CN115745498A - 低粘度大流态超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：水泥800‑860份、硅灰120‑140份、微珠100‑120份、复合矿物掺合料60‑100份、石英砂820‑970份、钢纤维234‑312份、降粘抗盐减水剂20‑28份，水158‑163份；水泥的球度≥0.85，硅灰的球度为1.0，微珠的球度≥0.95，复合矿物掺和料的球度≥0.97，石英砂的球度≥0.85。本发明基于最紧密堆积理论中的颗粒标准球型假设，通过限定UHPC各组分的球度，充分发挥各组分颗粒的“滚珠”效应，同时选用高性能的降粘抗盐减水剂进行协同作用，在高纤维体积掺量下适当降低了UHPC的粘度，提高了UHPC流动性和强度。

Description

低粘度大流态超高性能混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土制备技术领域。更具体地说，本发明涉及低粘度大流态超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、韧性和耐久性的新型水泥基纤维复合材料，目前正逐渐取代普通或高性能混凝土应用于钢桥面铺装层、预制构件、湿接缝、钢混结合段、外包加固层和新旧混凝土结构连接的应力调节层等诸多结构当中。然而，随着混凝土结构的轻量化发展和对结构连接强度要求的不断提升，国内外工程结构设计对UHPC的抗拉强度要求越来越高，甚至在不少工程设计中为了保证UHPC的抗拉强度还直接规定了UHPC中钢纤维体积掺量为3％或是更高，这就使得UHPC拌合物的流动性大大降低，尤其是对于钢筋布置密集的结构，无法满足结构浇筑施工的要求。

为了提高超高性能混凝土的流动性，专利CN 110128077 A利用触变增强剂和降粘型高性能减水剂的协同作用，通过原材料优选和配合比设计，提供了一种低粘易泵送超高性能混凝土及其制备方法；专利CN 111825367 A以邻苯二甲酸酐、多元醇聚合物、磷酸化试剂为原料，通过催化剂反应制成一种用于超高性能混凝土的降粘剂，能显著降低混凝土粘度，改善混凝土工作性；专利CN 111995327 A通过接枝聚合反应得到超高性能减水剂，再通过调控减水剂而获得一种绿色、低粘度、强度等级C150及其以上的UHPC，解决了传统的UHPC的粘度大、工作性差、倒置塌落度筒的倒空时间长等技术难题；专利CN 112456920 A采用疏水性的矿物分散剂和优选的原材料配制出了一种高流态的超高性能混凝土；专利CN112521108 A通过对各成份配合比参数的合理选择，在保证抗压强度不低于150MPa、抗拉强度不小于8MPa、抗折强度不小于15MPa的同时，解决了纤维大体积掺量下超高性能混凝土因拌合物粘度较大/流动性较小，不能满足施工要求的难题。

上述相关专利多以外加剂如：触变增强剂、降粘性高性能减水剂、降粘剂、超高性能减水剂和矿物分散剂等为关键创新点，然后通过原材料的优选和配合比的设计来达到降低UHPC粘度、增加其流动性的目的，但这些外加剂在UHPC组分中的占比低(通常低于1.5％)，与其他组分也存在适应性问题，作用效果有限；此外，其在原材料的优选和配合比的设计方面忽略了最紧密堆积理论中的基本假设，即假设原材料的颗粒形态均为球型，未能充分发挥出UHPC各组分颗粒的“滚珠”效应，对UHPC拌合物流动性的提升程度不高。

为解决上述问题，需要设计一种低粘度大流态超高性能混凝土及其制备方法，解决高纤维体积掺量下UHPC的粘度高、流动性差、浇筑施工困难的问题。

发明内容

本发明的目的是提供低粘度大流态超高性能混凝土及其制备方法，基于最紧密堆积理论中的颗粒标准球型假设，通过限定UHPC各组分的球度，充分发挥各组分颗粒的“滚珠”效应，同时选用高性能的降粘抗盐减水剂进行协同作用，在高纤维体积掺量下适当降低了UHPC的粘度，提高了UHPC流动性和强度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800-860份、硅灰120-140份、微珠100-120份、复合矿物掺合料60-100份、石英砂820-970份、钢纤维234-312份、降粘抗盐减水剂20-28份，水158-163份；

其中，所述水泥的球度≥0.85，所述硅灰的球度为1.0，所述微珠的球度≥0.95，所述复合矿物掺和料的球度≥0.97，所述石英砂的球度≥0.85。

优选的是，所述低粘度大流态超高性能混凝土，所述复合矿物掺和料包括钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏，钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣、脱硫石膏的质量比例为8:7:3:2:1:1。

优选的是，所述低粘度大流态超高性能混凝土，所述石英砂为多级配石英砂，其级配区间分别为16-26目、26-40目、40-100目、325目，各级配区间的石英砂质量比例为16-26目:26-40目:40-100目:325目＝3:5:12:1。

优选的是，所述低粘度大流态超高性能混凝土，所述钢纤维为直径0.2mm的多尺寸混杂钢纤维，其长度尺寸包括8mm、13mm、20mm，各长度尺寸的钢纤维质量比例为8mm:13mm:20mm＝2:5:3。

优选的是，所述低粘度大流态超高性能混凝土，所述降粘抗盐减水剂为由端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯共聚反应而成聚羧酸高性能减水剂，其相对分子质量≤25000，分布指数≤1.5，减水率≥35％。

优选的是，所述低粘度大流态超高性能混凝土，所述降粘抗盐减水剂的制备方法为：

S11、将甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、胺基磺酸和尿素按质量比96：4.8：1加入反应釜中，向反应釜内通氮气保护并搅拌混合均匀，然后升温至110-120℃，恒温维持设定时间后停止加热，得到端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚；

S12、向反应釜中加入去离子水并搅拌至所述端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚完全溶解，然后冷却降温至40℃；

S13、将甲基丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸甲酯和去离子水按质量比26:6:3:40混合，得到混合溶液A；将巯基丙酸、抗坏血酸和去离子水按质量比7:1:220混合，得到混合溶液B；

S14、向反应釜中加入双氧水，然后分别向反应釜中滴加所述混合溶液A和所述混合溶液B，滴加时间为3h，滴加完毕后保温1h；

S15、向反应釜中加入液碱，调节反应釜内溶液pH值至6-8，即得降粘抗盐减水剂。

本发明还提供了低粘度大流态超高性能混凝土的制备方法，包括：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混10-30s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合4-6min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合2-4min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明基于最紧密堆积理论中颗粒标准球型假设，对传统超高性能混凝土(UHPC)的常用组分如水泥、硅灰、微珠、石英砂的球度进行设计，尤其是采用了高球度的石英砂(球度≥0.85)，相比传统UHPC使用的常规石英砂(球度通常为0.6-0.7)，本发明最大限度地发挥出了石英砂的“滚珠”效应，有效提高了UHPC拌合物的流动性，从而，在保证UHPC强度的同时降低浇筑施工难度，提高施工效率；

2、本发明利用钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏这几种工业固废进行粉磨得到高球度的复合矿物掺合料来降低UHPC中硅灰的掺量，与超高性能混凝土的常用组分(水泥、硅灰、微珠、石英砂)配合，进一步降低了UHPC粘度，提高了流动性，同时也降低了其早期收缩，保证了制备的超高性能混凝土的质量；

3、本发明采用相对分子质量较低(≤25000)且分子量分布较窄(≤1.5)的聚羧酸减水剂，与相对分子质量较高(30000-80000)且分子量分布较宽(1.6-2.0)的传统聚羧酸减水剂相比，在UHPC拌合物中起分散作用的有效组分含量更高且水溶性更好、分子更舒展、空间位阻作用更高、分散效果更好；此外，不同于传统UHPC减水剂，本发明制备的降粘抗盐减水剂的分子结构中兼具阳离子侧链和阴离子侧链，不仅水溶性大大提高，而且分子间易发生“缔合”效应，抗盐性也显著提升，在UHPC拌合物的高离子浓度环境中该聚羧酸分子也能保持更舒展的形态，进一步提高了分散、降粘的效果；

4、本发明制备的低粘度大流态超高性能混凝土相比传统UHPC，不仅各组分颗粒堆积更加紧密，空隙率大大降低，强度大幅提高，早期收缩也有明显降低，而且在高纤维体积掺量下，UHPC拌合物粘度更低、流动性更大，解决了高纤维体积掺量下UHPC浇筑施工困难的问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800-860份、硅灰120-140份、微珠100-120份、复合矿物掺合料60-100份、石英砂820-970份、钢纤维234-312份、降粘抗盐减水剂20-28份，水158-163份；

其中，所述水泥的球度≥0.85，所述硅灰的球度为1.0，所述微珠的球度≥0.95，所述复合矿物掺和料的球度≥0.97，所述石英砂的球度≥0.85。

上述技术方案中，所述水泥的标准稠度用水量为24-26％，球度≥0.85；所述硅灰的SiO2含量≥95％，烧失量≤1.5％，需水量比≤100％，28d活性指数≥110％，球度为1.0；所述微珠的烧失量≤1.5％，需水量比≤95％，28d活性指数≥105％，球度≥0.95；所述复合矿物掺和料的需水量比≤100％，28d活性指数≥105％，球度≥0.97；所述石英砂为多级配圆粒石英砂，其球度≥0.85。

本发明基于最紧密堆积理论中的颗粒标准球型假设，通过限定UHPC各组分的球度，充分发挥各组分颗粒的“滚珠”效应，同时选用高性能的降粘抗盐减水剂进行协同作用，与传统UHPC相比，本发明的低粘度大流态超高性能混凝土不仅各组分颗粒堆积更加紧密，空隙率大大降低，强度大幅提高，早期收缩也有明显降低，而且在高纤维体积掺量下，UHPC拌合物粘度更低、流动性更大，有效解决了高纤维体积掺量下UHPC浇筑施工困难的问题。

实施例1：

一种低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800份、硅灰120份、微珠100份、复合矿物掺合料100份、石英砂970份、钢纤维234份、降粘抗盐减水剂20份，水158份。

所述低粘度大流态超高性能混凝土由以下方法制得：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混10s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合4min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合2min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

所述低粘度大流态超高性能混凝土的各组分原料性能及指标如下：

所述水泥选用强度等级为52.5的硅酸盐水泥，其标准稠度用水量为26％，球度为0.85。

所述硅灰选用半加密硅灰，其SiO2含量为95％，烧失量为1.5％，需水量比为100％，28d活性指数为110％，球度为1.0。

所述微珠选用粉煤灰精细沉珠，其烧失量为1.5％，需水量比为95％，28d活性指数为105％，球度为0.95。

所述复合矿物掺和料选用由钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏粉磨而成的复合颗粒材料，其由以下方法制得：

S21、分别取一定量的钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏，将上述原料分别放入烘箱中进行干燥，烘箱温度设定为110℃，烘干1h后得到干燥的原料；

S22、称量干燥的钢渣、低温稻壳灰和铜尾矿渣，并加入混料机中干混均匀，再加入球磨机中进行粉磨，得到一次粉料；

S23、称量干燥的赤泥、电解锰渣和脱硫石膏，并加入混料机中干混均匀，在加入球磨机中与S22得到的一次粉料共同进行粉磨，即得到复合矿物掺合料；

其中，S22-S23中称量的钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏的质量份数比为8:7:3:2:1:1，制备得到的复合矿物掺和料的需水量比为100％，28d活性指数为105％，球度为0.97。

所述石英砂选用多级配圆粒石英砂，其由以下方法制得：

S31、对石英砂颗粒原料进行筛分分级，分别筛选得到16-26目、26-40目、40-100目、325目石英砂颗粒；

S32、选取16-26目、26-40目、40-100目、325目石英砂颗粒，并分别加入到旋转的高温炉内，通过高温熔融软化和旋转进行初步球化，得到一次球化的石英砂颗粒；

S33、将各级配区间对应的一次球化的石英砂颗粒分别通过球化装置进行二次球化处理，得到二次球化的石英砂颗粒；

S34、按照质量份数比3:5:12:1称量16-26目、26-40目、40-100目、325目对应的二次球化的石英砂颗粒，混合搅拌后即得多级配圆粒石英砂；

其中，所述高温炉选用常规回转管式高温炉，所述球化装置选用常规石英砂整形机(潍坊国特矿山设备有限公司生产的石英砂整形机，型号为GT)；最终制备得到的多级配圆粒石英砂的球度为0.85。

所述钢纤维为直径0.2mm的多尺寸混杂钢纤维，其长度尺寸包括8mm、13mm、20mm，各长度尺寸的钢纤维质量比例为8mm:13mm:20mm＝2:5:3。

所述降粘抗盐减水剂为由端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯共聚反应而成聚羧酸高性能减水剂，其由以下方法制得：

S11、将重量份数为240份的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、重量份数为12份的胺基磺酸和重量份数为2.5份的尿素加入反应釜中，向反应釜内通氮气保护并搅拌混合均匀，然后升温至120℃，恒温维持5h后停止加热，得到端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚；

S12、向反应釜中加入重量份数为240份的去离子水并搅拌至所述端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚完全溶解，然后冷却降温至40℃；

S13、将重量份数为39份的甲基丙烯酸、重量份数为9份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、重量份数为4.5份的甲基丙烯酸甲酯和重量份数为60份的去离子水混合均匀，得到混合溶液A；将重量份数为3.5份的巯基丙酸、重量份数为0.5份的抗坏血酸和重量份数为110份的去离子水混合均匀，得到混合溶液B；

S14、向反应釜中加入重量份数为4份的双氧水(质量分数为27.5％)，然后分别向反应釜中滴加S13中制备得到的所述混合溶液A和所述混合溶液B，滴加时间为3h，滴加完毕后在40℃保温1h；

S15、向反应釜中加入液碱(质量分数为32％)，调节反应釜内溶液pH值至6，即得降粘抗盐减水剂；

其中，制备得到的降粘抗盐减水剂的相对分子质量为24972，分布指数为1.45，固含量为50％，减水率为35％。

实施例2：

一种低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800份、硅灰140份、微珠120份、复合矿物掺合料90份、石英砂930份、钢纤维234份、减水剂22份，水161份。

所述低粘度大流态超高性能混凝土由以下方法制得：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混20s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合5min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合3min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

上述低粘度大流态超高性能混凝土的各组分原料性能及指标与实施例1相同。

实施例3：

一种低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥820份、硅灰140份、微珠110份、复合矿物掺合料80份、石英砂895份、钢纤维273份、减水剂24份，水160份。

所述低粘度大流态超高性能混凝土由以下方法制得：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混20s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合5min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合3min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

上述低粘度大流态超高性能混凝土的各组分原料性能及指标与实施例1相同。

实施例4：

一种低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥840份、硅灰120份、微珠120份、复合矿物掺合料70份、石英砂895份、钢纤维273份、减水剂26份，水159份。

所述低粘度大流态超高性能混凝土由以下方法制得：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混30s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合6min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合4min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

上述低粘度大流态超高性能混凝土的各组分原料性能及指标与实施例1相同。

实施例5：

一种低粘度大流态超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥860份、硅灰140份、微珠120份、复合矿物掺合料60份、石英砂820份、钢纤维312份、减水剂28份，水163份。

所述低粘度大流态超高性能混凝土由以下方法制得：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混30s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合6min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合4min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。

上述低粘度大流态超高性能混凝土的各组分原料性能及指标与实施例1相同。

对比例1：

一种超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800份、硅灰120份、微珠100份、复合矿物掺合料100份、石英砂970份、钢纤维234份、降粘抗盐减水剂20份，水158份。

上述超高性能混凝土的制备方法，水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、钢纤维、降粘抗盐减水剂和水等原料的性能及指标与实施例1相同；

上述超高性能混凝土中选用的石英砂为常规(成品)石英砂，规格为40-70目，球度为0.6。

对比例2：

一种超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800份、硅灰120份、微珠100份、矿物掺合料100份、石英砂970份、钢纤维234份、降粘抗盐减水剂20份，水158份。

上述超高性能混凝土的制备方法，水泥、硅灰、微珠、石英砂、钢纤维、降粘抗盐减水剂和水等原料的性能及指标与实施例1相同；

上述超高性能混凝土中选用的矿物掺合料为半加密硅灰，其SiO2含量为95％，烧失量为1.5％，需水量比为100％，28d活性指数为110％，球度为1.0。

对比例3：

一种超高性能混凝土，按重量份数计，包括：

水泥800份、硅灰120份、微珠100份、复合矿物掺合料100份、石英砂970份、钢纤维234份、减水剂20份，水158份。

上述超高性能混凝土的制备方法，水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂、钢纤维和水等原料的性能及指标与实施例1相同；

上述超高性能混凝土中选用的减水剂为市售的降粘型聚羧酸高性能减水剂，具体为武汉普世达生物科技有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂(PR1060)·降粘保坍型。

实验例：混凝土性能检测试验

按照以下标准检测实施例1-5、对比例1-3制备得到的混凝土的性能，检测结果如表1所示。各检测依据如下：

扩展度和T500(扩展时间)：根据标准JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T0532-2020《水泥混凝土拌合物坍落扩展度及扩展时间试验方法》检测；

V斗漏出时间：根据标准JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T0534-2020《水泥混凝土拌合物V形漏斗试验方法》检测；

收缩值：根据标准JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T0574-2020《水泥混凝土收缩试验方法(接触法)》检测；

抗压强度和抗拉强度：根据标准T/CECS 864-2021《超高性能混凝土试验方法标准》检测。

表1实施例1-5、对比例1-3中混凝土性能检测结果

根据表1的试验结果分析可知：实施例1-5所制备的低粘度大流态超高性能混凝土的扩展度均大于对比例1-3制备的超高性能混凝土的扩展度，且混凝土扩展度达500mm的扩展时间(T500)和V斗漏出时间均小于对比例1-3制备的超高性能混凝土的T500和V斗漏出时间，说明采用本发明的技术方案制备的混凝土在钢纤维掺量相等或更大的情况下(对比例1-3的钢纤维掺量为234份，实施例1-5的钢纤维掺量≥234份)，仍然具有更低的粘度和更好的流动性，有效降低了制备难度，有助于提高混凝土制备效率和混凝土质量；同时，实施例1-5所制备的低粘度大流态超高性能混凝土的24h收缩值明显小于对比例1-3，28d抗压强度和28d轴心抗拉强度均大于对比例1-3，说明采用本发明的技术方案制备的混凝土在保证抗压、抗拉强度的同时有效降低了其早期收缩率，能够更好的避免混凝土早期开裂、强度不足等问题，进一步提高了混凝土质量。

另外，将对比例1-3的试验数据分别与实施例1的试验数据进行对比分析：

①在各组分重量份数相同的条件下，对比例1将实施例1中的多级配圆粒石英砂(球度0.85)替换为常规石英砂(球度0.6)。根据试验数据可知，实施例1制备得到的超高性能混凝土的24h收缩值(438×10^-6)远低于对比例1(725×10^-6)，且28d抗压强度和轴心抗拉强度也均高于对比例1，说明高球度的石英砂相比常规的石英砂更有利于颗粒的紧密堆积，且本发明采用多级配圆粒石英砂，在与其他混凝土组分结合时，多种不同粒径的石英砂颗粒能够更好的适应和填充不同组分的颗粒间隙，使得颗粒间空隙率大大降低，“滚珠”效应得以最大程度发挥，从而使制备得到的超高性能混凝土的综合性能大幅提升(包括流动性、收缩情况和抗拉、抗压强度等)。

由此可知，对混凝土各组分球度属性的限定对制备得到的UHPC性能存在必要性的影响，对比例1中仅替换了相对高球度的石英砂，即对最终制得的混凝土性能产生了较大影响，包括扩展性的降低、扩展时间和V斗漏出时间的增加、收缩率的提高、抗压和抗拉强度的降低等，意味着在改变组分的球度后，制备得到的混凝土流动性、抗开裂性能和强度性能都存在一定程度的下降。因此，本发明重点考虑了混凝土制备中各组分的球度对混凝土性能的影响，以充分发挥出UHPC各组分颗粒的“滚珠”效应，从而提高混凝土的综合性能，这在传统UHPC的设计中是一直未被关注的。

②在各组分重量份数相同的条件下，对比例2将实施例1中的复合矿物掺合料替换为普通矿物掺合料(即硅灰)，对比例2中替换的硅灰选用球度在1.0的半加密硅灰，以避免对该组分球度要求的影响。根据试验数据可知，与对比例2相比，实施例1制备的混凝土的扩展度大、T500和V斗漏出时间短，24h收缩值也较小，28d抗压和轴心抗拉强度均较高，因此，虽然对比例2制备得到的超高性能混凝土的综合性能相对对比例1有所提高，但仍明显低于实施例1所制备的低粘度大流态超高性能混凝土。而实施例1相对于对比例2仅替换了矿物掺料的组成成分，利用钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏这几种工业固废进行粉磨得到高球度的复合矿物掺合料，在保证掺合料球度的同时大幅度降低了UHPC中硅灰的掺量，说明采用上述组合的复合矿物掺合料替代硅灰，有利于进一步降低UHPC的粘度并提高其流动性，且对UHPC的早期收缩有良好的抑制作用，从而更好的避免混凝土早期开裂等问题。

③在各组分重量份数相同的条件下，对比例3将实施例1中的降粘抗盐减水剂替换为普通聚羧酸高性能减水剂。根据试验数据可知，与对比例3相比，实施例1制备的混凝土的扩展度大、T500和V斗漏出时间短，24h收缩值也较小，28d抗压和轴心抗拉强度均较高，因此，虽然对比例3制备得到的超高性能混凝土的综合性能相对对比例1-2有所较大提升，且抗压和抗拉强度已经接近实施例1的性能参数，但其他性能数据仍明显低于实施例1所制备的低粘度大流态超高性能混凝土。而实施例1相对于对比例3仅替换了减水剂的具体成分和性能参数，采用相对分子质量较低(24972)且分子量分布较窄(1.45)的聚羧酸减水剂，相比较高相对分子质量(30000-80000)且分子量分布较宽(1.6-2.0)的市售聚羧酸减水剂，本发明制备的降粘抗盐减水剂在UHPC拌合物中起分散作用的有效组分更高且水溶性更好、分子更舒展、空间位阻作用更高、分散效果更好，且所述降粘抗盐减水剂的分子结构中兼具阳离子侧链和阴离子侧链，不仅水溶性大大提高，而且分子间易发生“缔合”效应，抗盐性也显著提升，在UHPC拌合物的高离子浓度环境中该聚羧酸分子也能保持更舒展的形态，进一步提高了分散和降粘效果，说明在考虑混凝土组分球度和降低硅灰掺量的同时，配合采用相对分子质量低、分布指数小的具有降粘、抗盐功能的聚羧酸高性能减水剂进行协同作用，有助于进一步提升制备得到的UHPC的综合性能(特别是混凝土流动性)，从而重点解决高纤维体积掺量下UHPC粘度高、流动性差、浇筑施工困难的问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (7)

1.低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，按重量份数计，包括：

水泥800-860份、硅灰120-140份、微珠100-120份、复合矿物掺合料60-100份、石英砂820-970份、钢纤维234-312份、降粘抗盐减水剂20-28份，水158-163份；

其中，所述水泥的球度≥0.85，所述硅灰的球度为1.0，所述微珠的球度≥0.95，所述复合矿物掺和料的球度≥0.97，所述石英砂的球度≥0.85。

2.如权利要求1所述的低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，所述复合矿物掺和料包括钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣和脱硫石膏，钢渣、低温稻壳灰、铜尾矿渣、赤泥、电解锰渣、脱硫石膏的质量比例为8:7:3:2:1:1。

3.如权利要求1所述的低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，所述石英砂为多级配石英砂，其级配区间分别为16-26目、26-40目、40-100目、325目，各级配区间的石英砂质量比例为16-26目:26-40目:40-100目:325目＝3:5:12:1。

4.如权利要求1所述的低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维为直径0.2mm的多尺寸混杂钢纤维，其长度尺寸包括8mm、13mm、20mm，各长度尺寸的钢纤维质量比例为8mm:13mm:20mm＝2:5:3。

5.如权利要求1所述的低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，所述降粘抗盐减水剂为由端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯共聚反应而成聚羧酸高性能减水剂，其相对分子质量≤25000，分布指数≤1.5，减水率≥35％。

6.如权利要求5所述的低粘度大流态超高性能混凝土，其特征在于，所述降粘抗盐减水剂的制备方法为：

S11、将甲基烯丙基聚氧乙烯基醚、胺基磺酸和尿素按质量比96：4.8：1加入反应釜中，向反应釜内通氮气保护并搅拌混合均匀，然后升温至110-120℃，恒温维持设定时间后停止加热，得到端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚；

S12、向反应釜中加入去离子水并搅拌至所述端磺酸基改性的甲基烯丙基聚氧乙烯基醚完全溶解，然后冷却降温至40℃；

S13、将甲基丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸甲酯和去离子水按质量比26:6:3:40混合，得到混合溶液A；将巯基丙酸、抗坏血酸和去离子水按质量比7:1:220混合，得到混合溶液B；

S14、向反应釜中加入双氧水，然后分别向反应釜中滴加所述混合溶液A和所述混合溶液B，滴加时间为3h，滴加完毕后保温1h；

S15、向反应釜中加入液碱，调节反应釜内溶液pH值至6-8，即得降粘抗盐减水剂。

7.一种如权利要求1-6任一所述的低粘度大流态超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括：

T1、称量水泥、硅灰、微珠、复合矿物掺合料、石英砂，加入搅拌机中干混10-30s；

T2、称量水和降粘抗盐减水剂，加入搅拌机中与S1中得到的混合物混合，并使用搅拌机拌合4-6min；

T3、称量钢纤维，加入搅拌机中与S2中得到的拌合物混合，并使用搅拌机继续拌合2-4min，即制得低粘度大流态超高性能混凝土。