一种用于型钢混凝土组合结构c210强度等级的混凝土的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种用于型钢混凝土组合结构强度等级为 C210的特尚强尚性能混凝土。
【背景技术】
[0002] 1824年波特兰水泥的发明使混凝土技术得到了迅速的发展，其用量之大，适用范 围之广堪居世界之最。尽管混凝土是一种传统的人造建筑材料，但因其具有不可取代的优 越性(原料丰富、生产工艺简单、性价比高等优点）以及混凝土材料科学与技术的不断进步， 混凝土已成为土木工程用材的主体，在未来的土木工程和国家建设中也将是不可缺少的主 材之一。同时，随着城市规模的不断扩大，人口的不断增多，地价的不断升高，建筑所处环境 的严酷化，建筑技术的不断进步及经济的高速发展，建筑物越来越向空中、地下及水中延 伸，即建筑超/特高化、超/特大跨化、地下化、轻量化及重型结构的发展，尤其是型钢混凝土 结构在超/特高化、超/特大跨化、地下化、海上或水下化、轻量化等新奇或巨型建筑工程领 域的应用，对混凝土这种建筑材料的要求也越来越高。因此，混凝土的超/特高强化和超/特 耐久化的研究和实践将成为该领域的发展趋势。
[0003] 型钢混凝土组合结构（简称SRC结构）是钢一混凝土组合结构的一种主要形式，由 于其承载能力高、刚度大、延性好、抗震性能优越、防火防腐、便于施工等一系列优点，已被 越来越广泛地应用于大跨、重型结构，地下、水下或海上工程及地震/台风区的高层和超/特 高层建筑。与钢结构相比，SRC结构可节省大量钢材，增强截面刚度，克服钢结构耐火性、耐 腐蚀性和耐久性差及易屈曲失稳等缺点，使钢材的能力得以充分的发挥;与普通钢筋混凝 土结构(简称RC结构)相比，型钢混凝土组合结构可减小构件的截面尺寸，减小所占的空间， 从而增大建筑使用空间；在施工上，型钢混凝土结构的钢骨架本身可作为混凝土挂模、滑模 的骨架，不仅大大简化了支模工程，还是承受全部施工荷载(包括挂、滑模与所浇混凝土)的 支承体系；另外，由于SRC结构具有整体性强，延性性能好等优点，能大大改善钢筋混凝土受 剪破坏的脆性性质，使结构的抗震性能得到明显的改善，承载能力及延性均比RC结构有较 大的提高。因此，在日本和欧美等发达国家，具有良好抗震性能的SRC结构已成为一种公认 的新型抗震结构体系，且与钢结构、木结构、钢筋混凝土结构并称为四大结构。我国也是一 个多地震国家，绝大多数地区为地震区，部分位于高烈度及多遇地震区，在这些地区推广 SRC结构就具有非常重要的现实意义；另一方面，由于人口的快速增长使住房需求量也在不 断增多，而土地资源稀缺宝贵，进而促进了建筑向更高空间发展，故在经济条件以及城市规 划允许的条件下建设超/特高层建筑也成为节约资金和节省土地的有效措施。因此，SRC结 构在我国有非常广阔的应用前景，尤其是随着我国经济实力的不断增强及超/特高强钢材 和特高强高性能混凝土(它们是被公认的21世纪材料)的成功研制与应用，将极大促进这种 结构体系的推广应用和发展进步。已有研究证明，特高强高性能混凝土的强度越高，其脆性 将会增加，延性也会较差，在高应力或复杂应力状态下，特高强高性能混凝土构件将由脆性 控制破坏过程，工作的可靠性降低。但是，将这种新型高技术混凝土应用在在型钢混凝土组 合结构（简称SRC结构）中，即型钢特高强高性能混凝土组合结构（简称SRUSUPC结构），可以 扬长避短，克服特高强高性能混凝土脆性大、延性差和型钢耐火、耐腐蚀性能差的弱点，使 其优越性能和经济效益得以充分发挥。
[0004] SRC结构中，型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证SRC构件中型钢与混凝土协 调工作的基础，型钢、钢筋和混凝土三种材料元件协同工作，以抵抗各种作用效应，才能够 充分发挥其优点。但SRC结构与RC结构的显著区别之一在于型钢与混凝土之间的粘结力远 远小于钢筋与混凝土之间的粘结力，型钢与普通混凝土的粘结力大约只相当于光面钢筋粘 结力的45 %。国内外诸多试验研究结果表明，型钢与混凝土之间存在着粘结滑移现象，且对 SRC构件的受力性能乃至承载能力有显著影响。因此，如何保证型钢与混凝土有效地协同工 作成为SRC结构研究的重点之一。目前，工程设计中对型钢与混凝土之间粘结滑移问题的处 理方法一般有两种:其一是通过计算在构件表面加设一定数量的剪切连接件，这样势必造 成施工中的不便并提高造价，且易造成混凝土内部先天性微裂缝等缺陷；其二是不设置或 仅设置少量剪切连接件，在承载能力计算中考虑粘结滑移的影响，相应降低构件的承载能 力，这样必然存在不经济的因素。另一方面，在工程结构设计中普遍存在着重强度而轻耐久 性的现象，国内外已出现过诸多混凝土结构在使用过程中的安全性和耐久性方面的问题。 一些混凝土结构工程在使用不足设计年限一半即由于碱骨料反应、氯离子侵蚀等原因而完 全丧失使用功能乃至承载能力，个别工程甚至出现局部坍塌或整体倒塌，造成人员伤亡或 建筑设施破坏。因此，SRUSUPC结构中，提高型钢与特高强高性能混凝土之间的自然粘结性 能，在型钢表面不设置或仅按构造要求设置少量剪切连接件就可保证型钢与特高强高性能 混凝土有效地协同工作的研究具有重大意义；同时，混凝土结构工程的耐久性也日益引起 人们的密切关注和高度重视，并成为筮待解决的问题。
[0005] 现有技术用于型钢混凝土组合结构的混凝土的强度等级有C30、C35、C40、C45、C50 及C55的低强度高性能混凝土，060丄70丄80丄90及(：100的高强高性能混凝土和(：110、(：120、 C130、C140及C150的超高强高性能混凝土，还有后续(：160、(：170、(：180、(：190及0200的超/特 高强高性能混凝土的制备技术，上述各强度等级混凝土显著提高了型钢与(超)高强混凝土 之间的粘结性能，并提尚了结构的耐久性;但是，还存在不能由此延伸到更尚强度的特尚强 高性能混凝土，且将其用于型钢混凝土组合结构时不能解决型钢与特高强高性能混凝土之 间的自然粘结性能差的问题，故不能满足土木工程建筑向空中、地下及水中延伸，即建筑 超/特高化，超/特大跨化，地下化，海上或水下化，超耐久化和重型、巨型及新奇结构工程等 应用和发展这一趋势的要求。另外，现有技术中也存在部分将混凝土超/特高强化、超/特耐 久化的制备技术，但是它们均未涉及或未解决用于SRC结构时型钢与特高强高性能混凝土 之间的自然粘结性能差的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种用于型钢混凝土组合结构强度等级为C210的特高强高 性能混凝土。该混凝土应用在型钢混凝土组合结构中，能在自然状态(亦即型钢表面不设置 或仅按构造要求设置少量剪切连接件）下显著改进型钢与混凝土之间的粘结性能，有效发 挥钢与混凝土两种材料各自的力学性能与相互协同工作性能，从而大幅度提升结构构件的 承载能力与使用性能；另外，该混凝土能提高结构的耐久性，并具有良好的工作性能、高体 积稳定性和经济性。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0008] 一种用于型钢混凝土组合结构C210强度等级的混凝土，该混凝土的配合比为（单 位:kg/m3):
[0009] 水泥:细骨料:粗骨料:水:减水剂:消泡剂:硅粉:粉煤灰:激发剂:膨胀剂:复合保 塑剂= 482:736:1252:97:18 · 8:1 · 2:96:120:10:50:0 · 50。
[0010]所述的水泥选择质量稳定、性能较好、强度较高的P · 162.5R硅酸盐水泥，使用前 需与聚羧酸系混凝土高性能减水剂进行两者之间的适应性试验，试验方法采用现行建材行 业标准《水泥与减水剂相容性试验方法》JC/T 1083-2008中的方法，并选择与聚羧酸系混凝 土高性能减水剂相容性好的水泥品种。所选水泥性能指标(包括细度、S0 3含量、MgO含量、初 凝时间、终凝时间、3天强度、28天强度)应不低于国家现行相关标准的要求，并选用碱含量 少、水化热低、需水性也低的水泥品种。
[0011] 所述的细骨料采用质量比为8:2的颗粒圆滑、质地坚硬、级配良好的中偏粗河砂和 质地精纯、级配良好的石英砂。其中，砂的品质应不低于现行建材行业标准《普通混凝土用 砂、石质量及检验方法标准》JC/T 52-2006及国家标准《建筑用砂》GB/T 14684 - 2011中规 定的优质砂标准。其细度模数为2.8~3.2之间，含泥量和泥块含量应不大于0.3% (以质量 计），氯离子含量应不大于0.02% (以干砂的质量计），S03含量应不大于0.5%。石英砂中二 氧化硅含量应不小于99%，三氧化二铁含量应不大于0.005 %，铬、钛等金属杂质含量应不 大于0.01%。
[0012] 所述粗骨料采用质量致密坚硬、强度高、表面粗糙、粒形为近似球形、针片状含量 小、级配良好的以玄武岩、花岗岩为主要成分的人工碎石，按照连续粒级碎石Φ5~Φ 10投 料;碎石的品质应不低于现行建材行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JC/ T52-2006以及《建筑用卵石、碎石》GB/T 14685-2011等相关标准的规定要求。粗骨料其母体 岩石的立方体抗压强度应不低于250MPa，最大粒径应控制在10mm;以质量比计，其S0 3含量 应不大于0.5 %，含泥量应不大于0.2%，泥块含量应不大于0.1 %，针、片状颗粒含量应不大 于0.5%，且不得混入风化颗粒。进行该混凝土配制时，采用连续粒级碎石Φ5~Φ 10投料。
[0013] 经过大量尝试性对比试验及与水泥相容性试验，该发明所选用的高效减水剂为聚 羧酸系混凝土高性能减水剂，其品质应不低于现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》 GB50119-2013和《混凝土外加剂》GB 8076-2008等相关标准的规定要求，所选用高效减水剂 的减水率应大于30%。所选用高效减水剂的最大饱和掺量不小于全部胶凝材料总量的 2.5%，采用同掺法，且使用前需与所选择的水泥品种进行相容性试验。
[0014] 所述消泡剂选择AGITAN0P803粉末消泡剂。
[00?5]所述的娃粉采用质量比为3: 2的30nm纳米娃粉和亚微娃粉，其品质应不低于国家 标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》GB/T 18736 - 2002等相关标准的规定要求，同时， 30nm纳米硅粉和(亚)微硅粉的含水率均应不大于1%，烧失量均应不大于3%，氯离子含量 均应不大于0.01 %，火山灰活性指数均应大于95 %。其中，30nm纳米硅粉的比表面积应不小 于40000m2/kg，娃含量应不小于99.9 % ;(亚)微米娃粉的比表面积应不小于25000m2/kg，二 氧化娃含量应不小于95%。
[0016]所述的粉煤灰采用燃煤工艺先进的电厂生产的优质I级特细粉煤灰。其品质应不 低于国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596 - 2005等相关标准的规定要求， 且其细度(〇.〇45mm方孔筛筛余，％ )应不大于10%，烧失量应不大于3%，S03含量应不大于 2%，含水量应不