本发明属于混凝土材料
技术领域：
，具体涉及一种高强耐磨混凝土及其制备方法。
背景技术：
：混凝土是由水泥、骨料和水(必要时掺入适量外加剂和矿物掺合料)等按一定配合比，经搅拌、成型、养护等工艺硬化而成的工程材料，是目前应用量最大、应用范围最广的土木工程材料之一，是公路、铁路、桥梁、大坝、机场道面、地下结构物和房屋建筑等工程建设的必备材料，混凝土工业的发展为国家基础设施建设作出了巨大贡献。据统计，2014年我国商品混凝土产量达到15.5亿m3，居世界首位，混凝土是现阶段乃至未来较长一段时间内我国主导的工程结构材料。随着科学技术的不断发展，许多超大、超长、超高的建筑物不断涌现，如大跨度桥梁、摩天大楼等建筑物，普通混凝土由于其性能的局限性已不能满足以上工程需要。混凝土结构设施的大型化和功能化、结构物工作环境的复杂化和多样化均对混凝土的性能提出了更高要求。普通混凝土存在的脆性大、耐磨性能差的问题，是国内外材料界研究人员长期关注的重要问题之一，相关研究工作仍需加强。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种高强耐磨混凝土，本发明中，通过充分利用不同大小颗粒原料混合物的搭配填充和化学活性作用，配合钢纤维抗拉强度高的优点，形成了高强耐磨混凝土，并解决现有技术中混凝土脆性大且耐磨性差等技术问题。本发明混凝土具有抗压强度和抗折强度高、磨损率低的特性，且具有强度发展快、养护时间短、产品稳定性高等优点，并具有广阔的应用前景。本发明的第二个目的在于提供所述高强耐磨混凝土的制备方法，本发明方法中，通过以本发明原料为混凝土组分配方，并通过进一步的静养以及养护以制备本发明高强耐磨混凝土，具有制备方法简单，所制得的混凝土强度高且耐磨性好等优点。本发明的目的通过以下技术方案实现的：本发明提供了一种高强耐磨混凝土，按照重量份数计，所述混凝土主要由以下原料配制而成：水泥80～120份，例如可以为，但不限于90、100或者110份等；石英砂50～80份，例如可以为，但不限于55、60、70或者75份等；镍渣40～70份，例如可以为，但不限于45、50、60或者65份等；石英粉3～15份，例如可以为，但不限于5、10或者12份等；硅灰10～40份，例如可以为，但不限于15、20、25、30或者35份等；纳米硅粉2～8份，例如可以为，但不限于3、5或者7份等；钢纤维18～22份；外加剂1～2份以及水20.0～25.0份。可选的，本发明中,按照重量份数计，所述混凝土主要由以下原料配制而成：水泥100～110份、石英砂60～70份、镍渣50～60份、石英粉5～10份、硅灰15～30份、纳米硅粉3～6份、钢纤维18.2～20.2份、外加剂1.1～1.7份以及水23.0～24.5份。可选的，本发明中,按照重量份数计，所述混凝土由以下原料配制而成：水泥100～110份、石英砂60～70份、镍渣50～60份、石英粉5～10份、硅灰15～30份、纳米硅粉3～6份、钢纤维18.2～20.2份、外加剂1.1～1.7份以及水23.0～24.5份。可选的，本发明中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥。可选的，本发明中，所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％。可选的，本发明中，所述镍渣的粒径为50～350μm。可选的，本发明中，所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％。可选的，本发明中，所述纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％。可选的，本发明中，所述钢纤维的长度为10～15mm，直径为0.2～0.4mm，抗拉强度为1500MPa。可选的，本发明中，所述的外加剂为聚羧酸减水剂。同时，本发明还提供了本发明所述高强耐磨混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)成型：按本发明所述高强耐磨混凝土各原料组分的配比，称量原料，混匀后倒入模具；(2)装有原料混合物的模具置于标准养护箱中静养18～36h，脱模取出静养后所得试样，并将试样置于蒸压养护釜中养护5～10h，其中蒸压养护釜的温度为195～201℃、压力为1.3～1.6MPa，再将蒸压养护的试样置于80℃养护箱中常压养护48～72h，得到所述的高强耐磨混凝土。可选的，本发明方法中，步骤(2)所述标准养护箱中静养的时间可以为20、24、30或者32h等。可选的，本发明方法中，步骤(2)所述蒸压养护釜中养护的时间可以为6、7、8或者9h等。可选的，本发明方法中，步骤(2)所述养护箱中常压养护的时间可以为54、60或者66h等。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：(1)本发明的高强耐磨混凝土充分利用镍渣耐磨强度高的特性，提升混凝土耐磨性能，进而有效提高混凝土结构物的使用性能和服役寿命。(2)本发明的高强耐磨混凝土充分利用硅灰等活性外掺料的搭配填充和化学活性作用，使得混凝土的抗压强度明显提高。(3)本发明的高强耐磨混凝土充分利用纳米硅粉比表面积大、反应活性高的特性，能有效提高混凝土的结构密实性和力学强度，且能改善混凝土的耐久性能。(4)本发明的高强耐磨混凝土充分利用钢纤维抗拉强度高、韧性好的特性，使得混凝土的抗折强度显著提升，有效克服了普通混凝土脆性大的缺陷。(5)本发明的高强耐磨混凝土具有抗压强度和抗折强度高的优点，应用于承载力大、耐冲击性能要求高的结构物具有明显优势。(6)本发明的高强耐磨混凝土具有强度发展快、养护时间短的优点，可有效缩短产品生产周期，提高产品生产效率。(7)本发明的高强耐磨混凝土具有制备工艺简单、产品稳定性高等优势，有效提高产品的成品率。(8)本发明的高强耐磨混凝土的制备，充分利用了不同大小颗粒原料混合物的搭配和填充作用，使得混凝土结构致密，有效提高了混凝土的耐久性。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉50g，硅灰150g，纳米硅粉60g，钢纤维182g，聚羧酸减水剂11g以及水230g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照如下所述方法制备高强耐磨混凝土：(1)成型：将已称量的各原料混匀后，倒入模具；(2)养护：将装有原料混合物的模具置于标准养护箱中静养24h，脱模取出静养后所得试样，并将试样置于蒸压养护釜中养护8h，其中蒸压养护釜的温度为195～201℃、压力为1.3～1.6MPa，再将蒸压养护的试样置于80℃养护箱中常压养护64h，即得到实施例1的高强耐磨混凝土。实施例2按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉50g，硅灰200g，纳米硅粉50g，钢纤维189g，聚羧酸减水剂13g，水235g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照如下所述方法制备高强耐磨混凝土：(1)成型：将已称量的各原料混匀后，倒入模具；(2)养护：将装有原料混合物的模具置于标准养护箱中静养24h，脱模取出静养后所得试样，并将试样置于蒸压养护釜中养护8h，其中蒸压养护釜的温度为195～201℃、压力为1.3～1.6MPa，再将蒸压养护的试样置于80℃养护箱中常压养护64h，即得到实施例2的高强耐磨混凝土。实施例3按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉100g，硅灰250g，纳米硅粉40g，钢纤维196g，聚羧酸减水剂15g，水240g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照如下所述方法制备高强耐磨混凝土：(1)成型：将已称量的各原料混匀后，倒入模具；(2)养护：将装有原料混合物的模具置于标准养护箱中静养24h，脱模取出静养后所得试样，并将试样置于蒸压养护釜中养护8h，其中蒸压养护釜的温度为195～201℃、压力为1.3～1.6MPa，再将蒸压养护的试样置于80℃养护箱中常压养护64h，即得到实施例3的高强耐磨混凝土。实施例4按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉100g，硅灰300g，纳米硅粉30g，钢纤维202g，聚羧酸减水剂17g，水245g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照如下所述方法制备高强耐磨混凝土：(1)成型：将已称量的各原料混匀后，倒入模具；(2)养护：将装有原料混合物的模具置于标准养护箱中静养24h，脱模取出静养后所得试样，并将试样置于蒸压养护釜中养护8h，其中蒸压养护釜的温度为195～201℃、压力为1.3～1.6MPa，再将蒸压养护的试样置于80℃养护箱中常压养护64h，即得到实施例4的高强耐磨混凝土。实验例1分别取实施例1-4所制得的混凝土，并分别进行抗压强度、抗折强度以及磨损率测试，结果如下所示：实验组抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)磨损率(kg/m2)实施例1187.230.81.126实施例2206.532.51.012实施例3147.227.11.464实施例4164.828.61.386上述表格中的数据可以看出，本发明的高强耐磨混凝土具有抗压强度和抗折强度高，磨损率低等优异性能，明显优于常规混凝土材料。因此，将本发明的高强耐磨混凝土应用于工程实际，有利于混凝土结构物工作性能的提高和服役寿命的延长。对比例1按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，水300g；其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥。然后，按照实施例2所述的方法，并制备得到对比例1的混凝土。对比例2按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，石英粉50g，硅灰200g，纳米硅粉50g，钢纤维189g，聚羧酸减水剂13g，水235g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照实施例2所述的方法，并制备得到对比例2的混凝土。对比例2的混凝土与实施例2的混凝土区别在于，对比例2的混凝土中不含镍渣。对比例3按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉50g，纳米硅粉50g，钢纤维189g，聚羧酸减水剂13g，水235g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照实施例2所述的方法，并制备得到对比例3的混凝土。对比例3的混凝土与实施例2的混凝土区别在于，对比例3的混凝土中不含硅灰。对比例4按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉50g，硅灰200g，钢纤维189g，聚羧酸减水剂13g，水235g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述钢纤维的长度为10mm，直径为0.2mm，抗拉强度为1500MPa。然后，按照实施例2所述的方法，并制备得到对比例4的混凝土。对比例4的混凝土与实施例2的混凝土区别在于，对比例4的混凝土中不含纳米硅粉。对比例5按照如下所述的各原料组分，分别称取：水泥1000g，石英砂600g，镍渣500g，石英粉50g，硅灰200g，纳米硅粉50g，聚羧酸减水剂13g，水235g。其中，所述水泥为52.5强度等级的硅酸盐水泥；所述石英砂的粒径为150～500μm，SiO2含量≥90％；所述石英粉的粒径为0.5～150μm，SiO2含量≥90％；所述镍渣的粒径为50～350μm；所述硅灰的比表面积＞15000m2/kg，SiO2含量＞90％；所述的纳米硅粉的粒径≤100nm，SiO2含量＞99％。然后，按照实施例2所述的方法，并制备得到对比例5的混凝土。对比例5的混凝土与实施例2的混凝土区别在于，对比例5的混凝土中不含钢纤维。实验例1分别取对比例1-7所制得的混凝土，并分别进行抗压强度、抗折强度以及磨损率测试，结果如下所示：实验组抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)磨损率(kg/m2)对比例162.18.62.856对比例2117.117.51.836对比例387.416.62.366对比例4132.422.71.588对比例5178.714.91.953本发明混凝土抗压强度和抗折强度高、磨损率低，同时强度发展快、养护时间短、产品稳定性高等优点，具有广阔的应用前景。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页1 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