一种抗爆炸轻质高性能混凝土及其制备方法技术

一种抗爆炸轻质高性能混凝土及其制备方法，该混凝土原材料由以下重量百分比的组份组成：硅酸盐水泥30％

【技术实现步骤摘要】
一种抗爆炸轻质高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于抗爆炸工程建筑材料
，特别涉及一种抗爆炸轻质高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]对抗接触爆炸混凝土结构而言，迎爆面成坑和背爆面开裂震塌是结构破坏的主要特征，而混凝土抗拉性能提升对于提高混凝土背爆面抗爆性能具有积极作用。现有轻质混凝土抗拉性能欠佳，难以有效抵抗爆炸载荷，而目前有关轻质混凝土的研究很少关注抗拉性能，所以需要研制低密度、高抗压和抗拉强度的抗爆炸轻质混凝土，为防护工程抗爆炸结构快速施工提供新材料和新技术。目前关于轻质高性能混凝土的研究主要集中于抑制收缩和优化制备工艺，例如中国专利CN 107935505 B(申请号201711233051.9)公开了一种轻质低收缩超高性能混凝土，该专利以陶砂为轻集料，在保持高强度的同时，有效降低混凝土自重，优化骨料
‑
基质界面过渡区和材料抗收缩性能；又如中国专利CN110054457B(申请号201910355477.4)公开了一种免蒸养轻质超高性能混凝土，该专利免除了蒸汽或蒸压养护，优化了轻质超高性能的制备方法。以上专利公开的轻质超高性能混凝土虽然整体性能有所提升，但缺乏在抗爆性能方面的设计和研究。

技术实现思路

[0003]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供了一种抗爆轻质高性能混凝土及其制备方法，采用高强轻骨料和胶凝材料轻量化设计，有效降低混凝土密度，提升混凝土均匀性；通过协同提升基体强度和骨料强度，有效提高混凝土强度；通过钢纤维和高强基体之间的粘结作用，有效提升混凝土抗拉强度，增加破坏耗能，进而增强混凝土抗爆性能。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种抗爆炸轻质高性能混凝土，按重量百分比计，其原材料由以下组份组成：水泥30％
‑
40％；粉煤灰微珠2％
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11％；硅灰2％
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8％；轻骨料30％
‑
35％，钢纤维7.4％
‑
7.7％，外加剂0.95％
‑
1％，水8.5％
‑
9.3％。
[0006]所述水泥采用P.O52.5硅酸盐水泥，粉煤灰微珠平均粒径为1
‑
3μm，硅灰平均粒径为0.1
‑
0.3μm。
[0007]所述轻骨料为页岩陶砂和球型高强轻骨料混合物。
[0008]所述页岩陶砂堆积密度≤700kg/m3，筒压强度6
‑
7MPa，粒径0.15
‑
2.36mm；球型高强轻骨料具有高强壳层包裹蜂窝芯，堆积密度≤900kg/m3，筒压强度≥25MPa，粒径1
‑
4.75mm，连续级配；球型高强轻骨料重量不小于轻骨料总重量的50％。
[0009]所述页岩陶砂的粒径依序包括0.15～0.25mm、0.25～0.3mm、0.3～0.5mm、0.5～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm，质量比为0.55：0.35：0.12：0.3：0.1：0.26。
[0010]所述钢纤维采用镀铜钢纤维，直径0.18
‑
0.22mm，长度13
‑
20mm，抗拉强度≥2500MPa。
[0011]所述外加剂为聚羧酸聚合物和微米级改性脱脂棉纤维素(MDCC)复合形成的增韧减水外加剂，该外加剂减水率≥40％。
[0012]一种抗爆炸轻质高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)按照重量百分比，称取各组份重量；
[0014]2)将称取的轻骨料进行预湿处理：用水将轻骨料浸泡1
‑
2h，捞出晾至饱和面干，得到预湿轻骨料；计算出轻骨料吸水量，将混凝土总用水量减去轻骨料吸水量，得到净用水量；
[0015]3)将称取的胶凝材料：水泥、粉煤灰微珠、硅灰和称取的钢纤维的10％
‑
20％依次加入搅拌机，干拌1min
‑
3min，将外加剂分散到步骤2)所得到净用水量中形成外加剂溶液，随后将70％
‑
90％的外加剂溶液加入搅拌机，再搅拌3
‑
5min使浆体充分粘稠、均匀；其中搅拌机转速大于120r/min；
[0016]4)将预湿轻骨料缓慢加入步骤3)得到的浆体中，搅拌6
‑
10min，使轻骨料在浆体中分散均匀；
[0017]5)缓慢加入剩余钢纤维和外加剂溶液，搅拌3
‑
5min得到混凝土拌合物；
[0018]6)将混凝土拌合物装入试模，装料时沿试模内壁插捣；采用振动成型法，振动持续到试模周围出浆或混凝土表面平整为止，振动时间30
‑
60s；
[0019]7)成型后在试模表面覆盖薄膜，防止水分蒸发，并在20℃
±
5℃的环境中静置22
‑
26h拆模，拆模后的试件放入混凝土标准养护室中养护至规定龄期，即得一种抗爆炸轻质高性能混凝土。
[0020]步骤7)所得一种抗爆炸轻质高性能混凝土，材料密度≤2100kg/m3，抗压强度≥110MPa，劈拉强度≥11MPa。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1.通过掺入球型高强轻骨料，增强基体和骨料间的强度匹配，提升两者协同性，有效提升混凝土强度；此外，混凝土中高强轻骨料高强壳层破坏及内部蜂窝结构的吸能效应，也有助于背爆面抗爆性能的提升。高强壳层轻骨料的掺入，改变了轻骨料的受力模式，虽然相较于水泥浆体，轻骨料仍然为弱相体，但受力方式的改变增加了破坏耗能。
[0023]2.增韧外加剂可以改善增加C
‑
S
‑
S凝胶链长，形成连续均匀的凝胶相，进而改善钢纤维和基体间的粘结，进一步提升混凝土抗拉和层裂强度，增加混凝土破坏过程中的耗能，进而有效降低混凝土背爆面开裂震塌破坏程度；增韧外加剂中微米级增韧组分的纤维状物态胶凝浆体中形成空间网络结构，传递和分散微结构的不均匀应力，发挥和钢纤维的协同效应，从微
‑
宏观尺度增加破坏能耗。
[0024]3.本专利技术采用页岩陶砂、球型高强轻骨料、粉煤灰微珠
‑
硅灰作为混凝土的降重成分，其中粉煤灰微珠和硅灰作为辅助胶凝材料，一方面可以替代水泥，降低胶凝体系表观密度；另一方面，通过调整粉煤灰微珠和硅灰掺量，改善浆体的粘稠度和流动性，有效抑制轻骨料的上浮，保证材料的均匀性。陶砂和球型高强轻骨料在降低表观密度的同时，能发挥内养护效应，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，减小混凝土的早期开裂。同时内养护可以优化骨料
‑
基质界面性能，进一步提升混凝土的密实性和强度。
[0025]4.使用轻骨料还可以有效避免混凝土的碱集料反应等耐久性问题，提高混凝土的耐久性能；球形高强轻骨料的原料为固体废弃物，有利于生态可持续发展本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：按重量百分比计，其原材料由以下组份组成：水泥30％
‑
40％；粉煤灰微珠2％
‑
11％；硅灰2％
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8％；轻骨料30％
‑
35％，钢纤维7.4％
‑
7.7％，外加剂0.95％
‑
1％，水8.5％
‑
9.3％。2.根据权利要求1所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述水泥采用P.O52.5硅酸盐水泥，粉煤灰微珠平均粒径为1
‑
3μm，硅灰平均粒径为0.1
‑
0.3μm。3.根据权利要求1所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述轻骨料为页岩陶砂和球型高强轻骨料混合物。4.根据权利要求3所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述页岩陶砂堆积密度≤700kg/m3，筒压强度6
‑
7MPa，粒径0.15
‑
2.36mm；球型高强轻骨料具有高强壳层包裹蜂窝芯，堆积密度≤900kg/m3，筒压强度≥25MPa，粒径1
‑
4.75mm，连续级配；球型高强轻骨料重量不小于轻骨料总重量的50％。5.根据权利要求1所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述页岩陶砂的粒径依序包括0.15～0.25mm、0.25～0.3mm、0.3～0.5mm、0.5～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm，质量比为0.55：0.35：0.12：0.3：0.1：0.26。6.根据权利要求1所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述钢纤维采用镀铜钢纤维，直径0.18
‑
0.22mm，长度13
‑
20mm，抗拉强度≥2500MPa。7.根据权利要求1所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土，其特征在于：所述外加剂为聚羧酸聚合物和微米级改性脱脂棉纤维素复合形成的增韧减水外加剂，该外加剂减水率≥40％。8.根据权利要求1至7任一项所述的一种抗爆炸轻质高性能混凝土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：1)按照原材料重量百分比，称取各组份重量；2)将称取的轻骨料进行预湿处理：用水将轻骨料浸泡1
‑
2h，捞出晾至饱和面干，得到预湿轻骨料；计算出轻骨料吸水量，将混凝土总用水量减去轻骨料吸水量，得到净用水量；3)将称取的胶凝材料：水泥、粉煤灰微珠、硅灰和称取的钢纤维的10％
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20％依次加入搅拌机，干拌1min
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3min，将外加剂分散到步骤2)所得到净用水量中形成外加剂溶液，随后将70％
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90％的外加剂溶液加入搅拌机，再搅拌3
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5min，使浆体充分粘稠、均匀；其中搅拌机转速大于120r/min；4)将预湿轻骨料缓慢加入步骤3)得到的浆体中，搅拌6
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10min，使轻骨料在浆体中分散均匀；5)加入剩余钢纤维和外加剂溶液，搅拌3
‑
5min，得到混凝土拌合物；6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春晓，李磊，孟令其，刘京彪，魏久淇，曹少华，王武，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所，
类型：发明
国别省市：