本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度高耐久水泥基预混材料及其制备方法。
背景技术：
以超高性能混凝土（以下简称uhpc）为代表的低水胶比水泥基材料，具有优异的力学性能和耐久性能，是目前建筑行业研究和应用的热点。uhpc的抗压强度能达到130～200mpa，其抗弯拉强度能达到10mpa以上，与传统混凝土相比，提高3～5倍；由于通过紧密堆积设计，使其原材料级配达到最佳，内部贯通气孔很少，具有很好的抗外部侵蚀和渗透等耐久性能。因其优异的性能，已在建筑结构关键部位，以及既有结构的加固、修补等领域得到大量应用。
由于uhpc在原材料的选用、配合比设计、施工等环节要求较为苛刻，因此在应用过程中面临诸多问题，具体包括：
（1）为了保证uhpc优异的性能，需优选原材料种类，并基于最紧密堆积理论对其配合比进行计算。在实际使用和现场施工过程中，原材料的种类、成分偏差均会影响产品质量。
（2）施工过程中拌合水用量太低，浆体粘稠致密，硅灰等纳米级粉体颗粒难以有效分散，影响浆体匀质性，同时由于粉体团聚带入的内部气泡难以排出，影响产品力学和耐久性能。
（3）混凝土材料抗压性能优异，在使用过程中，其抗弯拉的受力性能最为重要。作为一种纤维增韧材料，纤维分布均匀性对整体构件的弯拉性能尤为重要，但由于多数有机纤维表面疏水的特性，导致纤维在浆体中很难有效均匀分布。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高强度高耐久水泥基预混材料，对原材料进行预先优选和精确配比，保证了产品质量；将外加组分和硅灰预先分散于拌合水形成匀质浆体，提高拌合物的均匀性；对有机纤维通过亲水改性，提高其分散程度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强度高耐久水泥基预混材料，其组成及含量为：干粉料a80～85份，浆料b10～15份，增韧料c6～8份，按重量份计。
进一步的，所述的干粉料a的组分包括：硅酸盐水泥30～40份、掺合料10～12份、骨料50～60份，按重量份计。所述的干粉料a中各组分含量具体范围应根据原材料的颗粒级配来确定，通过含量和级配调整，使其满足粉体紧密堆积模型。
水泥基材料的力学性能和其内部气孔率成反比，原材料配合比的设计，不仅要考虑各组分对于材料性能的贡献，同时需要考虑到具体的颗粒级配，通过范围调整，使其达到理想紧密堆积状态，降低内部孔隙率。
进一步的，所述的硅酸盐水泥选用52.5标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；掺合料选用球形度较好的ⅰ级粉煤灰、高强玻化微珠等材料中的至少一种；骨料选用石英砂、辉绿岩、其他高强骨料中的至少一种，所述骨料粒径需为连续级配，最大粒径不大于3mm。
本发明干粉料a的组分中，水泥提供胶凝特性，通过水化硬化反应将其他材料粘接在一起；球形度较好的ⅰ级粉煤灰、高强玻化微珠作为掺合料，不但有助于改善粉体颗粒堆积的紧密程度，同时颗粒的球形特征可有效改善浆体的工作性能；骨料选用石英砂、辉绿岩或其他高强骨料，骨料本身的抗压强度基本能达到150mpa以上，为本发明材料达到高强度的效果提供支撑。由于水泥基材料中，受力薄弱区主要出现在骨料和胶凝材料的界面过渡区，为了减少界面过渡区域的大小，提高受力可靠性，骨料的粒径控制在3mm以内且为连续级配，来保证原材料体系的紧密堆积效果。
进一步的，所述的浆料b的组分包括：分散用水50～60份、硅灰40～45份、减水组分5～8份、稳定剂0.1～0.2份、消泡剂0.1～0.3份，按重量份计。减水组分选用聚羧酸高效减水剂，稳定剂为阴离子型酰胺类共聚物，消泡剂为改性聚醚型消泡剂。
本发明浆料b的组分中，硅灰是一种纳米级的高活性硅质材料，可有效填充水泥微米级颗粒的中间空隙，提高密实度。同时与水泥水化产物发生二次水化反应，提高硬化产物的匀质性；减水组分可以吸附在粉体颗粒表面，改变颗粒表面状态来减少粉体颗粒团聚现象，提高浆体分散程度；稳定剂可以保证浆料b组分在一定时间内不发生液固分离、分层等工艺问题；消泡剂可以改变颗粒表面能，减少浆体内部气泡数量。
进一步的，所述的浆料b的各组分混合后经搅拌、超声分散工序，形成稳定浆体后封装保存。其中超声分散工序的时间不少于5min。
水泥基材料常规的原材料混合和搅拌方式中，纳米级的硅灰颗粒容易团聚，在浆体中难以有效分散。减水组分与拌合水共同加入过程中，由于搅拌时间有限，减水组分也难以有效吸附发挥作用，不但影响硅灰胶凝作用的发挥，同时影响浆体工作性能。本发明将拌合水、减水组分、硅灰预先通过搅拌和超声分散，可以提高减水组分在硅灰颗粒表面的吸附效果，不但有助于提高硅灰在浆体中的均匀程度。同时，预先将减水组分与硅灰进行分散处理，将减水组分均匀吸附于硅灰表面，有效提高减水剂的应用效果。在稳定剂和消泡剂作用下，形成稳定浆体后封装保存。应用过程中只需浆料b与其他组分直接混合搅拌，有效提高应用过程中浆体的拌合效率和拌合效果。
进一步的，所述的增韧料c的组分包括：钢纤维85～90份、有机纤维10～15份，按重量份计。钢纤维选用长径比为5～8的镀铜钢纤维，有机纤维选用长度12～15mm的聚酯纤维。所述的有机纤维经过表面亲水改性处理，并与钢纤维分散均匀后封装保存。
材质不同的纤维材料可以从不同角度提高水泥基材料的抗拉抗拔、抗折性能。单一的纤维组分很难全面提升材料力学性能，且纤维在浆体中存在难以分散问题。本发明采用镀铜钢纤维和聚酯纤维混杂，两种纤维化学性质稳定。刚性和柔性两种纤维搭配使用，可以提高材料的抗拉抗拔效果。由于有机纤维表面亲水性较差，如果直接加入浆体中易出现上浮、结团等现象，同时在浆体硬化后与水泥水产物的握裹力不够，受力过程中难以协同发挥作用。因此预先对聚酯纤维进行亲水改性处理，提高纤维材料在浆体中分散效果和与水泥水化产物的握裹力。
进一步的，所述的高强度高耐久水泥基预混材料，干粉料a、浆料b、增韧料c三部分在经过混料及预处理后，独立封装保存，保存稳定期应大于半年。使用过程中将干粉料a和浆料b依次倒入搅拌装置，搅拌2分钟后加入增韧料c，继续搅拌2分钟后即可应用。
本发明提供的高强度高耐久水泥基预混材料，由独立封装保存的干粉料a、浆料b、增韧料c三部分组成，其稳定保存期限可达到半年以上。三部分组成的原材料均经过工厂的预处理和预先配料，保证了原材料的配料精度和作用效果，可有效提升材料性能。在应用过程中只需进行简单搅拌操作，在5min以内即可制备出均匀稳定、工作性良好的拌合物用于现场施工。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明预混材料中，干粉料a、浆料b、增韧料c均经过了搅拌分散/改性处理，并可以保证半年以上的稳定性，使用方法简便，施工快速高效。使用过程中，将干粉料a和浆料b依次倒入搅拌装置，搅拌2分钟后加入增韧料c，继续搅拌2分钟后即得所述高强度高耐久水泥基预混材料。由于原材料经过预先优选和精确配比，保证了产品质量；
本发明将最难以分散的外加组分和硅灰预先分散于拌合水形成匀质稳定的浆料b，有效提高应用中拌合物的匀质性；对有机纤维通过亲水改性，提高其分散均匀性，解决了目前uhpc制备过程中，硅灰难以分散，纤维难以均布，以及带来的浆体粘稠，流动性差等问题。
采用该组分制备的高强度高耐久水泥基预混材料，浆体工作性能良好，力学性能优异。新拌浆体流动扩展度能达到180mm以上，材料试件力学性能28天抗压强度达到190mpa，抗折强度达到23mpa。
本发明具有应用方便快捷、施工性能好、强度稳定、耐久性好等特点，可广泛应用于桥梁、建筑等关键部位的加固、修补等工程，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例一种高强度高耐久水泥基预混材料，其组成包括干粉料a、浆料b、增韧料c三部分。各部分含量为：干粉料a82份，浆料b12份，增韧料c6份，按重量份计。三部分经原材料配比称量和预处理后，独立封装保存。
进一步地，所述的干粉料a中各组分含量根据原材料的颗粒级配来确定，通过含量和级配调整，使其满足粉体紧密堆积模型。本实施例中干粉料a组分包括：硅酸盐水泥35份、掺合料10份、骨料55份，按重量份计。各组分根据配合比设计称量后放入搅拌装置搅拌5min，分散均匀后封装。
所述的硅酸盐水泥选用52.5标号的普通硅酸盐水泥；掺合料应选用球形度较好的ⅰ级粉煤灰；骨料应选用连续级配的石英砂，最大粒径为3mm。
进一步地，所述的浆料b组分包括：分散用水56份、硅灰40份、减水组分6份，稳定剂0.2份，消泡剂0.3份，按重量份计。减水组分选用聚羧酸高效减水剂，稳定剂为阴离子型酰胺类共聚物，消泡剂为改性聚醚型消泡剂。
所述的浆料b包括的各组分混合后依次经机械搅拌5min、超声分散8min，形成稳定浆体后封装保存。
进一步地，所述的增韧料c组分包括：镀铜钢纤维85份、聚酯纤维15份，按重量份计。聚酯纤维需经过化学氧化法表面亲水改性处理，与镀铜钢纤维分散均匀后封装保存。
使用时，将干粉料a和浆料b依次倒入搅拌装置，搅拌2分钟后加入增韧料c，继续搅拌2分钟后形成匀质浆体后即可浇筑使用。浆体工作性能良好，初始流动度达到190mm；在标准养护条件下，浆体浇筑得到的成型试件28d抗压强度达到190mpa，抗折强度达到23mpa，力学性能优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。