本發明涉及建筑材料領域，具體涉及一種超高性能混凝土及其干混料。

背景技術：

不同于普通混凝土，超高性能混凝土(簡稱UHPC，Ultra-High Performance Concrete)剔除了粗骨料，選用細砂作為骨料，添加了硅灰、高爐礦渣粉、粉煤灰和稻殼灰等礦物摻合料，加入高效減水劑和鋼纖維，并且嚴格控制水膠比。由于礦物摻合料的微填充效應和火山灰效應，使得超高性能混凝土比普通混凝土更密實，強度得到大幅提高。而鋼纖維的摻入更是提高了超高性能混凝土的抗拉強度和韌性，使得超高性能混凝土承受沖擊荷載的能力得到提高。

雖然超高性能混凝土具有工作性能優良、力學性能較高、耐久性好等優點，但由于其膠凝材料用量高和水膠比低等特點，并且超高性能混凝土使用大量的礦物摻合料(硅灰和礦粉等)，這也導致其自收縮現象十分顯著。超高性能混凝土內部微觀結構致密，普通的外部養護方式(覆蓋和噴霧等方法)只能在超高性能混凝土的外表層起到一定作用，難以對超高性能混凝土的內部起到養護的作用，所以超高性能混凝土內部的收縮開裂是一個亟待解決的問題。若超高性能混凝土自收縮早期發展較快，在有約束條件下容易產生裂縫，從而影響超高性能混凝土力學性能和耐久性，這也制約了超高性能混凝土在工程實踐中的運用。

超高性能混凝土具有較低水灰比，膠凝材料含量高，和后期的火山灰反應等特點，這也使得超高性能混凝土的收縮與普通混凝土的收縮差異較大。在超高性能混凝土中，自收縮占據其總收縮的70-80％以上，故一般采取以自收縮為主，并輔以干燥收縮的方法來評價其收縮性能。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，克服普通養護難以對超高性能混凝土內部進行有效養護的弊端，提供一種低收縮的超高性能混凝土及其干混料。

本發明從內部機理來分析降低超高性能混凝土的收縮可行性，降低超高性能混凝土收縮開裂的風險。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：加入超吸水性樹脂(SAP)、多孔骨料和降表張劑到超高性能混凝土的原材料中，通過配比優化，配制出一種低收縮超高性能混凝土的干混料。

具體來說，本發明的技術方案為：一種超高性能混凝土的干混料，包括膠凝材料、石粉、砂和減水劑，以及多孔骨料、超吸水性樹脂和降表張劑中的一種或一種以上，每立方米超高性能混凝土包括膠凝材料500-1600kg/m³、石粉0-500kg/m³、砂0-1500kg/m³、減水劑5-30kg/m³、多孔骨料35-250kg/m³，超吸水性樹脂摻量為膠凝材料質量的0.1％-1.2％，降表張劑摻量為膠凝材料質量的1-5％。

在一個具體實施例中，膠凝材料包括：水泥400-800kg/m³、硅灰100-500kg/m³、粉煤灰0-400kg/m³、礦粉0-400kg/m³、稻殼灰0-200kg/m³和石灰石粉0-200kg/m³。

在一個具體實施例中，石粉粒徑要求小于200μm。

在一個具體實施例中，砂的粒徑要求小于5mm，砂膠比為0.5-3.0。

在一個具體實施例中，減水劑采用高性能聚羧酸減水劑干粉，減水率要求20％以上。

在一個具體實施例中，多孔骨料粒徑小于5mm，摻量為所用砂體積的5％-30％。

在一個具體實施例中，超吸水性樹脂為聚丙烯酸樹脂和/或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，粒徑為10-800μm。

在一個具體實施例中，降表張劑為聚丙烯酸鹽類、聚醚或聚醚類衍生物、一元或二元醇類、氨基醇類、聚氧乙烯類、烷氨基類或氧化烯醇類。

本發明提供的超高性能混凝土，采用權利所述干混料加入水攪拌而成。水膠比一般為0.14-0.25。

本發明使用超吸水性樹脂，超吸水性樹脂是一種工業產物，主要應用于衛生和農業領域，作為保濕(水)劑，產品種類以聚丙烯酸樹脂為主。從化學本質上說，超吸水性樹脂(SAP)是一種含有強親水基團(如-COOH、-OH)的高分子電解質。吸水前，高分子鏈相互在纏繞一起，形成三維網狀結構；當水分子進入后，引起親水基團電離，使內外部的溶液間產生了離子濃度差，促使外部水分繼續進入以降低濃度差，最后以水凝膠的形式存在。超吸水性樹脂加入到超高性能混凝土中也能起保濕作用，延緩內部濕度的降低，從而達到抑制自收縮的目的。

多孔骨料一般用于輕骨料混凝土中，起到降低自重的作用。本發明使用的多孔骨料是通過內養護水的引入，延緩由于超高性能混凝土內部自干燥而引起的內部相對濕度的降低，從而達到抑制自收縮的目的。

降表張劑(表面張力降低劑)是指一類用于降低混凝土孔隙溶液表面張力的物質，分為聚丙烯酸鹽類、聚醚或聚醚類衍生物、一元或二元醇類、氨基醇類、聚氧乙烯類、烷氨基類、氧化烯醇類。降表張劑通過降低超高性能混凝土內部孔隙溶液的表面張力來減少自收縮和干燥收縮。

本發明的干混料含有大量的礦物摻合料，主要包括有硅灰、粉煤灰、礦粉、稻殼灰和石灰石粉等。在超高性能混凝土中加入礦物摻合料主要起到填充效應和火山灰效應。不同粒徑大小的礦物顆粒緊密地堆積，微填充效應使得礦物摻合料填充在水泥顆粒間的空隙，提高了超高性能混凝土的密實度，同時也優化了膠凝材料的級配，使得超高性能混凝土在保持標準稠度的前提下用水量減少。而火山灰效應使得超高性能混凝土水化產物中CaO/SiO₂之比減小，增大了硅酸鹽的聚合度，組織更加密實，強度得到了極大的改善。另外，粉煤灰是以煤炭為基本燃料的發電廠必須排放的廢棄物，以粉煤灰作為超高性能混凝土中的礦物摻合料，既可以變廢為寶，也保護了環境。在超高性能混凝土中加入一定量的粉煤灰既可以節省大量的水泥，減小了水化熱，改善了超高性能混凝土的和易性，又能夠提高超高性能混凝土的抗滲性和減小超高性能混凝土的收縮徐變。

本發明使用高效減水劑。一般來說，減水劑在混凝土拌合物中發揮的作用主要有兩方面，一方面是在保持用水量相同的條件下，提高混凝土的流動性能；另一方面是在保持混凝土流動性不變的前提下，能夠減少用水量，從而提高混凝土材料的強度。高效減水劑的特點是：減水率高(大于15％)，對凝結時間影響小，與水泥適應性相對較好。所以在配制超高性能混凝土時，需加入高效減水劑，使超高性能混凝土能夠保持高強度，同時具有高流動性，使得超高性能混凝土能夠自流密實，在工程加固領域，常常需要在原混凝土外包超高性能混凝土薄層，這就對超高性能混凝土的流動性提出了相當高的要求。

本發明的有益效果是：將本發明的干混料采用0.15-0.25的水膠比拌合，在標準養護下28d強度能達到100Mpa以上；較通常使用的超高性能混凝土，自收縮能降低40％以上(最高可以降低60％以上)，干燥收縮最高能降低30％以上。促進了超高性能混凝土在工程實際中的運用。

附圖說明

圖1是實施例1-4的超高性能混凝土的抗壓強度對比圖；

圖2是實施例1-4的超高性能混凝土的自收縮對比圖；

圖3是實施例1-4的超高性能混凝土的干燥收縮對比圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步闡述。應該說明的是，不得將下述實施例解釋為對本發明內容的限制。

本發明超高性能混凝土的干混料包含膠凝材料、石粉、砂、多孔骨料、超吸水性樹脂、降表張劑和減水劑。

膠凝材料包括水泥和輔助性膠凝材料，輔助性膠凝材料包括硅灰，粉煤灰，礦粉、稻殼灰和石灰石粉等。

在一個具體實施方式中，膠凝材料總量500-1600kg/m³(每立方米超高性能混凝土包括的膠凝材料)，包括：水泥400-800kg/m³、硅灰100-500kg/m³、粉煤灰0-400kg/m³、礦粉0-400kg/m³、稻殼灰0-200kg/m³和石灰石粉0-200kg/m³。

在一個具體實施方式中，石粉每立方米超高性能混凝土加入0-500kg/m³，主要成分是惰性SiO₂，其粒徑一般要求小于200μm。

細骨料一般采用石英砂，每立方米超高性能混凝土加入0-1500kg/m³，粒徑一般要求小于5mm，優選砂膠比為0.5-3.0。

在一個具體實施方式中，多孔骨料每立方米超高性能混凝土加入35-250kg/m³，粒徑一般要求小于5mm，采取等體積替代的方法，摻量為所用砂體積的5％-30％。

在一個具體實施方式中，超吸水性樹脂粒徑為10-800μm，摻量為膠凝材料質量的0.1％-1.2％。超吸水性樹脂主要成分為聚丙烯酸樹脂、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。

在一個具體實施方式中，降表張劑摻量為膠凝材料質量的1-5％。降表張劑主要分為聚丙烯酸鹽類、聚醚或聚醚類衍生物、一元或二元醇類、氨基醇類、聚氧乙烯類、烷氨基類和氧化烯醇類。

在一個具體實施方式中，減水劑每立方米超高性能混凝土加入5-30kg/m³，采用高性能聚羧酸減水劑干粉，減水率要求20％以上，減水劑的摻量保證混凝土的流動度在200mm左右。

本發明所述干混料的使用方法：將干混料攪拌均勻，加入一定量的水攪拌，采用的水膠比一般為0.14-0.25，制備成超高性能混凝土。本發明的干混料通過該方法可制備出低收縮超高性能混凝土，方便快捷，適用于工程的運用。

使用本發明的干混料配置出超高性能混凝土，然后測試其強度、自收縮、干燥收縮，確定出超吸水性樹脂、多孔骨料以及降表張劑對超高性能混凝土收縮性能的影響規律，從而制備出具有較低收縮的超高性能混凝土干混料。

實施例1

(1)本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。細骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。高吸水樹脂(SAP)為丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。減水劑采用的聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表1。

表1超高性能混凝土配合比

(2)將上述的超高性能混凝土干混料加水拌和后檢測其強度、自收縮和干燥收縮，實驗結果見圖1-3。

實施例2

(1)本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。細骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。降表張劑摻量為2％，其主要成分為氧化烯醇類物質；減水劑采用的聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表2。

表2超高性能混凝土配合比

(2)超高性能混凝土的強度、自收縮和干燥收縮實驗結果見圖1-3。

實施例3

(1)本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。高吸水樹脂(SAP)為丙烯酰胺-丙烯酸共聚物；降表張劑摻量為2％，其主要成分為氧化烯醇類物質。減水劑采用聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表3。

表3超高性能混凝土配合比

(2)超高性能混凝土的強度、自收縮和干燥收縮實驗結果見圖1-3。

實施例4

(1)本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。輕質砂粒徑為0-2.36mm連續級配，表觀密度為1700Kg/m³，摻量為20％。減水劑采用聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表4。

表4超高性能混凝土配合比

(2)超高性能混凝土的強度、自收縮和干燥收縮實驗結果見圖1-3。

上述實施例中的超高性能混凝土性能檢測如下：

圖1是實施例1-4的超高性能混凝土在3d、28d和90d的抗壓強度圖。相比參照組，單摻SAP和復摻SAP與氧化烯醇類物質的3d抗壓強度分別降低了5.4％和1.1％，而單摻氧化烯醇類物質和單摻多孔骨料的3d抗壓強度分別增長了11.0％和0.4％；單摻SAP、氧化烯醇類物質、多孔骨料和復摻SAP與氧化烯醇類物質的28d抗壓強度分別增長了1.5％、21.3％、16.5％和6.0％；單摻SAP、氧化烯醇類物質、多孔骨料和復摻SAP與氧化烯醇類物質的28d抗壓強度分別增長了4.1％、13.1％、11.0％和1.8％。各實施例中的超高性能混凝土90d抗壓強度都大于100Mpa。

圖2是實施例1-4的超高性能混凝土在72h內自收縮變化圖。相比參照組，各實例的自收縮都明顯降低。單摻SAP、氧化烯醇類物質、多孔骨料和復摻SAP與氧化烯醇類物質的自收縮分別降低了48.6％、60％、64.3％和44.7％。

圖3是實施例1-4的超高性能混凝土在0－90d的干燥收縮圖。相比參照組，各實例的干燥收縮都有一定的降低。單摻SAP、氧化烯醇類物質、多孔骨料和復摻SAP與氧化烯醇類物質的干燥收縮分別降低了4.7％、38.8％、11.5％和24.7％。

實施例5

(1)本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。高吸水樹脂(SAP)為丙烯酰胺-丙烯酸共聚物；降表張劑摻量為1％，其主要成分為聚氧乙烯類物質。作為多孔骨料的輕質砂粒徑為0-2.36mm連續級配，表觀密度為1700Kg/m³，摻量為5％。

減水劑采用聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表5。

表5超高性能混凝土配合比

(2)超高性能混凝土的強度、自收縮和干燥收縮實驗結果：相較于參照組，3d、28d和90d抗壓強度增長了12.1％,26.7％和25.1％；自收縮降低了59.9％；干燥收縮降低了10.4％。

實施例6

本實例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續級配，細度模數2.7，表觀密度2610kg/m³。高吸水樹脂(SAP)為聚丙烯酸樹脂；降表張劑摻量為5％，其主要成分為氧化烯醇類物質。作為多孔骨料的輕質砂粒徑為0-2.36mm連續級配，表觀密度為1700Kg/m³，摻量為30％。

減水劑采用聚羧酸系高效減水劑干粉，減水率在30％以上。配合比見表5。

表5超高性能混凝土配合比