一种仿石材高抗冲击UHPC板材及其制备方法与流程

本发明涉及建材领域，特别涉及一种仿石材高抗冲击uhpc板材及其制备方法。

背景技术：

在建筑领域中，外立面使用的建材是建筑风格中的最大特征之一，以前常用天然石材料作为装修用材料，近年来，以钢筋混凝土为主要原料添加其它轻骨材料凝合而成的仿石材料，由于其优异的性能逐渐取代天然石材。

仿石材料具有色泽、纹理逼真、坚固耐用、免维护等优点，与自然生态环境搭配非常和谐，应用越来越广，但由于建筑领域的不断发展，以及人们审美的不断提高，对于仿石建材有着更高，更精细的要求。

申请号为201810980898.1的专利，公开了将不同粒径的碎石作为原料，与彩砂、岩片及多种助剂等混入环氧树脂料液中，与水泥搅拌均匀后进行浇筑，得到仿石材水泥砖。该方法是通过不同粒径的碎石实现仿石材的外观效果，但是该法由于采用很多大粒径骨料，所制备的材料力学强度尤其是抗冲击性能、平整度不够；另外，采用浇筑的成型方法，不适合工业生产。

uhpc(ultra-highperformanceconcrete)超高性能混凝土，是具有超高强度，超低吸水率，超强耐久性和耐侵蚀性能的特殊混凝土，如能将uhpc板材制备成仿石材样式，将大幅扩展其市场应用范围，但由于uhpc板材采用的骨料粒径较小，对配方级配要求很高，如采用不同颜色的超细彩砂作为斑点，无法实现仿石材效果，如采用不同颜色的大颗粒彩砂作为斑点，则会造成uhpc板材缝隙率不均，产生收缩应力，影响板材的抗冲击性能等力学性能，且表面平整度也会受到影响。目前在市面上的uhpc仿石材板材仅仅只能通过表面涂覆仿石材纹理达到外观要求，但涂层容易在使用过程中磨损，严重影响使用效果。

技术实现要素：

为了解决上述问题，有必要提供一种仿石材高抗冲击uhpc板材，其抗冲击性能优越，且其平整度为0-2.0mm(精确到0.5mm)，相应的也有必要提供一种上述仿石材高抗冲击uhpc板材的制备方法。

相较现有技术，本发明所述方法的制得的仿石材高抗冲击uhpc板材，其抗冲击强度高，且其平整度高，可广泛地用于建筑领域。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿石材高抗冲击uhpc板材，基材表面具有非规整球状或异形状斑点，所述斑点由不同于基材的混凝土颗粒所形成。由于本发明的斑点区域实际上是板材结构中不同于基材的混凝土颗粒形成的区域，因此基材部分和斑点部分的配方组成有所不同，不同颜色斑点的配方组成也有所不同，当板材放置一段时间后，势必会由于各部分的收缩应力不同，导致板材在受到外力冲击的过程中容易在不同组分的交界处产生裂纹，并且裂纹容易沿着不同组分的交接界面扩散，从而导致uhpc板材的抗冲击性能下降严重。根据申请人的研究发现，对于矩形或正方形的uhpc板材，由于斑点的分布是随机的，因此使得所述uhpc板材的内部应力分布不均，在受到冲击力时，甚至当着力点在偏离板材横纵中线的位置时，在uhpc板材横纵中线位置也更容易出现裂纹，即板材的横纵中线位置可承受应力临界值比板材外围区域要明显减小，根据细观应力破坏准则，孔隙附近的细观应力σ＝k1σ1+k2σ2+k3σ3，其中σi为宏观主应力，ki为宏观主应力对应细观应力的贡献系数，应力的正负号按照弹性力学的一般规定分为正负两类，其中材料内部作用力σ内一般与外部宏观冲击应力正负相反，可以抵消一部分外部冲击应力，可能是由于板材中线位置的细观单元受到的材料内部作用力互相抵消，因此中线位置的细观结构在受冲击时受到的细观应力较周边部分更大，在受到外力冲击的时候，由于板材的横纵中线范围内的承受外力值达到胡克效应临界值，导致形变超过所述uhpc板材的整体形变值，最后容易在uhpc板材横纵中线位置形成不可逆的破坏。通过对uhpc板材断裂的原因分析，结合胡克效应建立uhpc板材应力分布模型，计算在uhpc板材上各点上应力和受力情况，本申请人得出uhpc板材的斑点大小及其优选分布对板材受到外力冲击时产生裂纹的影响，可有效减轻由于不同组分的界面造成的对uhpc板材整体抗冲击强度的影响。根据应力分布模型计算得知，通过控制uhpc板材横纵中线位置区域斑点的密度，当uhpc板材受到外力冲击时，由于控制使得不同组分的界面之间相对距离较近，界面之间有足够多的孔隙能够吸收弹性应变能，将外力冲击引发的细小裂纹吸收，阻止裂纹大到一定程度而快速扩展，继而引起uhpc板材断裂，能够明显提高所述区域的抗冲击强度。

基于上述研究，本发明的uhpc板材表面斑点的二轴平均径d80为0.1-20mm，二轴平均径是指非规整球状或异形状斑点放置于每边与其相切的外接矩形中，矩形的两条互相垂直的边为斑点的两轴，二轴平均径即为外接矩形两条互相垂直边长之和的平均值，d80是指80％的颗粒尺寸在所测得的二轴平均径尺寸值之间。

由图1所示，中线斑点密度ρ1>板材整体平均斑点密度ρ2，优选ρ1>1.2*ρ2,更优选ρ1>1.5*ρ2，最优选ρ1>2*ρ2，中线斑点密度指所述板材的中线上的斑点的密度，即ρ1＝中线上斑点面积/中线长度和，板材整体平均斑点密度ρ2指将所述板材表面上存在的斑点面积除以整块板材总表面积而获得的板材整体平均斑点密度。

由图2所示，优选uhpc板材的角和对应边中点连线上区域存在斑点的密度ρ3>板材整体的平均斑点密度ρ2，ρ3指所述板材的角和对应边中点连线构成的封闭区域存在斑点面积除以整块板材总表面积。

所述表面斑点区域向垂直于所述uhpc板材表面的内部方向延伸，优选上下表面的斑点延伸部分在所述uhpc板材内部相交汇。目前在市面上的uhpc仿石材板材仅仅只能通过表面涂覆仿石材纹理达到外观要求，但涂层容易在使用过程中磨损，严重影响使用效果。本发明的斑点区域实际上是板材结构中不同于基材的混凝土颗粒形成的区域，这就意味着本发明中所述的斑点并非只存在于uhpc板材表面，而是存在于整个uhpc板材的立体结构中，只有如此，斑点才能实现抗磨损的技术效果，即使在使用一段时间外观磨损之后，仍然能显示出自然的仿石材纹理。

本发明中uhpc板材表面平整度为0-2.0mm，表面具有不规则的孔，平均孔隙大小为0.1-1mm不同斑点之间或斑点与基材缝隙大小为0-1mm。

本发明的仿石材uhpc板材，包括以下组分：

a组分：a组水泥15-45份，a组超细掺和料5-35份，a组骨料10-100份，a组颜料，a组助剂和a组水，其中a组颜料为a组水泥重量的0-5％，a组助剂为a组水泥重量的0.01-2％，a组水泥和a组超细掺和料的总重量为m1，水的重量为m1的8％-20％；

b组分：b组水泥15-40份，b组超细掺和料5-40份，b组骨料10-90份，b组颜料，b组助剂和b组水，其中b组颜料为b组水泥重量的0-5％，b组助剂为b组水泥重量的0.01-2％，b组水泥和b组超细掺和料的总重量为m2，b组水的重量为m2的8％-20％；

c组分：c组水泥10-45份，c组超细掺和料10-35份，c组骨料10-100份，c组颜料，c组助剂和c组水，其中c组颜料为c组水泥重量的0-5％，c组助剂为c组水泥重量的0.01-2％，c组水泥和c组超细掺和料的总重量为m3，c组水的重量为m3的8％-20％；

其中，a组分、b组分和c组分的质量比为1:(1-10):(0-1)；

其中，a组分、b组分和c组分中的颜料均不相同，且a组分和b组分中至少有一个组分的颜料用量不为0；

其中份数均为重量份。

所述a组水泥、b组水泥和c组水泥均选自硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种组合。

a组水泥、b组水泥和c组水泥均为p.o42.5及以上等级的硅酸盐水泥，其中硅酸钙矿物含量不小于66％，氧化钙和氧化硅质量比为2:1以上。

a组超细掺和料、b组超细掺和料和c组超细掺和料均选自粉煤灰、矿粉、高岭土、硅灰、火山灰等中的一种或多种组合。

a组超细掺和料、b组超细掺和料和c组超细掺和料的粒径在5μm以下颗粒占20％以上，优选30％以上。

a组骨料、b组骨料和c组骨料均为6-120目的石英砂、海砂、陶瓷砂等一种或多种组合。

a组骨料、b组骨料和c组骨料的粒径为6-70目，且其sio2含量大于80％。

a组颜料、b组颜料和c组颜料，选自钛白粉、氧化铁红、铁黄、氧化铬绿、普鲁士蓝、碳黑等无机颜料，及酞菁红、酞菁蓝、联苯胺黄、汉沙黄等有机颜料中一种或任意多种组合。

a组助剂、b组助剂和c组助剂选自聚羧酸减水剂、木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物，纤维素醚及其衍生物、胶粉等中的一种或多种组合。

a组助剂、b组助剂和c组助剂为聚羧酸类聚合物或胶粉，聚羧酸类聚合物的重均分子量为10000-30000，胶粉的分子量为1-10万。

本发明的仿石材uhpc板材的制备方法，包括以下步骤：

1)a组分制备：按比例备料，将a组水泥、a组超细掺和料、a组骨料、a组颜料、a组助剂放入到搅拌锅中，干搅1-2min后，然后再加入a组水，持续搅拌5-15min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得a组分；

b组分制备：按比例备料，将b组水泥、b组超细掺和料、b组骨料、b组颜料、b组助剂放入到搅拌锅中，干搅1-2min后，然后再加入b组水，持续搅拌5-15min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得b组分；

c组分制备：按比例备料，将c组水泥、c组超细掺和料、c组骨料、c组颜料、c组助剂放入到搅拌锅中，干搅1-2min后，然后再加入c组水，持续搅拌5-15min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得c组分；

2)将步骤1制得的a组分、b组分和c组分倒入同一个搅拌锅，搅拌时间为10-40s，得到混合物料；

3)将步骤2)得到的混合物料输送到砌块成型设备或等静压成型设备中，压制压力为0.1-50mpa，制成10-35mm的板材；

4)常温养护或蒸汽养护0.5-7天后，对制备的板材进行打磨、抛光，修整后即可得到所述uhpc板材。

上述制备方法中，如果未将a组分、b组分和c组分分别制备成连续级配的半干混凝土颗粒再搅拌混合，而是将a组分、b组分和c组分的配比直接倒入搅拌锅搅拌，则得到的uhpc板材无法呈现表面斑点的仿石材纹理。

附图说明

图1本发明uhpc板材示意图1

图2本发明uhpc板材示意图2

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式对本发明所述的仿石建材的制备方法做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。

本发明中所称的总胶材指水泥、掺和料的总和。

本发明所用的物质来源：

硅酸盐水泥：硅酸钙矿物含量70％，氧化钙和氧化硅质量比为2；

粉煤粉和矿粉：粒径在5μm以下颗粒占20％以上；

石英砂：粒径为10-70目，且其sio2含量大于90％；

聚羧酸聚合物：广州市中万新材料有限公司。

实施例1

按以下步骤制备仿石材高抗冲击uhpc板材：

1)a组分制备：将30份硅酸盐水泥、15份粉煤灰，10份矿粉、45份石英砂、水泥重量的0.75％的钛白粉、水泥重量的0.25％的铁黄，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入7份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得a组分；

b组分制备：将15份硅酸盐水泥、8份粉煤灰、4份矿粉、22份石英砂、水泥重量的0.25％的氧化铁红、水泥重量的0.75％的铁黄，水泥重量的0.3％胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入3.5份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得b组分；

2)将步骤1制得的a组分和b组分以1：5的重量比倒入同一个搅拌锅，搅拌时间为30s，混合均匀得到混合物料；

3)将步骤2)得到的混合物料输送到砌块成型设备的布料箱中，混合物料填入到模具型腔内，然后继续在模具中心区域注入步骤1制得的a组分，注入的a组分用量为b组分重量的20％，设置振动频率为3000次/分，压制压力为15mpa，压制5s，启动砌块成型设备，模具型腔内的混合料经过振动和液压，制成15mm的板材；

4)常温养护3天后，对制备的板材进行打磨、抛光，修整后即可得到uhpc板材。

实施例2

按以下步骤制备仿石材高抗冲击uhpc板材：

1)a组分制备：将30份硅酸盐水泥、15份粉煤灰，10份矿粉、45份石英砂、水泥重量的0.75％的钛白粉、水泥重量的0.25％的铁黄，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入7份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得a组分；

b组分制备：将15份硅酸盐水泥、8份粉煤灰、4份矿粉、22份石英砂、水泥重量的0.25％的氧化铁红、水泥重量的0.75％的铁黄，水泥重量的0.3％胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入3.5份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得b组分；

c组分制备：将20份硅酸盐水泥、10份粉煤灰、5份矿粉、30份石英砂、水泥重量的0.5％的氧化铁红、水泥重量的0.25％的钛白粉，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入6份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得c组分；

2)将步骤1制得的a组分、b组分和c组分以1：5：1的重量比倒入同一个搅拌锅，搅拌时间为30s，混合均匀得到混合物料；

3)将步骤2)得到的混合物料输送到等静压成型设备中，压制压力为30mpa,混合物料填入到模具型腔内，然后继续沿模具横纵中线注入步骤1制得的a组分，注入的a组分用量为b组分重量的20％，启动等静压成型设备，压制10s，模具型腔内的混合料经过压制，制成15mm的板材；

4)蒸汽养护1天后，对制备的板材进行打磨、抛光，修整后即可得到uhpc板材。

对比例1

按以下步骤制备仿石材高抗冲击uhpc板材：

1)a组分制备：将30份硅酸盐水泥、15份粉煤灰，10份矿粉、45份石英砂、水泥重量的0.75％的钛白粉、水泥重量的0.25％的铁黄，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入7份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得a组分；

b组分制备：将15份硅酸盐水泥、8份粉煤灰、4份矿粉、22份石英砂、水泥重量的0.25％的氧化铁红、水泥重量的0.75％的铁黄，水泥重量的0.3％胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入3.5份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得b组分；

2)将步骤1制得的a组分和b组分以2：5的重量比倒入同一个搅拌锅，搅拌时间为5s，混合均匀得到混合物料；

3)将步骤2)得到的混合物料输送到砌块成型设备的布料箱中，混合物料填入到模具型腔内，设置振动频率为3000次/分，压制压力为15mpa，压制5s，启动砌块成型设备，模具型腔内的混合料经过振动和液压，制成15mm的板材；

4)常温养护3天后，对制备的板材进行打磨、抛光，修整后即可得到uhpc板材。

对比例2

按以下步骤制备仿石材高抗冲击uhpc板材：

1)a组分制备：将30份硅酸盐水泥、15份粉煤灰，10份矿粉、45份石英砂、水泥重量的0.75％的钛白粉、水泥重量的0.25％的铁黄，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入7份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得a组分；

b组分制备：将15份硅酸盐水泥、8份粉煤灰、4份矿粉、22份石英砂、水泥重量的0.25％的氧化铁红、水泥重量的0.75％的铁黄，水泥重量的0.3％胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入3.5份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得b组分；

c组分制备：将20份硅酸盐水泥、10份粉煤灰、5份矿粉、30份石英砂、水泥重量的0.5％的氧化铁红、水泥重量的0.25％的钛白粉，水泥重量的0.3％的胶粉和水泥质量的0.5％的聚羧酸聚合物加入到搅拌锅中，干搅1min后，然后再加入6份水，持续搅拌10min，搅拌成0.1-20mm连续级配的半干混凝土颗粒，制得c组分；

2)将步骤1制得的a组分、b组分和c组分以2：5：1的重量比倒入同一个搅拌锅，搅拌时间为5s，混合均匀得到混合物料；

3)将步骤2)得到的混合物料输送到等静压成型设备中，压制压力为30mpa,混合物料填入到模具型腔内，启动等静压成型设备，压制10s，模具型腔内的混合料经过压制，制成15mm的板材；

4)蒸汽养护1天后，对制备的板材进行打磨、抛光，修整后即可得到uhpc板材。

对比例3

按以下步骤制备仿石材的水泥板材：

1)将煤灰研磨，过200目筛，取筛下物，然后加入煤灰体积1/10-1/5的聚合硫酸铝铁，加水制成浆体，然后人工搅匀，转入水泥净浆搅拌机中搅拌，搅拌后的浆液置于60-80℃的烘箱内烘干，备用；

2)将彩砂、岩片、以及不同粒径的碎石、混入环氧树脂料液中，混合均匀；

3)将步骤2)得到的混合物缓慢加入至步骤1)获得的混合物中；

4)将步骤3)获得的混合物中加入水泥，搅拌均匀，然后边搅拌边加入减水剂，继

续搅拌至均匀后再持续搅拌4分钟左右，出料；

5)将制备好的水泥混合物浇筑；

6)当水泥处于初凝后，并且在其完成终凝前，通过高压水对水泥混合物表面进行

冲洗；

7)在浇筑后的水泥强度达到砖体强度要求后，切缝形成15mm厚的水泥板材。

将实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3制得的板材，放置28天后，参照标准gb/t31387-2015《活性粉末混凝土》对其综合性能进行测试，包括抗压强度测试，抗折强度测试，参照标准jc/t446-2000《混凝土路面砖》测其平整度；参照标准gbt17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，进行抗冲击性能测试，观察试件表面是否出现裂纹，测试结果列于表1中。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。