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一种不含硅灰的超高性能混凝土基体及其制备方法技术

技术编号:14849691 阅读:8 留言:0更新日期:2017-03-18 10:18
本发明专利技术公开了一种不含硅灰的超高性能混凝土基体及其制备方法,具体涉及煅烧黏土在低碳环保、超高性能水泥基复合材料方面的应用,该混凝土基体配合比为:水泥575.6~825.8kg/m3,煅烧黏土130.0~140.0kg/m3,石灰石粉(细)380.2~390.2kg/m3,石灰石粉(粗)380.2~390.2kg/m3,石英砂424.2~436.8kg/m3,外加剂6.74~12.81kg/m3,拌合水202.3~210.2kg/m3。煅烧黏土完全取代了现有超高性能混凝土中的硅灰,显著降低了该混凝土的生产成本,且基本保持混凝土的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木工程材料的制备
,特别是涉及一种低碳环保型、超高性能水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
超高性能混凝土(Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC)是一种新型的水泥基材料,其最主要的特点是超高的抗压强度(>150MPa)和超低的渗透性。通过掺加适量的钢纤维(≤4%)可以制备出超高性能纤维增强混凝土(Ultra-HighPerformanceFiberReinforcedConcrete,UHPFRC),其具有超高的抗拉性能(>8MPa)和较好的应变硬化性能(1.5‰)。由于具有特殊的良好性能,该材料可以满足许多极限环境下的工程应用,特别是对已存在的基础设施的修复工程。然而,UHPC却在实际工程中难以大规模使用,其最主要的原因是成本昂贵,尤其是UHPC配合比中含有大量的昂贵组分,比如水泥和硅灰。在传统的UHPC中,水泥含量为1100-1300kg/m3,硅灰含量为200-350kg/m3,约占水泥质量的18-26%。由于UHPC超低的含水量(W/B=0.14-0.20),水泥的水化程度只有30-40%,硅灰的反应程度约为30%,这意味着大量的未水化的熟料颗粒和未反应的硅灰颗粒只是作为昂贵的填充材料使用,浪费了资源。因此,有必要利用矿物掺合料部分或完全代替UHPC配合比中的水泥和硅灰。然而,目前几乎所有的研究者都将研究重心集中于降低UHPC中的水泥含量以及优化不同矿物掺合料的比例,从市场上可见的UHPC成品和可查的关于UHPC专利来看,硅灰仍然是一个“无法替代”的重要组成成分。硅灰是一种极其细小的颗粒材料,能够填充水泥颗粒之间的空隙,并且由于其主要成分是无定型二氧化硅,反应活性高,可以与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶C-S-H,有助于提高混凝土的强度,因此硅灰普遍应用于高性能、超高性能混凝土中。然而,硅灰的市场价格极其昂贵,是普通水泥价格的三倍以上。因此设计一种不含硅灰的超高性能混凝土且不损失其优良的力学性能,成为目前进一步降低UHPC生产成本的关键。
技术实现思路
:技术问题:为了克服上述现有技术的不足和缺陷,本专利技术利用煅烧黏土和不同粒径的石灰石粉作为替代硅灰的填充材料,制备出一种环保型的不含硅灰的超高性能混凝土基体,同时提供一种它的制备方法。
技术实现思路
:为解决上述技术问题,本专利技术提供了一种不含硅灰的超高性能混凝土基体,该混凝土基体的成分组成及配比如下:所述水泥为抗硫酸盐水泥CEMI52.5N,矿物组成为硅酸三钙C3S62.35%,硅酸二钙C2S20.28%,铝酸三钙C3A1.42%,铁铝酸四钙C4AF5.83%,比表面积BET940m2/kg,密度3150kg/m3,颗粒粒度D5010.21μm;所述煅烧黏土SiO2含量=50~55%,Al2O3含量=40~45%,高岭石含量=75%~100%,比表面积BET=9600~15300m2/kg,颗粒粒度D505.0~5.5μm;所述细石灰石粉CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=3370m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=2.57μm;所述粗石灰石粉()CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=150m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=26.50μm;所述石英砂颗粒粒度D50240.80μm;所述外加剂为高效聚羧酸减水剂,固含量为25%。本专利技术还提供了一种不含硅灰的超高性能混凝土基体的制备方法,该方法包括如下步骤:步骤1:按配方比例称取水泥、煅烧黏土、石灰石粉和石英砂倒入搅拌锅内,低速,即61.5rpm搅拌3min;步骤2:按配方比例称取外加剂和水,缓慢倒入搅拌锅内,低速,即61.5rpm搅拌直至形成液态浆体;步骤3:待粉体材料形成液态浆体,高速,即123rpm搅拌3min;步骤4:3min搅拌结束后,继续低速搅拌1min;步骤5:将拌合好的浆体缓慢倒入钢模中,密封养护1天;步骤6:1天后拆模,将硬化后的基体试件置于20℃条件下的养护箱内,进行密封养护。本专利技术所制备的不含硅灰的超高性能混凝土基体,可以用于制备桥梁构件、足球场顶棚大跨薄壁结构、特殊复杂形状的混凝土构件等预制构件,也可以作为一种修复材料,用于破损的桥面和路面,或作为一种防护材料,用于恶劣环境下的混凝土设施,比如海洋中岛礁上的灯塔基座。有益效果:本专利技术与现有技术相比,具有以下优点:本专利技术基于颗粒堆积模型,利用煅烧黏土完全取代了现有超高性能混凝土中的硅灰,显著降低了该混凝土的生产成本,并且同时保持基本的力学性能,如抗压强度不变。通过掺加不同粒径的石灰石粉,优化了混凝土基体的颗粒堆积。在简单的成型工艺条件及密闭养护条件下,成功制备出了28天抗压强度达到150MPa左右的超高性能混凝土基体。与国内外同类技术相比,改项成果具有以下特色:(1)性价比高。本专利技术舍去了传统超高性能混凝土“无法替代”且昂贵的硅灰,显著降低了混凝土的生产成本,并且基本能保持该混凝土优良的力学性能。(2)原材料简单易得。本专利技术所使用的原材料来自于常见的水泥基复合材料制备所需要的常规材料,且不需要复杂的工艺处理。(3)施工方便。本专利技术制备的超高性能混凝土流动性好,基体与钢纤维能起到良好的协同作用,能够达到自密实的状态,在复杂的特殊形状的工程中能够应用。(4)生态环保,节能减排。本专利技术制备的超高性能混凝土基体不需要蒸汽养护及水中养护,只需要在常温条件下密闭养护,同时能够降低二氧化碳排放量和混凝土的生产成本。具体实施方式本专利技术的不含硅灰的超高性能混凝土基体,可以根据实际应用需要,对配合比进行微调,获得所需要的性能。结合本
技术实现思路
提供以下实施例,但本专利技术不限于以下实施例:本专利技术提供的一种不含硅灰的超高性能混凝土基体,该混凝土基体的成分组成及配比如下:所述水泥为抗硫酸盐水泥CEMI52.5N,矿物组成为硅酸三钙C3S62.35%,硅酸二钙C2S20.28%,铝酸三钙C3A1.42%,铁铝酸四钙C4AF5.83%,比表面积BET940m2/kg,密度3150kg/m3,颗粒粒度D5010.21μm;所述煅烧黏土SiO2含量=50~55%,Al2O3含量=40~45%,高岭石含量=75%~100%,比表面积BET=9600~15300m2/kg,颗粒粒度D505.0~5.5μm;所述细石灰石粉CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=3370m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=2.57μm;所述粗石灰石粉()CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=150m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=26.50μm;所述石英砂颗粒粒度D50240.80μm;所述外加剂为高效聚羧酸减水剂,固含量为25%。本专利技术还提供一种不含硅灰的超高性能混凝土基体的制备方法,该方本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种不含硅灰的超高性能混凝土基体,其特征在于:该混凝土基体的成分组成及配比如下:所述水泥为抗硫酸盐水泥CEM I 52.5N,矿物组成为硅酸三钙C3S 62.35%,硅酸二钙C2S 20.28%,铝酸三钙C3A 1.42%,铁铝酸四钙C4AF 5.83%,比表面积BET 940m2/kg,密度3150kg/m3,颗粒粒度D50 10.21μm;所述煅烧黏土SiO2含量=50~55%,Al2O3含量=40~45%,高岭石含量=75%~100%,比表面积BET=9600~15300m2/kg,颗粒粒度D50 5.0~5.5μm;所述细石灰石粉CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=3370m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=2.57μm;所述粗石灰石粉( )CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=150m2/kg,密度=2700kg/m3,颗粒粒度D50=26.50μm;所述石英砂颗粒粒度D50 240.80μm;所述外加剂为高效聚羧酸减水剂,固含量为25%。

【技术特征摘要】
1.一种不含硅灰的超高性能混凝土基体,其特征在于:该混凝土基体的成分
组成及配比如下:
所述水泥为抗硫酸盐水泥CEMI52.5N,矿物组成为硅酸三钙C3S62.35%,
硅酸二钙C2S20.28%,铝酸三钙C3A1.42%,铁铝酸四钙C4AF5.83%,比表面
积BET940m2/kg,密度3150kg/m3,颗粒粒度D5010.21μm;
所述煅烧黏土SiO2含量=50~55%,Al2O3含量=40~45%,高岭石含量
=75%~100%,比表面积BET=9600~15300m2/kg,颗粒粒度D505.0~5.5μm;
所述细石灰石粉CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=3370m2/kg,密度
=2700kg/m3,颗粒粒度D50=2.57μm;
所述粗石灰石粉()CaCO3含量=97.61%,比表面积BET=150m...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄伟孙伟郭丽萍
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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