超高性能水泥基復合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬混凝±技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及超高性能水泥基復合材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 法國的化chardP等人在20世紀90年代研發(fā)出一種新型水泥復合材料：活性粉 末混凝±Reactivepowderconcrete,簡稱RPC)?；钚苑勰┗炷?(RPC)是由石英粉、水 泥、娃灰、高效減水劑及纖維等混合后，采取適當?shù)某尚宛B(yǎng)護工藝而獲得一種超高性能水泥 基復合材料。與傳統(tǒng)混凝±相比，RPC具有優(yōu)異的力學性能，包括極高的抗壓強度、優(yōu)良的 抗沖擊、抗疲勞性能，滲入纖維后材料的抗拉性能、初性顯著提高。RPC用于制備建筑構(gòu)件可 W采用更薄的截面或具有創(chuàng)新性的截面形狀，從而大幅降低結(jié)構(gòu)自重。另外，RPC材料內(nèi)部 致密，故具有極佳的耐久性。從研發(fā)成功至今，RPC仍然是國際上超高性能水泥基復合材料 研究的熱點。近10年來，我們國內(nèi)有關(guān)單位通過對RPC技術(shù)的引進消化吸收和再創(chuàng)新，RPC 用于預(yù)制蓋板在我國鐵路建設(shè)中得到全面應(yīng)用推廣。
[000引然而，在制備150MPaW上強度的RPC時，除選用較好的原材料外，目前一般均需采 用高溫養(yǎng)護和加壓成型等措施，運不僅提高了RPC的生產(chǎn)成本，同時制約了現(xiàn)場施工的可 能性，因此目前RPC的應(yīng)用主要是預(yù)制構(gòu)件領(lǐng)域。
[0004]RPC的制備技術(shù)除了高溫養(yǎng)護之外，另一個最重要的技術(shù)手段是降低水灰比。普通 混凝±的抗壓強度通常在30~60MPa，對用于摩天大樓、深基坑地下工程等特殊建筑的高 性能混凝±抗壓強度可W達到60~lOOMPa，研究人員在試驗室中可W配置出通過普通誘 筑工藝成型和常規(guī)養(yǎng)護下28d達到lOOMPa~ISOMI^a混凝±。通過現(xiàn)有理論可知，混凝± 強度的提高必須降低水與膠凝材料的比值，在配制lOOMPaW上的混凝±時，水與膠凝材料 的比值通常在0. 25W下，運種情況下混凝上變得非常粘稠，當水膠比進一步降低時，混凝 ±逐漸失去施工性能從而失去實際應(yīng)用價值?；瘜W添加劑中的減水劑可W有效分散膠凝材 料防止膠凝材料絮結(jié)提高混凝±流動性，但過量添加減水劑會使混凝±拌和物中的含氣量 大大提高，削弱了混凝±的抗壓強度，即在取得混凝±工作性的時候沒有達到超高強度的 性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種超高性能水泥基復合材料，通過對多元膠凝材料的顆粒 級配和骨料的顆粒級配進行優(yōu)化，并通過減水劑等化學添加劑的使用，使混凝±在具有良 好流動性的前提下，滿足28d標準養(yǎng)護下抗壓強度達到170MPaW上。
[0006] 本發(fā)明的超高性能水泥基復合材料，包含膠凝材料和水，所述膠凝材料為水泥和 礦物滲合料，所述水泥為強度等級為42. 5及W上的P?I、P?II或P? 0代號水泥，所述礦 物滲合料為娃灰、粉煤灰或礦粉的兩種或=種；在特殊場合，比如大體結(jié)構(gòu)件誘筑時，水化 熱成為影響結(jié)構(gòu)體積變形的重要因素，水泥會采用中熱、低熱水泥，本發(fā)明不排除在特殊情 況下，使用其他類型的水泥依照本發(fā)明所述的方法進行制備高性能水泥基復合材料。
[0007] 按計算所得配比配制的超高性能水泥基復合材料拌和后，流動性性能如下：
[0008]巧落度GB/T50080: > 10mm;
[0009]或擴展度GB/T50080: > 450mm;
[0010] 擴展度的值只有在高流動度即巧落度> 220mm時才測試，此時混凝±流動性W擴 展度為準；
[0011] 材料硬化后性能如下：
[001引抗壓強度，標準養(yǎng)護7d: > 120MPa;
[001引抗壓強度，標準養(yǎng)護28d: > 170MPa。
[0014]其中，水泥用量占超高性能水泥基復合材料體積的20~70 %，所述礦物滲合料占 超高性能水泥基復合材料體積的10~60%;
[0015] 所述膠凝材料各組分的配比分數(shù)通過理想堆積曲線和膠凝材料各組分的粒徑累 計分布曲線進行數(shù)值分析計算；
[0016] 1)所述理想堆積曲線公式為：
[0017] Psd=A+(100-A) ? (d/Dmax)"/2e;
[0018] 其中，Pgd為顆粒通過篩孔的百分比，A為經(jīng)驗常數(shù)，d為篩孔直徑，Dm。、為顆粒的最 大粒徑；
[0019] 經(jīng)驗常數(shù)A的取值根據(jù)超高性能水泥基復合材料的設(shè)計巧落度或設(shè)計擴展度要 求通過公式確定：
[0020] 當220mm時，A= 5 ?H/H0，
[00引]當H> 220mm時，A= 5 ?化-巧/冊，
[0022] L為擴展度設(shè)計值，H為巧落度設(shè)計值，冊為巧落度桶的高度300mm;
[0023] 2)膠凝材料各組分的粒徑累計分布曲線：
[0024] 對膠凝材料中所需的組分水泥、娃灰、粉煤灰和礦粉經(jīng)測試的得到各自累計分布 曲線Ud)、(d)、ffa(d)和fbs(d);累計分布曲線可W通過激光粒度儀測試獲得；
[00巧]3)數(shù)值分析計算如下：
[0026] 設(shè)水泥占膠凝材料總量的體積分數(shù)為X。、娃灰占膠凝材料總量的體積分數(shù)為Xgf、 粉煤灰占膠凝材料總量的體積分數(shù)為Xf。和礦粉占膠凝材料總量的體積分數(shù)為Xb.，且滿足 XcG[0. 250, 0. 875]、狂sf巧fa+XjG[0. 125, 0. 750]、X。巧sf巧fa+Xbs= 1 ;
[0027] 設(shè)定混合后膠凝材料的粒徑累計分布曲線為：
[0028]P=Xcf。(d)+Xsffsf(d)+Xfaffa(d)+Xbsfbs(d)，
[002引對各組分的體積分數(shù)Xc、Xsf、Xfa和XbsW0. 001~0. 01為步長，在各自的取值范圍 內(nèi)窮舉計算P，比較曲線P和Psd，計算相同縱坐標所對應(yīng)的橫坐標粒徑d的標準差，取標準 差最小的X。、Xgf、Xf。和XJI作為膠凝材料的各組分配比分數(shù)；當使用兩種礦物滲合料時， 則需要略去沒有使用的滲合料對應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)和分布曲線；
[0030] 對應(yīng)無膠凝活性的填料，如石粉，由于其粒徑基本落在滲合料的粒徑區(qū)間，在某些 場合需要使用時，可W按照上述礦物滲合料的計算方法進行計算體積分數(shù)；
[0031] 水的用量與膠凝材料的質(zhì)量比W/B為0. 1~0. 4,其中W表不水的用量，B表不膠 凝材料質(zhì)量；
[0032] 按計算所得配比配制的超高性能水泥基復合材料拌和后，流動性性能如下：
[0033]巧落度GB/T50080: > 10mm；
[0034]或擴展度GB/T50080: >450mm;
[0035] 擴展度的值只有在高流動度即巧落度> 220mm時才測試，此時混凝±流動性W擴 展度為準；
[0036] 材料硬化后性能如下：
[0037] 抗壓強度，標準養(yǎng)護7d: >120MPa;
[0038] 抗壓強度，標準養(yǎng)護28d: > 170MPa。
[0039] 進行熱處理養(yǎng)護時，可W提高材料的抗壓強度。熱處理方法為：凝固后在20±2°C 下靜置2~24小時，然后在85±5°C下靜置24~48小時。進行熱處理后材料的抗壓強度 達到220MPaW上。
[0040] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0041] 如上所述的超高性能水泥基復合材料，所述縱坐標依最大值100%等分選取，至少 取5個值。
[0042] 如上所述的超高性能水泥基復合材料，所述的W/B為0. 12至0. 28。
[0043] 如上所述的超高性能水泥基復合材料，所述水泥符合國標《通用娃酸鹽水泥》 GB175;所述娃灰符合《砂漿和混凝±用娃灰》GB/T27690;所述粉煤灰符合《用于水泥和混 凝±的粉煤灰》GB/T1596;所述礦粉符合《用于水泥和混凝±中的粒化高爐礦渣粉》GB/T 18046;水符合《混凝±用水標準》JGJ63。
[0044] 如上所述的超高性能水泥基復合材料，所述超高性能水泥基復合材料中還添加骨 料，為細骨料或者細骨料和粗骨料的混合物；所述骨料與所述膠凝材料的體積比為0. 5~ 2. 5。
[0045] 細骨料為天然砂或人工砂，細度模數(shù)為1. 2~3. 5,堆積密度為1. 1~2.Ig/cm3; 表觀密度為1. 8~3.Og/cm3。
[0046] 粗骨料為碎石或卵石，粒徑范圍為5~25mm;堆積密度為1. 1~2. Ig/cm3;表觀密 度為 1. 8 ~3. 0g/cm3。
[0047] 對于使用連續(xù)級配的骨料，配制細骨料和粗骨料的混合物時，計算出細骨料正好 填充粗骨料空隙的砂率值，W此砂率值確定粗骨料和細骨料的比例；
[0048] 對于使用間斷級配的骨料，骨料的比例通過理想堆積曲線和各種骨料的累計分布 曲線進行數(shù)值分析計算；
[0049]1)所述堆積曲線公式為：
[0050] PsdA= B+(l〇〇-B) ? (dA/DAmax)"/2e;
[0051] 其中，PgdA為骨料顆粒通過篩孔的百分比，B為骨料經(jīng)驗常數(shù)，cU為骨料篩孔直徑， Da"。、為骨料顆粒的最大粒徑；
[0052] 經(jīng)驗常數(shù)B的取值根據(jù)超高性能水泥基復合材料的巧落度或擴展度要求通過公 式確定：
[0053]當220mm時，B= 5 ?H/H〇，
[0054]當H> 220mm時，B= 5 ?化-H)