一种快硬型超高性能混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种快硬型超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术：

随着混凝土结构服役年限的延长以及日益加剧的交通压力，近年来市政工程对快速修复材料的需求量呈大幅上升趋势，主要需要修复的工程部位包括：桥梁、隧道、高架、道路等。

一般应用于上述工程部位快速修复的材料为快硬材料，目前国内快硬材料多采用硫铝酸盐类水泥作为主要原材料。但其本身具有诸多缺陷，如收缩大、裂缝明显、后期强度倒缩、可操作时间不易调控、对工况条件敏感性高等。这些缺陷导致该类修补混凝土不利于实际施工，并且工程耐久性较差，往往出现反复维修的现象。

同时随着经济发展和城市生活节奏的加快，市政维养工程的施工周期非常有限，如高架桥或道路维养通常需要在夜间封闭施工，施工时间为夜间12点至凌晨5点，因此对修补混凝土的强度发展速度要求较高。

针对上述需求，目前市面上有两种产品，一种为快硬灌浆料(砂浆)或快硬混凝土(含粗骨料)，其2h抗压强度也可达到30mpa，但是依然为脆性混凝土材料，由于快硬组分的作用，凝结时间不易调控、质量波动剧烈，且在裂缝控制、长期强度发展以及耐久性方面存在明显缺陷，因此修复部位的服役寿命通常很短暂，需反复维修。

而另一种为uhpc材料(超高性能混凝土材料)，通常为添加钢纤维且不含粗骨料的产品，具有较高的韧性，但是该产品在没有采取必要快硬或早强措施时，通常需要1天方可达到快速维养开放施工的30mpa抗压强度指标要求，其并不能真正实现快速修复。因此急需一种收缩小、不易产生裂缝、强度高、凝结时间短、耐久性好的修补用快硬材料。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种快硬型超高性能混凝土及其制备方法，克服了现有技术中快硬材料凝结时间不易调控、质量波动剧烈、裂缝明显、服役寿命短以及耐久性差等缺陷，能够实现市政工程的快速维养与加固。

本发明提供的一种快硬型超高性能混凝土，包括以下组分：

水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂、钢纤维、水；

每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥300-600千克；快硬剂10-200千克；缓凝剂0-10千克；矿物掺合料0-200千克；砂500-1500千克；外加剂0-20千克；钢纤维0-200千克；水胶比为0.14-0.28。

可选地，所述水泥为硅酸盐水泥。

可选地，所述快硬剂包括以下重量份原料：cao20-40重量份；sio240-60重量份；al2o320-40重量份。

可选地，所述缓凝剂包括以下重量份原料：葡萄糖酸及其盐类0-50重量份；柠檬酸及其盐类0-30重量份；酒石酸及其盐类0-50重量份。

可选地，所述矿物掺合料包括以下重量份原料：矿粉0-50重量份；粉煤灰0-50重量份；硅灰0-20重量份；石英砂粉0-30重量份。

可选地，所述砂包括以下重量份原料：天然砂50-100重量份；机制砂0-50重量份；石英砂0-50重量份。

可选地，所述外加剂包括以下重量份原料：减水剂50-100重量份；消泡剂0-20重量份；降粘剂0-20重量份。

可选地，所述钢纤维由直径为0.1～0.25mm的钢纤维混合而成，且所述钢纤维体积掺量为1％～3％。

可选地，所述每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥410千克；快硬剂75千克；缓凝剂0.95千克；矿物掺合料65千克；砂1100千克；外加剂3.75千克；钢纤维156千克；水胶比为0.19。

可选地，所述每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥465千克；快硬剂100千克；缓凝剂0.35千克；矿物掺合料20千克；砂1100千克；外加剂11.5千克；钢纤维156千克；水胶比为0.18。

本发明还提供了一种快硬型超高性能混凝土的制备方法，制备上述所述的快硬型超高性能混凝土，所述方法包括如下步骤：

按各组分用量称取各组分；

在专用干粉砂浆生产线将水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂混合，即得到快硬型超高性能混凝土干粉料，按计量包装，经检验合格后可投入使用；

现场使用时采用专用搅拌设备，将所述干粉料和水按一定比例搅拌均匀后，按一定比例加入钢纤维，继续搅拌均匀，即制得快硬型超高性能混凝土拌合物。

本发明实施例所提供的快硬型超高性能混凝土及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例中，所提供的快硬型超高性能混凝土包括水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂、钢纤维、水，通过合理的组方及其配比选择，在使用时，可维持30min及以上可操作时间，且在保持塑性状态期间，其工作性状态基本保持恒定，当产品失去工作性后可瞬时凝结，从而减少维养施工过程中扰动对修复材料水泥水化的影响，2h抗压强度≥30mpa，2h抗折强度≥10mpa，具有比普通快硬混凝土更为优异的抗弯折、抗扰动特性，当用于道路维修时可快速开放交通，或用于其他加固工程时可快速进入下一步施工工序。

另外本发明快硬型超高性能混凝土产品还可根据不同施工季节、温度、湿度，及时调整产品的凝结时间，相较于传统快速修复材料，具有更长的产品可操作时间，便于现场施工并减少分次浇筑导致的冷缝现象。

进一步地，测试结果显示，本发明快硬型超高性能混凝土产品的28d抗压强度≥100mpa，具有极高的水化产物致密特性，90d/28d抗压强度保留系数≥105％，在28d后强度依然保持增长趋势，能够有效克服传统快硬材料后期普遍存在强度倒缩现象。

进一步地，所述水泥采用硅酸盐水泥，结合其他组分的功能，能够使快硬型超高性能混凝土的质量更稳定、强度更高、凝结时间短、耐久性更好。

另外，本发明实施例中提供的快硬型超高性能混凝土的制备方法，简单、易操作，适合规模化推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例制备快硬型超高性能混凝土的工艺流程图。

具体实施方式

根据背景技术部分的分析可知，目前现有技术中的快硬材料存在凝结时间不易调控、质量波动剧烈、裂缝明显、服役寿命短以及耐久性差等缺陷。

针对现有技术中存在的上述缺陷，发明人经研究后认为，目前市面上的uhpc材料(超高性能混凝土材料)添加了钢纤维且不含粗骨料，虽然克服了快硬灌浆料(砂浆)或快硬混凝土(含粗骨料)的质量波动剧烈、脆性大等问题，具有较高的韧性，但是该产品在没有采取必要快硬或早强措施时，仍然通常需要1天方可达到快速维养开放施工的30mpa抗压强度指标要求，其并不能真正实现快速修复。

为解决上述问题，本发明提供了一种快硬型超高性能混凝土及其制备方法，克服了现有技术中快硬材料凝结时间不易调控、质量波动剧烈、裂缝明显、服役寿命短以及耐久性差等缺陷，通过合理的组方及其配比选择，本发明的快硬型超高性能混凝土的收缩小、不易产生裂缝、强度高、凝结时间短、耐久性好，能够实现市政工程的快速维养与加固。

为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下通过具体实施例进行详细说明。

本发明实施例提供的一种快硬型超高性能混凝土，包括以下组分：

水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂、钢纤维、水；

每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥300-600千克；快硬剂10-200千克；缓凝剂0-10千克；矿物掺合料0-200千克；砂500-1500千克；外加剂0-20千克；钢纤维0-200千克；水胶比为0.14-0.28。

其中上述所述水胶比为具有水化胶凝特性的胶凝材料如水泥、矿物掺和料等与水的重量比。

本实施例中，所提供的快硬型超高性能混凝土包括水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂、钢纤维、水，通过合理的组方及其配比选择，本发明的快硬型超高性能混凝土的收缩小、不易产生裂缝、强度高、凝结时间短、耐久性好，能够实现市政工程的快速维养与加固。

在一些实施例中，所述水泥为硅酸盐水泥。在实际选择时可选择市面上销售的硅酸盐水泥即可，如pii52.5水泥。

在本实施例中，所述水泥采用硅酸盐水泥，结合其他组分的功能，能够使快硬型超高性能混凝土的质量更稳定、强度更高、凝结时间短、耐久性更好。

在一些实施例中，所述快硬剂包括以下重量份原料：cao20-40重量份；sio240-60重量份；al2o320-40重量份。

在一些实施例中，所述缓凝剂包括以下重量份原料：葡萄糖酸及其盐类0-50重量份；柠檬酸及其盐类0-30重量份；酒石酸及其盐类0-50重量份。在实际选择时，可采用市售的葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸即可。

在一些实施例中，所述矿物掺合料包括以下重量份原料：矿粉0-50重量份；粉煤灰0-50重量份；硅灰0-20重量份；石英砂粉0-30重量份。

在一些实施例中，所述砂包括以下重量份原料：天然砂50-100重量份；机制砂0-50重量份；石英砂0-50重量份。

在一些实施例中，所述外加剂包括以下重量份原料：减水剂50-100重量份；消泡剂0-20重量份；降粘剂0-20重量份。在实际选择时，减水剂可采用市售的聚羧酸粉剂，一般要求减水率＞30％；消泡剂及降粘剂可采用市售的表面活性剂。

在一些实施例中，所述钢纤维由直径为0.1～0.25mm的钢纤维混合而成，且所述钢纤维体积掺量为1％～3％。

在一些实施例中，所述每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥410千克；快硬剂75千克；缓凝剂0.95千克；矿物掺合料65千克；砂1100千克；外加剂3.75千克；钢纤维156千克；水胶比为0.19。

在一些实施例中，所述每立方米快硬型超高性能混凝土中各组分用量为：

水泥465千克；快硬剂100千克；缓凝剂0.35千克；矿物掺合料20千克；砂1100千克；外加剂11.5千克；钢纤维156千克；水胶比为0.18。

参见图1，图1为本发明实施例制备快硬型超高性能混凝土的工艺流程图。本发明还提供了一种快硬型超高性能混凝土的制备方法，制备上述所述的快硬型超高性能混凝土，所述方法包括如下步骤：

s1，按各组分用量称取各组分；

s2，在专用干粉砂浆生产线将水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂混合，即得到快硬型超高性能混凝土干粉料，按计量包装，经检验合格后可投入使用；

s3，现场使用时采用专用搅拌设备，将所述干粉料和水按一定比例搅拌均匀后，按一定比例加入钢纤维，继续搅拌均匀，即制得快硬型超高性能混凝土拌合物。

其中所述快硬型超高性能混凝土干粉料可以为干粉砂浆包装形式，本实施例中提供的快硬型超高性能混凝土的制备方法，简单、易操作，适合规模化推广使用。

实例一

配方：

pii52.5水泥410千克；快硬剂75千克；缓凝剂0.95千克；矿物掺合料65千克；砂1100千克；外加剂3.75千克；钢纤维156千克；水胶比为0.19。

配方中组分的配制：

快硬剂的配制：cao20-40重量份，sio240-60重量份，al2o320-40重量份混合后，经煅烧和粉磨后形成白色/灰色粉末状快硬剂。

缓凝剂的配制：称取葡萄糖酸及其盐类0-50重量份，柠檬酸及其盐类0-30重量份，酒石酸及其盐类0-50重量份混合而成。

矿物掺合料的配制：称取粉矿粉0-50重量份，粉煤灰0-50重量份，硅灰0-20重量份，石英砂粉0-30重量份混合而成。

砂的配制：称取天然砂50-100重量份，机制砂0-50重量份，石英砂0-50重量份混合而成。

外加剂的配制：称取减水剂50-100重量份，消泡剂0-20重量份，降粘剂0-20重量份混合而成液体或粉剂外加剂。

钢纤维的配制：将直径为0.1～0.25mm的钢纤维混合，控制钢纤维体积掺量为1％～3％。

制备方法：

在专用干粉砂浆生产线将水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂混合，搅拌均匀后装袋；运输至施工现场采用专用搅拌设备加水搅拌均匀后再加入钢纤维，继续搅拌均匀，即制得快硬型快硬型超高性能混凝土拌合物。本实例制得的快硬型超高性能混凝土拌合物，具有高流动性、低黏聚性，凝结时间稳定可控；凝结后可快速发展早期强度，具有优异的抗折和抗拉强度，且28d后强度可持续增长。

性能测试：

采用本实例产品对高速公路伸缩缝快速维养，施工环境温度为18～22℃，相对湿度为60％。

测试过程指标：

高速公路封交时间：早上10:00；

开始浇筑施工时间：下午14:00；

完成浇筑施工：中午15:00；

开放道路交通：下午17:00；

测试材料性能指标：

胶砂流动度：310mm(胶砂流动度为采用截椎模胶砂流动度测试方法，一次性装满模具提起后所达到的扩展度，为内控指标)

t260：15s(t260为胶砂流动度达到260mm时需要的时间，为内控指标)

产品初凝时间：36min；

2h抗压强度：38.6mpa；

2h抗折强度：11.7mpa；

28d抗压强度：117.6mpa；

28d抗拉强度：5.6mpa；

90d/28d抗压强度保留系数：108％。

上述测试结果表明，本实例产品状态优异，凝结时间调控合理，2h强度表现优异，完全满足快速开放道路目标，28d强度符合预期。

实例二

配方：

pii52.5水泥465千克；快硬剂100千克；缓凝剂0.35千克；矿物掺合料20千克；砂1100千克；外加剂11.5千克；钢纤维156千克；水胶比为0.18。

采用实例一中配方中组分的配制方法配制pii52.5水泥、快硬剂、缓凝剂、矿物掺合料、砂、外加剂、钢纤维。

制备方法：

采用实例一中制备方法制得快硬型超高性能混凝土拌合物。

本实例制得的快硬型超高性能混凝土拌合物，具有高流动性、低黏聚性，凝结时间稳定可控；尤其在低温环境下(-5℃以上)也可以实现预期的凝结时间并可快速发展早期强度，具有优异的抗折和抗拉强度，且28d后强度可持续增长。

测试性能测试：

采用本实例产品用于道路窨井盖快速更换施工，施工环境温度为5～10℃，相对湿度40％。

测试过程指标：

道路封交时间：早上8:00；

开始浇筑施工时间：早上10:00；

完成浇筑施工：中午12:00；

开放道路交通：下午14:00；

测试材料性能指标：

胶砂流动度：305mm(胶砂流动度为采用截椎模胶砂流动度测试方法，一次性装满模具提起后所达到的扩展度，为内控指标)

t260：18s(t260为胶砂流动度达到260mm时需要的时间，为内控指标)

产品初凝：43min；

抗压强度：36.3mpa；

抗折强度：10.8mpa；

28d抗压强度：112.3mpa；

28d抗拉强度：5.3mpa；

90d/28d抗压强度保留系数：112％。

上述测试结果表明，本实例产品状态优异，凝结时间调控合理，2h强度表现优异完全满足快速开放道路目标，28d强度符合预期。

实例一和实例二测试结果表明，本发明产品工作性优异，可维持30min及以上可操作时间，且产品在保持塑性状态期间，其工作性状态基本保持恒定。另外，实例二具有低温工况适应能力，可用于冬季快速施工。

而当产品失去工作性后可瞬时凝结，从而减少维养施工过程中扰动对修复材料水泥水化的影响，2h抗压强度≥30mpa，2h抗折强度≥10mpa，具有比普通快硬混凝土更为优异的抗弯折、抗扰动特性，当用于道路维修时可快速开放交通，或用于其他加固工程时可快速进入下一步施工工序。

测试结果还显示28d抗压强度≥100mpa，具有极高的水化产物致密特性。90d/28d抗压强度保留系数≥105％，在28d后强度依然保持增长趋势，而传统快硬材料的强度保留系数仅为70％～90％，后期普遍存在强度倒缩现象。

另外本发明产品可针对不同施工季节、温度、湿度，及时调整产品的凝结时间，如在冬季一般需提高水泥用量和快硬剂掺量并降低缓凝剂掺量，夏季则相反；具体配合比调整参数可以实验室模拟环境条件达到预期控制指标值为准。相较于传统快速修复材料，具有更长的拌合物可操作时间，便于现场施工并减少分次浇筑导致的冷缝现象。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。