一种超高性能混凝土及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土及其制备方法与应用。

背景技术：

2.超高性能混凝土以超高的强度、韧性和耐久性为特征，成为实现水泥基材料性能大跨越的新体系。与普通混凝土相比较，超高性能混凝土可以大量减少材料用量，降低建筑成本，节约资源，减少生产、运输和施工能耗。
3.装饰混凝土一次性浇筑成型，以混凝土本身的自然质感与精心设计的自然状态作为装饰面的表现形式，其表面光滑平整、整体线条顺畅，可直接用于建筑立面。近年来，装饰混凝土制品除用作建筑物内外墙表面的装饰之外，也越来越多的被用来制作工艺品，装饰混凝土工艺品以其丰富多变的外形和清新自然的独特气质，赢得了越来越多人的喜爱。
4.但超高性能混凝土采用传统的搅拌工艺，很难将物料与纤维完全分散开，而在混凝土中形成明显的气孔等缺陷，造成配置混凝土的强度的波动性较大。此外，超高性能混凝土胶凝材料用量大，粘度大，其中的气泡很难排出，造成其制备的装饰混凝土工艺品表面留有大量气孔，严重影响了工艺品的美感。在橡胶加工中多采用真空密炼机来增加炼胶，在剪切和挤压作用下，材料可以很好的分散开。但用密炼机来搅拌超高性能混凝土并不适用，原因是密炼机搅拌过程中上顶栓对原料往往施加较高的压力(0.5～2mpa)，导致浆体与骨料在搅拌过程中发生分离，形成泌水或泌浆，所得混凝土的性能降低。
5.鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种超高性能混凝土及其制备方法与应用，该超高性能混凝土工艺品具有高抗折强度和抗压强度，同时表面几乎没有气泡，具有良好的外观。
7.具体地，本发明提供以下技术方案：
8.一种超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
9.(1)将包括胶凝材料、石英砂、硅灰、保水剂、水、减水剂和消泡剂的原料加入密炼机中，混练一段时间，得到混合料；
10.(2)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，混练一段时间，然后在混练的同时使密炼机内压力在10～20秒内快速恢复至常压，停止搅拌即得混凝土浆体。
11.本领域公知，密炼机采用两组搅拌桨进行对辊搅拌，本发明发现，将混凝土原材料通过密炼机在真空下混练，混凝土原料在搅拌过程中在搅拌桨与筒壁之间、两个搅拌桨之间产生挤压，在剪切和挤压双重作用，可将原料分散均匀，减少团聚，同时消除大量气泡。进一步发现，使密炼机内压力在10～20秒内快速恢复至常压，可通过混凝土搅拌过程中外部环境气压的剧烈变化，有利于气泡自身体积突变而破裂，进一步减少了混凝土中气泡含量，从而实现表面完好无气孔的装饰效果，使得超高性能混凝土具有更高的抗折和抗压强度，
表面几乎没有气泡，具有良好的外观，即满足超高强度，又满足装饰混凝土表面性能。
12.作为优选，所述步骤(1)具体为：
13.将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；
14.将混合料加入到密炼机中混练一定时间；
15.将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，混练一定时间，得新拌混凝土浆体；
16.将纤维加入到密炼机中，混练一定时间。
17.本发明发现，步骤(1)采用上述搅拌方式有利于原料混合更均匀，为制备性能优异的超高性能混凝土奠定了基础。
18.作为优选，步骤(2)的混练过程中，密炼机上顶栓对混凝土浆体压力为0～0.2mpa。本发明发现，将压力控制在0.2mpa以下，可避免浆体与骨料在搅拌过程中发生分离，同时提高混合效率。
19.作为优选，所述密炼机的搅拌桶筒壁与搅拌桨的间距为5～20mm。在上述范围内，筒壁和搅拌桨能实现更好的真空剪切挤压效果。
20.作为优选，所述制备方法还包括：将所得混凝土浆体加入模具中辊压成型，将辊压成型后的材料养护24
±
2h。
21.在具体的实施方式中，所述养护带模具进行，待养护完成后再脱模。
22.作为优选，以质量比计，所述原料中包括20-50％的石英砂；
23.所述石英砂包括质量比为(30-50)：(20-40)：(20-40)的粒度大小14-28目的石英砂、粒度大小28-48目的石英砂和粒度大小48-90目的石英砂。
24.本发明发现，采用上述用量和级配的石英砂可实现超高性能混凝土的紧密堆积，进而使该超高性能混凝土具有更高的抗折和抗压强度。
25.进一步优选地，所述石英砂包括质量比为(35-45)：(25-35)：(25-35)的粒度大小14-28目的石英砂、粒度大小28-48目的石英砂和粒度大小48-90目的石英砂。
26.最优选地，所述石英砂包括质量比为40：30：30的14-28目石英砂、28-48目石英砂和48-90目石英砂。
27.更进一步地，所述石英砂为圆粒石英砂；采用上述石英砂，效果最佳。
28.作为优选，所述石英砂与所述胶凝材料的质量比为0.4～1.0。
29.本发明发现，随着砂胶比的降低，超高性能混凝土表面气孔数量越来越少，装饰效果越来越好。但砂胶比降低，材料体系内胶凝材料增加，导致混凝土的收缩增加，当砂胶比小于0.4以后，在部分构件出会出现明显的裂缝，优选砂胶比在0.4～1.0。
30.进一步地，所述胶凝材料为铝酸盐水泥和/或硅酸盐水泥；
31.更进一步地，所述胶凝材料为p.i 42.5水泥或p.i 52.5水泥。
32.本发明还发现，采用上述胶凝材料与石英砂按照特定配比复配，可进一步提高超高性能混凝土的抗折和抗压强度。
33.作为优选，所述原料包括如下重量份的组分：
34.胶凝材料1100-1700份，石英砂700-1300份，硅灰50-200份，纤维0-150份，水140-260份，减水剂35-65份，消泡剂0.5-1.5份，内保水剂1-5份。
35.本发明中，采用上述石英砂可使超高性能混凝土紧密堆积，采用上述胶凝材料可提高超高性能混凝土的表明性能，减少露砂灯情况发生。采用减水剂可降低水胶比，提高混
凝土的流动性，有利于气泡的排出。采用消泡剂可消除尺寸较大的有害气泡，进而提高了超高性能混凝土的抗折和抗压强度，各组分相互作用，起到优势互补效应。
36.进一步优选地，所述硅灰选自85级硅灰、90级硅灰、95级硅灰中的一种或多种。
37.进一步优选地，所述纤维选自钢纤维、聚甲醛纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或多种。
38.进一步优选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，其减水率在35％以上。
39.进一步优选地，所述保水剂为中国专利cn113667061a中公开的吸水树脂。
40.针对本发明的原料配方体系，与之相适配的保水剂如上所述；采用该保水剂可避免真空剪切挤压搅拌机在抽真空过程导致的混凝土水分降低，保证混凝土的工作性能。
41.本发明还提供采用上述制备方法制备得到的超高性能混凝土，其采用上述制备方法制备得到。
42.本发明同时提供以上所述的超高性能混凝土在建筑装饰材料中的应用。
43.本发明的有益效果在于：
44.本发明提供的超高性能混凝土，通过调整材料砂胶比保证材料的收缩性能和表面性能；通过真空剪切挤压搅拌和变压搅拌过程，可使包含纤维的各种原材料在超高性能混凝土中均匀分布，消除混凝土内气泡，保障了材料的强度和装饰外观，为超高性能装饰混凝土的发展提供了有力的技术支持。
附图说明
45.图1为对比例1传统搅拌方法制备的cjc的表面形貌。
46.图2为实施例4采用真空剪切挤压搅拌制备的sjc的表面形貌。
47.图3为实施例1采用真空剪切挤压搅拌制备的jc的表面形貌。
48.图4为对比例2采用真空剪切挤压搅拌制备的ljc的表面形貌。
具体实施方式
49.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
50.实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
51.以下实例中所涉及的保水剂按照cn113667061a中实施例2的方法制得。
52.以下实例中所用密炼机为北京长空航宇机电科技有限公司生产的ml-50l密炼机，转子转速为48-60rpm。
53.实施例1
54.本实施例提供一种超高性能混凝土(jc)，其配方如下：
55.p.i 42.5水泥1130kg/m3，硅灰192kg/m3，14-28目石英砂500kg/m3，28-48目石英砂370kg/m3，48-90目石英砂370kg/m3，水250kg/m3，减水剂60kg/m3，消泡剂1.0kg/m3，保水剂2kg/m3；
56.其制备方法如下：
57.(1)将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；
58.(2)将混合料加入到密炼机中搅拌30s；
59.(3)将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，搅拌5min，得新拌混凝土浆体；
60.(4)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，搅拌3min。关闭真空泵，打开吸气阀，继续搅拌，通过控制吸气阀的大小使密炼机在15秒恢复常压，关闭搅拌机，得新拌超高性能混凝土浆体。
61.(5)浆体加入到砂浆三连模和硅胶模具中，实验室内带膜养护24h后脱模，制成超高性能混凝土。
62.实施例2
63.本实施例提供一种超高性能混凝土(pox)，其配方如下：
64.p.i 42.5水泥1130kg/m3，硅灰190kg/m3，聚甲醛纤维13kg/m3，14-28目石英砂500kg/m3，28-48目石英砂370kg/m3，48-90目石英砂370kg/m3，水250kg/m3，减水剂60kg/m3，消泡剂1.0kg/m3，保水剂2kg/m3；
65.其制备方法如下：
66.(1)将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；
67.(2)将混合料加入到密炼机中搅拌30s；
68.(3)将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，搅拌5min，得新拌混凝土浆体；
69.(4)将纤维加入到密炼机中，搅拌1min；
70.(5)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，搅拌3min，关闭真空泵，打开吸气阀，继续搅拌，通过控制吸气阀的大小使密炼机在15秒恢复常压，关闭搅拌机，得新拌超高性能混凝土浆体。
71.(6)浆体加入到砂浆三连模和硅胶模具中，实验室内带膜养护24h后脱模，制成超高性能混凝土。
72.实施例3
73.本实施例提供一种超高性能混凝土(gx)，其配方如下：
74.p.i 42.5水泥1130kg/m3，硅灰192kg/m3，钢纤维120kg/m3，14-28目石英砂500kg/m3，28-48目石英砂370kg/m3，48-90目石英砂370kg/m3，水250kg/m3，减水剂60kg/m3，消泡剂1.0kg/m3，保水剂2kg/m3；
75.其制备方法如下：
76.(1)将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；
77.(2)将混合料加入到密炼机中搅拌30s；
78.(3)将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，搅拌5min，得新拌混凝土浆体；
79.(4)将纤维加入到密炼机中，搅拌1min；
80.(5)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，搅拌3min，关闭真空泵，打开吸气阀，继续搅拌，通过控制吸气阀的大小使密炼机在15秒恢复常压，关闭搅拌机，得新拌超高性能混凝土浆体。
81.(6)浆体加入到砂浆三连模和硅胶模具中，实验室内带膜养护24h后脱模，制成超高性能混凝土。
82.实施例4
83.本实施例提供一种超高性能混凝土(sjc)，砂胶比为0.2，其配方如下：
84.p.i 42.5水泥1650kg/m3，硅灰280kg/m3，14-28目石英砂154kg/m3，28-48目石英砂116kg/m3，48-90目石英砂116kg/m3，水386kg/m3，减水剂60kg/m3，消泡剂1.0kg/m3，保水剂2kg/m3；
85.其制备方法如下：
86.(1)将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；
87.(2)将混合料加入到密炼机中搅拌30s；
88.(3)将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，搅拌5min，得新拌混凝土浆体；
89.(4)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，搅拌3min，关闭真空泵，打开吸气阀，继续搅拌，通过控制吸气阀的大小使密炼机在15秒恢复常压，关闭搅拌机，得新拌超高性能混凝土浆体。
90.(5)浆体加入到砂浆三连模和硅胶模具中，实验室内带膜养护24h后脱模，制成超高性能混凝土。
91.对比例1
92.本对比例提供一种超高性能混凝土(cjc)，其采用与实施例1相同配合比，区别在于：在制备方法采用传统搅拌机制备。
93.对比例2
94.本对比例提供一种超高性能混凝土(ljc)，其采用与实施例1相同配合比，区别在于：步骤(5)中，通过控制吸气阀的大小使密炼机在50秒恢复常压。
95.试验例
96.按照gb50080和gb50081测试实施例和对比例中超高性能混凝土的流动性、28天抗压和抗折强度，结果如表1所示；
97.表1各超高性能混凝土的性能
98.试验组坍落度/mm28d抗折强度/mpa28d抗压强度/mpajc24022.3119.60pox23034.7139.90gx23538.2186.05sjc23024.1119.75cjc21020.8103.30ljc22021.8115.26
99.由表1可知，jc与sjc相比，降低砂胶比后，28d抗折强度有略微增加，28d抗压强度基本不变。通过图1-4对比，采用传统搅拌方法制备的cjc工艺品表面有明显的气孔，采用真空剪切挤压搅拌的sjc和jc表面气孔较少，外表美观。但是sjc由于胶凝材料大，表面已经开始出现明显的裂缝。ljc虽然也采用真空剪切挤压搅拌，但是其表面也有明显的气泡，这主要延长恢复至常压的时间后，气压变化速度减缓，无法完全消除砂浆中的气泡。
100.对比采用真空剪切挤压搅拌的jc，与采用传统搅拌方式制备的cjc，jc的抗折强度增加7％、抗压强度增加16％。此方法对含纤维的混凝土强度提升更加明显。
101.以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种超高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将包括胶凝材料、石英砂、硅灰、保水剂、水、减水剂和消泡剂的原料加入密炼机中，混练一段时间，得到混合料；(2)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08mpa以下，混练一段时间，然后在混练的同时使密炼机内压力在10～20秒内快速恢复至常压，即得混凝土浆体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将胶凝材料、石英砂、硅灰和保水剂混合，得混合料；将混合料加入到密炼机中混练一定时间；将水、减水剂、消泡剂加入到密炼机中，混练一定时间，得新拌混凝土浆体；将纤维加入到密炼机中，混练一定时间。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)的混练过程中，密炼机上顶栓对混凝土浆体压力为0～0.2mpa。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，以质量比计，所述原料中包括20-50％的石英砂；所述石英砂包括质量比为(30-50)：(20-40)：(20-40)的粒度大小14-28目的石英砂、粒度大小28-48目的石英砂和粒度大小48-90目的石英砂；进一步优选的，所述石英砂包括质量比为(35-45)：(25-35)：(25-35)的粒度大小14-28目的石英砂、粒度大小28-48目的石英砂和粒度大小48-90目的石英砂。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石英砂与所述胶凝材料的质量比为0.4～1.0。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述胶凝材料为铝酸盐水泥和/或硅酸盐水泥；优选的，所述胶凝材料为p.i 42.5水泥或p.i 52.5水泥。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述原料包括如下重量份的组分：胶凝材料1100-1700份，石英砂700-1300份，硅灰50-200份，纤维0-150份，水140-260份，减水剂35-65份，消泡剂0.5-1.5份，内保水剂1-5份。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述硅灰选自85级硅灰、90级硅灰、95级硅灰中的一种或多种；和/或，所述纤维选自钢纤维、聚甲醛纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或多种；和/或，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，其减水率在35％以上；和/或，所述保水剂为中国专利cn113667061a中公开的吸水树脂。9.一种超高性能混凝土，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。10.权利要求9所述的超高性能混凝土或权利要求1-8任一项制备方法制备所得超高性能混凝土在建筑装饰材料中的应用。

技术总结

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超高性能混凝土及其制备方法与应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)将包括胶凝材料、石英砂、硅灰、保水剂、水、减水剂和消泡剂的原料加入密炼机中，混练一段时间，得到混合料；(2)开启真空泵，将密炼机中抽真空至-0.08MPa以下，混练一段时间，然后在混练的同时使密炼机内压力在10～20秒内快速恢复至常压，即得混凝土浆体。本发明通过真空剪切挤压搅拌工艺，使原材料充分混合均匀，同时消除大量气泡，即满足超高强度，又满足装饰混凝土表面性能，为超高性能混凝土工艺品的制备提供技术支持。能混凝土工艺品的制备提供技术支持。能混凝土工艺品的制备提供技术支持。