本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强韧性混凝土及其制备方法。
背景技术：
混凝土是一种历史悠久且有生命力的材料，具有强度等级范围宽、耐久性好、原材料丰富、生产工艺简单等优点，广泛应用于建筑、铁路、公路、水利、港口、码头等工程。随着各种添加剂产品的开发和使用，混凝土性能得到了极大的改善，不同的添加剂可以改善混凝土不同方面的性能。
但普通混凝土也存在质量波动较大、收缩大、韧性不足、容易开裂等缺点，影响了其在施工质量要求较高的工程(如高架道路铺装层修复)中的进一步发展。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高强韧性混凝土及其制备方法，本发明提供的高强韧性混凝土具有优异的具有优异的抗弯拉强度和韧性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高强韧性混凝土，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、钢纤维、塑化剂和水制备得到；
所述胶凝材料的用量为480～560kg/m3；
所述细骨料的用量为740～800kg/m3；
所述粗骨料的用量为980～1120kg/m3；
所述钢纤维的用量为30～80kg/m3；
所述塑化剂的用量为胶凝材料质量的0.7～1.0％；
水胶比为0.28～0.33；
其中，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、硅灰和膨胀剂，所述膨胀剂占胶凝材料质量的3～5％。
优选地，所述硅灰占胶凝材料质量的3～8％，所述硅灰的比表面积不小于15000m2/kg。
优选地，所述硅酸盐水泥包括i型硅酸盐水泥、ii型硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
优选地，所述细骨料的细度模数为2.6～3.0，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.2％。
优选地，所述粗骨料为5～16mm或5～20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％。
优选地，所述钢纤维为弯钩形钢纤维。
优选地，所述钢纤维的长径比为50～80。
优选地，所述塑化剂为聚羧酸系高性能减水剂。
优选地，所述膨胀剂为氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂。
本发明提供了上述技术方案所述高强韧性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将胶凝材料、细骨料和粗骨料混合，得到混合干料；
将所述混合干料与水和塑化剂混合，得到混合湿料；
将所述混合湿料与钢纤维混合，得到拌合物，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。
本发明提供了一种高强韧性混凝土，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、钢纤维、塑化剂和水制备得到；所述胶凝材料的用量为480～560kg/m3；所述细骨料的用量为740～800kg/m3；所述粗骨料的用量为980～1120kg/m3；所述钢纤维的用量为30～80kg/m3；所述塑化剂的用量为胶凝材料质量的0.7～1.0％；水胶比为0.28～0.33；其中，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、硅灰和膨胀剂，所述膨胀剂占胶凝材料质量的3～5％。
本发明提供的高强韧性混凝土中，硅酸盐水泥、细骨料和粗骨料有利于提高高强韧性混凝土的强度；钢纤维的强度达到2000mpa以上，可使混凝土断裂时呈延性破坏，有利于提高高强韧性混凝土的韧性；塑化剂减水率高、保坍性好，具有促凝、早强及减缩作用；膨胀剂能够补偿高强韧性混凝土的早期收缩。同时配合各原料的配比，使本发明提供的高强韧性混凝土具有优异的抗弯拉强度和韧性；凝结时间短，减小了行车震动对混凝土质量的影响；早期强度高，抗疲劳性好；收缩小，大大减小了混凝土各个阶段的收缩。采用本发明提供的高强韧性混凝土对路面进行修复，具有可泵送施工的特点，施工可操作性好，适应5～35℃下施工；且成本低。
实施例的实验结果表明，本发明提供的高强韧性混凝土24h抗压强度为36～42mpa，28d抗压强度为90～104mpa，28d抗弯拉强度为11～15mpa，28d等效抗弯强度为6～10mpa，限制膨胀率为-0.006～-0.008％(水中7d转空气中28d)；坍落度为6cm。
具体实施方式
本发明提供了一种高强韧性混凝土，由胶凝材料、细骨料、粗骨料、钢纤维、塑化剂和水制备得到；
所述胶凝材料的用量为480～560kg/m3；
所述细骨料的用量为740～800kg/m3；
所述粗骨料的用量为980～1120kg/m3；
所述钢纤维的用量为30～80kg/m3；
所述塑化剂的用量为胶凝材料质量的0.7～1.0％；
水胶比为0.28～0.33；
其中，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、硅灰和膨胀剂，所述膨胀剂占胶凝材料质量的3～5％。
在本发明中，所述胶凝材料的用量为480～560kg/m3，优选为500～540kg/m3。
在本发明中，所述硅酸盐水泥优选包括i型硅酸盐水泥、ii型硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，更优选为i型硅酸盐水泥或ii型硅酸盐水泥。
本发明采用高强度的硅酸盐水泥，能够提供混凝土足够的强度。
在本发明中，所述硅灰优选占胶凝材料质量的3～8％，更优选为4～6％，最优选为5％。在本发明中，所述硅灰的比表面积优选不小于15000m2/kg。
在本发明中，所述硅灰能够提高混凝土早期强度，改善混凝土拌合物的包裹性。
在本发明中，所述膨胀剂占胶凝材料质量的3～5％，优选为4％。在本发明中，所述膨胀剂优选为氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂。
在本发明中，所述膨胀剂能够补偿高强韧性混凝土的早期收缩。
在本发明中，所述细骨料的用量为740～800kg/m3，优选为750～780kg/m3。在本发明中，所述细骨料的性能指标优选为：细度模数为2.6～3.0，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.2％。
在本发明中，所述粗骨料的用量为980～1120kg/m3，优选为990～1100kg/m3。在本发明中，所述粗骨料的性能指标优选为：5～16mm或5～20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％。
在本发明中，所述细骨料和粗骨料坚固、洁净且级配良好，能够提供高强韧性混凝土足够的体积稳定性。
在本发明中，所述钢纤维的用量为30～80kg/m3，优选为30～70kg/m3。在本发明中，所述钢纤维优选为弯钩形钢纤维；所述钢纤维的长径比优选为50～80。
在本发明中，所述钢纤维的强度达到2000mpa以上，可使混凝土断裂时呈延性破坏。
在本发明中，以胶凝材料的质量计，所述塑化剂的用量为胶凝材料的0.7～1.0％，优选为0.8％。在本发明中，所述塑化剂优选为聚羧酸系高性能减水剂。
在本发明中，所述塑化剂减水率高、保坍性好，具有促凝、早强及减缩作用。
在本发明中，所述高强韧性混凝土的水胶比为0.28～0.33，优选为0.30～0.32。
在本发明中，所述水胶比为0.28～0.33时，既可使混凝土获得足够高的强度，又可提供膨胀剂充分水化所需的水。
在本发明中，为了确保在所述高强韧性混凝土运输过程中钢纤维分布的均匀性，其坍落度优选控制在4～7cm，更优选为5～6cm。
在本发明中，所述高强韧性混凝土所采用的原料优选全部采用烘干或风干料，工厂化计量包装，消除原料含水量波动、计量不够精准等因素引起的高强韧性混凝土质量波动。
本发明提供了上述技术方案所述高强韧性混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将胶凝材料、细骨料和粗骨料混合，得到混合干料；
将所述混合干料与水和塑化剂混合，得到混合湿料；
将所述混合湿料与钢纤维混合，得到拌合物，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。
本发明将胶凝材料、细骨料和粗骨料混合，得到混合干料。本发明对于所述混合没有特殊的限定，能够将各物料充分混合即可。在本发明的实施例中，具体是将胶凝材料、细骨料和粗骨料投入混凝土搅拌机中，搅拌15s，得到混合干料。本发明对于所述胶凝材料的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可，如将硅酸盐水泥、硅灰和膨胀剂混合，得到胶凝材料。
得到混合干料后，本发明将所述混合干料与水和塑化剂混合，得到混合湿料。本发明对于所述混合没有特殊的限定，能够将各物料充分混合即可。在本发明的实施例中，具体是向所得混合干料中加入水和塑化剂，搅拌1min，得到混合湿料。
得到混合湿料后，本发明将所述混合湿料与钢纤维混合，得到拌合物，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。本发明对于所述混合没有特殊的限定，能够将各物料充分混合即可。在本发明的实施例中，具体是向所述混合湿料中加入钢纤维，搅拌2min，得到拌合物。本发明对于所述浇筑、振捣和养护没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浇筑、振捣和养护的技术方案即可。本发明优选采用使钢纤维尽可能水平分布的振捣方式，并及时有效养护，以提升其最低质量水平，避免出现质量缺陷和薄弱点。
本发明提供的高强韧性混凝土可以用于对路面的修复，具体的，采用本发明提供的高强韧性混凝土与旧混凝土铺装层的连接方法优选包括以下步骤：
(1)种植钢筋，连接新旧铺装层混凝土。
(2)旧铺装层混凝土铣铇后，喷涂丙烯酸系界面防水剂，其一加固旧铺装层混凝土表面强度，其二增强与新浇混凝土粘结强度，其三缓冲或消除新旧混凝土界面间的不良应力，以确保新旧混凝土长期稳定连接和整体受力。
将本发明提供的高强韧性混凝土用于对路面的修复时，高强韧性混凝土铺装厚度优选不小于8cm。
本发明提供的高强韧性混凝土优选在5～35℃下施工使用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备高强韧性混凝土的原料和配比：
胶凝材料的用量为480kg/m3，其中，所述胶凝材料包括i型硅酸盐水泥、硅灰和氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂，硅灰(比表面积不小于15000m2/kg)占胶凝材料质量的3％，氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂占胶凝材料质量的4％；
细骨料的用量为750kg/m3，其中，细骨料的细度模数为2.8，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.2％；
粗骨料的用量为1020kg/m3，其中，粗骨料为5～20mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％；
弯钩形钢纤维的用量为40kg/m3，其中，长径比为65；
以胶凝材料的质量计，聚羧酸系高性能减水剂的用量为胶凝材料的0.8％；
水胶比为0.32。
制备高强韧性混凝土的方法包括以下步骤：
将胶凝材料、细骨料和粗骨料投入混凝土搅拌机中搅拌15s，加入水和塑化剂，搅拌1min，再投入钢纤维，搅拌2min，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。
对实施例1制备的高强韧性混凝土进行性能测试，具体如下：
24h抗压强度：36mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗压强度：90mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗弯拉强度：11mpa(采用四点抗弯试验方法)；
28d等效抗弯强度：6mpa(采用等效抗弯强度指标表征高强韧性混凝土的韧性，cecs13:2009《纤维混凝土试验方法标准》)；
限制膨胀率：-0.008％(水中7d转空气中28d，gb/t50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》)；
坍落度为6cm(gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》)。
实施例2
制备高强韧性混凝土的原料和配比：
胶凝材料的用量为560kg/m3，其中，所述胶凝材料包括i型硅酸盐水泥、硅灰和氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂，硅灰(比表面积不小于15000m2/kg)占胶凝材料质量的5％，氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂占胶凝材料质量的4％；
细骨料的用量为800kg/m3，其中，细骨料的细度模数为2.8，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.2％；
粗骨料的用量为1000kg/m3，其中，粗骨料为5～16mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％；
弯钩形钢纤维的用量为70kg/m3，其中，长径比为65；
以胶凝材料的质量计，聚羧酸系高性能减水剂的用量为胶凝材料的1.0％；
水胶比为0.28。
制备高强韧性混凝土的方法包括以下步骤：
将胶凝材料、细骨料和粗骨料投入混凝土搅拌机中搅拌15s，加入水和塑化剂，搅拌1min，再投入钢纤维，搅拌2min，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。
对实施例2制备的高强韧性混凝土进行性能测试，具体如下：
24h抗压强度：42mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗压强度：104mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗弯拉强度：15mpa(采用四点抗弯试验方法)；
28d等效抗弯强度：10mpa(采用等效抗弯强度指标表征高强韧性混凝土的韧性，cecs13:2009《纤维混凝土试验方法标准》)；
限制膨胀率：-0.006％(水中7d转空气中28d，gb/t50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》)；
坍落度为6cm(gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》)。
实施例3
制备高强韧性混凝土的原料和配比：
胶凝材料的用量为540kg/m3，其中，所述胶凝材料包括i型硅酸盐水泥、硅灰和氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂，硅灰(比表面积不小于15000m2/kg)占胶凝材料质量的4％，氧化钙-硫铝酸钙类膨胀剂占胶凝材料质量的4％；
细骨料的用量为800kg/m3，其中，细骨料的细度模数为2.8，含泥量不大于1.0％，泥块含量不大于0.2％；
粗骨料的用量为1000kg/m3，其中，粗骨料为5～16mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％；
弯钩形钢纤维的用量为80kg/m3，其中，长径比为65；
以胶凝材料的质量计，聚羧酸系高性能减水剂的用量为胶凝材料的1.0％；
水胶比为0.29。
制备高强韧性混凝土的方法包括以下步骤：
将胶凝材料、细骨料和粗骨料投入混凝土搅拌机中搅拌15s，加入水和塑化剂，搅拌1min，再投入钢纤维，搅拌2min，依次进行浇筑、振捣和养护，得到高强韧性混凝土。
对实施例3制备的高强韧性混凝土进行性能测试，具体如下：
24h抗压强度：37mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗压强度：102mpa(gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》)；
28d抗弯拉强度：13mpa(采用四点抗弯试验方法)；
28d等效抗弯强度：7mpa(采用等效抗弯强度指标表征高强韧性混凝土的韧性，cecs13:2009《纤维混凝土试验方法标准》)；
限制膨胀率：-0.008％(水中7d转空气中28d，gb/t50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》)；
坍落度为6cm(gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》)。
由以上实施例可知，本发明提供的高强韧性混凝土具有优异的抗弯拉强度和韧性；凝结时间短，减小了行车震动对混凝土质量的影响；早期强度高，抗疲劳性好；收缩小，大大减小了混凝土各个阶段的收缩。采用本发明提供的高强韧性混凝土对路面进行修复，具有可泵送施工的特点，施工可操作性好，适应5～35℃下施工；且成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。