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一種超高性能混凝土及其制備方法

文檔序號(hào):9919093閱讀:1305來源:國(guó)知局
一種超高性能混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及土木工程中的建筑材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種超高性能混凝土及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)材料已有一百多年的歷史。隨著大量高層/超高層建 筑、大跨橋梁以及港口機(jī)場(chǎng)等建筑形式的拔地而起,高抗壓強(qiáng)度(大于l〇〇MPa)且耐久性、抗 疲勞和抗沖擊性能極佳的超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)應(yīng) 運(yùn)而生。
[0003] 但是UHPC所特有的極為致密的微觀結(jié)構(gòu)在大幅度提高強(qiáng)度的同時(shí),也會(huì)不可避免 地給結(jié)構(gòu)的火災(zāi)安全性帶來巨大隱患,如在高溫火災(zāi)作用下極易發(fā)生爆裂,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載 力顯著下降,嚴(yán)重威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。
[0004] 已公開的研究表明,UHPC高溫作用下發(fā)生爆裂的作用機(jī)理主要包括蒸汽壓機(jī)理和 熱應(yīng)力機(jī)理,且前者對(duì)高溫爆裂的發(fā)生起主要控制作用。目前針對(duì)減小蒸汽壓機(jī)理來提高 UHPC防高溫爆裂性能的方法主要集中在如何"泄壓"方面,典型方法為:摻加適量的、恪點(diǎn)較 低的聚合物纖維,利用纖維高溫熔化后形成的通道來增強(qiáng)泄壓能力,降低高溫引發(fā)的混凝 土內(nèi)部蒸汽壓,防止UHPC高溫爆裂的發(fā)生,但這種方法并不能顯著提高UHPC的常溫力學(xué)性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 由【背景技術(shù)】可知,蒸汽壓機(jī)理對(duì)UHPC高溫爆裂的發(fā)生起主導(dǎo)控制作用。本發(fā)明舍 棄了以往通過摻加聚合物纖維增強(qiáng)UHPC高溫"泄壓"能力的慣用技術(shù)途徑,提出一種新的超 高性能混凝土及相應(yīng)的制備方法,開拓性地從混凝土自身"減壓"角度出發(fā),引入干熱養(yǎng)護(hù) 工藝來提高UHPC的防高溫爆裂性能。基本原理是:采用干熱養(yǎng)護(hù)減少UHPC內(nèi)部游離水的數(shù) 量,降低混凝土自身濕含量,以降低其高溫爆裂時(shí)的內(nèi)部蒸汽壓力,進(jìn)而提高UHPC的防高溫 爆裂性能。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:
[0007] -種超高性能混凝土,每立方米成品由以下各組分按照相應(yīng)的重量配比均勻混合 而成:
[0008] 膠凝材料,包括:水泥500~600kg/m3,硅灰70~120kg/m 3,粉煤灰100~200kg/m3, 礦渣粉70~120kg/m3;
[0009] 骨料,包括:細(xì)骨料550~650kg/m3,粗骨料800~1000kg/m 3;
[0010] 高效減水劑,減水率M5%,含量為膠凝材料的0.8~1.2wt% ;
[0011] 水,保持膠凝材料、骨料與水形成的拌合物的水膠比為0.14~0.20。
[0012] 在上述超高性能混凝土中,所述拌合物由以下各組分按照相應(yīng)的重量配比均勻混 合而成:
[0013] 水泥500~5501<^/1113,娃灰80~1001^/1113,粉煤灰150~2001^/111 3,礦漁粉80~ 100kg/m3 ;
[0014] 細(xì)骨料 580 ~640kg/m3,粗骨料900 ~950kg/m3。
[0015] 在上述超高性能混凝土中,所述細(xì)骨料為機(jī)制砂或者天然砂,所述細(xì)骨料的細(xì)度 模數(shù)為2.4~3.0。
[0016] 在上述超高性能混凝土中,所述粗骨料為玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r或者輝綠巖,所 述粗骨料由5~10mm和10~16mm兩種粒徑規(guī)格的原材均勾混合而成,兩種粒徑規(guī)格的原材 的重量比為3:5~3:8。
[0017]在上述超高性能混凝土中,所述拌合物的抗壓強(qiáng)度2 lOOMPa。
[0018] 一種超高性能混凝土的制備方法,包括以下步驟:
[0019] S10、拌合物的制備:
[0020]先加入細(xì)骨料和總用水量20wt %的水,攪拌1~2min,再加入水泥、硅灰、粉煤灰和 礦渣粉,攪拌4~5min,旨在使膠凝材料包裹在砂子表面,形成低水膠比的水泥漿薄殼;之后 加入粗骨料,攪拌3~4min,充分混合后,加入減水率2 15 %的高效減水劑及滿足設(shè)定拌合 物水膠比的剩余用水量,攪拌3~5min;即形成作為初成品的拌合物;測(cè)定拌合物的坍落度, 使其保持在200 ± 50mm的范圍內(nèi);
[0021] S20、養(yǎng)護(hù):
[0022]初成品拆模后,在溫度為100~300 °C、恒溫時(shí)長(zhǎng)為1~4d的養(yǎng)護(hù)制度下對(duì)其進(jìn)行干 熱養(yǎng)護(hù),之后再密封保存至養(yǎng)護(hù)齡期,養(yǎng)護(hù)完成即形成成品混凝土。
[0023]在上述超高性能混凝土的制備方法中,在步驟S20中,在干熱養(yǎng)護(hù)之前,進(jìn)行泡水 預(yù)養(yǎng)護(hù)。
[0024]在上述超高性能混凝土的制備方法中,所述泡水預(yù)養(yǎng)護(hù)的養(yǎng)護(hù)制度為:常溫泡水5 ~7d〇
[0025]在上述超高性能混凝土的制備方法中,所述泡水預(yù)養(yǎng)護(hù)的養(yǎng)護(hù)制度為:在60~90 °C的熱水中養(yǎng)護(hù)2~4d。
[0026] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0027] 本發(fā)明通過干熱養(yǎng)護(hù)的方式,減小了混凝土自身內(nèi)部的游離水,降低了濕含量,進(jìn) 而降低了在火災(zāi)高溫作用下UHPC內(nèi)部形成的蒸汽壓力,具有很好的"減壓"效果,明顯提高 了 UHPC的防高溫爆裂性能。
[0028] 此外,本發(fā)明中的干熱養(yǎng)護(hù)還可以促進(jìn)膠凝材料(水泥及活性摻合料)的水化,在 一定程度上改善粗骨料與砂漿界面的缺陷,提高含粗骨料超高性能混凝土的常溫力學(xué)性 能,進(jìn)一步提高通過簡(jiǎn)單便捷的養(yǎng)護(hù)方法改善UHPC整體性能的可行性,這將更加有利于其 在實(shí)際工程中的推廣及應(yīng)用。
【附圖說明】
[0029]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí),能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供 對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。 [0030]圖1為本發(fā)明一種超高性能混凝土的對(duì)比例及各實(shí)施例經(jīng)800°C高溫爆裂試驗(yàn)后 形貌圖;
[0031]圖ι-a為本發(fā)明一種超高性能混凝土的對(duì)比例經(jīng)800°C高溫爆裂試驗(yàn)后形貌圖; [0032]圖Ι-b為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例1經(jīng)800°C高溫爆裂試驗(yàn)后形貌圖; [0033]圖1-c為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例2經(jīng)800°C高溫爆裂試驗(yàn)后形貌圖; [0034]圖Ι-d為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例3經(jīng)800°C高溫爆裂試驗(yàn)后形貌圖; [0035]圖2-a為本發(fā)明一種超高性能混凝土的對(duì)比例的高溫爆裂試驗(yàn)過程的升溫曲線; [0036]圖2-b為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例1的高溫爆裂試驗(yàn)過程的升溫曲線; [0037]圖2-c為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例2的高溫爆裂試驗(yàn)過程的升溫曲線; [0038]圖2-d為本發(fā)明一種超高性能混凝土的實(shí)施例3的高溫爆裂試驗(yàn)過程的升溫曲線; [0039]圖3為本發(fā)明一種超高性能混凝土的干熱養(yǎng)護(hù)方法的對(duì)比例以及各實(shí)施例的常溫 抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖;
[0040] 圖4為本發(fā)明一種超高性能混凝土的干熱養(yǎng)護(hù)方法的對(duì)比例以及各實(shí)施例的常溫 劈裂抗拉強(qiáng)度對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0042] 本發(fā)明的超高性能混凝土中,每立方米成品由以下各組分按照重量配比均勻混合 而成:
[0043 ]膠凝材料,包括:
[0044] 水泥450~600kg/m3,娃灰70~1201<^/1113,粉煤灰100~2001^/111 3,礦漁粉70~ 120kg/m3;
[0045] 骨料,包括:
[0046] 細(xì)骨料,為機(jī)制砂或者天然砂,配比為550~650kg/m3;
[0047] 粗骨料,為玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r或者輝綠巖,配比為800~1000kg/m3;
[0048] 高效減水劑(減水率2 15%),用量為膠凝材料的0.8~1.2wt%;
[0049] 水,保持膠凝材料、骨料與水形成的拌合物的水膠比為0.14~0.20。
[0050] 優(yōu)選地,各組分的配比為:
[0051 ]水泥500~5501<^/1113,娃灰80~1001^/1113,粉煤灰150~2001^/111 3,礦漁粉80~ 100kg/m3,機(jī)制砂或者天然砂580~640kg/m3,粗骨料900~950kg/m 3。
[0052] 上述各組分中:
[0053] 水泥為強(qiáng)度等級(jí)52.5級(jí)或者52.5R級(jí)的硅酸鹽系列水泥;
[0054]細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.4~3.0;
[0055] 粗骨料由5~10mm和10~16mm兩種粒徑的前述石子均勾混合而成,且兩種粒徑規(guī) 格的重量比為3:5~3:8,優(yōu)選為3:7。
[0056]將組分按照上述配比,先加入細(xì)骨料和總用水量20wt%的水,攪拌1~2min;再加 入水泥、硅灰、粉煤灰和礦渣粉,攪拌4~5min,旨在使膠凝材料包裹在砂子表面,形成低水 膠比的水泥漿薄殼;之后加入粗骨料,攪拌3~4min,充分混合后,加入減水率2 15%的高效 減水劑及滿足設(shè)定拌合物水膠比的剩余用水量,攪拌3~5min;即形成作為初成品的拌合 物;測(cè)定拌合物的坍落度,使其保持在200 ± 50mm的范圍內(nèi)。
[0057]較之于剔除粗骨料,采用緊密堆積密度原理制備的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC),本發(fā)明通過在UHPC中加入粗骨料,在降低成本的同時(shí),骨料還具有 一定的骨架作用,在性能可以得到保證的前提下,顯然更易于UHPC的推廣。
[0058]本發(fā)明在拆模后對(duì)初成品進(jìn)一步進(jìn)行干熱養(yǎng)護(hù),在改善粗骨料與砂漿的界面缺 陷,提高混凝土力學(xué)性能的同時(shí),還可以明顯地提高超高性能混凝土的防
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