一种机制砂超高性能混凝土及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种机制砂超高性能混凝土，其由水泥、矿粉、稻壳灰、机制砂、水、改性抗吸附减水剂和钢纤维组成，各组分的质量比为：水泥∶矿粉∶稻壳灰∶机制砂∶水∶改性抗吸附减水剂＝1∶0.3～0.8∶0.1～0.35∶1.1～2.5∶0.2～0.4∶0.03～0.08，钢纤维按体积掺量为1～3％。本发明专利技术改变了超高性能混凝土必须使用石英砂的局限，丰富了原材料选择范围，大大降低了超高性能混凝土的制备难度，并且降低材料成本，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种机制砂超高性能混凝土及制备方法
本专利技术属于建筑材料
，涉及一种以应用地材生产的机制砂为目的，新创的一种超高性能混凝土及其制备方法。
技术介绍
超高性能混凝土具有高强、高韧、高耐久性等优异性能，可用于大跨结构、超高层建筑、隧道、军事防护特种工程等领域，是现代水泥基复合材料的重要发展方向。当前，超高性能混凝土主要通过提高基体密实度，减少内部缺陷，提高水化产物稳定性等技术手段获得高强和高耐久。具体措施包括采用极低的水胶比，提高材料的密实度；优化原材料的粒径搭配，并剔除粗骨料提高基体的匀质性；胶凝材料中掺入活性掺合料，改善内部围观结构；掺入钢纤维，进一步提高材料的强度和韧性。超高性能混凝土主要由硅酸盐水泥、石英砂、石英粉、减水剂、钢纤维等部分组成，再辅以高温蒸养，最终制备出混凝土产品。目前，超高性能混凝土的细骨料以石英砂为主，需要选用质地优良、级配合理的石英砂，因此与传统混凝土相比，原材料成本大幅上升，而且在石英砂产区以外的地区，石英砂的供应则需要通过长距离运输，不仅运输成本增加，运输过程产生的不必要能耗也还造成能源浪费，不符合节能环保的基本国策。也有研究人员采用天然砂制备超高性能混凝土，但近年来天然砂资源枯竭，已经很难采购到品质较好的天然砂，因此天然砂也不是用于制备超高性能混凝土的理想选择。由于对原材料的苛刻要求，超高性能混凝土的推广受到限制。采用当地石矿资源制备的机制砂制备超高性能混凝土，不仅可以消除远距离运输造成的能耗浪费，最重要的是丰富了原材料的来源，避免了UHPC推广应用后造成单一材料需求过度集中，出现、材料紧缺、价格上涨以及资源过度开采导致的环境破坏。现有技术存在以下缺点：1.细集料的选择只有石英砂，这会导致原材料需求过度集中，造成原材料紧缺、价格上涨，最终阻碍超高性能混凝土技术的推广；2.机制砂细度模数大、颗粒粗糙、含有一定量的石粉，不仅由于母岩岩性变化大而导致机制砂的性能差异较大，而且由于生产工艺的原因质量稳定性较差，如何选择合适的机制砂制备超高性能混凝土还缺少相关方法；3.常规减水剂与机制砂相容性差，用于制备混凝土工作性能或减水剂掺量大大高于天然砂混凝土，造成机制砂应用的技术经济性较差；4.当前常用的超高性能混凝土配合比中水泥和硅灰的含量较高，导致混凝土收缩大，硬化后易造成收缩开裂。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种机制砂超高性能混凝土，改变了超高性能混凝土必须使用石英砂的局限，丰富了原材料选择范围，大降低了超高性能混凝土的制备难度，并且降低材料成本，适合推广应用。一种机制砂超高性能混凝土，其特征在于，由水泥、矿粉、稻壳灰、机制砂、水、改性抗吸附减水剂和钢纤维组成，各组分的质量比为：水泥∶矿粉∶稻壳灰∶机制砂∶水∶改性抗吸附减水剂＝1∶0.3～0.8∶0.1～0.35∶1.1～2.5∶0.2～0.4∶0.03～0.08，钢纤维按体积掺量为1～3％；其中，所述机制砂级配范围满足下表的要求：方孔筛尺寸(mm)4.752.361.180.60.30.15筛底百分率(％)0～55～2010～3020～3120～305～150～15并且泥块含量≤0.5％，片状颗粒含量≤10％，单级最大压碎指标≤15％，吸水率≤2.0％，石粉含量≤10％，MB值≤1.0。本专利技术采用当地可利用的石材加工生产机制砂，制备符合要求的超高性能混凝土，不仅降低了生产成本，还达到了因地制宜、充分利用资源的目的，具有很高的应用价值和广阔的发展前景。机制砂由于母岩岩性以及生产工艺的不同，材料性能差异巨大，本专利技术通过研究确定了机制砂对超高性能混凝土工作性和力学性能影响较大的指标并确定了指标范围，其主要指标包括：泥块含量≤0.5％片状颗粒含量≤10％，单级最大压碎指标≤15％，吸水率≤2.0％，石粉含量≤10％，MB值≤1.0，级配范围应满足表1的要求，各性能指标按照GB/T14684-2011进行检测。表1机制砂的级配范围方孔筛尺寸(mm)4.752.361.180.60.30.15筛底百分率(％)0～55～2010～3020～3120～305～150～15进一步地，本专利技术所使用的改性抗吸附减水剂，不同于传统的减水剂。目前常用的高性能减水剂主要是聚羧酸减水剂，但常规的聚羧酸由羧基主链和聚氧乙烯侧链组成，空间位阻很弱，极易被机制砂含有石粉，以及山皮土等杂质吸附，导致减水剂的分散作用减弱，从而导致减水剂用量上升，这会导致减水剂和减水剂相容性差，拌合物工作性能不良的问题。本专利技术利用β-环糊精对聚羧酸分子进行改性，并增加侧链密度，大幅提高了聚羧酸减水剂的空间位阻，阻碍了石粉对聚羧酸分子的吸附，使加入混凝土的聚羧酸减水剂能有效发挥作用。减水剂的制备工艺如下：采用水溶液中自由基共聚的方法，将丙烯酸、HPEG和环糊精按摩尔比3.8∶5∶2加入烧瓶，将烧瓶置于水浴中，保持60℃恒温，再加入总反应物质量的0.6％的工业级H2O2，滴入还原剂FF6M和疏基丙酸，总量分别为总反应物质量的0.12％和0.38％，滴加时间3h，反应后继续保温1h，带反应物冷却后用30％的NaOH溶液将pH调至中性。传统的超高性能混凝土中使用大量硅灰，由于硅灰的比表面积远远高于其他胶凝材料，因此加入硅灰后浆体达到同样的流动性需水量大幅增加，而且硅灰会导致收缩加剧，由此会导致混凝土收缩开裂的风险增加。本专利技术利用稻壳灰替代硅灰，稻壳灰不仅具有于硅灰相近的功能，而且稻壳灰是多孔颗粒，能够在拌和时预吸水，然后在混凝土硬化过程中缓慢释水，降低开裂风险。稻壳灰是由稻壳在650-800℃的温度下焚烧后，研磨制得的灰黑色粉末，二氧化硅含量≥90％，平均粒径范围不大于10μm，比表面积≥50000m2/kg。钢纤维选用不锈钢微丝钢纤维，传统的镀铜微丝钢纤维在机械搅拌后，由于和其他颗粒的摩擦，镀铜层划伤、损坏，钢纤维后期会发生腐蚀，影响材料的性能以及外观。不锈钢钢纤维为304不锈钢制造的微细钢纤维，长度13mm，直径0.18mm，抗拉强度≥2000MPa。其他原材料的要求：水泥：为P.O42.5普通硅酸盐水泥或P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥；矿粉：活性等级≥S95，比表面积≥400m2/kg。进一步地，所述混凝土各组分的质量比为：水泥∶矿粉∶稻壳灰∶机制砂∶水∶改性抗吸附减水剂＝1∶0.65∶0.35∶2∶0.32∶0.08，钢纤维体积掺量2％；所述机制砂为花岗岩机制砂，级配如下表所示：...

【技术保护点】
1.一种机制砂超高性能混凝土，其特征在于，所述混凝土由水泥、矿粉、稻壳灰、机制砂、水、改性抗吸附减水剂和钢纤维组成，各组分的质量比为：水泥∶矿粉∶稻壳灰∶机制砂∶水∶改性抗吸附减水剂＝1∶0.3～0.8∶0.1～0.35∶1.1～2.5∶0.2～0.4∶0.03～0.08，钢纤维按体积掺量为1～3％；/n其中，所述机制砂级配范围满足下表的要求：/n

【技术特征摘要】
1.一种机制砂超高性能混凝土，其特征在于，所述混凝土由水泥、矿粉、稻壳灰、机制砂、水、改性抗吸附减水剂和钢纤维组成，各组分的质量比为：水泥∶矿粉∶稻壳灰∶机制砂∶水∶改性抗吸附减水剂＝1∶0.3～0.8∶0.1～0.35∶1.1～2.5∶0.2～0.4∶0.03～0.08，钢纤维按体积掺量为1～3％；
其中，所述机制砂级配范围满足下表的要求：














方孔筛尺寸(mm)
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
筛底


百分率(％)
0～5
5～20
10～30
20～31
20～30
5～15
0～15






并且泥块含量≤0.5％，片状颗粒含量≤10％，单级最大压碎指标≤15％，吸水率≤2.0％，石粉含量≤10％，MB值≤1.0。


2.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述改性抗吸附减水剂为β-环糊精对聚羧酸分子改性后的减水剂。


3.如权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述改性抗吸附减水剂采用水溶液中自由基共聚的方法制备获得，制备工艺如下：将丙烯酸、HPEG和环糊精按摩尔比3.8∶5∶2加入烧瓶，水浴保持60℃恒温，再加入总反应物质量0.6％的工业级H2O2，滴入还原剂FF6M和疏基丙酸，滴加总量分别为总反应物质量的0.12％和0.38％，滴加时间3h，反应后继续保温1h，待反应物冷却后用30％的NaOH溶液将pH调至中性。


4.如权利要求3所述的混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥或P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥；所述矿粉活性等级≥S95，比表面积≥400m2/kg。


5.如权利要求4所述的混凝土，其特征在于，所述稻壳灰是由稻壳在650-800℃的温度下焚烧后，研磨制得的灰黑色粉末，二氧化硅含量≥90％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凌波，葛黎明，宋德洲，张华献，楼晓强，唐泽栋，
申请(专利权)人：浙江交工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33