一种UHPC快速流化掺合料及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，涉及一种uhpc快速流化掺合料及其制备方法。

背景技术：

1、uhpc(ultra-high performance concre，超高性能混凝土)是一种具有超高强度、高韧性、超高耐久性的新型水泥基复合材料。由于其优异的工程性能，uhpc近年来受到越来越多的关注，应用范围越来越广。与此同时，uhpc在实际应用时也存在一些弊端，uhpc水胶比较低，通常小于0.2，规模化使用时存在的一个比较突出的问题是搅拌时间较长(一般在5min以上)、不能快速流化；而且随着存储时间的延长，由于粉料受潮，搅拌时间大幅度延长(存储时间超过两个月的预混料甚至需要搅拌20min以上，而且流动性大大降低)，从而导致施工效率低下，施工单位产生抵触情绪，延缓了其推广应用的进程。

2、公开号为cn108609974a的中国专利公开了一种uhpc的制备方法，其中uhpc的粉体材料包括如下组分：硅酸盐水泥40-50份、硫铝酸盐快硬水泥20-30份、硅灰5-10份、粉煤灰15-20份、矿粉15-20份、石英砂30-50份、石英粉30-50份和乳胶粉0.2-2.5份，但是该技术存在混合料太过粘稠、粘底、难施工等问题。

3、因此，针对现有技术问题，亟需发明一种解决uhpc快速流化的方法。

技术实现思路

1、针对背景技术中提出的uhpc搅拌时间长、存储一段时间后搅拌时间大幅度延长的问题，本发明提供一种uhpc快速流化掺合料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种uhpc快速流化掺合料，按重量份计，具体包括以下组分：

4、20-40重量份硅灰、20-50重量份粉煤灰微珠、10-20重量份电气石粉、2-6重量份球形三氧化二铝和0.5-1重量份球形纳米三氧化二铁；

5、本掺合料以20％-40％的比例替代水泥，可单独作为掺合料使用，也可与水泥、骨料等一起预混形成预混料。

6、特别地，所述粉煤灰微珠中位粒径d50为3-5μm，d90为20-50μm，需水量比小于95％，烧失量小于3％。

7、进一步地，粉煤灰微珠采用球状滚珠效果可以大大降低搅拌过程中粉料颗粒之间的摩擦耗能，从而缩短流化时间，提高搅拌效率。

8、特别地，所述电气石粉的中位粒径d50为8-12μm，最大粒径小于75μm，其他性能应满足jc/t 2012-2010标准要求。

9、进一步地，电气石粉表面具有电荷，可以产生微弱的电场和点磁场，由于同种电荷相互排斥的作用原理，可以有效提高搅拌过程中粉体颗粒的分散，加快了混凝土的流化速度，进一步提高了施工效率与工程质量。

10、特别地，所述球形三氧化二铝包含30nm、100nm、1μm、10μm四种不同粒径，其中30nm、100nm、1μm和10μm按照10％-20％：10-20％：20％-30％：30％-50％比例混合。

11、进一步地，球形三氧化二铝具有较高的硬度，选用四种不同粒径的球状三氧化二铝可以作为不同粒径的颗粒摩擦的支撑位点，从而达到快速实现最紧密堆积、流化的目的，各材料之间的协同作用，可以提高uhpc在加水搅拌后快速流化，缩短搅拌时间，而且不同颗粒粒径搭配合理，可形成紧密堆积，降低填充粉体颗粒间隙的用水量，相同水胶比条件下自由水含量更高，更能达到快速流化的目的，提高工程效率。

12、特别地，所述球形纳米三氧化二铁粒径为30nm。

13、进一步地，球形纳米三氧化二铁具有优异的物理和化学性能，通过与混凝土中的其他成分相互作用，形成一种复杂的结构，从而增强混凝土的力学性能。球形三氧化二铁的加入可以有效吸收存储过程中的水分，实现内部防潮；而且球形纳米三氧化二铁具有很好的流动性，可以有效地改善混凝土的施工性能，它可以使混凝土在搅拌、运输和浇筑过程中更加均匀、顺畅，避免了粉料受潮，搅拌时间过长的影响，有效地降低混凝土的收缩率，减少裂缝的产生，形成一种稳定的结构，提高了施工效率和质量。

14、其中，所述硅灰经过硅烷偶联剂表面疏水处理，其具体制备方法包括以下步骤：

15、将硅灰放置于带有搅拌和冷凝装置的反应器中进行搅拌，硅烷偶联剂加热至110-150℃进行蒸发处理，将蒸发的硅烷偶联剂通入到不断搅拌的硅灰反应器内，硅烷偶联剂蒸汽在冷凝管中不断进行冷凝回流与反应器中的硅灰进行反应，待硅烷偶联剂与硅灰进行反应3-5h后，结束反应，得到经过表面疏水处理的硅灰。

16、特别地，所述硅灰的体积为反应器体积的10％-20％；所述反应所用硅烷偶联剂的质量为硅灰质量的0.5％；所述经过表面疏水处理的硅灰粒径范围为0.1-1μm。

17、进一步地，uhpc预混料在存储过程中由于受潮，水泥颗粒发生水化，硅灰在水泥颗粒表面发生二次水化形成粘连，硅灰颗粒的填充效果消失，从而导致流动性降低、搅拌时间延长，因此本发明采用表面疏水处理的硅灰，硅灰表面经过疏水处理后，经过表面疏水处理的硅灰具有更好的流动性和分散性，能够更好地与混凝土中的其他成分相互作用，能够更好地与混凝土中的其他成分混合均匀，形成一种更加稳定的结构，而且硅灰能够填充混凝土中的细小空隙，填补骨料间的缝隙，提高混凝土的密实性和致密性，能够有效地提高混凝土的强度和韧性，使其具有更好的耐久性和抗渗性能。同时，经过表面疏水处理的硅灰还能够与水中的钙氢离子反应，形成硅酸钙凝胶，这种凝胶具有良好的黏结性和胶凝性，能够增强混凝土的内聚力，进一步降低混凝土的收缩率。

18、一种uhpc快速流化掺合料，其制备方法包括以下步骤：

19、按照重量比例计算，先把粉煤灰微珠、电气石粉、球形三氧化二铝和球形纳米三氧化二铁加入搅拌机中进行搅拌，混合均匀，保持搅拌5-10min，然后加入硅灰继续搅拌5-10min，得到uhpc快速流化掺合料。

20、本发明的有益效果：

21、与现有技术相比，为解决uhpc预混料在存储过程中由于受潮，水泥颗粒发生水化，硅灰在水泥颗粒表面发生二次水化形成粘连，硅灰颗粒的填充效果消失，从而导致流动性降低、搅拌时间延长等问题，本发明采用表面疏水处理的硅灰，硅灰表面经过疏水处理后，经过表面疏水处理的硅灰具有更好的流动性和分散性，能够更好地与混凝土中的其他成分相互作用，能够更好地与混凝土中的其他成分混合均匀，避免硅灰表面过多接触水分，同时加入30nm的球形三氧化二铁有效吸收存储过程中的水分，实现内部防潮；粉煤灰微珠的球状滚珠效果可以大大降低搅拌过程中粉料颗粒之间的摩擦耗能，从而缩短流化时间；电气石粉表面具有荷电效果，同种电荷相互排斥，可以有效提高搅拌过程中粉体颗粒的分散；三氧化二铝具有较高的硬度，莫氏硬度接近9，选用四种不同粒径的球状三氧化二铝可以作为不同粒径的颗粒摩擦的支撑位点，从而达到快速实现最紧密堆积、流化的目的；各种材料通过相互之间的协同作用，可以提高uhpc在加水搅拌后快速流化，缩短搅拌时间。此外，不同颗粒粒径相互搭配，可形成紧密堆积，降低填充粉体颗粒间隙的用水量，相同水胶比条件下自由水含量更高，更能达到快速流化的目的，更好的减短了施工时间，提高了施工效率。