本发明属于建筑材料，具体涉及一种基于预湿球形陶砂的轻质超高性能混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、混凝土是现代工程结构中的大宗建筑材料之一。对骨料等资源的大量开采已造成了很多地方出现资源匮乏、耕地破坏、山林遭毁等问题。陶粒混凝土俗称“轻质砼”，解决了普通砼表干密度选择余地小的缺陷，有效拓宽了混凝土的表干密度选择范围。但在使用过程中，陶粒混凝土仍存在很多问题，如陶粒自身质量较轻，振捣时会造成混凝土轻骨料的上浮，从而导致混凝土力学性能下降等问题。此外，陶粒混凝土成型时，还易出现收缩干裂的现象，影响结构的性能等。
2、在陶粒混凝土振捣过程中，轻骨料的质量较轻，在流动度较大时，会出现轻骨料上浮的情况；骨料上浮对混凝土的各项性能指标都会降低，影响建筑的正常使用。此外，当使用泵送施工时，在压力作用下，陶粒吸入的水分被挤出，当陶粒中的水进入混凝土中，会导致混凝土的泌水以及上下分层，并引起混凝土力学强度和耐久性能下降等问题。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于预湿球形陶砂的轻质超高性能混凝土，它可兼顾良好的泵送、轻质、高强和耐久性能，可有效提升建筑结构承载能力、减小构件截面尺寸、降低配筋率和构件自重，延长建筑结构服役寿命；且涉及的制备方法较简单、成本较低，适合推广应用。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于预湿球形陶砂的轻质超高性能混凝土，各组分及其所占重量份数包括：硅酸盐水泥730～750份，预湿球形陶砂480～500份，硅灰175～190份，粉煤灰空心微珠185～200份，混杂纤维20～25份，复合外加剂11～15份，膨胀剂5～10份，水200～240份；所述复合外加剂聚羧酸减水剂、保水剂、引气剂、纤维素醚、硅树脂聚醚乳液和水为主要原料复合而成；混杂纤维包括微细镀铜钢纤维和聚丙烯纤维。
4、上述方案中，所述复合外加剂中各组分及其所占重量份数包括：聚羧酸减水剂3～6份，保水剂3～4份，引气剂0.05～0.1份，纤维素醚0.5～1份，硅树脂聚醚乳液0.5～1份，水90～130份。
5、上述方案中，所述聚羧酸减水剂的减水率为33～44％，固含量为35～40％。
6、上述方案中，所述保水剂为聚羧酸类保水剂或淀粉接枝丙烯酸盐等。
7、进一步地，所述聚羧酸类保水剂的固含为5～12％，吸水倍率为150～200；淀粉接枝丙烯酸盐类保水剂的固含为10～15，吸水倍率为180～220。
8、上述方案中，引气剂可选用α-烯基磺酸钠、烷基硫酸钠等中的一种或几种。
9、上述方案中，纤维素醚中2-[乙基[(十七氟辛基)磺酰]氨基]乙醇聚氧乙烯醚的含量为30～45％；硅树脂聚醚乳液中乙氧基聚二甲基硅氧烷的含量为40～55wt％。
10、上述方案中，采用的膨胀剂可选用氧化钙、氧化镁等中的一种；其7d限制膨胀率≥0.025，28d限制膨胀率≤0.10。
11、上述方案中，所述复合外加剂的制备方法包括：在10～35℃并带有搅拌装置的三口烧瓶中加入水，在搅拌下依次加入聚羧酸减水剂、保水剂、引气剂、纤维素醚和硅树脂聚醚乳液；搅拌处理，得复合外加剂。
12、上述方案中，所述搅拌处理时间为25～70min。
13、本发明所得复合外加剂能够使陶粒混凝土的增稠度增加，混凝土保水性良好，轻质材料振捣后不上浮，混凝土结构均一，同时保证混凝土强度稳定，借助保水剂和聚羧酸外加剂在水泥离子表面～接枝共聚物的齿形吸附形态达到稳定的分散效果。
14、上述方案中，所述硅酸盐水泥可选用p·o 52.5以上的硅酸盐水泥等，其比表面积≥340m2/kg；28天胶砂强度中，抗压强度≥52.5mpa，抗折强度≥7.0mpa。
15、上述方案中，所述页岩陶砂将页岩进行破碎筛分、研磨、造粒、整形筛分、养护、烘干和分步煅烧得到。
16、进一步地，所述破碎筛分包括：首先将页岩放入破碎机破碎，将破碎后的页岩颗粒用4.75mm筛网进行筛分至筛余量小于1％，其粒径为0～4.75mm。
17、进一步地，所述研磨步骤加入占页岩颗粒质量0.2～0.3％的三乙醇胺，研磨30～45min。
18、进一步地，所述造粒步骤采用造粒机，造粒机的初始转速为4000～5000r/min，混合8～15min，然后调整转速至2000～2500r/min，混合2～5min。
19、进一步地，整形后的筛分出粒度为0～4.75mm的生陶粒球。
20、进一步地，所述养护步骤包括：将生陶粒球在室内环境下(温度19～21℃，湿度40～60％)静置22～26h后，浸泡于饱和ca(oh)2溶液中静置10～12h。
21、进一步地，所述烘干温度为100～110℃，时间为11～15h。
22、进一步地，所述分步煅烧步骤包括：将烘干后的生料球放入箱式高温电炉中，首先以4～6℃/min的速度升温至600～700℃保温20～30min，然后以20～30℃/min的速率升温至焙烧温度1200～1350℃焙烧30～45min后；最后按2～3℃的速率冷却至20～25℃，得页岩陶砂(球形陶砂)。
23、上述方案中，所述页岩陶砂的筒压强度53～60mpa，粒径范围为0～4.75mm，表观密度1310～1450kg/m3。
24、进一步地，所述页岩陶砂在使用前进行饱水预湿处理，得预湿球形陶砂。
25、上述方案中，所述硅灰的28d活性指数为110～120％，需水量比为105～115％，比表面积不小16500m2/kg。
26、上述方案中，所述粉煤灰空心微珠是由粉煤灰经过去杂，使用干法旋风分选器精选得到的粉煤灰空心微珠；其直径为0.5～100μm。
27、上述方案中，所述混杂纤维中微细镀铜钢纤维占13～20份，聚丙烯纤维占3～10份。
28、上述方案中，所述微细镀铜钢纤维的直径为0.2～0.25mm，长度为10～15mm，无断裂，抗拉强度为2000～2500mpa；聚丙烯纤维直径0.035～0.050mm，长度为10～15mm，抗拉强度为400～500mpa。
29、上述一种基于预湿球形陶砂的轻质超高性能混凝土的制备方法，包括如下步骤：
30、1)原料称取，各原料及其所占重量份数包括：硅酸盐水泥730～750份，预湿球形陶砂480～500份，硅灰175～190份，粉煤灰空心微珠185～200份，混杂纤维20～25份，复合外加剂11～15份，水200～240份；
31、2)将预湿陶砂与粉料(硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰微珠)加入hjw～60型强制性搅拌机中干拌均匀；
32、3)加入70～75％用量的水、复合外加剂和膨胀剂搅拌均匀(8～15min)，得具有一定流动度的浆料；
33、4)均匀撒入混杂纤维，并加入剩余水，搅拌均匀(1～3min)，得轻质超高性能混凝土拌合物；
34、5)装模，成型后待混凝土贯入阻力为3.5～14mpa时，用抹刀刮去试模上口多余的混凝土，抹平，并在其表面覆盖最后一块模板，进行蒸养18～30h，拆模后移入混凝土标准养护室养护至规定龄期。
35、上述方案中，所述蒸养温度为80～85℃，时间为21～27h。
36、根据上述方案制备的轻质超高性能混凝土，其混凝土通过v型漏斗的时间为15～25s，压力泌水率(v10/v140)为88～94％，塌落扩展度为700～720mm，28天抗压强度为102～130mpa，抗折强度为14～25mpa，混凝土容重低至1456～1528kg/m3；56d的收缩率低至
37、1.24×10–4～2.15×10–4。
38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
39、1)本发明采用超高性能混凝土低密度、超高强度与低收缩的协同设计和改进方法，通过引入预湿轻集料并结合复合外加剂等手段，可实现轻质超高性能混凝土轻质、低收缩、自流平等性能的有效兼顾，制备出可实现自流平、28d抗压强度可超过110mpa、容重低至1450kg/m3，56d收缩率低至1.24×10～4的轻质超高性能混凝土；
40、2)预湿轻集料的加入会导致轻质超高性能混凝土的力学性能略微降低，但可显著提升轻质超高性能混凝土的比强度和体积稳定性能；轻集料的预湿程度对轻质超高性能混凝土的干表观密度影响不大，但可明显改变拌合物的工作性能和体积稳定性能；
41、3)本发明结合粉煤灰微珠的滚珠效应、轻集料的轻质多孔效应、预湿轻集料的内养护与拱壳效应，以及预湿轻集料的内养护作用等有效保证所得混凝土综合使用性能；轻质陶粒可有效降低混凝土的整体容重，高强的胶凝体系和纤维弥补混凝土强度和韧性；并进一步结合专用的外加剂和预湿等手段，有效改善高强胶凝体系对混凝土工作性能和骨料上浮等问题的不利影响，增强流动性，显著提升所得混凝土的泵送性能等，最终形成兼具轻质、高强性能的泵送混凝土。