[发明专利]新型混凝土组合物

说明书

本申请是申请号为200880001872.2，申请日为2008年1月23日，发明名称为“新型混凝土组合物”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及新型混凝土组合物及其用途。

背景技术

自从20世纪80年代以来，已知硅粉（silica fume）作为水泥中的添加剂。自此，硅粉的使用程度得到增长，而且目前通常认为硅粉是在高性能混凝土（HPC），特别是超高性能混凝土（UHPC）（若获得足以用于现代建筑方法的性能，如抗压强度）的制备中不可缺少的材料。

高性能混凝土通常具有50至100兆帕的28天抗压强度。超高性能混凝土通常具有100兆帕以上，且通常120兆帕以上的28天抗压强度。

硅粉，也称为微硅粉，是硅或硅铁合金制备中的副产物。硅粉的主要成分为非晶态二氧化硅。单独粒子通常具有约5至10纳米的直径。单独粒子附聚形成0.1至1微米的附聚物，然后聚集在一起形成20至30微米的聚集体。硅粉通常具有10-30平方米/克的BET表面积。其已知作为反应活性火山灰材料。

火山灰在由Arnold出版的Lea's Chemistry of Cement and Concrete，第4版中描述为天然或合成的无机材料，当其与氢氧化钙（石灰）或与能释放氢氧化钙的材料（如Portland水泥熟料）混合时在水中硬化。火山灰通常为硅质或者硅质及铝质材料，其单独具有很少或不具有水泥价值，但能够在湿气的存在下在室温下与氢氧化钙进行化学反应而形成具有水泥性能的化合物。

因此，应了解硅粉在含有硅粉的混凝土混合物的固化过程中起到积极作用，且硅粉积极参与到水泥化合物的形成中，所述水泥化合物将存在的各种粒状材料粘合在一起并由此有助于所得混凝土的强度。

WO2005/077857描述了一种包含具有不同测得粒度的煅烧铝土矿砂和硅粉的混合物的极高性能混凝土，其中加入具有确定比表面积值（10平方米/克以上）和形状指数（至少为0.3，其中形状指数为粒子厚度与粒子长度的比例，由场效应扫描电子显微镜测得）的超微细碳酸钙以改进混凝土的白度。碳酸钙的超微细粒子的平均直径为约70纳米。

WO2006/134080A1描述了碳酸钙粒子在如具有改进性能的石膏、灰墁（stucco）、水泥抹面、砂浆和混凝土的建筑材料的制备中的用途。所述的改进性能包括良好的吸声性能和高的耐磨性，但不包括抗压性能。

本发明试图用非火山灰材料代替混凝土中基本上全部的火山灰硅粉，而同时保持所需的性能和其组合；这样的性能包括抗压强度；本发明试图提供尽管没有硅粉，但仍具有例如足够抗压性能的高性能，尤其是超高性能混凝土。本发明也试图提供具有较短凝固时间的混凝土。

发明内容

因此本发明提供了一种混凝土，其包含以相对重量份计的如下组分：

100重量份Portland水泥；

50至200重量份（优选80至170，更优选100至150重量份）具有D10至D90为0.063至5毫米的单级配的砂子或者砂子的混合物（优选两种砂子），最细的砂子具有0.063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至4毫米的D10至D90；

10至80重量份（优选10至50，例如20至40重量份）平均粒子大小15微米以下的粒状的基本上非火山灰材料；

0.1至10重量份减水超塑化剂，和

10至30重量份水；

该混凝土基本上不含硅粉；

所述混凝土具有100兆帕以上的28天抗压强度。

100兆帕的抗压强度通常在进行或不进行热固化下获得。优选热固化以促进较大的强度。所述抗压强度优选120兆帕以上，更优选150兆帕以上。

所述砂子通常为二氧化硅或石灰石砂、煅烧铝土矿或粒状冶金残余物；微细砂也可包含研磨硬密矿物材料，例如研磨玻化炉渣。优选的砂子混合物包含砂子的混合物（优选两种砂子），最细的砂子具有0.063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至2毫米的D10至D90。

本发明的混凝土优选为自浇注（self-placing）混凝土。其优选具有2至16小时的Vicat凝固时间，例如4至8小时。HPC和UHPC由于其较高的水泥含量，通常在凝固时显示较高收缩。通过在加入水之前在混合物中包括通常2至8，优选3至5，例如约4份生石灰、烧石灰或氧化钙，可减少总收缩。

所述基本上非火山灰材料（其后称为非火山灰）优选具有10微米以下，例如8微米以下，优选5微米以下，例如1至4微米的平均粒子大小。平均粒子大小通常0.1微米以上。