一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料制造技术

一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，涉及混凝土材料技术领域，按质量份数由以下材料组成：凝胶材料：水泥520～540份，硅灰120～180份，III级原状粉煤灰120～180份骨料：石英砂900～1000份；钢纤维：90～110份；高效减水剂：11.4～18份；水：121.6～162份。121.6～162份。121.6～162份。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料


[0001]本专利技术涉及混凝土材料
，具体涉及一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料。

技术介绍

[0002]超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra
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High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是新一代基于四个主要理论原理开发的混凝土，四个主要理论包括：降低孔隙率、改善微观结构、提高均质性、增强韧性，活性组份的粒径在0.1～1μm之间。UHPC具有非常高的抗压强度(通常超过150MPa)、良好的拉伸延展性和韧性、优异的耐久性，因此，它作为预制结构构件在桥梁和工业产品中具有潜在的应用价值，以确保结构的轻量化、柔性、耐久性和美观性。尽管UHPC具有诸多优异的特性，但是仍存在一些缺点限制了其广泛的应用，比如胶凝材料的用量较大，制备成本高、工作性较差以及高温环境下机械性能变化等。
[0003]已公开的研究表明，粉煤灰具有良好的形态效应、活性效应和价格低廉等优点，在UHPC中掺入少量I级或II级粉煤灰替代硅灰可以制备出抗压强度超过150MPa的UHPC。但是，由于I级或II级粉煤灰的水化速率较慢且粒径较大，在养护过程中只有少量粉煤灰参与水化反应，因此目前粉煤灰只能少量添加到胶凝材料中(粉煤灰在胶凝材料中的质量占比≤30％)，不能大比例替代硅灰等矿物外加剂。
[0004]此外，目前已公开的研究大多数集中在两方面，一方面是UHPC在常温下的性能研究，另一方面是UHPC在高温下的高温(温度≥800℃)爆裂研究。实际上，由于超高性能混凝土致密的微观结构，当超高性能混凝土温度超过200℃时，其内部就已经开始出现微裂缝，从而影响其强度，然而目前的研究缺乏对UHPC长时间在高温环境应用中的机理探讨，其高温环境应用比如：工业烟囱(50
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300)℃、冷却塔(100
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200)℃、连续无碴轨道(200
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300)℃等，且现有技术中也没有控制超高性能混凝土在高温环境中出现裂缝的有效方法，影响了UHPC在高温环境中的实际应用。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，目的是降低UHPC制备的成本，提高UHPC在高温环境下的自修复能力，对UHPC在高温环境中出现的裂缝进行有效控制。本专利技术舍弃了现有技术中通过掺入高活性组份提高UHPC常温力学性能的技术途径，开拓性的从胶凝材料的水化速度的角度出发，大掺量的添加活性较低的III级原状粉煤灰来提高UHPC在高温下的自修复能力，基本原理是：暴露在高温环境下会促进UHPC中III级原状粉煤灰进行二次水化，利用III级原状粉煤灰水化缓慢的特点，对由于高温而引起UHPC的微裂缝进行自我修复，且III级原状粉煤灰存在多孔碳结构，能够增加拌合物浆体(即凝胶材料)的粘稠度，增强UHPC的基体材料与钢纤维的结合能力，此外III级原状粉煤灰成本低廉，从而达到降低制备成本、提高UHPC高温环境下强度保
留率的目的。
[0006]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，按质量份数由以下材料组成：
[0007]凝胶材料：水泥520～540份，硅灰120～180份，III级原状粉煤灰120～180份骨料：石英砂900～1000份；
[0008]钢纤维：90～110份；
[0009]高效减水剂：11.4～18份；
[0010]水：121.6～162份。
[0011]优选的，所述III级原状粉煤灰在以硅灰+III级原状粉煤灰作为掺合料中的占比为40％～60％。
[0012]优选的，所述III级原状粉煤灰为低钙粉煤灰，平均细度为43μm。
[0013]优选的，所述水泥为P
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O 42.5级水泥。
[0014]优选的，所述石英砂为铁尾矿砂II区，细度模数2.16。
[0015]优选的，所述钢纤维规格为：直径0.22mm，长度12mm，密度为7.85g/cm3，平直光滑钢纤维。
[0016]优选的，所述高效减水剂为JK
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4聚羧酸系高效减水剂，减水率≥29％。
[0017]本专利技术提供一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1：水泥、硅灰、III级原状粉煤灰和铁尾矿砂投入搅拌机中搅拌3分钟混合均匀，形成混合料一；
[0019]S2：将高效减水剂和二分之一的水加入到所述混合料一中继续搅拌，另外二分之一的水分3次冲洗装有减水剂的容器，并将冲洗后的水一并倒入搅拌机中，继续搅拌5分钟后，形成混合料二；
[0020]S3：将钢纤维加入到所述混合料二中，继续搅拌5分钟，UHPC材料制备完成。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)利用了III级原状粉煤灰水化缓慢的特点，使处于一定高温环境中的UHPC具有了自修复的能力；
[0023](2)III级原状粉煤灰具有多孔碳结构，使UHPC的基体与钢纤维的结合更加紧密，在一定高温环境中起到了保护钢纤维的效果；
[0024](3)利用III级原状粉煤灰具有提高长时间处于高温环境下UHPC自修复能力及强度保留率的特点，在UHPC中大比例的掺入III级原状粉煤灰，掺入量可达40％～60％(III级原状粉煤灰在以硅灰+III级原状粉煤灰作为掺合料中的占比)，响应了国家关于绿色可持续发展的号召，具有较强的推广力。
附图说明
[0025]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本专利技术。此处说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，实施例及其说明书用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料升温速率选取的对比例及实施例经500℃高温试验后的形貌图：
[0027]图1
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a为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料的实施例1经500℃高温试验后的形貌图；
[0028]图1
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b为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料的对比例1经500℃高温试验后的形貌图；
[0029]图1
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c为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料的对比例2经500℃高温试验后的形貌图；
[0030]图1
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d为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料的对比例3经500℃高温试验后的形貌图；
[0031]图2
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a为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料不同III级原状粉煤灰掺量在不同高温下的对比例及实施例的抗压强度对比图；
[0032]图2
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b为本专利技术一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料不同I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，其特征在于，按质量份数由以下材料组成：按质量份数由以下材料组成：凝胶材料：水泥520～540份，硅灰120～180份，III级原状粉煤灰120～180份骨料：石英砂900～1000份；钢纤维：90～110份；高效减水剂：11.4～18份；水：121.6～162份。2.根据权利要求1所述的具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，其特征在于，所述III级原状粉煤灰在以硅灰+III级原状粉煤灰作为掺合料中的占比为40％～60％。3.根据权利要求2所述的具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，其特征在于，所述III级原状粉煤灰为低钙粉煤灰，平均细度为43μm。4.根据权利要求1所述的具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，其特征在于，所述水泥为P
·
O 42.5级水泥。5.根据权利要求1所述的具有高温自修复能力的超高性能混凝土材料，其特征在于，所述石英砂为铁尾矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，朱平，陈竹涛，盖梅香，聂志超，孙晓光，
申请(专利权)人：青岛海陆通工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：