本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc及其制备工艺。
背景技术：
近年来uhpc因气其优异性能受到广泛关注，尤其是其超高的强度及耐久性，远远超过现在使用最广泛普通混凝土，但是uhpc也有其自带缺点——收缩较大、成本高、水化热大。普通混凝土的收缩约为0.01％，而uhpc的收缩可达0.05％，其体积稳定性关系到工程结构开裂问题，是决定uhpc实际工程应用效果的关键因素。当今国内uhpc的使用大多集中在预制场预制及桥面铺装，除了因其自身昂贵的价格，还因为材料体积安定性较差，不利于其推广。
通过对uhpc设计制备、收缩变形特性、减缩调控技术、减缩机理相关文献调研发现，对于低收缩uhpc的设计制备及其减缩机理研究尚存在以下几个问题：
(1)uhpc的收缩调控技术仍不理想，各减缩技术对uhpc体系减缩机理的研究还不够成熟，不同减缩机理对uhpc全过程、分阶段收缩的耦合作用效果还需深入研究与探索；
(2)uhpc的设计制备对集料的要求较高，常见的是级配良好的天然河砂或者石英砂，导致uhpc的天然资源消耗大，成本高，因此寻找合适的绿色生态的天然砂替代品很有必要；
(3)uhpc体系中水胶比极低，胶凝材料掺量大，集料基本上选用细集料，无粗骨料，体系产生较大的收缩变形和较高的潜在开裂风险，研究粗集料对uhpc收缩作用效果具有一定工程应用价值；
(4)现存研究通过加入粗骨料减缩程度有限，较多学者的粗骨料掺量在400kg/m3左右，难以形成普通混凝土粗骨料的骨架支撑作用以抵消uhpc的结构收缩。
湖南大学黄政宇教授在南京第二届“中国混凝土大讲堂”上，对中国在uhpc推广应用的问题与不足进行了总结，其中很重要的一点就是要根据不同环境和结构要求对uhpc的收缩性能进行调控。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，可解决常规uhpc高收缩、高成本、现浇施工较不易的问题，试验分三步开展。步骤一使用胶凝材料加石英砂，使用专门为紧密堆积理论开发的emmamixanalyzer软件，理论指导实践，并以抗压强度及抗折强度作为控制指标，配制普通高流态uhpc；步骤二优选高强骨料，参考普通混凝土设计原理，设计粒径级配，用步骤一配制的uhpc浆体去填充骨料缝隙，以抗压强度及流动性作为控制指标；步骤三是在步骤二的基础上复掺钢纤维，以流动性及抗折强度作为控制指标。本发明配制的不加钢纤维普通uhpc填充浆体抗折强度>30mpa，三倍以上普通混凝土，以uhpc浆体硬化后形成的超强水泥石侧向约束粗骨料，使高强粗骨料的骨架作用充分发挥，同时，骨架作用还可以抵抗收缩，这样即可得到一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc。
本发明的目的在于提供一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，强度稳定，工作性能良好，体积安定性优良，发明难点在于以下三条：
(1)配制常规uhpc。优选水泥及矿物掺和料，将矿物掺和料掺量最大化(降低水化热)，以抗压及抗折强度作为控制指标，其中以28d不加钢纤维的抗折强度>30mpa作为主控指标(3-4倍于普通砂浆或混凝土)。
(2)优选玄武岩碎石。优选玄武岩碎石级配，最大粒径<26.5mm，石子表观密度>3.15，便于uhpc浆体与石子的拌合物有较优掺配比例，同时，石子容重较浆体容重大30％左右，石子下沉自密实过程中，推动推动浆体流动，故本发明粗骨料uhpc流动性极佳。
石子粒径与钢纤维直径匹配性选择。拌合物中均匀撒布的钢纤维会阻碍石子运动，纤维长度一定，石子粒径越大，阻碍作用越大，石子粒径一定，纤维越长，阻碍作用越大。故优选钢纤维长度及石子粒径是本发明一个较难工作。
本发明采用如下技术方案：
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，包括如下组分：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分和消泡组分，其中，水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.230～0.240：1：1.25：1.80～1.95：0.18～0.21：0.17～0.19：0.19～0.25：0.0155～0.0160、0.00224～0.00230。
进一步地，所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述细骨料为石英砂，表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数为40～80目。
进一步地，所述玄武岩粗骨料为玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm、5～10mm、10～15mm及15～25mm四个区间，可根据配比需要复配。
进一步地，所述高活性矿物掺合料组分包括质量比1:1的超细矿粉及磨细粉煤灰，超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。
进一步地，所述低活性填缝料组分包括超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比为2.8：1，其中超细重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
进一步地，所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
进一步地，所述减水组分包括普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂，所述消泡组分包括普通混凝土用醚类乳液消泡剂。
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按照上述比例准备水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分；
第二步，预先润湿搅拌机筒体，然后将水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分投入搅拌机中，预搅拌1～2min，再加入减水组分与消泡组分、水搅拌3-5min；
第三步，接着将钢纤维均匀分散入第二步得到的混合物中，搅拌1min～2min，即可得到粗骨料uhpc拌合物。
本发明是基于常规uhpc高收缩、高成本、现浇施工较不易的缺点发明的，开发原理包括uhpc的紧密堆积理论及普通混凝土的骨架作用原理，即：利用uhpc高流态浆体填充粗骨料空隙，并利用uhpc浆体硬化后的水泥石形成超高抗拉强度侧向约束粗骨料，使粗骨料的强度充分发挥，而本发明所选粗骨料为玄武岩碎石，单轴抗压强度可达>200mpa，故利用uhpc设计原理及普通混凝土设计原理设计出的出的粗骨料uhpc兼顾超高强、耐久及低收缩等优点。
本发明的矿物掺和料：水泥：集料≈0.16：0.23：1，相较于常规uhpc约1.1：1的比例，该发明的单位体积水化热较小，绝热温升<70℃，适用于大体积及异型构件的现场浇筑，并已经成功运用于大型风力发电机基础加固工程,未发生开裂情况，且集料价格相对低廉，可降低材料成本40％-60％左右(相较于普通uhpc)。
本发明的有益效果如下：
1.本发明现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc由水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分配制而成。本发明采用水、水泥、细骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、减水组分与消泡组分配制成紧密堆积的普通uhpc，优选高强玄武岩碎石作为粗骨料，一个配比兼顾uhpc的最紧密堆积理论与普通混凝土的骨架作用原理。故而，粗骨料uhpc既有常规uhpc的高强度，又有普通混凝土的体积稳定性特征，在综合性能上比普通uhpc更加优越。
2.本发明现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc中高掺粗骨料，粗骨料占拌合物总质量的40％～50％，占总体积35％～45％，这样就极大降低单位体积胶凝材料用量。胶凝材料单价约是玄武岩碎石的8～10倍，成本节约极为可观。本发明粗骨料uhpc的性能可以基本替代现浇的普通uhpc的使用，极大程度上缓解了对石英砂及胶凝材料的需求，且本发明配方简单、成本低廉，具有广阔的应用价值。
3.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，使用一般材料，搅拌形态类似普通混凝土且时间短，浇筑与养护简单，更贴近于建筑工人的生产常识，可有效避免因适用于普通混凝土而异于uhpc的施工工艺造成的uhpc性能裂化，有利于市场推广。
4.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，强度稳定，工作性能良好，体积安定性优良，坍落扩展度可达650～750mm，可实现自流平，有较好的使用价值。
5.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，搅拌时长<10min，胶凝材料占比较小，搅拌阻力较小，工地现场普通功率的强制搅拌机均可搅拌，有较好的推广意义。
6.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，28d标准抗压强度>130mpa，蒸养强度可达170-180mpa，且由于掺入较多粗骨料，抗压强度离散性较小，强度较稳定。
7.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，由于掺入较多粗骨料，收缩较小，约为100με，远小于常规uhpc，具有较强的抗开裂性能，较适用于现场浇筑的大体积、大方量构筑物。
8.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，由于掺入较多粗骨料，矿物掺和料比例较大，水泥用量相对较少，可适用于现场浇筑大体积混凝土。
9.本发明的适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，由于掺入较多粗骨料，极大降低降凝材料与石英砂掺量，故而成本较低，可比一般uhpc材料便宜40％～60％，有利于市场推广。
具体实施方式
实施例1
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，它主要由如下原料制成：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分制成，其中水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.230：1：1.25：1.95：0.21：0.17：0.25：0.0158、0.00225。
所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
所述的细骨料为石英砂，所述的细骨料表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，细骨料的粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数40～80目。
所述的玄武岩粗骨料为湖北省孝感市产玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm占比0％、5～10mm占比30％、10～15mm占比0％及15～25mm占比70％四个区间。
所述高活性矿物掺合料组分为超细矿粉及磨细粉煤灰。超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。超细矿粉：磨细粉煤灰＝1：1。
所述低活性填缝料组分为超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比2.8：1。重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
所述减水组分与消泡组分普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂与醚类乳液消泡剂。
根据上述的现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc的制备方法，它包括以下步骤：
(1)按照上述质量比准备水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分；
(2)预先润湿搅拌机筒体，然后将水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分投入搅拌机中，预搅拌1～2min，再加入减水组分与消泡组分、水搅拌3-5min；
(3)接着将钢纤维均匀分散入步骤(2)得到的混合物中，搅拌1min～2min，即可得到粗骨料uhpc拌合物。
实施例2
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，它主要由如下原料制成：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分制成，其中水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.235：1：1.25：1.90：0.21：0.18：0.22：0.01560、0.00228。
所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
所述的细骨料为石英砂，所述的细骨料表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，细骨料的粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数40～80目。
所述的玄武岩粗骨料为湖北省孝感市产玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm占比10％、5～10mm占比25％、10～15mm占比0％及15～25mm占比65％四个区间。
所述高活性矿物掺合料组分为超细矿粉及磨细粉煤灰。超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。超细矿粉：磨细粉煤灰＝1：1。
所述低活性填缝料组分为超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比为2.8：1。重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
所述减水组分与消泡组分普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂与醚类乳液消泡剂。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，它主要由如下原料制成：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分制成，其中水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.235：1：1.25：1.95：0.20：0.17：0.25：0.0160、0.00224。
所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
所述的细骨料为石英砂，所述的细骨料表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，细骨料的粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数40～80目。
所述的玄武岩粗骨料为湖北省孝感市产玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm占比0％、5～10mm占比0％、10～15mm占比100％及15～25mm占比0％四个区间。
所述高活性矿物掺合料组分为超细矿粉及磨细粉煤灰。超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。超细矿粉：磨细粉煤灰＝1：1。
所述低活性填缝料组分为超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比为2.8：1。重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
所述减水组分与消泡组分普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂与醚类乳液消泡剂。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，它主要由如下原料制成：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分制成，其中水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.240：1：1.25：1.95：0.18：0.17：0.19：0.0155、0.00224。
所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
所述的细骨料为石英砂，所述的细骨料表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，细骨料的粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数40～80目。
所述的玄武岩粗骨料为湖北省孝感市产玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm占比0％、5～10mm占比100％、10～15mm占比0％及15～25mm占比0％四个区间。
所述高活性矿物掺合料组分为超细矿粉及磨细粉煤灰。超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。超细矿粉：磨细粉煤灰＝1：1。
所述低活性填缝料组分为超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比为2.8：1。重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
所述减水组分与消泡组分普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂与醚类乳液消泡剂。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种适用于现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，它主要由如下原料制成：水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分制成，其中水、水泥、细骨料、玄武岩粗骨料、高活性矿物掺合料组分、低活性填缝料组分、钢纤维、减水组分与消泡组分的质量比为0.230：1：1.25：1.95：0.21：0.17～0.19：0.19：0.0155、0.000230。
所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。
所述的细骨料为石英砂，所述的细骨料表观密度为2500kg/m3～2700kg/m3，细骨料的粒径范围为：0.15mm～0.6mm，目数40～80目。
所述的玄武岩粗骨料为湖北省孝感市产玄武岩碎石，原石表观密度为3.2g/cm3，单轴抗压强度>200mpa，碎石针片状含量约为7.6，吸水率0.3，坚固性指标1.1，磨光值52，石粉含量0.4，洛杉矶磨耗值17.6，粒径包括3～5mm占比18％、5～10mm占比0％、10～15mm占比12％及15～25mm占比70％四个区间。
所述高活性矿物掺合料组分为超细矿粉及磨细粉煤灰。超细矿粉粒径分布1～10μm，比表面积800～1000m2/kg，表观密度2.72g/cm3，活性指数135；磨细粉煤灰粒径分布1-10μm，比表面积800-900m2/kg，表观密度2.65g/cm3，活性指数130。超细矿粉：磨细粉煤灰＝1：1。
所述低活性填缝料组分为超细重钙粉及石英粉，超细重钙粉：石英粉质量比为2.8：1。重钙粉比表面积370～380m2/kg，目数325目，表观密度2.6g/cm3；石英粉比表面积350～380m2/kg，目数330～350目，表观密度2.68g/cm3。
所述钢纤维直径0.2～0.3mm，长度12～15mm，抗拉强度1500～2000mpa。
所述减水组分与消泡组分普通混凝土用高性能聚羧酸类减水剂与醚类乳液消泡剂。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
强度测试试验
测试步骤：将本发明实施例1～5所得聚丙烯纤维混凝土分别一次性装入试模，装料时用抹刀沿各试模壁插捣，再将试模放在振动台上，分两次进行振捣，刮去试模口多余的现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc，然后用抹刀抹平放入混凝土养护箱内养护24h，拆模，最后移至混凝土标准养护室内进行养护，28天后取出。
根据gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定方法，对现场浇筑低成本低收缩的粗骨料uhpc试块进行强度检测，测试结果见表1。
表1本发明实施例1～5所得聚丙烯纤维再生混凝土的强度测试结果