一种超高性能混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及土木工程中的建筑材料技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土作为建筑结构的主导材料已有一百多年的历史。随着大量高层/超高层建 筑、大跨桥梁以及港口机场等建筑形式的拔地而起，高抗压强度(大于l〇〇MPa)且耐久性、抗 疲劳和抗冲击性能极佳的超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete，UHPC)应 运而生。
[0003] 但是UHPC所特有的极为致密的微观结构在大幅度提高强度的同时，也会不可避免 地给结构的火灾安全性带来巨大隐患，如在高温火灾作用下极易发生爆裂，导致结构承载 力显著下降，严重威胁生命财产安全。
[0004] 已公开的研究表明，UHPC高温作用下发生爆裂的作用机理主要包括蒸汽压机理和 热应力机理，且前者对高温爆裂的发生起主要控制作用。目前针对减小蒸汽压机理来提高 UHPC防高温爆裂性能的方法主要集中在如何"泄压"方面，典型方法为:掺加适量的、恪点较 低的聚合物纤维，利用纤维高温熔化后形成的通道来增强泄压能力，降低高温引发的混凝 土内部蒸汽压，防止UHPC高温爆裂的发生，但这种方法并不能显著提高UHPC的常温力学性 能。
【发明内容】
[0005] 由【背景技术】可知，蒸汽压机理对UHPC高温爆裂的发生起主导控制作用。本发明舍 弃了以往通过掺加聚合物纤维增强UHPC高温"泄压"能力的惯用技术途径，提出一种新的超 高性能混凝土及相应的制备方法，开拓性地从混凝土自身"减压"角度出发，引入干热养护 工艺来提高UHPC的防高温爆裂性能。基本原理是:采用干热养护减少UHPC内部游离水的数 量，降低混凝土自身湿含量，以降低其高温爆裂时的内部蒸汽压力，进而提高UHPC的防高温 爆裂性能。
[0006] 本发明采用的技术方案具体为：
[0007] -种超高性能混凝土，每立方米成品由以下各组分按照相应的重量配比均匀混合 而成：
[0008] 胶凝材料，包括：水泥500~600kg/m3,硅灰70~120kg/m 3,粉煤灰100~200kg/m3， 矿渣粉70~120kg/m3;
[0009] 骨料，包括:细骨料550~650kg/m3，粗骨料800~1000kg/m 3;
[0010] 高效减水剂，减水率M5%，含量为胶凝材料的0.8~1.2wt% ;
[0011] 水，保持胶凝材料、骨料与水形成的拌合物的水胶比为0.14~0.20。
[0012] 在上述超高性能混凝土中，所述拌合物由以下各组分按照相应的重量配比均匀混 合而成：
[0013] 水泥500~5501<^/1113，娃灰80~1001^/1113，粉煤灰150~2001^/111 3，矿渔粉80~ 100kg/m3 ；
[0014] 细骨料 580 ~640kg/m3，粗骨料900 ~950kg/m3。
[0015] 在上述超高性能混凝土中，所述细骨料为机制砂或者天然砂，所述细骨料的细度 模数为2.4~3.0。
[0016] 在上述超高性能混凝土中，所述粗骨料为玄武岩、花岗岩、石灰岩或者辉绿岩，所 述粗骨料由5~10mm和10~16mm两种粒径规格的原材均勾混合而成，两种粒径规格的原材 的重量比为3:5~3:8。
[0017]在上述超高性能混凝土中，所述拌合物的抗压强度2 lOOMPa。
[0018] 一种超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0019] S10、拌合物的制备：
[0020]先加入细骨料和总用水量20wt %的水，搅拌1~2min，再加入水泥、硅灰、粉煤灰和 矿渣粉，搅拌4~5min，旨在使胶凝材料包裹在砂子表面，形成低水胶比的水泥浆薄壳;之后 加入粗骨料，搅拌3~4min，充分混合后，加入减水率2 15 %的高效减水剂及满足设定拌合 物水胶比的剩余用水量，搅拌3~5min;即形成作为初成品的拌合物;测定拌合物的坍落度， 使其保持在200 ± 50mm的范围内；
[0021] S20、养护：
[0022]初成品拆模后，在温度为100~300 °C、恒温时长为1~4d的养护制度下对其进行干 热养护，之后再密封保存至养护龄期，养护完成即形成成品混凝土。
[0023]在上述超高性能混凝土的制备方法中，在步骤S20中，在干热养护之前，进行泡水 预养护。
[0024]在上述超高性能混凝土的制备方法中，所述泡水预养护的养护制度为:常温泡水5 ~7d〇
[0025]在上述超高性能混凝土的制备方法中，所述泡水预养护的养护制度为：在60~90 °C的热水中养护2~4d。
[0026] 本发明产生的有益效果是：
[0027] 本发明通过干热养护的方式，减小了混凝土自身内部的游离水，降低了湿含量，进 而降低了在火灾高温作用下UHPC内部形成的蒸汽压力，具有很好的"减压"效果，明显提高 了 UHPC的防高温爆裂性能。
[0028] 此外，本发明中的干热养护还可以促进胶凝材料(水泥及活性掺合料）的水化，在 一定程度上改善粗骨料与砂浆界面的缺陷，提高含粗骨料超高性能混凝土的常温力学性 能，进一步提高通过简单便捷的养护方法改善UHPC整体性能的可行性，这将更加有利于其 在实际工程中的推广及应用。
【附图说明】
[0029]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供 对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 [0030]图1为本发明一种超高性能混凝土的对比例及各实施例经800°C高温爆裂试验后 形貌图；
[0031]图ι-a为本发明一种超高性能混凝土的对比例经800°C高温爆裂试验后形貌图； [0032]图Ι-b为本发明一种超高性能混凝土的实施例1经800°C高温爆裂试验后形貌图； [0033]图1-c为本发明一种超高性能混凝土的实施例2经800°C高温爆裂试验后形貌图； [0034]图Ι-d为本发明一种超高性能混凝土的实施例3经800°C高温爆裂试验后形貌图； [0035]图2-a为本发明一种超高性能混凝土的对比例的高温爆裂试验过程的升温曲线； [0036]图2-b为本发明一种超高性能混凝土的实施例1的高温爆裂试验过程的升温曲线； [0037]图2-c为本发明一种超高性能混凝土的实施例2的高温爆裂试验过程的升温曲线； [0038]图2-d为本发明一种超高性能混凝土的实施例3的高温爆裂试验过程的升温曲线； [0039]图3为本发明一种超高性能混凝土的干热养护方法的对比例以及各实施例的常温 抗压强度对比图；
[0040] 图4为本发明一种超高性能混凝土的干热养护方法的对比例以及各实施例的常温 劈裂抗拉强度对比图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0042] 本发明的超高性能混凝土中，每立方米成品由以下各组分按照重量配比均匀混合 而成：
[0043 ]胶凝材料，包括：
[0044] 水泥450~600kg/m3，娃灰70~1201<^/1113，粉煤灰100~2001^/111 3，矿渔粉70~ 120kg/m3；
[0045] 骨料，包括：
[0046] 细骨料，为机制砂或者天然砂，配比为550~650kg/m3;
[0047] 粗骨料，为玄武岩、花岗岩、石灰岩或者辉绿岩，配比为800~1000kg/m3;
[0048] 高效减水剂(减水率2 15%)，用量为胶凝材料的0.8~1.2wt%;
[0049] 水，保持胶凝材料、骨料与水形成的拌合物的水胶比为0.14~0.20。
[0050] 优选地，各组分的配比为：
[0051 ]水泥500~5501<^/1113，娃灰80~1001^/1113，粉煤灰150~2001^/111 3，矿渔粉80~ 100kg/m3,机制砂或者天然砂580~640kg/m3，粗骨料900~950kg/m 3。
[0052] 上述各组分中：
[0053] 水泥为强度等级52.5级或者52.5R级的硅酸盐系列水泥；
[0054]细骨料的细度模数为2.4~3.0;
[0055] 粗骨料由5~10mm和10~16mm两种粒径的前述石子均勾混合而成，且两种粒径规 格的重量比为3:5~3:8,优选为3:7。
[0056]将组分按照上述配比，先加入细骨料和总用水量20wt%的水，搅拌1~2min;再加 入水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣粉，搅拌4~5min，旨在使胶凝材料包裹在砂子表面，形成低水 胶比的水泥浆薄壳;之后加入粗骨料，搅拌3~4min，充分混合后，加入减水率2 15%的高效 减水剂及满足设定拌合物水胶比的剩余用水量，搅拌3~5min;即形成作为初成品的拌合 物;测定拌合物的坍落度，使其保持在200 ± 50mm的范围内。
[0057]较之于剔除粗骨料，采用紧密堆积密度原理制备的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，本发明通过在UHPC中加入粗骨料，在降低成本的同时，骨料还具有 一定的骨架作用，在性能可以得到保证的前提下，显然更易于UHPC的推广。
[0058]本发明在拆模后对初成品进一步进行干热养护，在改善粗骨料与砂浆的界面缺 陷，提高混凝土力学性能的同时，还可以明显地提高超高性能混凝土的防