选，超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述高效泵送剂掺量为胶凝材料总量的1.9-2.2%时的减水率为32.1-33.8%，且高效泵送减水剂固含量不小于25%，减水率不小于30%。
作为优选，超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述水泥为硅酸盐水泥，比表面积至少为400m2/kg, 28d抗压强度不低于60.lMPa。
作为优选，超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，所述钢纤维长度12~15mm，直径0.2- 0.3mm，长径比40~60，抗拉强度≥2000MPa，使用比例控制在占总骨料的5%-7%。
作为优选，超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述矿物掺合料为矿渣、硅灰混合物；所述矿渣为水淬高炉矿渣，在振动磨中磨细2h使用比表面积8700cm2/g，表观密度2.89g/cm3；硅灰比表面积至少为20万cm2/g，28d活性指数至少为92%。
作为优选，所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的19.10%—29.31%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量的19.01%—35.93%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量的9.09%—9.38%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送剂的重量为骨料重量的1.53%—2.11%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min,得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量3.12%—8.21%。
有益效果
本发明***的研究了多种胶凝材料的比例、投料顺序的改变对特超高强钢纤维混凝土性能的影响，得到了本发明提出的制备方法。
本发明制备得到的特超高强钢纤维混凝土，工艺简单，通过常规生产工艺制备，解决了混凝土材料强度等级问题。本发明制备得到的特超高强钢纤维混凝土采用常用的硅酸盐水泥、粗细骨料，在高效泵送剂和矿物掺合料的作用下，通过降低水胶比和密实增强等技术途径制备而成。本发明制备的混凝土工作性能良好，扩展度670—700mm，2h基本无损失；粘度低，倒筒时3.2—4.2s;28d抗压强度达到150/MPa强度等级，可满足600m及以上超高层建筑泵送施工的要求。本发明优化了特超高强钢纤维混凝土配合比以及生产工艺流程，通过调整胶凝材料体系的不同比例、投料顺序、搅拌方式，使得混凝土可泵性良好，利于施工；钢纤维的加入显著提高了混凝土抗裂性能。
本发明的附加方面及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的实践数据和描述中显而易见。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。
以下实施例中采用原料分别是：水泥为P.O52.5，硅酸盐水泥，比表面积3300cm2/g，比表面积3.10g/cm3；硅灰为半聚集态硅微粉；
磨细矿渣为水淬高炉矿渣，在振动磨中磨细2小时使用比表面积8700cm2/g，比表面积2.89g/cm3；硅灰比表面积至少为20万cm2/g,28d活性指数至少为92%；中砂，细度模数2.2-3，含泥量不超过0.9%，泥块含量不超过0.2%；石灰石碎石最大粒径为20mm，5-10mm粒级与10-20mm粒级配合使用，压碎指标不超过5%，含泥量0%，泥块含量0%；钢纤维长度12~15mm，直径0.2- 0.3mm，长径比40~60，抗拉强度≥2000MPa；高效泵送剂为云南绿色高新材料公司生产的PA型氨基磺酸盐高效减水剂和超缓凝剂复合所得，氨基磺酸盐高效减水剂与超缓凝剂是按照4：1比例，投入反应釜于90℃下，恒温反应三小时，后取出冷却至常温用NaOH调节PH（7~9），所得的高效泵送剂添加的胶粘剂占总量的0.1%-0.2%，掺和水法或拌合干料中使用。
实施例1
本实施例制备的超高泵送特超高强钢纤维混凝土，原材料配比（lm3旷混凝土的材料用量）如表1所示：
表1:特超高强钢纤维混凝土配合比设计(kg/m3)
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌，搅拌120s，搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的19.57%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量19.57%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量8.38%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送减水剂的重量为骨料重量的2%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量3.91%。
根据配合比设计，按照本实施例方法得到特超高强钢纤维混凝土，混凝土工作性及抗压强度如表2所示：
表2：实施例1制得特超高强钢纤维混凝土性能参数
由表2的数据知，制备的特超高强混凝土28d抗压强度未达到强度等级要求，可泵性能一般。
实施例2
本实施例制备的超高泵送特超高强钢纤维混凝土，原材料配比（lm3旷混凝土的材料用量）如表3所示：
表3:特超高强钢纤维混凝土配合比设计(kg/m3)
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌，搅拌120s，搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的29.23%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量29.23%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量9.75%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送减水剂的重量为骨料重量的2%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量5.85%。
根据配合比设计，按照本实施例方法得到特超高强钢纤维混凝土，混凝土工作性及抗压强度如表4所示：
表4：实施例2制得特超高强钢纤维混凝土性能参数
由表4的数据知，制备的特超高强混凝土28d抗压强度达到150.1/MPa，达到强度等级要求且可泵性良好，满足超高层泵送施工要求。
实施例3
本实施例制备的超高泵送特超高强钢纤维混凝土，原材料配比（lm3旷混凝土的材料用量）如表5所示：
表5:特超高强钢纤维混凝土配合比设计(kg/m3)
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌，搅拌120s，搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的23.39%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量35.09%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量9.75%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送减水剂的重量为骨料重量的2%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量7.79%。
根据配合比设计，按照本实施例方法得到特超高强钢纤维混凝土，混凝土工作性及抗压强度如表6所示：
表6：实施例3制得特超高强钢纤维混凝土性能参数
由表6的数据知，制备的特超高强混凝土28d抗压强度达到130.1/MPa，未达到材料强度等级，可进行超高层泵送施工。
实施例4
本实施例制备的超高泵送特超高强钢纤维混凝土，原材料配比（lm3旷混凝土的材料用量）如表7所示：
表7:特超高强钢纤维混凝土配合比设计(kg/m3)
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌，搅拌120s，搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的11.69%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量52.98%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量9.75%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送减水剂的重量为骨料重量的2%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量7.79%。
根据配合比设计，该设计比超出控制比例范围，按照本实施例方法得到特超高强钢纤维混凝土，混凝土工作性及抗压强度如表8所示：
表8：实施例4制得特超高强钢纤维混凝土性能参数
由表8的数据知，制备的特超高强混凝土28d抗压强度未达到材料强度等级要求。
实施例5
本实施例制备的超高泵送特超高强钢纤维混凝土，原材料配比（lm3旷混凝土的材料用量）如表9所示：
表9:特超高强钢纤维混凝土配合比设计(kg/m3)
步骤1：将粗、细骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌，搅拌120s，搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的18.39%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量18.39%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量9.75%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送减水剂的重量为骨料重量的2%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量3.89%，纤维百分含量低于控制范围。
根据配合比设计，该设计比低于控制比例范围，按照本实施例方法得到特超高强钢纤维混凝土，混凝土工作性及抗压强度如表10所示：
表10：实施例5制得特超高强钢纤维混凝土性能参数
由表10的数据知，制备的特超高强混凝土28d抗压强度未达到材料强度等级要求。
综上，实例4和实例5，胶凝材料比例不符合本发明实验控制比例，则材料强度等级达不到要求；经实践数据对比，实例2是实例1-5最优选择，强度等级达到相应指标，且泵送性满足超高层输送要求。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，该混凝土包含水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉、石灰石碎石、中砂、钢纤维、高效泵送剂，以水泥、硅灰、磨细矿渣、石灰石粉作为胶凝材料，其中控制质量比：水泥40%-50%、硅灰10%、磨细矿渣20%-40%、石灰石粉20%-25%（占总胶凝材料质量百分数），所述的石灰石碎石最大粒径为20mm、5-10mm粒级与10-20mm粒级配合使用，压碎指标不超过总质量的5%，含泥量0%，泥块含量0%。
2.根据权利1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，中砂，细度模数2.2-3，含泥量不超过0.9%，泥块含量不超过0.2%。
3.根据权利1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，所述高效泵减水剂为云南绿色高新材料公司生产的PA型氨基磺酸盐高效减水剂与超缓凝剂复合所得，所得的高效泵送减水剂添加的胶粘剂占总量的0.1%-0.2%。
4.根据权利1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，所述高效泵减水剂中氨基磺酸盐高效减水剂与超缓凝剂是按照4：1比例，投入反应釜于90℃下，恒温反应三小时，后取出冷却至常温用NaOH调节PH（7~9），掺和水法或拌合干料中使用。
5.根据权利1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于，所述高效泵送减水剂掺量为胶凝材料总量的1.9-2.2%时的减水率为32.1-33.8%，且高效泵送减水剂固含量不小于28%，减水率不小于30%。
6.根据权利要求1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，比表面积至少为400m2/kg, 28d抗压强度不低于60.lMPa。
7.根据权利要求1所述一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土，其特征在于：所述钢纤维长度12~15mm，直径0.2- 0.3mm，长径比40~60，抗拉强度≥2000MPa，使用比例控制在占总骨料的5%-7%。
8.根据权利要求1所述一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：所述矿渣为水淬高炉矿渣，在振动磨中磨细2h后使用，比表面积8700cm2/g，表观密度2.89g/cm3；硅灰比表面积至少为20万cm2/g，28d活性指数至少为92%。
9.根据权利1所述的一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将石灰石碎石、中砂骨料混合搅拌均匀，得到混合物；
步骤2：将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌均匀；所述水泥的重量为骨料重量的19.10%—29.31%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量的19.01%—35.93%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量的9.09%—9.38%；所述骨料重量为步骤l得到的混合物重量；
步骤3：将步骤2得到的混合物与剩余的拌合水以及高效泵送减水剂均匀拌合，搅拌2min，所述泵送剂的重量为骨料重量的1.53%-2.11%;
步骤4：在步骤3得到的混合物中加入钢纤维拌合均匀，搅拌2min，得到超高泵送特超高强钢纤维混凝土，所述钢纤维的重量为骨料重量3.12%-8.21%。
10.根据权利要求8所述一种超高泵送特超高强钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：步骤2中将步骤l得到的混合物与水泥、矿物掺合料、80％的拌合水混合搅拌均匀，所述水泥的重量为骨料重量的29.23%，所述矿物掺合料的重量为骨料重量的29.23%，所述80％的拌合水的重量为骨料重量的9.75%；步骤3中所述高效泵送的重量为骨料重量的1.53%；步骤4中所述钢纤维的重量为骨料重量的5.85%。
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