一种高强度自密实混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度自密实混凝土及其制备方法。
背景技术
高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。
在公开号为CN110482958A的中国发明专利中公开了一种高强度混凝土及其制备方法及其应用，高强度混凝土包括以下质量份数的组分：硅酸盐水泥7-15份；水5-10份；河砂50-60份，河沙的粒径为0.075-4.75mm；粉煤灰10-15份；硅灰3-5份；矿粉5-8份；石英粉2-5份；钢纤维4-8份；其制备方法为：S1、在反应容器中加入高强度混凝土的各组分，搅拌均匀，形成混凝土浆液；S2、将S1制备所得的混凝土浆液在室温下静置24-48h，再养护成型，形成混凝土中间体；S3、将S2制备所得的混凝土中间体置于85℃-90℃的蒸汽中养护48-72h，即得高强度混凝土。
上述申请文件中，过控制河砂、粉煤灰、硅灰、矿粉以及石英粉的用量比例，并通过控制河砂的粒径，使得高强度混凝土的强度更容易满足高强度工程建设的施工要求的优点，但当混凝土应用在硫酸盐离子含量较高的地域，硫酸盐离子会逐渐渗入到混凝土试件的内部，并与水泥水化产物及空隙中的碱性溶液发生反应，生成具有膨胀应力的硫酸盐产物，当膨胀应力达到一定程度时，会导致混凝土整体出现开裂，因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高强度自密实混凝土，以解决上述技术问题，其具有良好稳定的抗硫酸盐离子侵蚀能力，且在硫酸盐离子含量较高的地域应用时，整体不易产生开裂。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度自密实混凝土，包括如下重量份数的组分：
水泥原料 420-460份；
矿粉 58-62份；
粉煤灰 50-60份；
中砂 850-860份；
碎石原料 850-860份；
减水剂 9-11份；
水 140-145份；
氟硅酸镁 3-6份；
填充强化料 12-18份。
通过采用上述技术方案，粉煤灰与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，使高强度自密实混凝土保持良好稳定的结构强度。矿粉可有效提高高强度自密实混凝土的抗压强度，降低高强度自密实混凝土的成本，同时能够抑制碱骨料反应，降低水化热，减少高强度自密实混凝土结构早期温度裂缝，提高高强度自密实混凝土密实度，且在提高抗侵蚀能力上有明显效果。减水剂在维持高强度自密实混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量，进而改善高强度自密实混凝土拌合物的流动性，提高其整体品质。填充强化料具有良好的分散性和填充性，使高强度自密实混凝土整体的密实度和抗压强度大大提高。
氟硅酸镁抑制了硅酸盐和铝酸盐的溶解性，促进了钙离子的溶解，且氟硅酸镁水解会产生硅酸胶体，会与水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应生成晶体物质，阻止了水化反应的迁移，并起到缓凝作用，进而收缩混凝土毛孔和裂缝，还能对使用环境中硅酸盐离子的侵蚀起到良好的抵御作用。同时，氟硅酸镁和粉煤灰之间能够起到良好的复配增效作用，其混合形成的微小水化物离子对高强度自密实混凝土内的毛细孔缝起到良好的填塞作用，且阻隔了表层混凝土中大量的连通孔隙，能够有效抑制硫酸盐离子对高强度自密实混凝土的侵蚀，进而使高强度自密实混凝土在硫酸盐离子含量较高的地域应用时，整体不易产生开裂。
进一步优选为，所述高强度自密实混凝土的组分中还加入有重量份数为5-7份的功能混合料，且功能混合料由氧化硅、氧化铝和氧化镁按任意比例混合而得。
通过采用上述技术方案，氧化硅、氧化铝和氧化镁具有良好的分散性和填充性，能够提高高强度自密实混凝土的密实度，使溶于水的硫酸盐离子不易向混凝土内部渗透，且功能混合料在受到硫酸盐离子的激发，整体活性提高，能与水泥水化产生的氢氧化钙及低强度的高碱性水化硅酸钙发生二次反应，生产强度更高、稳定性更好的低碱性水化硅酸钙，进而使高强度自密实混凝土整体不易产生裂缝，整体抗硫酸盐离子侵蚀能力大大提高。同时，功能混合料还可以增加浆体中的水化产物,以填充水泥浆体的毛细孔以及集料与浆体的间隙，提高密实度，从而提高高强度自密实混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。
进一步优选为，所述水泥原料选用硅酸盐水泥P.Ⅰ52.5级和P.Ⅱ52.5级中的任意一种。
通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥是以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5％以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；而选用上述规格的硅酸盐水泥和高铝酸盐水泥，均能够得到抗压强度、极限抗拉强度和弯拉强度优异的高强度自密实混凝土。
进一步优选为，所述碎石原料选用二级配：5-10mm、10-20mm，最大粒径40mm，且级配比例为(1.4-1.6):1。
通过采用上述技术方案，选用上述规格的级配和级配比例，能够碎石原料与其他各组分原料之间形成最紧密堆积，有利于降低高强度自密实混凝土内的孔隙率，使高强度自密实混凝土在硬化后期具有较小的收缩变形，整体能够保持良好稳定的抗硫酸盐离子侵蚀性能。
进一步优选为，所述减水剂选用氨基磺酸盐系高效减水剂、萘磺酸盐减水剂和聚羧酸系高性能减水剂中的任意一种。
通过采用上述技术方案，减水剂能减少单位用水量，在维持高强度自密实混凝土坍落度基本不变的条件下，改善高强度自密实混凝土的流动性，提高高强度自密实混凝土的密实度，并使高强度自密实混凝土在应用过程中保持良好稳定的结构强度，整体品质更加优异。
进一步优选为，所述填充强化料选用石英粉、碳化硅、氮化硅、刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的任意一种或多种混合物。
通过采用上述技术方案，石英粉、碳化硅、氮化硅、刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维均为良好的增强剂，其在高强度自密实混凝土中具有良好的分散性和填充性，且与各组分原料之间具有良好的结合性，使高强度自密实混凝土在固化成型后的整体结构强度大大提高，并保持稳定优异的抗硫酸盐离子侵蚀性能。
本发明的目的二在于提供一种高强度自密实混凝土的制备方法，采用该方法制备的高强度自密实混凝土具有良好稳定的抗硫酸盐离子侵蚀能力，且在硫酸盐离子含量较高的地域应用时，整体不易产生开裂。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案，一种高强度自密实混凝土，包括以下步骤：
步骤一，将相应重量份数的中砂、碎石原料、粉煤灰、水泥原料、矿粉和填充强化料进行搅拌混合，搅拌速度为30-50rpm，搅拌时间20-30min，得到混合料；
步骤二，将减水剂和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为10-20rpm，搅拌3-5min，得到混合液；
步骤三，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌6-10min，搅拌速度为30-40rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁，持续搅拌3-5min，即可得到高强度自密实混凝土。
通过采用上述技术方案，制备高强度自密实混凝土的工艺操作较为简单，且能够快速使各组分之间快速混合均匀，使高强度自密实混凝土具有较高的生产效率和绿色环保性能，整体品质也能得到保证。
进一步优选为，所述碎石原料在使用前进行预处理，具体包括如下步骤：将相应重量份数的,碎石原料在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80-110℃，时间为12-18min，搅拌速度为20-30rpm，冷却至室温后用强磁磁选机进行除铁去杂，且经筛网筛选后得到预处理后的碎石原料。
通过采用上述技术方案，将碎石原料进行烘干搅拌处理，能够避免其相互之间由于水分而粘连在一起，并能碎石原料表面的酥脆部能够分裂筛选后去除；用强磁磁选机进行除铁去杂，有利于避免高强度自密实混凝土的内部出现锈蚀，保证其内部结构的问题；因此，预处理后的碎石原料有利于减少高强度自密实混凝土的内部孔隙，并使高强度自密实混凝土具有良好稳定的抗硫酸盐离子侵蚀能力，且整体不易产生开裂。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)氟硅酸镁和粉煤灰之间能够起到良好的复配增效作用，其混合形成的微小水化物离子对高强度自密实混凝土内的毛细孔缝起到良好的填塞作用，且阻隔了表层混凝土中大量的连通孔隙，能够有效抑制硫酸盐离子对高强度自密实混凝土的侵蚀，进而使高强度自密实混凝土在硫酸盐离子含量较高的地域应用时，整体不易产生开裂；
(2)加入由氧化硅、氧化铝和氧化镁按任意比例混合而得的功能混合料，不仅能够提高高强度自密实混凝土的密实度，使溶于水的硫酸盐离子不易向混凝土内部渗透，还能够使高强度自密实混凝土整体不易产生裂缝，整体品质更佳优异。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种高强度自密实混凝土，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
步骤一，将相应重量份数的中砂、碎石原料、粉煤灰、水泥原料、矿粉和石英粉进行搅拌混合，搅拌速度为40rpm，搅拌时间25min，得到混合料；
步骤二，将减水剂和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为15rpm，搅拌4min，得到混合液；
步骤三，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
注：上述步骤中碎石原料选用二级配：5-10mm、10-20mm，最大粒径40mm，且级配比例为1:1.5；水泥原料选用硅酸盐水泥P.Ⅱ52.5级；减水剂选用聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系高性能减水剂为购自苏州市兴邦化学建材有限公司的PC-1022聚醚类聚羧酸减水剂。
实施例2：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
步骤一，将相应重量份数的中砂、碎石原料、粉煤灰、水泥原料、矿粉和石英粉进行搅拌混合，搅拌速度为30rpm，搅拌时间30min，得到混合料；
步骤二，将减水剂和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为10rpm，搅拌5min，得到混合液；
步骤三，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌10min，搅拌速度为30rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁，持续搅拌5min，即可得到高强度自密实混凝土。
实施例3：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
步骤一，将相应重量份数的中砂、碎石原料、粉煤灰、水泥原料、矿粉和石英粉进行搅拌混合，搅拌速度为50rpm，搅拌时间20min，得到混合料；
步骤二，将减水剂和水在搅拌站中混合，持续进行搅拌，搅拌速度为20rpm，搅拌3min，得到混合液；
步骤三，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌6min，搅拌速度为40rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁，持续搅拌3min，即可得到高强度自密实混凝土。
实施例4-5：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1 实施例1-5中各组分及其重量份数
实施例6：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的水泥原料选用硅酸盐水泥P.Ⅰ52.5级。
实施例7：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的碎石原料选用二级配：5-10mm、10-20mm，最大粒径40mm，且级配比例为1.4:1。
实施例8：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的碎石原料选用二级配：5-10mm、10-20mm，最大粒径40mm，且级配比例为1.6:1。
实施例9：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤二中的减水剂选用萘磺酸盐减水剂，购自为湘潭高新区林盛化学有限公司的JS-N1型萘磺酸盐高效减水剂。
实施例10：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中填充强化料选用碳化硅和氮化硅的混合物，且碳化硅和氮化硅的质量混合比为1:1。
实施例11：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中填充强化料选用刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维的混合物，且刚玉粉、硅酸铝纤维和玻璃纤维的质量混合比为1:1:2。
实施例12：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和6份的功能混合料，且功能混合料由氧化硅、氧化铝和氧化镁按质量比为1:1:2混合而得，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
实施例13：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和5份的功能混合料，且功能混合料由氧化硅、氧化铝和氧化镁按质量比为1:3:2混合而得，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
实施例14：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和7份的功能混合料，且功能混合料由氧化硅、氧化铝和氧化镁按质量比为4:1:2混合而得，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
实施例15：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的碎石原料在使用前进行预处理，具体包括如下步骤：将相应重量份数的,碎石原料在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在95℃，时间为15min，搅拌速度为25rpm，冷却至室温后用强磁磁选机进行除铁去杂，且经筛网筛选后得到预处理后的碎石原料。
实施例16：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的碎石原料在使用前进行预处理，具体包括如下步骤：将相应重量份数的,碎石原料在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在110℃，时间为12min，搅拌速度为20rpm，冷却至室温后用强磁磁选机进行除铁去杂，且经筛网筛选后得到预处理后的碎石原料。
实施例17：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一中的碎石原料在使用前进行预处理，具体包括如下步骤：将相应重量份数的,碎石原料在烘干桶内进行搅拌烘干，温度控制在80℃，时间为18min，搅拌速度为30rpm，冷却至室温后用强磁磁选机进行除铁去杂，且经筛网筛选后得到预处理后的碎石原料。
对比例1：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，即可得到高强度自密实混凝土。
对比例2：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤一具体设置为，将相应重量份数的中砂、碎石原料、水泥原料、矿粉和石英粉进行搅拌混合，搅拌速度为40rpm，搅拌时间25min，得到混合料。
对比例3：一种高强度自密实混凝土，与对比例2的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，即可得到高强度自密实混凝土。
对比例4：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和6份的功能混合料，且功能混合料为氧化硅，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
对比例5：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和6份的功能混合料，且功能混合料为氧化铝，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
对比例6：一种高强度自密实混凝土，与实施例1的不同之处在于，步骤三具体设置为，将混合液与混合料进行搅拌混合，持续搅拌8min，搅拌速度为35rpm，再加入相应重量份数的氟硅酸镁和6份的功能混合料，且功能混合料为氧化镁，持续搅拌4min，即可得到高强度自密实混凝土。
性能测试
试验样品：采用实施例1-17中获得的高强度自密实混凝土作为试验样品1-17，采用对比例1-6中获得的高强度自密实混凝土作为对照样品1-6。
试验方法：将试验样品1-17和对照样品1-6中的高强度自密实混凝土按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的内容制作标准样品，应标准样品置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡，溶液至少超过标准样品表面20mm，然后开始浸泡。注入溶液的时间不应超过30min。浸泡龄期从将试件移入5％硫酸钠溶液中起计时。试验过程中始终保持溶液的PH值在(7±0.5)之间，且溶液的温度应控制在(25±0.5)℃。并在浸泡过程中对标准样品的表面进行观测，直至其表面出现裂纹时，记录试验持续时间。
试验结果：试验样品1-17和对照样品1-6的测试结果如表2所示。由表2可知，由试验样品1-5和对照样品1-3的测试结果对照可得，氟硅酸镁和粉煤灰之间能够起到良好的复配增效作用，可大大提高高强度自密实混凝土的耐硫酸盐侵蚀性能。由试验样品12-14和试验样品1的测试结果对照可得，加入由氧化硅、氧化铝和氧化镁按任意比例混合而得的功能混合料，能够提高高强度自密实混凝土的耐硫酸盐侵蚀性能，并进一步由试验样品12和对照样品4-5的测试结果对照可得，使用氧化硅、氧化铝和氧化镁的任意一种单独使用，则提升效果均不佳，而当氧化硅、氧化铝和氧化镁混合使用时，提升效果较为优异，且整体提升较大。由试验样品15-17和试验样品1的测试结果对照可得，预处理后的碎石原料有利于减少高强度自密实混凝土的内部孔隙，并使高强度自密实混凝土具有良好稳定的抗硫酸盐离子侵蚀能力。
表2 试验样品1-17和对照样品1-6的测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
