CN104860613A

CN104860613A - 一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土

Info

Publication number: CN104860613A
Application number: CN201510315199.1A
Authority: CN
Inventors: 陈建大; 吴德龙; 朱敏涛; 李玲玉
Original assignee: Shanghai Jiangong Construction Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Construction Building Materials Technology Group Co Ltd
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN104860613B

Abstract

本发明涉及到一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，用于满足预拌生产、现场泵送施工、防弹能力等性能要求。该混凝土的成分组成及单方用量重量配比为：水泥645~680，矿粉280~300，粉煤灰160~190，硅灰252~283，天然砂980~1080，钢纤维238~260，外加剂40~48，拌合水160~169；外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，3小时内扩展度保持在750mm±50mm，56d标准养护抗压强度超过160MPa，56d标准养护抗折强度25MPa及以上，在普通的混凝土搅拌工艺上即可满足规模化生产制备，通过搅拌车运输到25km之内的施工现场。本发明的160MPa超高强度混凝土解决了大规模自动化生产制备、远距离现场泵送浇筑施工问题，且能充分利用长江流域淤沙多的特细天然砂。

Description

一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料，特别涉及到一种高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土，主要用于防弹穿顶板等特殊要求的混凝土结构部位。

背景技术

与普通混凝土、高强混凝土和钢材相比， 160MPa超高强混凝土作为一种新型的高技术混凝土，在超高强度、高耐久性等优点，其性能同普通混凝土和现有的高性能混凝土相比有了质的飞跃，超高的抗压强度和抗折强度，有效地解决了普通高性能混凝土的高脆性，并且在经济性和环保方面优于钢材，具有广阔的开发潜力和应用前景，是现代混凝土的主要发展方向之一。

但是，当前的超高强混凝土如活性粉末混凝土，在实际工程应用中具有如下不足之处：（1）超高强混凝土预制成薄板，整个混凝土施工性能差，粘性大，主要靠人工振捣密实；（2）超高强混凝土或者是现场搅拌而在某工程结构加固而进行使用。另外，由于没有解决超高强混凝土在现有混凝土搅拌站搅拌工艺的基础上进行规模化生产制备，致使超高强160MPa及以上强度的混凝土在规模化应用方面存在很大的缺陷。这主要由两方面的原因造成：其一、现有的超高强160MPa混凝土的原材料都是较为特殊，在现有的搅拌站上很难进行规模化计量和生产；其二、超高强160MPa混凝土的施工性能差，不能满足泵送施工要求。

而由于有些工程具有混凝土墙顶板防弹穿设计功能需求，需要使用预拌超高强160MPa混凝土进行现场泵送施工，迫切地需要一种新型的具有强度160MPa及以上、规模化生产制备、远距离搅拌车运输、现场泵送施工浇筑等各方面来满足当前以及今后的工程设计功能要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在超高强160MPa混凝土不适用于现有混凝土搅拌站制备工艺生产混凝土，不能远距离运输、不能现场泵送施工等难题，提供一种新型的具有高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土。本发明高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土要求其在强度、规模化制备性能、远距离搅拌车运输性能和泵送施工性能方面满足特殊工程的使用要求，并且就地取材，充分利用废弃资源如细度模数为1.0~1.4的特细砂、发电厂的粉煤灰等用于配制超高强160MPa混凝土。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，该混凝土的成分组成及配比如下：

成分单方用量配比（kg/m³）

水泥 645~680

矿粉 280~300

粉煤灰 160~190

硅灰 252~283

天然砂 980~1080

钢纤维 238~260

外加剂 40~48

拌合水 160~169；

上述的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，该聚羧酸系高性能减水剂的减水率为35%~40%，对混凝土的保坍时间不小于3小时；所述天然砂的细度模数为1.0~1.4，粒径不大于1.16mm，含泥量不超过1.5%，表观密度不小于2600 kg/m³ ；所述的钢纤维为铣削型、直径为0.25mm~0.3mm、长度为20mm~25mm、密度为7.8×10³kg /m³；该混凝土在3小时内扩展度保持在750 mm±50mm，56d标准养护抗压强度超过160MPa，56d标准养护抗折强度25MPa及以上，运输距离达25km。

在本发明高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土中，所述的矿粉等级为S105，流动度比不小于105%，28d活性不低于110%，比表面积不小于520 m²/kg。

在本发明高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土中，所述的水泥为强度等级为P.II52.5的硅酸盐水泥，28d胶砂抗压强度不小于60MPa，56d胶砂抗压强度不小于70MPa，水泥的标准稠度用水量不大于26%，水泥中铝酸三钙C₃A矿物组分含量不超过6.5%，水泥的比表面积不大于350m²/kg。

在本发明高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土中，所述的粉煤灰为II级高钙灰，表观密度不超过2.35×10³kg/m³，烧失量不大于1.0%，需水量比不超过100%。

在本发明高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土中，所述的硅灰为粉末状，SiO₂含量不少于95%，平均粒径在0.1μm～0.3μm，比表面积为20 m²/g～28m²/g。

在本发明高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土中，所述的钢纤维为铣削型、直径为0.25mm~0.3mm、长度为20mm~25mm、密度7.8×10³kg /m³ 。

基于上述技术方案，本发明的高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土经过实践应用取得了如下技术效果：

1.本发明专利的高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土在强度160MPa及以上、抗折强度25MPa及以上、混凝土扩展度保持在750 mm±50mm等多种性能方面都达到了工程墙顶板具有防弹穿的功能要求，并且高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土的保坍性达3小时，可在现有普通混凝土搅拌工艺基础上进行规模化生产制备，且施工流动扩展度保持在700 mm~800mm，具有远距离25km的运输半径范围，可满足进行施工现场泵送施工的性能要求。

2.本发明专利的高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土中天然砂采用了长江流域的淤沙，即细度模数为1.0~1.4的特细砂，既利用了资源废弃物，又通过技术手段提高了超高强混凝土的抗裂能力，解决了因使用特细砂而容易造成混凝土开裂的难题，使得变废为宝成为可行，而且又解决了超高强度160MPa混凝土的工业化生产制备问题。

具体实施方式

下面我们结合具体的实施例来对本发明的高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构配合和功能特点，但不能以此来限制其保护范围。

本发明是一种高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土，该混凝土中组分包括有水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰、钢纤维天然特细砂、外加剂和拌合水。

其中的一组最重要的成分组成及配比如下：

成分单方用量配比（kg/m³）

水泥 645~680

矿粉 280~300

粉煤灰 160~190

硅灰 252~283

细度模数为1.0～1.4的天然砂 980~1080

钢纤维 238~260

外加剂 40~48

拌合水 160~169；

该高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土在3小时内扩展度保持在750 mm±50mm，56d标准养护抗压强度超过160MPa，56d标准养护抗折强度25MPa及以上。

该高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土可在现有的普通混凝土搅拌工艺上即可满足超高强混凝土的规模化生产制备，通过搅拌车运输到距离25km之内的施工现场，用于现场泵车泵送施工、浇筑，主要用于防弹穿顶板等特殊要求的混凝土结构部位，解决超高强160MPa的大规模自动化生产制备、远距离现场泵送浇筑施工问题。

上述的天然砂即为特细天然砂，细度模数为1.0~1.4，粒径在0mm~1.16mm范围内，含泥量不超过1.5%，表观密度不小于2600 kg/m³。这样可以充分利用长江流域淤沙多且细度模数在1.0~1.4特细天然砂，解决河道淤沙堆积对长江流域的航道影响。另外，通过添加钢纤维等技术手段提高了超高强混凝土的抗裂能力，解决了因使用特细砂而容易造成混凝土开裂的难题，使得变废为宝成为可行。

上述的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，其质量符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的规定。另外，对外加剂的要求：与水泥的相容性好、减水率大、保塑。针对高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土，应采用减水率为35%~40%的聚羧酸系列高性能减水剂，其能够提供强大的减水、保坍作用，对混凝土的保坍时间不小于3小时，比同等减水率的聚羧酸系高性能减水剂配制的混凝土强度可提高10%。

通过实验证明，所采用的上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司生产的型号为Master Glenium ACE 8308（简称ACE 8308）的聚羧酸系高性能减水剂，作为一种具有高减水、高保坍的高性能外加剂，需要在混凝土大生产过程中严格注意混凝土流动扩展度的控制。

上述的矿粉即粒化高炉矿渣粉，是粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。其中的粒化高炉矿渣粉等级为S105，流动度比不小于105%，28d活性不低于110%，比表面积不小于520 m²/kg。其质量符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB／T18046）。磨细矿渣微粉的火山灰效应高，因此能改善混凝土硬化后的孔结构和强度。又由于矿粉细度较高、表面能高，会迅速吸附在水泥颗粒表面，使得本来可能形成的水泥絮凝结构无法形成，起到了类似减水剂的作用，在用水量相同的情况下能显著提高混凝土拌和物的流动速度，改善其流变性能，且对改善混凝土的早期孔结构有一定作用，有利于硬化混凝土的耐久性。

上述的水泥为强度等级为P.II52.5的硅酸盐水泥，28d胶砂抗压强度不小于60MPa，56d胶砂抗压强度不小于70MPa，水泥的标准稠度用水量不大于26%，水泥中铝酸三钙C₃A矿物组分含量不超过6.5%，水泥的比表面积不大于350m²/kg。且其他质量满足符合现行的国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）。

上述的粉煤灰为II级高钙灰，表观密度不超过2.35×10³kg/m³，烧失量不大于1.0%，需水量比不超过100%。粉煤灰作为一种工业废料，经过电厂废料的风选所得。粉煤灰是混凝土的活性掺合料，具有“活性效应”、“界面效应”、“微填充效应”和“减水效应”。在混凝土中，预想充分发挥上述效应，一是要求活性掺合料的颗粒与水泥颗粒在微观上应形成级配体系；二是球形玻璃体含量要求高，因为含球形玻璃体高的掺合料的减水效应显著，需水量可大大降低，同时需考虑减水剂和粉煤灰的双重减水偶合作用，也有助提高超高强混凝土的后期强度，适宜于防弹穿顶板等特殊要求的混凝土结构部位。

在上述的硅灰为粉末状中，SiO₂含量不少于95%，平均粒径在0.1μm～0.3μm，比表面积为20 m²/g～28m²/g。上述的钢纤维为铣削型、直径为0.25mm~0.3mm、长度为20mm~25mm、密度为7.8×10³kg /m³的钢纤维，这些钢纤维在混凝土制备时采用人工的方式进行投料。上述钢纤维的配置和添加使得混凝土具有防弹穿和高抗裂性能，可用于防弹穿顶板等特殊要求的混凝土结构部位。

为了达到某些特殊工程墙顶板的防弹穿的功能要求，本发明的高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土在性能指标上具有56d抗压强度在160MPa以上、抗折强度在25MPa以上、规模化生产制备、远距离搅拌车运输和现场泵送施工等性能特点。混凝土流动度保持在750 mm±50mm、并且高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土的保坍性达3小时，且混凝土流动扩展度保持在750 mm±50mm，易于在现有混凝土搅拌工艺中生产制备。本发明的高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土在各方面性能都满足当前及其未来的特殊工程的防弹穿、高抗裂等性能要求。

本实施例是本发明高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土在建造防弹穿的墙顶板结构部位时的工程应用，实验其是否符合规模化工程应用。下表作为本实施例160MPa超高强混凝土在应用时的具体成分组成极其配比：

材料名称

水

水泥

矿粉

粉煤灰

硅灰

钢纤维

天然砂

外加剂

规格

清水

P.II52.5

S105

C类II级

SiO₂含量96%

直径0.28mm长度25mm

细度模数为1.2

ACE8308

单方用量

165

655

280

170

255

240

990

42

上述的高抗裂、高流动性160MPa超高强混凝土采用如下方式进行制备和产业应用：

利用现有的混凝土搅拌站生产工艺结合钢纤维人工投料方式、在3方搅拌机下单盘搅拌2.5方的制备方式进行生产完成，经过了拌站内取样性能检测、搅拌车运输到25公里的工地现场入泵口的取样性能检测、出泵口的混凝土性能、实体检测的混凝土性能、施工准备和检查等一系列准备工作，然后进行混凝土泵送、浇筑施工等操作后。

经试验测试，制备出本发明高抗裂、高流动性的混凝土性能为：3小时内的混凝土流动扩展度保持在740 mm~780mm，28d抗压强度为140MPa、强度166MPa、抗折强度22MPa、56抗折强度为28MPa，本发明的高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土在抗压强度性能、抗裂性能、保坍性能、搅拌性能、泵送性能等各方面都可以满足未来影院高抗裂、高流动性超高强160MPa混凝土的建筑的性能要求。

Claims

1.一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，该混凝土的成分组成及配比如下：

成分单方用量配比（kg/m³）

水泥 645~680

矿粉 280~300

粉煤灰 160~190

硅灰 252~283

天然砂 980~1080

钢纤维 238~260

外加剂 40~48

拌合水 160~169 ；

上述的外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，该聚羧酸系高性能减水剂的减水率为35%~40%，对混凝土的保坍时间不小于3小时；所述天然砂的细度模数为1.0~1.4，粒径不大于1.16mm，含泥量不超过1.5%，表观密度不小于2600 kg/m³ ；所述的钢纤维为铣削型、直径为0.25mm~0.3mm、长度为20mm~25mm、密度为7.8×10³kg /m³ ；该混凝土在3小时内扩展度保持在750 mm±50mm，56d标准养护抗压强度超过160MPa，56d标准养护抗折强度25MPa及以上，运输距离达25km。

2.根据权利要求1所述的一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，所述的矿粉等级为S105，流动度比不小于105%，28d活性不低于110%，比表面积不小于520 m²/kg。

3. 根据权利要求1所述的一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，所述的水泥为强度等级为P.II52.5的硅酸盐水泥，28d胶砂抗压强度不小于60MPa，56d胶砂抗压强度不小于70MPa，水泥的标准稠度用水量不大于26%，水泥中铝酸三钙C₃A矿物组分含量不超过6.5%，水泥的比表面积不大于350m²/kg。

4. 根据权利要求1所述的一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为II级高钙灰，表观密度不超过2.35×10³kg/m³，烧失量不大于1.0%，需水量比不超过100%。

5. 根据权利要求1所述的一种高抗裂、高流动性的160MPa超高强度混凝土，其特征在于，所述的硅灰为粉末状，SiO₂含量不少于95%，平均粒径在0.1μm～0.3μm，比表面积为20 m²/g～28m²/g。