一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土及其制备方法。所述超高性能混凝土主要由800～1500重量份粉体材料、500～1500重量份细骨料、30～100重量份外加剂、112～240重量份水以及234～468重量份钢纤维组成。本发明专利技术通过不同粉体材料和不同细骨料质量比的确定方法以及钢纤维的纤维复掺原则，确定了各原料的用量。本发明专利技术还提供了超高性能混凝土的制备方法。本发明专利技术的超高性能混凝土通过常温养护即可达到C200强度等级，且坍落扩展度达600～800mm，免去蒸汽养护过程中的诸多不便，适用于要求现场浇筑且常温养护的C200级超高性能混凝土施工工程。性能混凝土施工工程。

【技术实现步骤摘要】
一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为新一代水泥基复合材料，超高性能混凝土通常采用水泥、硅灰和超细粉体作为胶凝材料或填料，以石英砂等硬质岩石作为骨料，并选取较低的水胶比(一般不大于0.2)构建密实的基体。为了改善超高性能混凝土基体的脆性，通常采用钢纤维进行增韧，以提高超高性能混凝土受压、受拉时的延性。超高性能混凝土抗压强度可达120MPa，兼具优异的耐久性能，已逐步应用于大跨度桥梁、抗爆结构等特殊土木工程结构中。
[0003]随着工程结构对超高性能混凝土力学性能要求的提高，C180、C200级超高性能混凝土逐渐受到关注。在设计强度等级达C180以上的超高性能混凝土时，由于水胶比一般不高于0.17，且单方混凝土中钢纤维体积掺量一般不低于3.0％，难以在确保超高性能混凝土的力学性能前提下兼顾工作性能，给施工带来不便。为了实现所需的力学和工作性能，现有研究主要通过试验法或理论模型法确定超高性能混凝土配合比。试验法是通过设计不同的配合比并进行试验，测试各组超高性能混凝土的工作性能和力学性能指标，随后挑选满足要求的配合比。由于超高性能混凝土成分复杂，当原材料或性能指标发生变化时，通常需要大量试验来确定配合比，调试过程繁琐低效。理论模型则是用于设计胶凝材料和骨料的组成和用量，以实现胶凝材料和骨料颗粒堆积紧密，减少密封于颗粒之间的水量，从而改善超高性能混凝土的工作性能，或降低水胶比以提升其力学性能。现有理论模型可分为离散型模型和连续型模型两类。离散型模型要求各种颗粒(胶凝材料和骨料)的粒度范围不重叠，然而粉体材料的粒度范围通常存在重叠区域，因而该方法存在局限性。连续型模型则基于理论颗粒分布和各种颗粒的粒度分布计算各种颗粒的体积分数，但是采用该方法时胶凝材料与骨料之间的比例被唯一地确定，难以灵活调控超高性能混凝土的工作性能。目前，C200级超高性能混凝土的力学性能和工作性能难以同时保障，尚缺少一套行之有效的方法指导C200级高流动性超高性能混凝土配合比设计。
[0004]为了充分发挥胶凝材料的水化活性和火山灰活性，通常采用蒸汽养护方式养护超高性能混凝土。养护温度越高、时间越长，胶凝材料的水化速度则越快，超高性能混凝土强度发展也越快。现有研究表明，与采用90℃蒸汽养护相比，采用标准养护28d时超高性能混凝土的抗压强度约降低20％、抗折强度约降低10％。然而，实际工程中采用蒸汽养护将给施工带来诸多不便，同时也会显著提高成本，这一定程度上限制了大体积现浇超高性能混凝土的推广应用。因此，如何在常温养护条件下实现C200级高流动性超高性能混凝土的制备和浇筑具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种常温养护C200级高流动性超高性能混
凝土及其制备方法，以期兼顾超高性能混凝土力学与工作性能，简化其养护工艺，为C200级超高性能混凝土现场浇筑和常温养护提供技术支撑。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土，主要由800～1500重量份粉体材料、500～1500重量份细骨料、30～100重量份外加剂、112～240重量份水以及234～468重量份钢纤维组成。
[0008]所述粉体材料包括水泥、辅助性胶凝材料和惰性填料。
[0009]所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；
[0010]优选，水泥采用强度标号为52.5等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
[0011]所述辅助性胶凝材料为硅灰、矿粉、粉煤灰等具有水化活性或火山灰活性的粉体材料中的一种或多种；
[0012]所述辅助性胶凝材料的颗粒的中位粒径不大于水泥的颗粒的中位粒径。
[0013]所述惰性填料为石英粉、石灰石粉等粉体材料中的一种或多种；
[0014]所述惰性填料的颗粒的中位粒径不大于水泥的颗粒的中位粒径。
[0015]所述细骨料为石英砂、刚玉砂及河砂等骨料中的一种或多种。
[0016]所述细骨料为级配连续的骨料或多种粒度规格的单粒级骨料；
[0017]优选，所述细骨料采用石英砂、刚玉砂等硬质骨料中一种或多种。
[0018]所述细骨料的粒径不大于2.5mm。
[0019]所述粉体材料与细骨料的质量比为0.8～2:1。
[0020]所述水的用量与粉体材料质量比为0.14～0.16:1。
[0021]所述外加剂为减水剂或减水剂与消泡剂、早强剂、缓凝剂等其中一种以上的混合物；
[0022]优选地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
[0023]所述钢纤维为微丝钢纤维，其直径为0.1～0.3mm，长径比为30～100。
[0024]所述钢纤维的掺量不小于超高性能混凝土体积的3％。
[0025]所述钢纤维优选采用不同长径比规格的钢纤维。
[0026]具体的，不同种类粉体之间的质量比通过以下方法确定：
[0027]第一步：选择粉体材料种类，构成粉体体系；测试各种粉体材料的粒度分布；
[0028]第二步：确定粉体体系所处的粒度区间；
[0029]第三步：将粉体材料所处的粒度区间划分子区间，采用粉体分配公式计算各个子区间中粉体体积含量的理论值；
[0030]第四步：预设各种粉体材料的体积，计算各个子区间中粉体体积的设计值，当各子区间粉体体积理论值与设计值之差的平方和最小时，选用此时各类粉体的体积含量；
[0031]第五步：测试各种粉体材料的表观密度，计算体系中各种粉体材料间的质量比。
[0032]进一步的，对于X种粉体材料构成的粉体体系，体系所处的粒度区间通过以下方法确定：将第x种粉体颗粒累计粒度达95％时的粒径值记作粉体x的特征粒径值(譬如：第一种粉体的特征粒径值第二种粉体的特征粒径值第三种粉体的特征粒径值
…
，第x种粉体的特征粒径值)；X种粉体材料具有X个特征粒径值，将X个特征粒径值中的最大值记为粉体材料体系的特征粒径，即粉体体系所处的粒度区间记为所处的粒度区间记为
[0033]进一步的，子区间的数目与粉体材料的种类相同：对于两种粉体材料构成的二元体系P1‑
P2(颗粒中位径大于)，若两种粉体的粒度区间无重叠区域(粉体P2中最小颗粒粒径值不小于粉体P1中最大颗粒粒径值)，则以粉体P2中最小颗粒粒径值为临界点，将P1‑
P2体系的粒度区间划分为子区间I：和子区间II：若P1‑
P2体系中两粉体粒度区间有重叠区域(粉体P2中最小颗粒粒径值小于粉体P1中最大颗粒粒径值)，则以粉体P1的中位径为临界点，将粉体粒度区间划分为两个子区间和对于三元体系P1‑
P2‑
P3(P1、P2、P3颗粒中位径依次递增)，首先将其视作P1‑
P2‑3类二元体系(此时将P2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温养护C200级高流动性超高性能混凝土，其特征在于：主要由800～1500重量份粉体材料、500～1500重量份细骨料、30～100重量份外加剂、112～240重量份水以及234～468重量份钢纤维组成；所述粉体材料包括水泥、辅助性胶凝材料和惰性填料；所述辅助性胶凝材料的颗粒的中位粒径不大于水泥的颗粒的中位粒径；所述惰性填料的颗粒的中位粒径不大于水泥的颗粒的中位粒径；所述细骨料为级配连续的骨料或多种粒度规格的单粒级骨料；所述细骨料的粒径不大于2.5mm；所述粉体材料与细骨料的质量比为0.8～2:1；所述外加剂为减水剂，或减水剂与消泡剂、早强剂、缓凝剂中一种以上的混合物；所述水的用量与粉体材料质量比为0.14～0.16:1；所述钢纤维为微丝钢纤维，其直径为0.1～0.3mm，长径比为30～100；不同种类粉体之间的质量比通过以下方法确定：第一步：选择粉体材料种类，构成粉体体系；测试各种粉体材料的粒度分布；第二步：确定粉体体系所处的粒度区间；第三步：将粉体材料所处的粒度区间划分子区间，采用粉体分配公式计算各个子区间中粉体体积含量的理论值；第四步：预设各种粉体材料的体积，计算各个子区间中粉体体积的设计值，当各子区间粉体体积理论值与设计值之差的平方和最小时，选用此时各类粉体的体积含量；第五步：测试各种粉体材料的表观密度，计算体系中各种粉体材料间的质量比；不同种类或粒度规格或级配细骨料间的质量比通过以下方法确定：(1)选择细骨料种类或粒度规格或级配构成骨料体系，测试各种细骨料的粒度分布；(2)确定细骨料所处的粒度区间；(3)将细骨料所处的粒度区间划分子区间，采用细骨料分配公式计算各个子区间中细骨料的体积含量理论值；(4)预设各种细骨料的体积，计算各个子区间中细骨料体积的设计值，当各子区间骨料体积理论值与设计值之差的平方和最小时，确定各种细骨料的体积含量；(5)测试各种细骨料的表观密度，计算体系中各种细骨料间的质量比。2.根据权利要求1所述常温养护C200级高流动性超高性能混凝土，其特征在于：不同种类粉体之间的质量比的确定方法中，对于X种粉体材料构成的粉体体系，其中X为大于等于2的整数；所述粉体体系所处的粒度区间通过以下方法确定：将第x种粉体颗粒累计粒度达95％时的粒径值记作粉体x的特征粒径值X种粉体材料具有X个特征粒径值，将X个特征粒径值中的最大值记为粉体材料体系的特征粒径，即粉体体系所处的粒度区间记为所述子区间的数目与粉体材料的种类相同；子区间通过以下方法确定：对于两种粉体材料构成的二元体系P1‑
P2，颗粒中位径大于若两种粉体的粒度区
间无重叠区域，则以粉体P2中最小颗粒粒径值为临界点，将P1‑
P2体系的粒度区间划分为子区间I：和子区间II：若P1‑
P2体系中两粉体粒度区间有重叠区域，则以粉体P1的中位径为临界点，将粉体粒度区间划分为两个子区间和对于三种粉体材料构成的三元体系P1‑
P2‑
P3，P1、P2、P3颗粒中位径依次递增，首先将其视作P1‑
P2‑3类二元体系，此时将P2和P3视作混合颗粒体系P2‑3，P2‑3颗粒体系所处的粒度区间为依据粉体P1与混合粉体P2‑3粒度区间是否存在重叠区域，按照二元体系的区间划分法将P1‑
P2‑3体系粒度区间划分为子区间I和子区间II；在区间II内，根据P2、P3两种粉体材料粒度区间是否重叠，进一步将区间II划分为子区间II1和子区间II2，也即将P1‑
P2‑
P3体系粒度区间最终划分为I、II1及II2三个子区间；对于四种及其以上粉体材料构成的四元及以上体系，子区间划分方法同二元体系、三元体系进行类推；所述粉体分配公式为当粉体材料体系第i个子区间为[i1,i2]时，该子区间中粉体体积含量的理论值为随后计算出划分的各个子区间中细骨料的体积含量的理论值；第四步中，各个子区间中粉体体积设计值通过如下方法确定：对于由X种粉体材料构成的粉体体系，设定X种粉体材料体积总和为100％；该粉体体系具有X个子区间，当各种粉体材料的体积含量设定后，第x种粉体材料在第i个子区间[i1,i2]中的体积含量其中V
Px
为第x种粉体材料体积含量的设定值，为第x种粉体的粒度分布曲线在区间[i1,i2]中所含粉体的体积率；所有X种粉体材料在子区间i中的体积之和为将子区间i的粉体体积设计值记为其他子区间粉体体积设计值计算方法同上；第四步中，各类粉体的体积含量通过如下步骤确定：对于含有X个子区间的粉体体系，首先计算各个子区间中粉体体积含量的理论值V
PT
；其次，预设各种粉体材料的体积含量，各种粉体材料体积总和为100％，计算各个子区间粉体体积设计值V
PM
；然后，调整各种粉体材料体积含量的设定值，使各子区间粉体体积理论值V
PT
与设计值V
PM
之差的平方和R
P
最小，其中当R
P
最小时，各种粉体材料体积含量的设计值即为所求。3.根据权利要求1所述常温养护C200级高流动性超高性能混凝土，其特征在于：细骨料间质量比的确定方法中，对于由Y种粒度规格的细骨料构成的骨料体系，体系所处粒度区间通过以下步骤确定：将第y种细骨料颗粒累计粒度达10％时的粒径值记作特征粒径颗粒累计粒度达95％
时的粒径值记作特征粒径细骨料体系的特征粒径细骨料体系所处的粒度区间记为细骨料子区间的划分方法与粉体材料子区间的划分方法一致：所述子区间的数目与细骨料的种类或粒度规格数相同；子区间通过以下方法确定：对于两种细骨料或两种粒度规格的细骨料构成的二元体系A1‑
A2，颗粒中位径大于大于若两种细骨料或两种粒度规格的细骨料的粒度区间无重叠区域，则以细骨料A2中最小颗粒粒径值为临界点，将A1‑
A2体系的粒度区间划分为子区间I：和子区间II：若A1‑
A2体系中两细骨料粒度区间有重叠区域，则以细骨料A1的中位径为临界点，将细骨料粒度区间划分为两个子区间和和对于三种细骨料或三种粒度规格的细骨料构成的三元体系A1‑
A2‑
A3，A1、A2、A3颗粒中位径依次递增，中最小；首先将其视作A1‑
A2‑3类二元体系，此时将A2和A3视作混合颗粒体系A2‑3，A2‑3颗粒体系所处的粒度区间为依据细骨料A1与混合细骨料A2‑3粒度区间是否存在重叠区...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦江雄，陈龙，谢晓庚，牛艳飞，黄浩良，余其俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：