本发明专利技术涉及一种高强超高韧性混凝土及其制备方法，该混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥400‑800份，硅灰100‑250份，矿渣粉200‑500份，粉煤灰200‑500份，石英粉200‑500份，石英砂800‑1000份，减水剂20‑40份，水180‑250份，聚乙烯纤维15‑25份；制备时，按重量份将水泥、硅灰、矿渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入搅拌机中，干粉搅拌2‑3min，充分混合均匀；待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1‑2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的高强超高韧性混凝土。与现有技术相比，本发明专利技术混凝土的抗压强度达到120‑150MPa，抗折强度达到30‑50MPa，抗拉强度达到15‑22MPa，抗拉延伸率达到4‑8％，具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料
，涉及一种高强超高韧性混凝土及其制备方法。
技术介绍
超高性能混凝土(Ultra high performance concrete，简称UHPC)具有比强度高，负载能力大，节约资源和能源、耐久性优异的特点，能满足土木工程轻量化、高层化、大跨化和高耐久化的要求，是混凝土技术的主要发展方向。UHPC在上世纪90年代由法国研究者采用常规材料开发出的具有超高抗压强度、超高抗拉强度、高韧性以及高耐久性。UHPC材料根据最紧密堆积原理，采用高致密水泥基均匀体系模型，去除2mm以上粗骨料，同时掺入一定体积微钢纤维配以高温以及蒸养的养护方法，制备出超高性能的混凝土。根据养护方式以及所使用原材料的不同，其抗压强度达到200到800MPa，抗折强度为20-40MPa，直拉强度不小于8MPa，以上数值为高强混凝土的4-6倍；UHPC的断裂能高达40000J/m2，是普通混凝土的250倍，其氯离子渗透性，抗冻融性能均高于高强混凝土，具有超高耐久性。UHPC在结构中的使用能够大大降低截面尺寸，降低结构自重，用于高层结构，桥梁大跨结构；另一方面，利用UHPC的超高抗渗透性能，将其用在输送腐蚀性液体的管道和固体废物料处理容器中；其良好的抗冲击性能，可用于军事防御工程中。公开号CN104030634A的专利公开了一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土，由水泥、碳纳米管、硅灰、减水剂、硅砂、粉煤灰、石英粉、钢纤维和水为原料制备而成，混合物中各组分含量以质量份数计算为：水泥1000-1200份，硅灰250-350份，矿渣粉250-350份，减水剂40-50份，硅砂1200-1400份，水180-230份，钢纤维190-230份，粉煤灰180-250份，石英粉80-120份，碳纳米管分散剂0.1-5份，碳纳米管粉末1-10份。该专利配制的掺碳纳米管超高性能活性粉末混凝土，抗压强度达到300MPa，抗折强度达到55MPa，单向拉伸时初裂强度达到10.2MPa，极限拉伸强度11.5MPa，拉伸应变达到0.5％。该专利配方中添加了碳纳
米管增强混凝土的力学性能，但也提高了该类混凝土的造价成本，且其单向拉伸应变只有0.52％，略高于钢筋的屈服应变，一旦超过该值，裂缝有局部化扩大的危险。公开号CN101874004A的专利公开了一种延性超高性能混凝土，包括100份波特兰水泥；50至200份具有D10至D90为0.063至5毫米的单粒度的砂子，或者砂子混合物，其中最细的砂子的D10至D90为0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90为1至5毫米；0至70份平均粒子尺寸为15微米以下的粒状火山灰或非火山灰材料或其混合物；0.1至10份减水超增塑剂；10至30份水；以及相对于硬化的组合物的体积为0.5至5体积％的长径比为6至120的玻璃纤维。该专利采用玻璃纤维与聚乙烯醇纤维配制了一种高延性UHPC，其弯拉强度最大为20MPa，跨中挠度/跨度比达到1/140，但该专利技术方案并未记载有单向拉伸试验。现已有研究表明，传统钢纤维UHPC混凝土，单向拉伸的延性均未能超过0.6％，使得该类材料在受拉区的使用受到较大限制。公开号CN101665342A的专利公开了一种高韧性控裂防渗纤维混凝土，主要成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，活性矿物掺合料采用粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土，纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维，骨料的最大粒径不超过0.5mm，骨料的重量与水泥和活性矿物掺合料总重量之比为1％～70％，纤维的掺量为纤维混凝土总体积的1.5％～2.5％。该专利混凝土的抗压强度在40-60MPa之间，抗拉强度为4-10MPa，弯拉强度为10-20MPa，极限拉伸应变为1.8-7.5％，但是该专利混凝土的抗压弹模低，抗压强度以及弯拉强度也具有进一步提升的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高抗压强度、高抗拉强度，并能保持超高延性，具备良好的耗能能力及弹性模量的高强超高韧性混凝土及其制备方法，旨在解决现有水泥基材料高强度与高延性不可兼得的技术问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高强超高韧性混凝土，该混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥400-800份，硅灰100-250份，矿渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500份，石英砂800-1000份，减水剂20-40份，水180-250份，聚乙烯纤维15-25份。作为优选的技术方案，所述的混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥600份，硅灰150份，矿渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份，石英砂850份，减水剂25份，水220份，聚乙烯纤维20份。所述的水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且所述的水泥的28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg。所述的硅灰的比表面积为20-25m2/g，其SiO2的质量含量≥90％。所述的矿渣粉为S105级矿渣粉或S115级矿渣粉，比表面积≥700m2/kg，密度为2.9g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。所述的石英粉的粒径为2-4μm，其SiO2的质量含量≥99％；所述的石英砂的粒径为0.1-0.3mm，其SiO2的质量含量≥99％。所述的石英粉的粒径选择为2-4μm，介于硅灰与矿渣粉之间，在整个体系中作为填充物料，并且在高温养护中，其富含的SiO2能发挥较强的火山灰效应以提高基体强度；粒径为0.1-0.3mm石英砂在体系中起到细骨料的作用，粒径过大将对纤维的分散造成影响。所述的聚乙烯纤维的直径为30-45μm，长度为9-12mm，长径比＞200，断裂延伸率为2-3％。作为优选的技术方案，所述的聚乙烯纤维的抗拉强度为3000MPa。所述的聚乙烯纤维在配方体系中起到增韧混凝土基体的作用，使该混凝土能够产生连续细而密的裂缝。纤维直径、长径比、断裂强度以及断裂延伸率，一方面受到纤维生产厂家的技术工艺控制，另一方面由理论计算以及试验调配得到。纤维长径比过大，容易造成纤维拉断，长径比不足，容易造成纤维拔出，两者均不能使混凝土产生联系的细密裂缝。所述的减水剂为非缓凝型聚羧酸减水剂，该非缓凝型聚羧酸减水剂的固体含量为40-50％，减水率≥40％。一种高强超高韧性混凝土的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)按以下重量份的组分备料：水泥400-800份，硅灰100-250份，矿渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500份，石英砂800-1000份，减水剂20-40份，水180-250份，聚乙烯纤维15-25份；(2)按重量份将水泥、硅灰、矿渣粉、粉煤灰、石英粉及石英砂加入搅拌机中，干粉搅拌2-3min，充分混合均匀；(3)待搅拌结束后，转移至模具中，振捣1-2min成型，进行养护，脱模，即制得所述的高强超高韧性混凝土。所述的养护为常温标准养护或高温水浴养护；其中，所述的常温标准养护的条件为：控制温度为20-25℃，湿度为90％±5％，养护28天；所述的高温水浴养护的条件为：控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，该混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥400‑800份，硅灰100‑250份，矿渣粉200‑500份，粉煤灰200‑500份，石英粉200‑500份，石英砂800‑1000份，减水剂20‑40份，水180‑250份，聚乙烯纤维15‑25份。
【技术特征摘要】
1.一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，该混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥400-800份，硅灰100-250份，矿渣粉200-500份，粉煤灰200-500份，石英粉200-500份，石英砂800-1000份，减水剂20-40份，水180-250份，聚乙烯纤维15-25份。2.根据权利要求1所述的一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，该混凝土由包括以下重量份的组分制备而成：水泥600份，硅灰150份，矿渣粉200份，粉煤灰200份，石英粉200份，石英砂850份，减水剂25份，水220份，聚乙烯纤维20份。3.根据权利要求2所述的一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，所述的水泥为复合硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，并且所述的水泥的28天抗压强度≥52.5MPa，28天抗折强度≥7.0MPa，比表面积≥300m2/kg。4.根据权利要求2所述的一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，所述的硅灰的比表面积20-25m2/g，其SiO2的质量含量≥90％。5.根据权利要求2所述的一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，所述的矿渣粉为S105级矿渣粉或S115级矿渣粉，比表面积≥700m2/kg，密度为2.9g/cm3；所述的粉煤灰为一级粉煤灰，比表面积≥700m2/kg，密度为2.6g/cm3。6.根据权利要求2所述的一种高强超高韧性混凝土，其特征在于，所述的石英粉的粒径为2-4μm，其SiO2的质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞可权，余江滔，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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