一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土及其制备方法
技术领域
本申请属于建筑材料技术领域，特别涉及一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土(UHPC)由于具有超高强度、超高韧性及超高耐久性能等优点，自上世纪90年代被研制以来，已逐渐应用于桥梁道路、市政、核电厂、港口以及军事工程中，是目前业内研究人员的重点研究对象，但是超高性能混凝土在天然河砂匮乏的西部地区应用研究较少。
随着铁路建设不断地向中西部发展，使得我国西部地区作为混凝土理想细集料的天然河砂变得越来越紧缺，有的地方已经无砂可用，从外地调运河砂，存在交通不便、供应困难、价格昂贵等问题，因此，亟需寻找一种河砂的代替品用来配制超高性能混凝土。
西部地区风积沙、机制砂资源较丰富，用其复掺配制超高性能混凝土意义重大。风积沙颗粒细小、均匀，细度模数较小，作为细集料不适合单独用于混凝土中，风积沙与机制砂合理搭配，可以改善细骨料的的颗粒级配，对混凝土流动性能有促进作用，但是风积沙粘性和保水性差，且掺量过大会影响混凝土的强度，需要严格控制风积沙的掺量，并与机制砂进行合适比例的搭配才能配制出性能优良的超高性能混凝土。机制砂应用于混凝土已有广泛的实例和研究报道，虽然其存在着形状不规则、级配较差、细度模数较大及石粉含量高等问题，但是若对机制砂的粒径、细度模数、石粉含量及亚甲蓝值等加以控制，同时复掺合适比例的风积沙，制备出性能良好的机制砂、风积沙复掺的超高性能混凝土完全可行。
发明内容
本申请实施例提供一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，以解决相关技术中风积沙难以用于制备超高性能混凝土的难题。
第一方面，提供了一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，包括下述配比的原材料：
机制砂的粒径范围为0.16mm～1.25mm，细度模数为2.8～3.3，连续级配；机制砂中石粉的含量≤6wt％，机制砂的MB值≤1.0。
一些实施例中，水泥为强度等级42.5级以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
一些实施例中，矿物掺合料至少包括粉煤灰微珠和硅灰，还包括超细矿粉、石灰石粉、偏高岭土中的至少一种。
一些实施例中，粉煤灰微珠占矿物掺合料总量的25wt％～ 35wt％，硅灰占矿物掺合料总量的35wt％～50wt％。
一些实施例中，粉煤灰微珠的平均粒径为0.5μm～5μm，所述硅灰的平均粒径为0.1μm～1μm，其余矿物掺合料的平均粒径为1μm～ 10μm。
一些实施例中，机制砂为玄武岩机制砂、石灰岩机制砂、花岗岩机制砂、辉绿岩机制砂中的一种或几种。
一些实施例中，风积沙的细度模数为1.0～1.5，其含泥量≤ 0.2wt％，且至少有90wt％的风积沙粒径为0.075mm～0.25mm。
一些实施例中，减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂，其减水率≥40％。
一些实施例中，钢纤维为平直型镀铜钢纤维，长度为12～ 14mm，直径为0.18～0.22mm，抗拉强度≥2000Mpa。
另一方面，提供一种上述机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：按上述配比称取各原材料，将称好的水泥、矿物掺合料、机制砂与风积沙、钢纤维和减水剂搅拌均匀后加入水，混合至混凝土充分流化，即制得上述机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请制备的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土性能良好，解决了天然河砂资源匮乏地区难以制备超高性能造成的超高性能混凝土的问题，同时降低了生产成本。
本申请实施例提供了一种机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，通过合理搭配机制砂、风积沙的比例来改善细骨料的颗粒级配，同时采用控制机制砂的粒径、细度模数、石粉含量及亚甲蓝值等技术手段来控制机制砂的质量；矿物掺合料中采用微珠改善混凝土流动性能，同时复配硅灰等微细掺合料，发挥火山灰效应及填充效应，解决了因机制砂形状不规则、级配较差、细度模数较大及石粉含量高等缺点造成超高性能混凝土性能下降的问题。因此，本申请制备的超高性能混凝土性能良好。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的数据对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例中原材料性能如下：
实施例中的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；
实施例中的矿物掺合料为微珠、硅灰、偏高岭土的混合物，质量比例为30:40:30；
实施例中的机制砂为石灰岩机制砂，粒径范围为0.16mm～1.25mm，细度模数为3.0，连续级配，石粉含量为4wt％，其MB值为1.0；风积沙0.075mm～0.30mm范围内颗粒含量为95％，细度模数为1.4，含泥量为0.5wt％；
实施例中的减水剂为粉体聚羧酸高效减水剂，减水率为42％；
实施例中的钢纤维为平直型镀铜钢纤维，长度为12～14mm，直径为0.18～0.22mm；
实施例中的水为普通自来水。
对比例4中的天然河砂，细度模数为2.6～3.0，含泥量≤ 1.0wt％。
实施例1
本实施例制备的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，其原材料配合比如表1所示：
表1机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表1所示，称取700重量份水泥、400重量份矿物掺合料、800重量份机制砂、200重量份风积沙、150重量份钢纤维、13.7 重量份减水剂以及198重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、机制砂与风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度 545mm，养护28d，抗压强度127.9MPa，抗折强度23.5MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量98.9％，28d氯离子扩散系数0.2×10-12m2/s。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
实施例2
本实施例制备的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，其原材料配合比如表2所示：
表2机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表2所示，称取850重量份水泥、300重量份矿物掺合料、600重量份机制砂、300重量份风积沙、200重量份钢纤维、12.2 重量份减水剂以及205重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、机制砂与风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度为 570mm，养护28d，抗压强度125.1MPa，抗折强度21.6MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量为98.3％，28d氯离子扩散系数为 0.2×10-12m2/s。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
实施例3
本实施例制备的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土，其原材料配合比如表3所示：
表3机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表3所示，称取750重量份水泥、350重量份矿物掺合料、700重量份机制砂、250重量份风积沙、200重量份钢纤维、13.2 重量份减水剂以及193重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、细骨料、风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度 525mm，养护28d，抗压强度130.2MPa，抗折强度24.2MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量为99.4％，28d氯离子扩散系数为 0.1×10-12m2/s。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
对比例1
与实施例1不同之处在于机制砂与风积沙所掺质量比例不同，其原材料配合比如表4所示：
表4机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表4所示，称取700重量份水泥、400重量份矿物掺合料、500重量份机制砂、500重量份风积沙、150重量份钢纤维、13.7 重量份减水剂以及198重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、机制砂与风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度 520mm，养护28d，抗压强度105.8MPa，抗折强度16.5MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量为94.4％，28d氯离子扩散系数为 0.6×10-12m2/s。对比例1所配制的超高性能混凝土基本性能与实施例1相比皆出现明显下降。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
对比例2
与实施例1不同之处在于采用机制砂与风积沙所掺质量比例不同，其原材料配合比如表5所示：
表5机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表5所示，称取700重量份水泥、400重量份矿物掺合料、300重量份机制砂、700重量份风积沙、150重量份钢纤维、13.7 重量份减水剂以及198重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、机制砂与风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度为 485mm，出现轻微泌水现象，养护28d，抗压强度为97.2MPa，抗折强度为15.1MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量为92.9％，28d 氯离子扩散系数为0.7×10-12m2/s。对比例1所配制的超高性能混凝土基本性能与实施例1相比皆出现明显下降。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
对比例3
与实施例1不同之处在于采用机制砂与风积沙所掺质量比例不同，其原材料配合比如表5所示：
表5机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表5所示，称取700重量份水泥、400重量份矿物掺合料、1000重量份风积沙、150重量份钢纤维、13.7重量份减水剂以及 198重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、风积沙、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土扩展度 440mm，出现严重泌水现象，养护28d，抗压强度86.4MPa，抗折强度12.7MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量90.1％，28d氯离子扩散系数0.9×10-12m2/s。对比例1所配制的超高性能混凝土基本性能与实施例1相比皆出现显著下降。其中，机制砂与风积沙复掺的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
对比例4
与实施例1不同之处在于采用河砂取代机制砂与风积沙，其原材料配合比如表7所示：
表7掺天然河砂的超高性能混凝土(kg/m3)
(1)如表7所示，称取700重量份水泥、400重量份矿物掺合料、1000重量份河砂、150重量份钢纤维、13.7重量份减水剂以及 198重量份水；
(2)将水泥、矿物掺合料、河砂、钢纤维和减水剂在立轴行星式强制搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min；
(3)将水全部加入，搅拌4min，待混凝土充分流化后，继续搅拌1min，即得掺河砂的超高性能混凝土；
(4)成型养护。
检测到养护好的掺河砂的超高性能混凝土扩展度为540mm，养护 28d，抗压强度为123.1MPa，抗折强度为22.2MPa，300次冻融循环质量相对动弹性模量为98.5％，28d氯离子扩散系数为0.2×10-12m2/s。对比例4所配制的超高性能混凝土基本性能与实施例1相比并没有明显变化。其中，掺河砂的超高性能混凝土的扩展度检测参照GB/T 50080-2016中相关规定执行，抗压强度、抗折强度测试参照GB/T 31387-2015中相关规定执行，抗冻融试验、抗氯离子扩散系数检测参照GB/T50082-2009中相关规定执行，其中氯离子扩散系数检测配比中不掺钢纤维。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
