免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝土基体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土木工程材料的制备技术领域，特别是涉及一种低碳环保型，易制备 的水泥基复合材料基体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC)是一种新型的水泥 基材料，其最主要的特点是超高的抗压强度(> 150MPa)和超低的渗透性。通过掺加适量的钢 纤维（<4%)可以制备出超高性能纤维增强混凝土（Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC)，其具有超高的抗拉性能（>8MPa)和较好的应变硬化性能 (1.5%。）。由于具有特殊的良好性能，该材料可以满足许多极限环境下的工程应用，特别是 对已存在的基础设施的修复工程。然而，UHPC却在实际工程中难以大规模使用，其最主要的 原因是成本昂贵，尤其是UHPC配合比中含有大量的昂贵组分，比如水泥和硅灰。在传统的 UHPC中，水泥含量为1100-1300kg/m3，硅灰含量为200-350kg/m3，约占水泥质量的18-26%。
[0003] 由于UHPC超低的含水量(W/B = 0.14-0.20)，水泥的水化程度只有30-40%，硅灰的 反应程度约为30%，这意味着大量的未水化的熟料颗粒和未反应的硅灰颗粒只是作为昂贵 的填充材料使用，浪费了资源。因此，有必要利用矿物掺合料部分或完全代替UHPC配合比中 的水泥和娃灰。
[0004] -方面，由于传统的UHPC需要在高温或加压的条件下进行成型养护，养护成本高 昂，会增加实际工程的成本造价，更加限制了 UHPC的推广应用。另一方面，目前UHPC的制备 和研究存在另一个重大问题是：由于其含有大量的胶凝材料和及其低的含水量，拌合的 UHPC粘度大，流动性差，不能达到自流平的状态，这会影响其在实际复杂工程中的应用。
【发明内容】
[0005] 技术问题:为了克服上述现有技术的不足和缺陷，本发明利用石灰石粉作为一种 替代水泥和硅灰的填充材料，制备出一种免蒸养、高流动性、低碳环保型的超高性能混凝土 基体。
[0006]技术方案:本发明的免蒸养、尚流动性、低碳环保型的超尚性能混凝土基体，其特 征在于，改混凝土的成分组成及配比如下：
[0008] 上述的水泥为：抗硫酸盐水泥CEM I 52.5N，矿物组成为硅酸三钙（C3S) = 62 · 35%，硅酸二钙(C2S) = 20 · 28%，铝酸三钙（C3A) = 1 · 42%，铁铝酸四钙(C4AF) = 5 · 83%， 比表面积(BET) = 940m2/kg，密度=3150kg/m3，颗粒粒度(D5Q) = 10 · 2 Ιμπι。
[0009] 上述硅灰为：无定型Si02含量= 97·92%，比表面积(BET) = 21360m2/kg，密度 = 2200kg/m3,颗粒粒度(D5Q) = 0· 17μηι。
[0010] 上述石灰石粉为：CaC03含量= 97.61%，比表面积（BET)=800m2/kg，密度= 2700kg/m3,颗粒粒度(D5Q) = 7·84μηι。
[0011 ] 上述石英砂为:颗粒粒度(D5Q) = 240.80μηι。
[0012] 上述外加剂为:高效聚羧酸减水剂，固含量为25%。
[0013] 本发明的免蒸养、高流动性、低碳环保型的超高性能混凝土基体的制备方法，包括 如下步骤：
[0014] (1)按配方比例称取水泥、硅灰、石灰石粉和石英砂倒入搅拌锅内，低速(61.5rpm) 搅拌3min;
[0015] ⑵按配方比例称取外加剂和水，缓慢倒入搅拌锅内，低速(61.5rpm)搅拌直至形 成液态浆体；
[00?6] (3)待粉体材料形成液态衆体，高速(123rpm)搅拌3min;
[0017] (4)3min搅拌结束后，继续低速搅拌lmin。
[0018] (5)将拌合好的浆体缓慢倒入钢模中，密封养护1天。
[0019] (6)1天后拆模，将试件置于20°C条件下的养护箱内，进行密封养护。
[0020] 本发明所制备的超高性能混凝土基体，可以用于制备桥梁构件、足球场顶棚大跨 薄壁结构、特殊复杂形状的混凝土构件等预制构件，也可以作为一种修复材料，用于破损的 桥面和路面，或作为一种防护材料，用于恶劣环境下的混凝土设施，比如海洋中岛礁上的灯 塔基座。
[0021] 有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0022] 本发明基于颗粒堆积模型，利用石灰石粉取代传统型的超高性能混凝土中的部分 水泥和硅灰掺量，降低了该混凝土的生产成本。由于稀释作用的影响，混凝土中水泥的水化 程度由35%显著提高至66%，水泥得到了有效的利用。由于石灰石颗粒有助于提高混凝土 的流动性，并且体系中的水泥和硅灰含量大大降低，因此所拌合的混凝土的流动性能好，工 作性优良。在简单的成型工艺条件及密闭养护条件下，成功制备出了28天抗压强度达到 150MPa的超高性能混凝土基体。
[0023] 与国内外同类技术相比，改项成果具有以下特色：（1)性价比高。本发明显著降低 了传统型的超高性能混凝土的水泥和硅灰含量，因而降低了混凝土的生产成本，并且能保 持该混凝土优良的力学性能。（2)原材料简单易得。本发明所使用的原材料来自于常见的水 泥基复合材料制备所需要的常规材料，且不需要复杂的工艺处理。（3)施工方便。本发明制 备的超高性能混凝土流动性好，基体与钢纤维能起到良好的协同作用，能够达到自密实的 状态，在复杂的特殊形状的工程中能够应用。（4)生态环保，节能减排。本发明制备的超高性 能混凝土基体不需要蒸汽养护及水中养护，只需要在常温条件下密闭养护，同时能够降低 二氧化碳排放量和混凝土的生产成本。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的免蒸养、高流动性、低碳环保型的超高性能混凝土基体，是由六大组分组 成，其配比如下：
[0027] (1)水泥为:抗硫酸盐水泥CEMI52.5N，矿物组成为硅酸三钙(C3S)=62.35%，硅 酸二钙(C2S) = 20.28 %，铝酸三钙(C3A) = 1.42 %，铁铝酸四钙(C4AF) = 5.83 %，比表面积 (1^1')=94〇1112/1^，密度=31501^/1113，颗粒粒度(〇5()) = 10.2]^1]1。
[0028] (2)硅灰为：无定型Si02含量= 97.92%，比表面积（BET) = 21360m2/kg，密度= 2200kg/m3,颗粒粒度(D5Q) = 0· 17μηι。
[0029] (3)石灰石粉为:CaC03含量=97 · 61 %，比表面积(BET) = 800m2/kg，密度=2700kg/ m3，颗粒粒度(D50) = 7.84μηι。
[0030] (4)石英砂为:颗粒粒度(D5〇) = 240.80ym。
[0031] (5)外加剂为:高效聚羧酸减水剂，固含量为25 %。
[003 2 ]本发明的免蒸养、尚流动性、低碳环保型的超尚性能混凝土基体的制备方法，具体 步骤如下：
[0033] (1)按配方比例称取水泥、硅灰、石灰石粉和石英砂倒入搅拌锅内，低速(61.5rpm) 搅拌3min;
[0034] (2)按配方比例称取外加剂和水，缓慢倒入搅拌锅内，低速(61.5rpm)搅拌直至形 成液态浆体；
[0035] (3)待粉体材料形成液态衆体，高速(123rpm)搅拌3min;
[0036] (4)3min搅拌结束后，继续低速搅拌lmin。
[0037] (5)将拌合好的浆体缓慢倒入钢模中，密封养护1天。
[0038] (6)1天后拆模，将试件置于20°C条件下的养护箱内，进行密封养护。
[0039] 本发明的免蒸养、高流动性、低碳环保型的超高性能混凝土基体，可以根据实际应 用需要，对配合比进行微调，获得所需要的性能。
[0040] 结合本
【发明内容】
提供以下实施例，但本发明不限于以下实施例：
[0041 ] 实施例1
[0043] 其中，石灰石粉占胶凝材料体系总体积的34%，拌合水为胶凝材料总质量的 13.4%，采用密闭养护。上述组分按前述工艺制备得到的免蒸养、高流动性、低碳环保型的 超高性能混凝土基体，测得其拌合浆体的扩展度和硬化固体的力学性能如下：
[0044] 扩展度360.0mm，基体抗压强度14天为147.6MPa，28天为166.4MPa，5 6天为 179.2MPa〇
[0045] 实施例2
[0047] 其中，石灰石粉占胶凝材料体系总体积的54%，拌合水为胶凝材料总质量的 13.6%，采用密闭养护。上述组分按前述工艺制备得到的免蒸养、高流动性、低碳环保型的 超高性能混凝土基体，测得其拌合浆体的扩展度和硬化固体的力学性能如下：
[0048] 扩展度384.0mm，基体抗压强度14天为142.4MPa，28天为155.2MPa，56天为 170.2MPa〇
【主权项】
1. 一种免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于：该混凝±基体的组成 及配比如下： 水泥 日75.目~拟5. 8 kg/m'3 娃灰 134.旷 192. 3 kg/m? 石灰石粉 486. 2~巧2. 2 kg/m'i 石英砂 444. 4~455. 7 kg/m3 外加剂 日.05~10. 50 kg/tf 拌合水 199. 5~206. 8 kg/m3。2. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于:所述 水泥为抗硫酸盐水泥CEM I 52.5N，矿物组成为娃酸S巧（C3S)62.35%，娃酸二巧（C2S) 20.28%，侣酸^巧似4)1.42%，铁侣酸四巧(〔44。)5.83%，比表面积(861')94〇1112/1^，密度 3150kg/m3，颗粒粒度(Dso) 10.21皿。3. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于:所述 娃灰为无定型Si〇2含量97.92%，比表面积(861'间36〇111 2/1^，密度22001^/1113，颗粒粒度(〇5〇) 0.1 Ttinio4. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于:所述 石灰石粉CaC〇3含量97.61%，比表面积(861')80〇111 2/1^，密度27001^/1113，颗粒粒度(〇5())7.8化 m〇5. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于:所述 石英砂颗粒粒度(Dsq ) 240.80WI1。6. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体，其特征在于:所述 外加剂为高效聚簇酸减水剂，固含量为25 %。7. 根据权利要求1所述的免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝±基体的制备方法，其特 征在于:该制备方法包括如下步骤： 1) 按配方比例称取水泥、娃灰、石灰石粉和石英砂倒入揽拌锅内，61.5rpm低速揽拌 Smin ； 2) 按配方比例称取外加剂和水，缓慢倒入揽拌锅内，61.虹pm低速揽拌直至形成液态浆 体； 3) 待粉体材料形成液态浆体，123rpm高速揽拌3min; 4) 12化pm高速揽拌结束后，继续低速揽拌Imin; 5) 将拌合好的浆体缓慢倒入钢模中，密封养护1天； 6) 1天后拆模，将试件置于2(TC条件下的养护箱内，进行密封养护。
【专利摘要】本发明公开了一种免蒸养、高流动性、低碳环保型混凝土基体及其制备方法，具体涉及低碳环保、超高性能水泥基复合材料方面的应用，其配合比为：水泥575.6～825.8kg/m3，硅灰134.0～192.3kg/m3，石灰石粉486.2～772.2kg/m3，石英砂444.4～455.7kg/m3，外加剂5.05～10.50kg/m3，拌合水199.5～206.8kg/m3。利用石灰石粉取代传统超高性能混凝土中的部分水泥和硅灰掺量，降低了该混凝土的生产成本，并且提高了混凝土的流动性。本发明解决了现有超高性能混凝土需蒸养、流动性差的问题，在简单的成型工艺和密闭养护条件下，成功制备了28天抗压强度达到150MPa的超高性能混凝土基体。
【IPC分类】C04B14/28, C04B20/00, C04B18/14, C04B28/04, C04B103/30, C04B14/06
【公开号】CN105645864
【申请号】
【发明人】黄伟, 孙伟, 郭丽萍
【申请人】东南大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月29日