本發(fā)明屬于混凝土，具體涉及一種低溫超高性能混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、凍土環(huán)境的開(kāi)發(fā)使得諸如青藏鐵路和川藏鐵路這類基礎(chǔ)交通設(shè)施都需要穿越具有多年凍土環(huán)境的高原地區(qū)。而在高原地區(qū)，年均氣溫常年在-10℃～5℃之間波動(dòng)，平均最低溫度甚至可達(dá)到-20℃以下。此外，在極地資源探索的過(guò)程中勘探基礎(chǔ)工程逐漸在極地環(huán)境建成，此類建筑一旦完成就需要面臨常年的低溫環(huán)境，其中中國(guó)的南極昆侖站夏季最高氣溫僅有-10.4℃，冬季最低氣溫可達(dá)-83.1℃，年平均氣溫也在-52.5℃范圍波動(dòng)。因此，作為基礎(chǔ)建設(shè)常用的混凝土材料就需要穩(wěn)定的力學(xué)性能以面臨常年的恒低溫環(huán)境。已有研究指出，在基體中添加引氣劑，引入夾帶空氣能夠緩解靜水壓帶來(lái)的結(jié)構(gòu)損傷，保證低溫性能的穩(wěn)定性，但是引氣劑的添加會(huì)迅速增多導(dǎo)致骨架結(jié)構(gòu)在硬化之前發(fā)生塌陷，抗壓強(qiáng)度隨著含氣量每增加1％下降約7％，在低溫作用之前結(jié)構(gòu)已劣化并損失了大量的力學(xué)性能，難以保證后期低溫服役過(guò)程的穩(wěn)定性。因此，在引入夾帶空氣的同時(shí)保證基體骨架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是解決低溫環(huán)境下抗凍與結(jié)構(gòu)增強(qiáng)矛盾的關(guān)鍵問(wèn)題。

2、浮石是一種天然的海綿狀輕骨料，在熔融熔巖(火山物質(zhì))快速冷卻和凝固過(guò)程中形成，浮石的多孔結(jié)構(gòu)是通過(guò)在冷卻過(guò)程中捕獲熔化的火山物質(zhì)中的氣體形成的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的微小空隙或氣泡而形成的。空氣空洞彼此平行，拉長(zhǎng)，有時(shí)相互連接，因此浮石具有孔隙率高、連通性強(qiáng)、彈性模量低、抗凍性能好等特點(diǎn)。超高性能混凝土是一種具有超高強(qiáng)度、超高耐久性能的新型混凝土材料，已經(jīng)應(yīng)用到大跨度橋梁工程、建筑交通工程以及海洋工程等領(lǐng)域。其優(yōu)異的力學(xué)性能與耐久性歸因于原料配伍的最緊密堆積設(shè)計(jì)，由此設(shè)計(jì)出的基體具有致密的骨架結(jié)構(gòu)，可保證強(qiáng)度的穩(wěn)定發(fā)展。

3、因此，將具有多孔特征的浮石與具有高強(qiáng)骨架結(jié)構(gòu)的超高性能混凝土結(jié)合，通過(guò)調(diào)控原料組成使其具有多低溫強(qiáng)度等級(jí)的低溫超高性能混凝土。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種低溫超高性能混凝土及其制備方法，本發(fā)明提供的低溫超高性能混凝土在保證骨架結(jié)構(gòu)完整性與低溫力學(xué)性能穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)上引入多孔孔隙降低低溫對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)損傷。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種低溫超高性能混凝土，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

4、水泥720～780份、石粉180～220份、硅灰120～160份、細(xì)砂450～790份、粗砂200～240份、浮石0～100份、減水劑15～20份和水180～200份。

5、所述低溫超高性能混凝土的水膠比為0.18。

6、優(yōu)選的，所述水泥包括硅酸鹽水泥，粒徑為0.275～79.433μm。

7、優(yōu)選的，所述石粉的粒徑為0.363～13.183μm。

8、優(yōu)選的，所述硅灰的粒徑為0.24～45.709μm。

9、優(yōu)選的，所述細(xì)砂的粒徑為0～0.6mm。

10、優(yōu)選的，所述粗砂的粒徑為0.6～1.25mm。

11、優(yōu)選的，所述浮石的粒徑為0～0.6mm，孔隙率為74.79％，表觀密度為1162.7kg/m3，在去離子水中的飽和吸水率為94％。

12、優(yōu)選的，所述細(xì)砂、粗砂、浮石的質(zhì)量比為45～79:20～24:0～10。

13、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的低溫超高性能混凝土的制備方法，包括以下步驟：

14、將所述低溫超高性能混凝土包括的組分進(jìn)行混合，依次經(jīng)成型、養(yǎng)護(hù)和低溫作用，得到所述低溫超高性能混凝土。

15、優(yōu)選的，所述混合包括：

16、將水泥、石灰、硅灰、砂粒和浮石第一混合，得到預(yù)混料；

17、將所述預(yù)混料和減水劑、水第二混合，得到漿料。

18、優(yōu)選的，所述養(yǎng)護(hù)溫度為18～22℃，相對(duì)濕度≥95％。

19、優(yōu)選的，所述養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3天。

20、優(yōu)選的，所述低溫作用溫度為-20℃或-80℃。

21、優(yōu)選的，所述低溫作用特征為持續(xù)恒低溫作用。

22、本發(fā)明提供了一種低溫超高性能混凝土，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：水泥720～780份、石粉180～220份、硅灰120～160份、細(xì)砂450～790份、粗砂200～240份、浮石0～100份、減水劑15～20份和水180～200份。本發(fā)明采用等粒徑分布的浮石替代部分細(xì)砂骨料，由于浮石的低模量和多孔特性有助于減少低溫產(chǎn)生的凍結(jié)應(yīng)力與基體骨架結(jié)構(gòu)的損傷破壞，同時(shí)借助超高性能混凝土材料的致密骨架結(jié)構(gòu)環(huán)境浮石對(duì)強(qiáng)度的降低，因此能夠保證低溫超高性能混凝土在恒低溫作用下的力學(xué)性能的穩(wěn)定性并且緩解低溫凍結(jié)應(yīng)力對(duì)骨架微結(jié)構(gòu)的破壞。。

技術(shù)特征：

1.一種低溫超高性能混凝土及其制備方法，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥包括硅酸鹽水泥；所述水泥的粒徑為0.275～79.433μm，強(qiáng)度高、凝結(jié)硬化快。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，所述石粉的粒徑為0.363～13.183μm，粘結(jié)強(qiáng)度高，能夠增加水化反應(yīng)的成核效應(yīng)為晶核提供位點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，所述硅灰的粒徑為0.24～45.709μm，活性很高，能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，使得活性二氧化硅能夠進(jìn)行二次反應(yīng)從而密實(shí)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，所述砂粒包括細(xì)砂和粗砂；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，所述浮石骨料由大粒徑浮石破碎并過(guò)篩得到，過(guò)篩后選取的浮石粒徑為0～0.6mm，浮石孔隙率為74.79％，表觀密度為1162.7kg/m3，在去離子水中的飽和吸水率為94％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫超高性能混凝土，其特征在于，細(xì)砂、粗砂、浮石的質(zhì)量比為45～79:20～24:0～10。

8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的低溫超高性能混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述混合包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的養(yǎng)護(hù)溫度為18～22℃，相對(duì)濕度≥95％；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于混凝土領(lǐng)域，具體涉及一種適用于恒低溫環(huán)境下能夠穩(wěn)定服役的超高性能混凝土及其制備方法。本發(fā)明提供了一種超高性能混凝土，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：水泥720～780份、石粉180～220份、硅灰120～160份、細(xì)砂450～790份、粗砂200～240份、浮石0～100份、減水劑15～20份和水180～200份。本發(fā)明采用浮石替代部分細(xì)砂制備的低溫超高性能混凝土，能夠保證在恒低溫作用下力學(xué)性能的穩(wěn)定提升和避免結(jié)構(gòu)損傷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低砂石的添加量并提高浮石的應(yīng)用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：余睿,王武峰,馮元,武卓航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山市武漢理工大學(xué)先進(jìn)工程技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9