一种超高性能混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体的，涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.超高性能混凝土，简称uhpc(ultra
‑
high performance concrete)，也称作活性粉末混凝土，是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料。它的基本配制原理是通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减到最少，以获得超高强度与高耐久性。
3.超高性能混凝土是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现工程材料性能的大跨越。uhpc建筑物逐渐朝向超高层、多造型、大跨度、轻质化方向发展，这些特殊建筑物对混凝土材料各方面性能提出较高要求。超高性能混凝土凭借优异的性能在建材行业得到了广泛的应用。
4.但目前超高性能混凝土由于韧性较差出现爆裂问题，导致耐久性能较差，使用寿命较低。对于模具填充、裂缝修补等均需要在uhpc浆体具备高流动性性能。


技术实现要素：

5.本发明提出一种超高性能混凝土及其制备方法，解决了现有技术中流动性和强度韧性不匹配的问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种超高性能混凝土，按照重量份包括以下组分：水泥800～1000份、硅灰300～350份、复合纤维100～200份、磨细石英砂150～200份、聚羧酸类减水剂10～15份、2,3
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二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠1～3份、四甲基四苯基三聚硅氧烷3～5份、水150～200份。
8.作为进一步的技术方案，按照重量份包括以下组分：水泥900份、硅灰330份、复合纤维150份、磨细石英砂170份、聚羧酸类减水剂13份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4份、水180份。
9.作为进一步的技术方案，按照重量份包括以下组分：水泥850份、硅灰320份、复合纤维160份、磨细石英砂180份、聚羧酸类减水剂12份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2.5份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4.5份、水170份。
10.作为进一步的技术方案，所述硅灰的粒径分布范围为0.1～0.15μm，sio2含量≥98％。
11.作为进一步的技术方案，所述复合纤维为聚苯并咪唑纤维与聚间苯二甲酰间苯二胺纤维混织，经碳化以后的纤维。
12.作为进一步的技术方案，所述复合纤维直径为0.1～0.15mm，长度8～10mm。
13.作为进一步的技术方案，所述水泥的粒径为20～40μm。
14.本发明还提出一种超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：
15.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌；
16.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌；
17.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌；
18.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
19.作为进一步的技术方案，所述步骤s1中搅拌时间为3～5min，所述步骤s2中搅拌时间为20～50s，所述步骤s3中搅拌时间为1～3min。
20.本发明的有益效果为：
21.1、本发明中组分和实验方法得到的混凝土流动性和力学性能都比较优异，实施例4是综合性能最佳的实施例。发明人添加2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠提高了混凝土流动性和力学性能。发明人认为，这是由于2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠给体系中除了羧基之外，还引入磷酸基团和酰胺基，通过引入极性基团，2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠比常规的聚羧酸类减水剂的润滑作用更好，使得水泥颗粒之间的滑动阻力更小，流动性提高。
22.2、发明人添加碳化后的有机纤维是为了提高混凝土的力学性能，但是经过实验探究发现，将有机纤维碳化可以在一定程度上提高混凝土的和易性。
23.3、发明人采用四甲基四苯基三聚硅氧烷代替常规的聚硅氧烷消泡剂，四甲基四苯基三聚硅氧烷在体系中引入了空间位阻较大的基团，从一定程度上阻碍了水泥颗粒之间的凝聚作用，提高了混凝土的坍落度。
24.4、发明人通过实验探究发现，将复合纤维分步添加时，将一部分2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠与复合纤维先混合，能够更好的将其亲水性和促进分散的作用附于其中，也能改善复合纤维在体系中的兼容性，最终使得混凝土的各方面性能较好，剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠能可以提高体系中的水泥等其他组分的流动性。而且申请人发现，只需将其分两步添加即可，如果分多批次添加，得到的性能几乎变化不大，反而会使得制备过程变得复杂。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
26.本发明的实施例和对比例中，如果没有特殊说明，硅灰的粒径分布范围为0.1～0.15μm，sio2含量≥98％，水泥的粒径为20～40μm，复合纤维为聚苯并咪唑纤维与聚间苯二甲酰间苯二胺纤维1：1混织，按照常规的碳化工艺以及温度梯度，将其碳化，碳化温度设置为800～1000℃，通过调节牵伸速度使得最终得复合纤维直径为0.1～0.15mm，将复合纤维剪切为长度8～10mm。聚羧酸类减水剂源自北京万图朋科技公司。
27.实施例1
28.备料：水泥800份、硅灰300份、复合纤维100份、磨细石英砂150份、聚羧酸类减水剂10份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠1份、四甲基四苯基三聚硅氧烷
3份、水150份。
29.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌3min；
30.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌30s；
31.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌1min；
32.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
33.实施例2
34.备料：水泥1000份、硅灰350份、复合纤维200份、磨细石英砂200份、聚羧酸类减水剂15份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠3份、四甲基四苯基三聚硅氧烷5份、水200份。
35.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌5min；
36.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌50s；
37.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌3min；
38.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
39.实施例3
40.备料：水泥900份、硅灰330份、复合纤维150份、磨细石英砂170份、聚羧酸类减水剂13份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4份、水180份。
41.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌4min；
42.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌40s；
43.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌2min；
44.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
45.实施例4
46.备料：水泥850份、硅灰320份、复合纤维160份、磨细石英砂180份、聚羧酸类减水剂12份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2.5份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4.5份、水170份。
47.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌4min；
48.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌40s；
49.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌2min；
50.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
51.实施例5
52.备料：水泥850份、硅灰320份、复合纤维160份、磨细石英砂180份、聚羧酸类减水剂
12份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2.5份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4.5份、水170份。
53.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌4min；
54.s2、加入上述质量份的复合纤维和二分之一的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌40s；
55.s3、加入剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠，继续搅拌2min；
56.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
57.对比例1
58.备料：水泥850份、硅灰320份、复合纤维160份、磨细石英砂180份、聚羧酸类减水剂14.5份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4.5份、水170份。
59.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、12份聚羧酸类减水剂搅拌4min；
60.s2、加入上述质量份的复合纤维和1份的聚羧酸类减水剂搅拌40s；
61.s3、加入剩余的聚羧酸类减水剂，继续搅拌2min；
62.s4、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
63.对比例2
64.与实施例4相比，复合纤维不经过碳化处理，其他与实施例4相同。
65.对比例3
66.与实施例4相比，采用等量的聚二甲基硅氧烷代替四甲基四苯基三聚硅氧烷，其他与实施例4相同。
67.对比例4
68.备料：水泥850份、硅灰320份、复合纤维160份、磨细石英砂180份、聚羧酸类减水剂12份、2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠2.5份、四甲基四苯基三聚硅氧烷4.5份、水170份。
69.s1、称取上述质量份的硅灰、磨细石英砂、水泥、水、聚羧酸类减水剂搅拌4min；
70.s2、加入复合纤维和2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠搅拌2min；
71.s3、将搅拌结束后的超高性能混凝土浇筑入模并标准养护即可。
72.参照《普通混凝土力学性能试验方法标准gb/t50081
‑
2016》测试实施例和对比例的性能，测试结果如表1所示。
73.表1实施例和对比例超高性能混凝土的测试结果
[0074][0075]
按照本发明的组分和实验方法得到的混凝土流动性和力学性能都比较优异，实施例4是综合性能最佳的实施例。对比例1中，只添加聚羧酸类减水剂，不添加2,3
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二(十四碳酰氨基)丙基2
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三甲基铵乙基磷酸酯钠，制备得到的混凝土流动性与实施例4相比，流动性较差，力学性能较差，发明人认为，这是由于2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠给体系中除了羧基之外，还引入磷酸基团和酰胺基，通过引入极性基团，2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠比常规的聚羧酸类减水剂的润滑作用更好，使得水泥颗粒之间的滑动阻力更小，流动性提高。
[0076]
与实施例4相比，对比例2中有机纤维没有经过碳化处理，发明人发现经过碳化后的纤维与原丝相比，制得的混凝土不仅力学性能有所降低，坍落度有所降低，发明人之所以添加碳化与未碳化的纤维进行对比实验，是为了提高混凝土的力学性能，但是经过实验探究发现，将有机纤维碳化可以在一定程度上提高混凝土的和易性。
[0077]
与实施例4相比，对比例3中采用常规的聚硅氧烷类消泡剂各方面性能有所降低，四甲基四苯基三聚硅氧烷在体系中引入了空间位阻较大的基团，从一定程度上阻碍了水泥颗粒之间的凝聚作用，提高了混凝土的坍落度。
[0078]
对比例4为进行一步添加的制备方式，而发明人通过实验探究发现，将复合纤维分步添加时，将一部分2,3
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二(十四碳酰氨基)丙基2
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三甲基铵乙基磷酸酯钠与复合纤维先混合，能够更好的将其亲水性和促进分散的作用附于其中，也能改善复合纤维在体系中的兼容性，最终使得混凝土的各方面性能较好，剩余的2,3
‑
二(十四碳酰氨基)丙基2
‑
三甲基铵乙基磷酸酯钠能可以提高体系中的水泥等其他组分的流动性。而且申请人发现，只需将其分两步添加即可，如果分多批次添加，得到的性能几乎变化不大，反而会使得制备过程变得复杂。
[0079]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。