[发明专利]一种超高性能混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高性能混凝土及其制备方法，属于混凝土材料技术领域，每立方米所用原材料按重量计包括：氧化钙‑硫铝酸钙复合膨胀剂60～75kg/m³、两性离子聚合物1.8～2.1kg/m³、2‑甲基‑2‑丙醇9.5～11.5kg/m³、多孔硅微粉5～7kg/m³、高吸水树脂1.05～1.35kg/m³、无机胶凝剂10～15kg/m³以及轻烧碳酸钙晶须14.3～28.6kg/m³，本发明可以实现含粗骨料UHPC在标准养护条件下其强度不低于165MPa、降缩率不低于65％，从而制备出能够满足工程实用需求的低收缩超高性能混凝土材料。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，特别是涉及一种超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)因其具有超高的强度、超高的韧性和超高的耐久性，近年来在桥梁、建筑等领域得到了越来越广泛的应用。但是目前，收缩问题依然是UHPC所面临的主要技术难题之一。

UHPC的收缩主要有两类：自收缩和干燥收缩。其中，自收缩通常占UHPC总收缩量的2/3左右。从机理上来说，UHPC的自收缩和干燥收缩都是由于毛细孔失水，使孔隙内凹液面下降，在孔壁上产生围压，致使毛细孔壁受到压缩，最终表现为UHPC在宏观上的体积收缩。所不同的是，自收缩是由于UHPC内部胶凝材料水化反应耗水产生自干燥过程，致使毛细孔内液面逐渐下降；而干燥收缩是由于环境因素的作用使得UHPC内部的水分向外部迁移和挥发，致使毛细孔内液面逐渐下降。

目前控制UHPC收缩的措施主要有两类：被动限缩和主动减缩。被动限缩的技术手段主要是使用高刚度粗骨料提高UHPC的弹性模量和体积稳定性，被动限制UHPC的宏观收缩，但是会削弱UHPC基体的匀质性，导致UHPC强度降低；同时，综合考虑粗骨料对UHPC力学性能的不利影响，其掺量通常并不可能太高，也因此单独使用粗骨料的限缩效果比较有限。主动减缩的技术手段主要是使用减缩剂或进行内养护。使用减缩剂属于主动降低毛细孔水表面张力的技术手段，通过降低毛细孔压力减小UHPC的收缩，但是单独使用减缩剂其减缩率通常只有30％左右。使用多孔吸水材料(如多孔陶粒、高吸水树脂SAP等)进行内养护属于主动内补水延缓毛细孔凹液面下降的技术手段，同样是通过降低毛细孔压力减小UHPC的收缩，减缩率可以达到30％～40％，但是多孔吸水材料由于自身力学性能偏低，通常会明显削弱UHPC的强度，严重限制了UHPC的应用场景。

众多的UHPC相关标准(如中国的T/CBMF 37-2018和T/CECS10107-2020)均要求UHPC的抗压强度不低于120MPa，而从工程实用角度而言，目前则需要UHPC的强度达到150MPa～180MPa(如南京长江五桥)，且为了工程应用便利，通常要求UHPC仅进行标准条件养护，而尽量避免采用蒸养等较为复杂的养护手段。不难理解的是，如果不做特殊的减缩或者控缩处理，更高强度等级的UHPC必然产生更大的收缩，因此，在追求UHPC更高力学性能的同时，其收缩问题同样需要引起足够的重视。联合使用主动减缩和被动限缩手段可以显著降低UHPC的收缩，但是同时会劣化UHPC的强度，使其难以达到工程实用需求。

专利CN 111072348A公开了一种联合使用粗骨料和减缩剂(乙二醇)制备低收缩UHPC的方法。但是，由该专利所公开的标准条件下养护28d的UHPC抗压强度数据可以发现：所制备的UHPC强度均低于115MPa，说明粗骨料严重劣化了UHPC的力学性能，相较工程实用需求仍有较大的距离。

专利CN 106747112B公开了一种联合使用多孔粗骨料、减缩剂(降表张剂)和高吸水树脂SAP制备低收缩UHPC的方法。该专利所公开的UHPC在标准养护条件下其自收缩和干燥收缩分别降低了约40％和30％，减缩效果比较显著。但是，28d抗压强度均低于120MPa，相较工程实用需求同样有较大的距离，严重限制了该UHPC材料的应用场景。