CN113816696A - 一种基于再生细骨料内养护的超高性能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于再生细集料内养护的超高性能混凝土及其制备方法。该超高性能混凝土按质量份数计，包括以下组分：普通硅酸盐水泥500～650份，粉煤灰100～150份，硅灰150～250份，空心玻璃微珠30～100份，再生细粉20～100份，再生细集料120～360份，细集料790～1030份，聚羧酸减水剂20～28份，水170～190份；其中再生细集料进行吸水饱和预处理；还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维占超高性能混凝土的1.5～2.5％。所得超高性能混凝土有效降低了水化热和收缩，提高了强度，具有优异的力学性能、体积稳定性和耐久性，且制备方法和施工工艺简单，容易操作，具有实际推广应用价值。

Description

一种基于再生细骨料内养护的超高性能混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料超高强度混凝土技术领域，具体涉及一种基于再生细骨料内养护的超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete，简称UHPC)是一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性好的新型水泥基复合材料。它通常采用不同粒径级配的胶凝材料(如水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉等)、细集料以及钢纤维在超低水胶比下(通常在0.2左右)达到最紧密堆积，从而制备出的一种具有优异性能的新型水泥基材料。这些组成及特性使得UHPC构件尺寸和自重显著减小，其致密的微观结构，孔隙率极低，表现出优异的耐久性，可极大延长工程结构的使用寿命。然而，由于UHPC的水胶比极低，其自收缩值通常为普通混凝土的好几倍甚至一个数量级，潜在开裂问题最终会降低UHPC强度和耐久性。

随着大规模的城市基础设施造成了砂石、水泥等资源巨大的消耗；同时对旧混凝土建筑物和工程结构的拆除改造，废弃混凝土的堆放量将逐年增多。为缓解水泥混凝土原材料资源日益紧缺的状况，解决急剧增加的废弃混凝土所引起的一系列环境、社会问题，迫切需要对废弃混凝土进行建材化再生利用。再生细集料是通过将废弃混凝土进行清理、破碎、筛分和清洗制备得到的，与常用天然细集料河砂相比，再生细集料最突出的特点就是高吸水率，有时甚至可达到20％左右。再生细集料因包含较多的旧砂浆块和附着在原细集料上的砂浆，使其呈现出孔隙率高、吸水性大的特点，非常符合混凝土多孔集料类内养护剂的特性。再生细集料的颗粒硬度略低于天然砂石集料，但比陶粒等常用轻质内养护材料的颗粒硬度大得多，适宜作为混凝土的内养护材材料，其独特的内养护特性将给再生集料的使用提供了全新思路。但由于再生集料中过量再生粉末和粘附砂浆使得混凝土工作性能和力学性能降低，直接用于超高性能混凝土中会导致混凝土性能下降。如何设计将再生集料应用于超高性能混凝土中，并同时起到降低收缩和提升强度的作用，得到综合性能优异的超高性能混凝土，具有重要的环保意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土及其制备方法，有效降低了超高性能混凝土的水化热和收缩，控制超高性能混凝土非结构性裂缝，提高超高性能混凝土强度，所得超高性能混凝土具有优异的力学性能和体积稳定性、耐久性等特点，且制备方法和施工工艺简单，容易操作，具有实际推广应用价值。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种基于再生细集料内养护的超高性能混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥500～650份，粉煤灰100～150份，硅灰150～250份，空心玻璃微珠30～100份，再生细粉20～100份，再生细集料120～360份，细集料790～1030份，聚羧酸减水剂20～28份，水170～190份；其中所述再生细集料进行吸水饱和预处理；所述超高性能混凝土还包括钢纤维，按体积百分比计，所述钢纤维占超高性能混凝土的1.5～2.5％。

所述再生细集料进行吸水饱和预处理后，再生细集料中的吸水量计入混凝土总需水量中。

按上述方案，所述的超高性能混凝土指强度达到150MPa及以上等级强度混凝土。

按上述方案，所述的普通硅酸盐水泥为PO52.5级普通硅酸盐水泥或PII52.5级硅酸盐水泥。

按上述方案，所述的粉煤灰为I级粉煤灰或超细粉煤灰漂珠。

按上述方案，所述的硅灰为超细硅灰，比表面积≥18000m²/kg，平均粒径＜5μm，其中SiO₂含量≥95％。

按上述方案，所述的空心玻璃微珠为碱石灰-硼硅酸盐材料成分复配而成，其抗压强度>35MPa，表观密度>350kg/m³。

按上述方案，所述的再生细粉是指废弃混凝土破碎过程中粒径小于0.075mm的颗粒含量。优选地，粒径为20～75μm。

按上述方案，所述的再生细集料为废弃混凝土进行清理、破碎、筛分和清洗，所制成的细度2.2～2.8的II区中砂。

按上述方案，所述的再生细集料粒径为0.15～0.3mm，0.3～0.6mm或0.6～1.18mm一种级配或连续级配。其中，0.15～0.3mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2328kg/m³和8.3％，0.3～0.6mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2304kg/m³和13.1％，0.6～1.18mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2277kg/m³和11.3％。

按上述方案，所述的细集料为天然河砂、机制砂的一种或两种混合物，细度模数为2.3～2.9。

按上述方案，所述的钢纤维为冷拉镀铜微丝钢纤维，微丝钢纤维直径≥0.2mm；长度≥13mm，抗拉强度≥3200MPa。

按上述方案，所述的聚羧酸减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量≥40％，减水率≥35％。

按上述方案，水为自来水、市政过滤水或饮用水一种，符合《混凝土建筑用水标准》。

提供一种上述基于再生细集料内养护的超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1：将再生细集料浸泡在水中，直至吸水饱和，将饱和再生细集料从水中取出，吹至表面面干得饱水再生细集料，并计算其饱和吸水量m₁；

S2：取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃微珠、饱水再生细集料、细集料，利用旋转式搅拌机将上述原材料进行搅拌90～120s，混合均匀，得到均匀干混料；

S3：将聚羧酸减水剂与水进行搅拌均匀，加入上述干混料，搅拌240～260s得到均匀混合浆体，其中水的用量为：总用水量m-再生细集料饱和吸水量m₁；

S4：将上述混合浆体中一边搅拌一边加入钢纤维，均匀搅拌80～100s；

S5：将搅拌均匀的拌合物灌入模具中，使用薄膜覆盖养护常温养护，待成型硬化后即可得到基于再生细集料内养护超高性能混凝土。

本发明的有益效果如下：

1.本发明提供一种再生细骨料制备低收缩超高性能混凝土，针对再生细集料吸水率较高的特点，以吸水饱和的再生细集料作为内养护材料，与天然集料进行复配，可以有效降低混凝土收缩，并持续释放水分，供给胶凝材料的水化反应，从而起到内养护的作用，促进混凝土基体强度持续发展；但是由于再生细集料表面微裂纹和多孔特性，致使掺再生细集料超高性能混凝土强度降低，因此，考虑将再生细粉以一定比例取代水泥，可起到填充作用，同时细粉中的CaCO₃对水泥中C₃S和C₃A的水化反应具有促进作用，其生成的水化产物能形成晶核，增加水化产物C-S-H凝胶含量，改善了水泥基材料的微观结构，提高混凝土强度；再配合粉煤灰、硅灰、空心玻璃微珠、细集料、减水剂等组分，有效降低超高性能混凝土水化热和收缩，控制超高性能混凝土非结构性裂缝，提高超高性能混凝土强度，在提升超高性能混凝土综合性能的基础上显著降低了成本，实现了废弃资源的重复利用，具有重要的经济价值和环保意义。

2.再生细集料可以在超高性能混凝土中分散均匀，对超高性能混凝的内养护效果更均匀且不易受水泥浆体离子浓度的影响，具有更佳的养护效果；此外，再生细集料内养护区域较大，使得超高性能混凝土的自收缩大幅降低；本发明提供的超高性能混凝土具有优异的力学性能和体积稳定性、耐久性等特点，且制备方法和施工工艺简单，容易操作，具有实际推广应用价值。

3.进一步地，选择粒径为0.15～0.3mm，0.3～0.6mm或0.6～1.18mm一种级配或连续级配的饱水再生细集料，吸水率高，所得超高性能混凝土综合性能优异。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做出进一步描述：

以下实施例中，所用原料具体参数指标如下：

普通硅酸盐水泥为PO52.5级普通硅酸盐水泥，比表面积400m²/kg。

粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量1.18％。

硅灰为超细硅灰，比表面积≥18000m²/kg，平均粒径＜5μm，其中SiO₂含量≥95％。

空心玻璃微珠为碱石灰-硼硅酸盐材料成分复配而成，其抗压强度>35MPa，表观密度>350kg/m³。

再生细粉是指废弃混凝土破碎过程中粒径小于0.075mm的颗粒含量，其粒径为20～75μm。

再生细集料为废弃混凝土进行清理、破碎、筛分和清洗，所制成的细度2.2～2.8的II区中砂，有0.15～0.3mm，0.3～0.6mm或0.6～1.18mm三个级配，其中，0.15～0.3mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2328kg/m³和8.3％，0.3～0.6mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2304kg/m³和13.1％，0.6～1.18mm再生细集料表观密度和饱和吸水率为2277kg/m³和11.3％。

细集料为天然河砂，细度模数为2.3～2.9。

冷拉镀铜微丝钢纤维，微丝钢纤维直径≥0.2mm；长度≥13mm，抗拉强度≥3200MPa。

聚羧酸高效减水剂，固含量≥40％，减水率≥35％。

水为自来水。

本发明以下实施例中基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土的制备方法包括以下步骤：

1)将称量的再生细集料浸泡在装有自来水的水箱中，直至吸水饱和，将饱和再生细集料从水中取出，用吹风机将再生细集料吹至表面面干，并计算其饱和吸水量m₁；

2)先分别将配方量的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃微珠、石粉、饱水再生细集料、细集料，利用旋转式搅拌机将上述原材料进行搅拌90s，混合均匀，得到均匀干混料；

3)将聚羧酸减水剂与水(总用水量m-再生细集料饱和吸水量m₁)进行搅拌均匀，缓慢加入上述干混料，搅拌240s得到均匀混合浆体；

4)将上述混合浆体中一边搅拌一边加入钢纤维，均匀搅拌90s；

5)将搅拌均匀的拌合物灌入模具中，使用薄膜覆盖养护常温养护，待成型硬化后即可得到基于再生细集料内养护超高性能混凝土。

对比例1

提供一种超高性能混凝土，作为空白组，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥600份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠100份，细集料1150份，聚羧酸减水剂25份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.5％。

对比例2

提供一种超高性能混凝土，加入了再生细粉，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥600份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠50份，再生细粉50份、细集料1150份，聚羧酸减水剂25份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.5％。

对比例3

提供一种超高性能混凝土，加入了再生细集料，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥600份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠50份，0.015～1.18mm连续级配再生细集料240份，细集料910份，聚羧酸减水剂25份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.5％。

对比例4

提供一种超高性能混凝土，加入了高吸水性树脂(SAP)，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥550份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠100份，再生细粉20份、高吸水性树脂30份，细集料1150份，钢纤维为混凝土总体积的1.5份，聚羧酸减水剂25份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.5％。

实施例1

提供一种基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥600份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠50份，再生细粉50份，0.15-1.18mm连续级配的再生细集料240份，细集料910份，聚羧酸减水剂25份，水180份。

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.5％。

实施例2

提供一种基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥550份，粉煤灰150份，硅灰200份，空心玻璃微珠50份，再生细粉50份，0.15-0.3mm级配的再生细集料360份，细集料790份，聚羧酸减水剂28份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.8％。

实施例3

提供一种基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥580份，粉煤灰120份，硅灰200份，空心玻璃微珠50份，再生细粉50份，0.3-0.6mm级配的再生细集料240份，细集料910份，聚羧酸减水剂25份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的1.8％。

实施例4

提供一种基于再生细集料作为内养护集料的超高性能混凝土，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥550份，粉煤灰150份，硅灰150份，空心玻璃微珠100份，再生细粉50份，0.6-1.18mm级配的再生细集料360份，细集料790份，聚羧酸减水剂28份，水180份；

还包括钢纤维，按体积百分比计，钢纤维为超高性能混凝土总体积的2.0％。

实施例1-4和对比例1-4所得超高性能混凝土进行性能测试，结果见表1。

表1.实施例1-4和对比例1-4所得超高性能混凝土性能测试结果

由上述表1可知，本发明实施例1-4所得超高性能混凝土中同时掺入再生细粉和再生细集料后，与对比例1-4相比自收缩显著下降的同时，强度也有一定程度的提升。上述结果表明，本发明可有效提高所得超高性能混凝土的强度和减缩性能，并可有效保证流动度等工作性能，适用性广。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于再生细集料内养护的超高性能混凝土，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥500～650份，粉煤灰100～150份，硅灰150～250份，空心玻璃微珠30～100份，再生细粉20～100份，再生细集料120～360份，细集料790～1030份，聚羧酸减水剂20～28份，水170～190份；其中：

所述再生细集料进行吸水饱和预处理；

所述超高性能混凝土还包括钢纤维，按体积百分比计，所述钢纤维占超高性能混凝土的1.5～2.5％。

2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为PO52.5级普通硅酸盐水泥或PII52.5级硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为I级粉煤灰或超细粉煤灰漂珠；所述的硅灰为超细硅灰，比表面积≥18000m²/kg，平均粒径＜5μm，其中SiO₂含量≥95％。

4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的空心玻璃微珠为碱石灰-硼硅酸盐材料成分复配而成，其抗压强度>35MPa，表观密度>350kg/m³。

5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的再生细粉是指废弃混凝土破碎过程中粒径小于0.075mm的颗粒含量。

6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的再生细集料为废弃混凝土进行清理、破碎、筛分和清洗，所制成的细度2.2～2.8的II区中砂。

7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的再生细集料粒径为0.15～0.3mm，0.3～0.6mm或0.6～1.18mm一种级配或连续级配。

8.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的细集料为天然河砂、机制砂的一种或两种混合物，细度模数为2.3～2.9。

9.根据权利要求1所述的超高性能混凝土，其特征在于，所述的钢纤维为冷拉镀铜微丝钢纤维，微丝钢纤维直径≥0.2mm；长度≥13mm，抗拉强度≥3200MPa；所述的聚羧酸减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量≥40％，减水率≥35％。

10.一种权利要求1-9任一项所述的基于再生细集料内养护的超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将再生细集料浸泡在水中，直至吸水饱和，将饱和再生细集料从水中取出，吹至表面面干得饱水再生细集料，并计算其饱和吸水量m₁；

S2：取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃微珠、饱水再生细集料、细集料，利用旋转式搅拌机将上述原材料进行搅拌90～120s，混合均匀，得到均匀干混料；

S3：将聚羧酸减水剂与水进行搅拌均匀，加入S2所得干混料，搅拌240～260s得到均匀混合浆体，其中水的用量为：总用水量m-再生细集料饱和吸水量m₁；

S4：将S3所得混合浆体中一边搅拌一边加入钢纤维，均匀搅拌80～100s；

S5：将搅拌均匀的拌合物灌入模具中，使用薄膜覆盖养护常温养护，待成型硬化后即可得到基于再生细集料内养护超高性能混凝土。