新型混凝土组合物的制作方法
【专利说明】新型混凝±组合物
[0001] 本申请是申请号为200880001872. 2,申请日为2008年1月23日，发明名称为"新 型混凝±组合物"的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及新型混凝±组合物及其用途。
【背景技术】
[0003] 自从20世纪80年代W来，已知娃粉（silicafume)作为水泥中的添加剂。自此， 娃粉的使用程度得到增长，而且目前通常认为娃粉是在高性能混凝± (HPC)，特别是超高性 能混凝±扣册〇 (若获得足W用于现代建筑方法的性能，如抗压强度）的制备中不可缺少 的材料。
[0004] 高性能混凝±通常具有50至100兆帕的28天抗压强度。超高性能混凝±通常具 有100兆帕W上，且通常120兆帕W上的28天抗压强度。
[0005] 娃粉，也称为微娃粉，是娃或娃铁合金制备中的副产物。娃粉的主要成分为非晶态 二氧化娃。单独粒子通常具有约5至10纳米的直径。单独粒子附聚形成0.1至1微米的 附聚物，然后聚集在一起形成20至30微米的聚集体。娃粉通常具有10-30平方米/克的 BET表面积。其已知作为反应活性火山灰材料。
[0006]火山灰在由Arnold出版的Lea'SQiemistryofCementandConcrete,第 4版中 描述为天然或合成的无机材料，当其与氨氧化巧（石灰）或与能释放氨氧化巧的材料（如 Portland水泥熟料）混合时在水中硬化。火山灰通常为娃质或者娃质及侣质材料，其单独 具有很少或不具有水泥价值，但能够在湿气的存在下在室温下与氨氧化巧进行化学反应而 形成具有水泥性能的化合物。
[0007] 因此，应了解娃粉在含有娃粉的混凝±混合物的固化过程中起到积极作用，且娃 粉积极参与到水泥化合物的形成中，所述水泥化合物将存在的各种粒状材料粘合在一起并 由此有助于所得混凝±的强度。
[000引W0 2005/077857描述了一种包含具有不同测得粒度的锻烧侣±矿砂和娃粉的混 合物的极高性能混凝±，其中加入具有确定比表面积值（10平方米/克W上）和形状指 数（至少为0. 3,其中形状指数为粒子厚度与粒子长度的比例，由场效应扫描电子显微镜测 得）的超微细碳酸巧W改进混凝±的白度。碳酸巧的超微细粒子的平均直径为约70纳米。
[0009] W0 2006/134080A1描述了碳酸巧粒子在如具有改进性能的石膏、灰堤（S化CCO)、 水泥抹面、砂浆和混凝±的建筑材料的制备中的用途。所述的改进性能包括良好的吸声性 能和高的耐磨性，但不包括抗压性能。
[0010] 本发明试图用非火山灰材料代替混凝±中基本上全部的火山灰娃粉，而同时保持 所需的性能和其组合；该样的性能包括抗压强度；本发明试图提供尽管没有娃粉，但仍具 有例如足够抗压性能的高性能，尤其是超高性能混凝±。本发明也试图提供具有较短凝固 时间的混凝±。
【发明内容】
[0011] 因此本发明提供了一种混凝±，其包含W相对重量份计的如下组分：
[0012] 100重量份化i^tland水泥；
[0013] 50至200重量份（优选80至170,更优选100至150重量份）具有D10至D90 为0. 063至5毫米的单级配的砂子或者砂子的混合物（优选两种砂子），最细的砂子具有 0. 063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至4毫米的D10至D90;
[0014] 10至80重量份（优选10至50,例如20至40重量份）平均粒子大小15微米W 下的粒状的基本上非火山灰材料；
[0015] 0. 1至10重量份减水超塑化剂，和
[0016] 10至30重量份水；
[0017] 该混凝±基本上不含娃粉；
[0018] 所述混凝±具有100兆帕W上的28天抗压强度。
[0019] 100兆帕的抗压强度通常在进行或不进行热固化下获得。优选热固化W促进较大 的强度。所述抗压强度优选120兆帕W上，更优选150兆帕W上。
[0020] 所述砂子通常为二氧化娃或石灰石砂、锻烧侣±矿或粒状冶金残余物；微细砂也 可包含研磨硬密矿物材料，例如研磨玻化炉渣。优选的砂子混合物包含砂子的混合物（优 选两种砂子），最细的砂子具有0. 063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至2毫米 的D10 至D90。
[0021] 本发明的混凝±优选为自诱注（self-placing)混凝±。其优选具有2至16小时 的Vicat凝固时间，例如4至8小时。HPC和UHPC由于其较高的水泥含量，通常在凝固时显 示较高收缩。通过在加入水之前在混合物中包括通常2至8,优选3至5,例如约4份生石 灰、烧石灰或氧化巧，可减少总收缩。
[0022] 所述基本上非火山灰材料（其后称为非火山灰）优选具有10微米W下，例如8微 米W下，优选5微米W下，例如1至4微米的平均粒子大小。平均粒子大小通常0. 1微米W 上。
[0023] 所述非火山灰可为含粒状碳酸巧的材料（例如，如重质碳酸巧或沉淀碳酸巧的粒 状碳酸巧）。其优选为重质碳酸巧。所述重质碳酸巧可为例如Durcal?l。
[0024] 所述非火山灰可为石英粉，例如可购自Si化aco,化ance的基本上非火山灰二氧 化娃填料的C800。
[0025] 例如重质碳酸巧或石英的非火山灰的优选邸T表面积（由已知方法确定）为2-10 平方米/克，通常为8平方米/克W下，例如4至7平方米/克，优选为6平方米/克W下。
[0026] 沉淀碳酸巧（PCC)也是基本上非火山灰材料。PCC可W多种粒子大小和结晶形式 (例如可为菱形、针状或偏=角面体的方解石或霞石）购得。例如，可使用粒子大小为1微 米W上，优选为偏S角面体形式的PCC(如可购自SpecialtyMineralsInc(SMI)的中值粒 子大小为1. 4至3微米且为偏S角面体的中等PCC)。
[0027] 也可使用粒子大小为1微米W下，例如为0.3至0.7微米的PCC(中值粒子大小为 0. 3至0. 7微米的微细PCC可购自Solvay)。
[002引可使用例如粒子大小为0. 07微米W下的超微细PCC(有时称为纳米PCC)。在超微 细PCC中，单独（初级）粒子可具有约20纳米的粒子大小。单独粒子附聚为（二级）大小 为约0. 1至1微米的簇。所述簇本身形成（S级）大小为1微米W上的附聚物。
[0029] 当使用例如粒子大小为0. 07微米W下的超微细PCC时，其优选为针状或偏S角面 体的；形状指数为优选0. 3 W下，优选0. 2 W下，例如0. 2至0. 1。例子包括通常具有200至 350纳米的平均粒子大小，优选具有6至10平方米/克的比表面的针状霞石或偏=角面体 方解石（例如可购自Solvay的Socal产品）。
[0030] 可使用非火山灰或非火山灰的混合物，例如重质碳酸巧、石英粉或沉淀碳酸巧或 其混合物。
[0031] 本发明的混凝±的缩短的凝固时间是相比于含有娃粉而不是非火山灰的类似混 凝±。
[0032] 本发明的混凝±通常与加强装置结合使用，例如在下文描述的金属和/或有机纤 维和/或其他加强元件。
[0033] 本发明的组合物优选包含金属和/或有机纤维。纤维W体积计的量相对于凝固混 凝±的体积通常为0. 5至8%。W最终凝固混凝上的体积表示的金属纤维的量通常为4% W下，例如0. 5至3. 5%，优选为约2%。W相同基础表示的有机纤维的量通常为1至8%， 优选为2至5 %。当包括该种纤维时，本发明的混凝±优选为超高性能混凝± ;该种混凝± 优选具有120兆帕W上，例如140兆帕W上的抗压强度。
[0034] 金属纤维通常选自钢纤维，如高强度钢纤维、非晶态钢纤维或不诱钢纤维。任选 地，所述钢纤维可涂布非铁金属，如铜、锋、镶（或它们的合金）。
[0035] 金属纤维的单独长度（1)通常为至少2毫米，优选为10-30毫米。1/d比（d为纤 维的直径）通常为10至300,优选为30至300且更优选为30至100。
[0036] 可使用具有可变几何的纤维：它们在末端可为卷曲的、波纹的或弯钩的。纤维的粗 趟度也可变化，和/或可使用具有可变横截面的纤维；所述纤维可通过任何合适的技术获 得，包括通过编织