[发明专利]一种不含硅灰的超高性能混凝土基体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程材料的制备技术领域，特别是涉及一种低碳环保型、超高性能水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)是一种新型的水泥基材料，其最主要的特点是超高的抗压强度(>150MPa)和超低的渗透性。通过掺加适量的钢纤维(≤4％)可以制备出超高性能纤维增强混凝土(Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete,UHPFRC),其具有超高的抗拉性能(>8MPa)和较好的应变硬化性能(1.5‰)。由于具有特殊的良好性能，该材料可以满足许多极限环境下的工程应用，特别是对已存在的基础设施的修复工程。然而，UHPC却在实际工程中难以大规模使用，其最主要的原因是成本昂贵，尤其是UHPC配合比中含有大量的昂贵组分，比如水泥和硅灰。在传统的UHPC中，水泥含量为1100-1300kg/m³，硅灰含量为200-350kg/m³，约占水泥质量的18-26％。

由于UHPC超低的含水量(W/B＝0.14-0.20)，水泥的水化程度只有30-40％，硅灰的反应程度约为30％，这意味着大量的未水化的熟料颗粒和未反应的硅灰颗粒只是作为昂贵的填充材料使用，浪费了资源。因此，有必要利用矿物掺合料部分或完全代替UHPC配合比中的水泥和硅灰。然而，目前几乎所有的研究者都将研究重心集中于降低UHPC中的水泥含量以及优化不同矿物掺合料的比例，从市场上可见的UHPC成品和可查的关于UHPC专利来看，硅灰仍然是一个“无法替代”的重要组成成分。

硅灰是一种极其细小的颗粒材料，能够填充水泥颗粒之间的空隙，并且由于其主要成分是无定型二氧化硅，反应活性高，可以与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶C-S-H，有助于提高混凝土的强度，因此硅灰普遍应用于高性能、超高性能混凝土中。然而，硅灰的市场价格极其昂贵，是普通水泥价格的三倍以上。因此设计一种不含硅灰的超高性能混凝土且不损失其优良的力学性能，成为目前进一步降低UHPC生产成本的关键。

发明内容：

技术问题：为了克服上述现有技术的不足和缺陷，本发明利用煅烧黏土和不同粒径的石灰石粉作为替代硅灰的填充材料，制备出一种环保型的不含硅灰的超高性能混凝土基体，同时提供一种它的制备方法。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种不含硅灰的超高性能混凝土基体，该混凝土基体的成分组成及配比如下：

所述水泥为抗硫酸盐水泥CEMI52.5N，矿物组成为硅酸三钙C₃S 62.35％，硅酸二钙C₂S 20.28％，铝酸三钙C₃A 1.42％，铁铝酸四钙C₄AF 5.83％，比表面积BET 940m²/kg，密度3150kg/m³，颗粒粒度D₅₀ 10.21μm；

所述煅烧黏土SiO₂含量＝50～55％，Al₂O₃含量＝40～45％，高岭石含量＝75％～100％，比表面积BET＝9600～15300m²/kg，颗粒粒度D₅₀ 5.0～5.5μm；

所述细石灰石粉CaCO₃含量＝97.61％，比表面积BET＝3370m²/kg，密度＝2700kg/m³，颗粒粒度D₅₀＝2.57μm；

所述粗石灰石粉()CaCO₃含量＝97.61％，比表面积BET＝150m²/kg，密度＝2700kg/m³，颗粒粒度D₅₀＝26.50μm；

所述石英砂颗粒粒度D₅₀ 240.80μm；

所述外加剂为高效聚羧酸减水剂，固含量为25％。

本发明还提供了一种不含硅灰的超高性能混凝土基体的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：按配方比例称取水泥、煅烧黏土、石灰石粉和石英砂倒入搅拌锅内，低速，即61.5rpm搅拌3min；

步骤2：按配方比例称取外加剂和水，缓慢倒入搅拌锅内，低速，即61.5rpm搅拌直至形成液态浆体；