本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種超高性能混凝土及其干混料。

背景技術(shù)：

不同于普通混凝土，超高性能混凝土(簡(jiǎn)稱UHPC，Ultra-High Performance Concrete)剔除了粗骨料，選用細(xì)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(yán)格控制水膠比。由于礦物摻合料的微填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，使得超高性能混凝土比普通混凝土更密實(shí)，強(qiáng)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(qiáng)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(yōu)良、力學(xué)性能較高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于其膠凝材料用量高和水膠比低等特點(diǎn)，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(dǎo)致其自收縮現(xiàn)象十分顯著。超高性能混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)致密，普通的外部養(yǎng)護(hù)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(duì)超高性能混凝土的內(nèi)部起到養(yǎng)護(hù)的作用，所以超高性能混凝土內(nèi)部的收縮開裂是一個(gè)亟待解決的問題。若超高性能混凝土自收縮早期發(fā)展較快，在有約束條件下容易產(chǎn)生裂縫，從而影響超高性能混凝土力學(xué)性能和耐久性，這也制約了超高性能混凝土在工程實(shí)踐中的運(yùn)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(yīng)等特點(diǎn)，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(jù)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(píng)價(jià)其收縮性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服普通養(yǎng)護(hù)難以對(duì)超高性能混凝土內(nèi)部進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)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(fā)明從內(nèi)部機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)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(yōu)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(fā)明的技術(shù)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(zhì)量的0.1％-1.2％，降表張劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的1-5％。

在一個(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)施例中，石粉粒徑要求小于200μm。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，砂的粒徑要求小于5mm，砂膠比為0.5-3.0。

在一個(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)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(fā)明提供的超高性能混凝土，采用權(quán)利所述干混料加入水?dāng)嚢瓒?。水膠比一般為0.14-0.25。

本發(fā)明使用超吸水性樹脂，超吸水性樹脂是一種工業(yè)產(chǎn)物，主要應(yīng)用于衛(wèi)生和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，作為保濕(水)劑，產(chǎn)品種類以聚丙烯酸樹脂為主。從化學(xué)本質(zhì)上說，超吸水性樹脂(SAP)是一種含有強(qiáng)親水基團(tuán)(如-COOH、-OH)的高分子電解質(zhì)。吸水前，高分子鏈相互在纏繞一起，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)水分子進(jìn)入后，引起親水基團(tuán)電離，使內(nèi)外部的溶液間產(chǎn)生了離子濃度差，促使外部水分繼續(xù)進(jìn)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(nèi)部濕度的降低，從而達(dá)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(fā)明使用的多孔骨料是通過內(nèi)養(yǎng)護(hù)水的引入，延緩由于超高性能混凝土內(nèi)部自干燥而引起的內(nèi)部相對(duì)濕度的降低，從而達(dá)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(zhì)，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(nèi)部孔隙溶液的表面張力來減少自收縮和干燥收縮。

本發(fā)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(yīng)和火山灰效應(yīng)。不同粒徑大小的礦物顆粒緊密地堆積，微填充效應(yīng)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(shí)度，同時(shí)也優(yōu)化了膠凝材料的級(jí)配，使得超高性能混凝土在保持標(biāo)準(zhǔn)稠度的前提下用水量減少。而火山灰效應(yīng)使得超高性能混凝土水化產(chǎn)物中CaO/SiO₂之比減小，增大了硅酸鹽的聚合度，組織更加密實(shí)，強(qiáng)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(fā)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(hù)了環(huán)境。在超高性能混凝土中加入一定量的粉煤灰既可以節(jié)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?jié)B性和減小超高性能混凝土的收縮徐變。

本發(fā)明使用高效減水劑。一般來說，減水劑在混凝土拌合物中發(fā)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(dòng)性能；另一方面是在保持混凝土流動(dòng)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(qiáng)度。高效減水劑的特點(diǎn)是：減水率高(大于15％)，對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響小，與水泥適應(yīng)性相對(duì)較好。所以在配制超高性能混凝土?xí)r，需加入高效減水劑，使超高性能混凝土能夠保持高強(qiáng)度，同時(shí)具有高流動(dòng)性，使得超高性能混凝土能夠自流密實(shí)，在工程加固領(lǐng)域，常常需要在原混凝土外包超高性能混凝土薄層，這就對(duì)超高性能混凝土的流動(dòng)性提出了相當(dāng)高的要求。

本發(fā)明的有益效果是：將本發(fā)明的干混料采用0.15-0.25的水膠比拌合，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下28d強(qiáng)度能達(dá)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(jìn)了超高性能混凝土在工程實(shí)際中的運(yùn)用。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1-4的超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖；

圖2是實(shí)施例1-4的超高性能混凝土的自收縮對(duì)比圖；

圖3是實(shí)施例1-4的超高性能混凝土的干燥收縮對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。應(yīng)該說明的是，不得將下述實(shí)施例解釋為對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的限制。

本發(fā)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(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)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(xì)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(yōu)選砂膠比為0.5-3.0。

在一個(gè)具體實(shí)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(gè)具體實(shí)施方式中，超吸水性樹脂粒徑為10-800μm，摻量為膠凝材料質(zhì)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(gè)具體實(shí)施方式中，降表張劑摻量為膠凝材料質(zhì)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(gè)具體實(shí)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(dòng)度在200mm左右。

本發(fā)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?dāng)嚢?，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(fā)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(yùn)用。

使用本發(fā)明的干混料配置出超高性能混凝土，然后測(cè)試其強(qiáng)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(duì)超高性能混凝土收縮性能的影響規(guī)律，從而制備出具有較低收縮的超高性能混凝土干混料。

實(shí)施例1

(1)本實(shí)例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。細(xì)骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)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(cè)其強(qiáng)度、自收縮和干燥收縮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-3。

實(shí)施例2

(1)本實(shí)例中，膠凝材料采用P.I.42.5硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰。細(xì)骨料為天然砂，粒徑0-2.36mm連續(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)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(zhì)；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(qiáng)度、自收縮和干燥收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-3。

實(shí)施例3

(1)本實(shí)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(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)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(zhì)。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(qiáng)度、自收縮和干燥收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-3。

實(shí)施例4

(1)本實(shí)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(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)2.7，表觀密度2610kg/m³。輕質(zhì)砂粒徑為0-2.36mm連續(xù)級(jí)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(qiáng)度、自收縮和干燥收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-3。

上述實(shí)施例中的超高性能混凝土性能檢測(cè)如下：

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

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

圖3是實(shí)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(shí)例的干燥收縮都有一定的降低。單摻SAP、氧化烯醇類物質(zhì)、多孔骨料和復(fù)摻SAP與氧化烯醇類物質(zhì)的干燥收縮分別降低了4.7％、38.8％、11.5％和24.7％。

實(shí)施例5

(1)本實(shí)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(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)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(zhì)。作為多孔骨料的輕質(zhì)砂粒徑為0-2.36mm連續(xù)級(jí)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(qiáng)度、自收縮和干燥收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果：相較于參照組，3d、28d和90d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)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(shí)施例6

本實(shí)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(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)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(zhì)。作為多孔骨料的輕質(zhì)砂粒徑為0-2.36mm連續(xù)級(jí)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