一种C80强度等级的高性能混凝土及其制备方法与流程

本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种c80强度等级的高性能混凝土及其制备方法。

背景技术：

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)、水以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而其用量越来越大。

随着我国桥梁、高层建筑等工程领域的迅速发展，对混凝土强度等各方面的性能要求也越来越高，与高层建筑工程相比，桥梁工程处于室外，桥梁混凝土又直接裸露在露天环境中，环境更为恶劣，在桥墩和空气的交界面，由于水位的变化，长时间遭到水的冲击，如此往复，混凝土结构腐蚀更为严重，时间久后容易造成桥身开裂，造成安全隐患，因此亟需研发一种强度高、抗渗性好和抗冲击性好的混凝土。

技术实现要素：

为提高混凝土的强度和改善混凝土的抗渗性能和抗冲击性能，本申请提供一种c80强度等级的高性能混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种c80强度等级的高性能混凝土，采用如下的技术方案：

一种c80强度等级的高性能混凝土，包括以下重量份的组分：水100-160份，硅酸盐水泥300-400份，砂550-620份，碎石950-1200份，硅粉25-35份，矿物掺合料90-120份，聚羧酸系高效减水剂2-6份，填料12-25份；

所述填料包括以下重量份的原料：聚乙烯醇树脂3-6份、水4-7份、消泡剂0.5-1份、气相二氧化硅1.5-3份、淀粉0.8-2份和沸石粉1.2-3份。

通过采用上述技术方案，硅粉粒度小，具有极大的比表面积和极高的活性，在混凝土中发挥填充效应和火山灰反应，使混凝土变得更加致密，使得混凝土的强度有较大幅度的提高。矿物掺合料的加入，以使得水泥熟料矿物水化后的产物与活性氧化物进行反应，能够产生更多的凝胶材料，使混凝土结构更为致密，有利于提高产品的强度等级和抗渗性能。

聚乙烯醇树脂与淀粉与水形成粘结体系，主要起粘结作用，提高混凝土骨料间的粘结力，改善混凝土界面结构，气相二氧化硅分散在形成的粘结体系中，在体系中形成二氧化硅聚集体网络，起到一定的补强作用，同时填补了混凝土在收缩过程中产生的裂缝。由于气相二氧化硅的小粒径和高表面能，气相二氧化硅可对其它组分起分散作用，提高各组分之间的分散性，气相二氧化硅还可以吸附在粉末粒子的表面，在表面形成一个表层，改善混凝土的抗冲击性能和抗渗性能。淀粉的加入与聚乙烯醇树脂协同作用，混凝土骨料间的粘结力，混凝土结构更为致密。

消泡剂具有良好的抑泡和消泡性能，可抑制和消除聚乙烯醇树脂溶于水时产生的气泡，提高填料的性能；同时消泡剂还可抑制或消除混凝土制备过程中产生的气泡，提高混凝土表面平整平滑度，从而改善混凝土的综合质量。

沸石粉其内表面积大，为水泥水化提供了很大的空间，掺加沸石粉后，混凝土内部结构得以改善，沸石粉本身也具有一定的水硬性，在水泥熟料的激发下产生强度，进一步提高混凝土的强度；同时沸石粉还能与其它原料形成的胶粘体系协同配合，改善混凝土的界面性能，提高混凝土的强度。

优选的，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

通过采用上述技术方案，优化合适的消泡剂，不仅抑制和消除聚乙烯醇树脂在溶解中产生的气泡，还能够以使得减少混凝土制备过程中产生的气泡，使得制得的混凝土表面平整平滑，提高混凝土的质量。

优选的，所述矿物掺合料由粉煤灰和粒化高炉矿渣粉组成，所述粉煤灰的松散容重为700-900㎏/m³，所述粒化高炉矿渣粉的比表面积为400-420m²/㎏。

通过采用上述技术方案，混凝土中加入高性能矿物掺和料，能有效减少硅酸盐水泥的用量，粉煤灰与硅粉协同作用，弥补钢渣粉早期强度不足的劣势，保证全龄期强度稳定发展。

优选的，所述粉煤灰和粒化高炉矿渣粉的质量比为(1-2):1。

优选的，所述硅酸盐水泥为p.o52.5r级硅酸盐水泥，所述砂为细度模数为2.5-3.1的石灰岩质或白云石质机制砂，所述碎石为粒径为5-20mm连续级配的石灰岩质或白云石质机制碎石。

通过采用上述技术方案，进一步优化矿物掺和料中组分的配比，选取适配的原料组分，以使得各组分之间的协同作用能够促进胶凝材料水化更加充分，改善混凝土内部的微观结构，减少有害孔隙数量，使混凝土内部结构更加密实。

第二方面，本申请提供一种c80强度等级的高性能混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：

优选的，包括以下步骤：

步骤一：制备填料；

步骤二：将硅酸盐水泥、砂和碎石混合均匀，一边搅拌一边加入水、硅粉、矿物掺合料、填料和聚羧酸系高效减水剂。

优选的，所述填料的制备包括以下步骤：

步骤1：将聚乙烯醇树脂和消泡剂溶于20-30℃的水中，缓慢搅拌以使得聚乙烯醇树脂充分溶胀，一边搅拌一边以2-3℃的升温速率升温至80℃，以使得聚乙烯醇树脂加速溶解，保温1-2小时，制得聚乙烯醇树脂溶液；

步骤2：一边搅拌一边向聚乙烯醇树脂溶液中依次加入淀粉和气相二氧化硅，制得悬浊液，将悬浊液蒸干水分后制得半成品；

步骤3：将步骤三制得的半成品和沸石粉混合均匀后，于挤出机中挤出造粒，制得填料颗粒；

步骤4：将填料颗粒进行粉碎，得到填料。

通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇树脂与消泡剂先溶于温水中，使得聚乙烯醇树脂充分溶胀，消泡剂的加入以抑制泡沫的产生，一边搅拌一边升温，以使得聚乙烯醇树脂加速溶解形成聚乙烯醇树脂溶液，聚乙烯醇树脂溶液具有良好的粘结性，依次加入淀粉和气相二氧化硅，以使得聚乙烯醇树脂溶液与淀粉形成粘结体系，然后加入气相二氧化硅，既能提高整个体系的分散性能，又能在体系中形成二氧化硅聚集体网络。加入沸石粉后再进行造粒操作，保持各组分的均匀度，改善填料中各组分的分布，提高填料的质量，增加填料与其它组分的相容性，协同改善混凝土的综合性能。

优选的，所述步骤2中，在温度为70-85℃条件下进行蒸干，时间为30-40min。

通过采用上述技术方案，在70-85℃条件下进行蒸干，水分蒸干较快，同时保证整个体系的稳定性。

优选的，在步骤4中，将填料颗粒粉碎至10μm以下。

通过采用上述技术方案，将填料颗粒进行粉碎至10μm以下，粒度小，分散性能好，提高填料的使用效果。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、加入硅粉和矿物掺和料，提高混凝土整体的强度性能和抗渗性能。

2、通过采用特定的方法制备填料，以使得制得的填料，各原料组分协同配合，以促进胶凝材料水化更加充分，改善混凝土内部的微观结构，提高混凝土的整体强度和综合性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例和对比例中所用原料均为普通市售原料。

实施例

实施例1

一种c80强度等级的高性能混凝土，包括以下重量的组分：水140㎏，硅酸盐水泥374㎏，砂600㎏，碎石1164㎏，硅粉31㎏，矿物掺合料115㎏，聚羧酸系高效减水剂5㎏，填料12㎏；填料包括以下重量的原料：聚乙烯醇树脂3㎏、水4㎏、消泡剂0.5㎏、气相二氧化硅1.5㎏、淀粉0.8㎏、沸石粉1.2㎏；

所用硅酸盐水泥为p·o52.5r级硅酸盐水泥，砂选择级配良好的石灰岩质的中粗机制砂，细度模数为2.5-3.1，优选的细度模数为2.8，碎石选择5-20mm连续级配的石灰岩质碎石；

所用矿物掺合料由粉煤灰50㎏和粒化高炉矿渣粉65㎏组成，所用粉煤灰为优质ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的松散容重为800㎏/m³，需水量比不大于95％，所用粒化高炉矿渣粉的比表面积为420m²/㎏；

所用聚羧酸高效减水剂购自西卡(中国)有限公司，减水率达30％以上；

所用消泡剂为gp型甘油聚醚；

其制备方法包括以下步骤：步骤一：制备填料；

填料的制备包括以下步骤：

步骤1：将聚乙烯醇树脂和消泡剂溶于25℃的水中，缓慢搅拌以使得聚乙烯醇树脂充分溶胀，一边搅拌一边以2-3℃的升温速率升温至80℃，以使得聚乙烯醇树脂加速溶解，保温1.2小时，制得聚乙烯醇树脂溶液；

步骤2：一边搅拌一边向聚乙烯醇树脂溶液中依次加入淀粉和气相二氧化硅，制得悬浊液，将悬浊液在温度为70℃条件下进行蒸干，时间为40min，蒸干水分后制得半成品；

步骤3：将步骤三制得的半成品和沸石粉混合均匀后，于挤出机中挤出造粒，制得填料颗粒；

步骤4：将填料颗粒进行粉碎，将填料颗粒粉碎至10μm以下，得到填料；

步骤二：将硅酸盐水泥、砂和碎石混合均匀，一边搅拌一边加入水、硅粉、矿物掺合料、填料和聚羧酸系高效减水剂。

实施例2-9与实施例1的区别仅在于各组分配比不同，实施例1-9中各组分的质量如表1所示。

表1实施例1-9中各组分

实施例10

与实施例9的区别在于，一种c80强度等级的高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备填料；

填料的制备包括以下步骤：

步骤1：将聚乙烯醇树脂和消泡剂溶于30℃的水中，缓慢搅拌以使得聚乙烯醇树脂充分溶胀，一边搅拌一边以2-3℃的升温速率升温至80℃，以使得聚乙烯醇树脂加速溶解，保温2小时，制得聚乙烯醇树脂溶液；

步骤2：一边搅拌一边向聚乙烯醇树脂溶液中依次加入淀粉和气相二氧化硅，制得悬浊液，将悬浊液在温度为85℃条件下进行蒸干，时间为30min，蒸干水分后制得半成品；

步骤3：将步骤三制得的半成品和沸石粉混合均匀后，于挤出机中挤出造粒，制得填料颗粒；

步骤4：将填料颗粒进行粉碎，将填料颗粒粉碎至10μm以下，得到填料；

步骤二：将硅酸盐水泥、砂和碎石混合均匀，一边搅拌一边加入水、硅粉、矿物掺合料、填料和聚羧酸系高效减水剂。

对比例

对比例1

与实施例1的区别在于，不加入填料，其余均与实施例1相同。

对比例2

与实施例1的区别在于，填料中不含有气相二氧化硅，其余均与实施例1相同。

对比例3

与实施例1的区别在于，填料中不含有淀粉，其余均与实施例1相同。

对比例4

与实施例1的区别在于，填料的制备包括以下步骤：

步骤1：将聚乙烯醇树脂、淀粉、气相二氧化硅和消泡剂溶于20-30℃的水中，缓慢搅拌以使得聚乙烯醇树脂充分溶胀，一边搅拌一边以2-3℃的升温速率升温至80℃，充分混合均匀后，保温1-2小时，并蒸干水分，制得半成品；

步骤2：将步骤三制得的半成品和沸石粉混合均匀，制得填料颗粒；

步骤3：将填料颗粒粉碎至10μm，得到填料。

性能检测试验

将实施例1-10和对比例1-4制得的混凝土试块于标准条件下进行养护，并进行抗压强度、抗渗透性能、抗碳化性能和抗冲击性能检测，结果如表2所示。

抗压强度：按照gb/t50010《混凝土结构设计规范》中的规范检测混凝土标准试块在第28天、第56天时测得的抗压强度。

抗渗透性能：按照gb/t50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试各实施例和对比例中制得的混凝土标准试块的渗水深度。

抗碳化性能：按照gb/t50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的碳化实验测试各实施例和对比例中制得的混凝土标准试块在第28天的碳化深度。

抗冲击性能：取出养护好的标准试块，在-20℃、0℃及40℃下保温4h，用冲击试验机对混凝土试块进行冲击试验，检测混凝土在各温度下遭受冲击时是否产生裂缝。

表3试验结果

通过实施例1-4可以看到，不同原料的组分和配比对混凝土的强度、抗渗性和具有一定的影响，当粉煤灰和粒化高炉矿渣的质量比为1:1时，混凝土的强度等级有明显幅度的提升；通过对比例5-9可以看到，填料的的组成以及配比对混凝土的强度、抗渗性能、抗碳化性能均有一定程度的影响，实施例9的组分配比更佳。

通过实施例1和对比例1可以看到，对比例1中没有加入填料，对比例1制得的混凝土的强度明显下降，其抗渗性能和抗碳化性能明显降低，在相同的冲击试验条件下，混凝土试块表面有裂缝产生，未加入填料制得的混凝土的抗冲击性能差，遭受冲击时保持形状能力明显下降，由此可见填料组分的加入，对混凝土的强度、抗渗性能、抗碳化性能和抗冲击性能均有显著影响。

通过实施例1和对比例2、对比例3可以看到，气相二氧化硅或淀粉的加入，均与填料中的其它组分协同配合，共同改善混凝土的强度、抗渗性能、抗碳化性能。

通过实施例1与对比例4可以看到，填料的制备方法对混凝土的强度、抗渗性能、抗碳化性能均有显著的影响。

通过表4可以看到，本申请实施例1-10制得的混凝土试块满足c80强度等级的指标，其抗渗性能和抗碳化性能较强，在三个不同温度下进行冲击试验，混凝土表面由于受到冲击产生破损，但是破损处没有产生裂缝，由此可见通过本申请制得的混凝土在各温度下力学性能稳定，混凝土在各温度下遭受冲击时保持形状能力强，不容易产生裂纹，抗冲击性能优良。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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