一种抑缩抗裂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抑缩抗裂超高性能混凝土及其制备方法，包括以下重量份原材料制备而成：697

【技术实现步骤摘要】
一种抑缩抗裂超高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混凝土材料
，特别涉及一种抑缩抗裂超高性能混凝土及其制备方法，具体涉及一种基于紧密堆积理论的抑缩抗裂再生微粉超高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]超高性能混凝土(UHPC)克服了普通混凝土自重大、强度低的缺点，是一种力学性能优异、高耐久性、体积稳定性好的水泥基复合材料，更能满足现代复杂、大跨度、高层化结构的工程要求。UHPC通常制成预制构件应用于桥梁工程，确保了结构的重量轻、耐久性和美观。UHPC的水胶比非常低，水泥含量高，从而导致水化反应剧烈，孔隙中的水分被快速消耗，导致UHPC自收缩相较于普通混凝土更大，也更容易引起基体的开裂。与此同时，相对于普通混凝土，UHPC高成本也限制了它大范围推广应用。
[0003]UHPC由于水胶比低，导致其中的水泥水化不充分，预计水泥最终水化率只有30％
‑
60％，很多水泥只起到填料作用，因此使用惰性材料替代部分水泥制备UHPC理论上是完全可行的。而通过建筑固体废弃物(废弃混凝土、废粘土砖等)破碎、筛分后所得的再生微粉(≤0.16mm)就是一种可替代部分水泥制备UHPC的惰性材料，且其还具有成本低廉、能抑制收缩并降低开裂风险的优点。据不完全统计，在建筑固废破碎、筛分生产再生粗、细骨料的过程中，能产生5％
‑
20％的再生微粉。再生微粉作为相对惰性材料取代UHPC原材料中的部分水泥，一方面可减少水泥用量，降低UHPC成本和碳排放，另一方面也有助于减少大量再生微粉排放所引起的环境污染问题。在收缩抑制方面，再生微粉取代水泥，可增大UHPC的有效水灰比，抑制早期水化作用，从而有望显著降低UHPC自收缩；再生微粉中少量活性SiO2还能与水泥水化后产生的氢氧化钙反应，且微集料效应能改善UHPC内部孔结构，也有助于降低自收缩；同时再生微粉能够吸附较多自由水，在UHPC水化过程中向周围水泥石基体释放水分，起到内养护的作用也对降低UHPC自收缩有利。
[0004]尽管现有技术中已有对于再生微粉UHPC的相关研究报道，但大多是根据经验或简单实验而直接得到需要添加的再生微粉用量，完全没有从理论上来重新设计配合比，从而导致得到的UHPC力学性能显著下降。有研究数据表明，现有采用再生微粉取代部分水泥制备UHPC的技术中，随再生微粉取代水泥的比例从10％增至30％的过程中，UHPC的早期抗压强度将下降18％
‑
32％，28天的抗压强度也下降了12％
‑
20％。因此，即使再生微粉具有优异的抑缩抗裂作用，其导致UHPC的力学性能显著降低的缺陷也将极大的限制其在UHPC中的应用，探究如何保证再生微粉取代水泥后，UHPC力学性能不变，对再生微粉在UHPC中的大规模应用具有积极作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有采用再生微粉取代部分水泥制备得到的UHPC中，存在UHPC力学性能显著降低的缺陷，提出了一种抑缩抗裂超高性能混凝土及其制备方法，该抑
缩抗裂超高性能混凝土中的各原材料配合比是利用优化后的安德森颗粒紧密堆积模型计算得到，各原材料之间具有优异的协同效果，从而使再生微粉超高性能混凝土具有优异抑缩抗裂效果的同时，力学性能也不会降低，更有利于再生微粉超高性能混凝土的大规模推广应用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种抑缩抗裂超高性能混凝土，包括以下重量份原材料制备而成：697
‑
834.3份的水泥，72.3
‑
142份的再生微粉、209.1
‑
245.8份的硅灰、1028.9
‑
1045.9份的石英砂、21.2
‑
21.9份的减水剂和191.1
‑
197份的水；
[0007]所述水泥、再生微粉、硅灰和石英砂的重量份之比根据紧密堆积理论计算得到；所述超高性能混凝土的水胶比为0.1
‑
0.2。
[0008]本专利技术一种抑缩抗裂超高性能混凝土，利用优化后的安德森颗粒紧密堆积模型对超高性能混凝土中的各原材料进行配合比设计，使各原材料之间能达到优异的协同效果，从而使超高性能混凝土在加入再生微粉来替代部分水泥来实现抑缩抗裂效果的同时，也不会降低超高混凝土的力学性能，有利于再生微粉超高性能混凝土的大规模推广应用，能够更好的降低超高性能混凝土的成本。
[0009]其中，所述超高性能混凝土是指等级达到100MPa及以上强度等级的混凝土。
[0010]其中，优选的，所述超高性能混凝土还包括49
‑
49.1份的硅藻土；添加硅藻土作为UHPC体系的内养护材料，不仅有助于减少UHPC的自收缩，还能降低UHPC的制备成本。
[0011]优选的，所述的硅藻土的目数300
‑
325目；优选的硅藻土目数，对UHPC的自收缩抑制效果更好，细化成本适中，更适合大规模推广应用。
[0012]优选的，所述硅藻土为废弃硅藻土助滤剂；废弃硅藻土助滤剂是食品和制药业采用硅藻土助滤剂过滤一段时间后遗弃的固体废弃物，废弃硅藻土助滤剂的再生应用有助于减少固废排放，进一步提升UHPC的环保效益；最优选的，所述硅藻土为废弃硅藻土助滤剂在600
‑
800℃条件下煅烧处理去除杂质得到；通过处理后的废弃硅藻土助滤剂杂质含量少，性能更好。
[0013]其中，优选的，所述水泥为硅酸盐水泥；优选的水泥种类，成本低廉，性能优异，适合大规模应用；优选的水泥参数，水泥性能更好；更优选的，最优选的，所述水泥的比表面积445
‑
455m2/kg，平均粒径25
‑
30μm；所述水泥为P
·
O42.5级硅酸盐水泥。
[0014]其中，优选的，所述再生微粉的比表面积805
‑
815m2/kg，平均粒径80
‑
85μm；优选的再生微粉性能参数，再生微粉的抗自收缩性能更好，细化成本适中，更适合大规模推广应用，对UHPC的力学性能的降低更小。
[0015]其中，优选的，所述硅灰中SiO2含量≥95％，比表面积20000
‑
25000m2/kg，平均粒径18
‑
20μm；优选的硅灰性能参数，硅灰品质更好，对UHPC的性能提高效果更好。
[0016]其中，优选的，所述的石英砂为70
‑
10目的连续级配石英砂；优选的石英砂类型，有利于提高UHPC的抗自收缩能力，对UHPC性能的提升效果更好。
[0017]其中，优选的，所述减水剂的减水率为30％
‑
40％；更优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂；优选的减水剂性能和类型，减水效果更好，有利于提高UHPC的抗自收缩能力。
[0018]其中，优选的，所述减水剂掺量为胶凝材料的1.5
‑
2.5％。
[0019]其中，优选的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑缩抗裂超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成：697
‑
834.3份的水泥，72.3
‑
142份的再生微粉、209.1
‑
245.8份的硅灰、1028.9
‑
1045.9份的石英砂、21.2
‑
21.9份的减水剂和191.1
‑
197份的水；所述水泥、再生微粉、硅灰和石英砂的重量份之比根据紧密堆积理论计算得到；所述超高性能混凝土的水胶比为0.1
‑
0.2。2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，还包括49
‑
49.1份的硅藻土。3.根据权利要求2所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述再生微粉的比表面积805
‑
815m2/kg，平均粒径80
‑
85μm。4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰中SiO2含量≥95％，比表面积20000
‑
25000m2/kg，平均粒径18
‑
20μm。5.根据权利要求4所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的石英砂为70
‑
10目的连续级配石英砂。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥、再生微粉、硅灰和石英砂的重量份之比的计算方法包括以下步骤：S1：测量原材料中的颗粒粒径，记为D1、D2、
……
Di，计算得到混凝土中粒径小于某一粒径的颗粒占混凝土中总颗粒的百分比，记为P
tar
(Di)；S2：以步骤S1中测量得到的原材料粒径为横坐标，计算得的到的P
tar
(Di)为纵坐标，得到不同原材料在紧密堆积状态下的累积筛余分布目标曲线；S3：根据原材料在混凝土中的质量比和步骤S1中测量得到的原材料粒径，再次计算得到混凝土中粒径小于某一粒径的颗粒占混凝土中总颗粒的百分比，记为P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖卫鹏，张翠榕，张鸿儒，赵亚婉，苏卫卫，沈亚斌，刘军勇，尹利华，孙腾，王亚东，高璇，赵丽娟，黄亚飞，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：