【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程材料，具体涉及一种环保型耐水超高性能混凝土材料及其制备方法。
技术介绍
1、目前，广泛使用的传统混凝土存在如下缺点：
2、(1)强度较低。普通混凝土抗压强度通常不超过60mpa，抗折强度一般只有5-10mpa，是一种典型的脆性材料，需要与钢筋结合共同受力，而且由于强度较低导致混凝土结构的自重通常很大，一方面会消耗更多的自然资源，另外不适宜建造大空间和大跨度结构；(2)耐久性还有待进一步提高。普通混凝土由于采用粗骨料会导致孔隙率通常大于10％且会产生较多的连通孔，因此软水、氯离子、硫酸盐、二氧化碳气体等有害介质易侵入混凝土内部，会损伤混凝土的微观结构、降低力学性能，进而缩短建筑物的使用寿命。
3、为解决传统混凝土强度和耐久性低、结构构件自重大、在大跨度、大空间等建筑结构中使用受限等系列问题，超高性能混凝土(uhpc)应运而生。uhpc是在极低的水灰比下(0.18-0.24)，采用水泥、活性粉末、细骨料、高性能减水剂、并掺加适量钢纤维(一般不超过构件体积分数的2％)拌合而成的一种致密水泥基材料，拥有极高的强度和耐久性，其抗压和抗折强度分别超过100mpa和12mpa。然而目前常规uhpc材料不能在工程中大范围应用，主要存在如下两方面问题：
4、(1)uhpc的制备成本较高。uhpc采用的原材料品质较高，如采用的硅灰粉、钢纤维等原材料价格相对高昂，每平米uhpc的制备成本大约是普通混凝土的5-8倍，因此限制了uhpc在工程中的大范围应用。
5、(2)uhpc的水泥使
6、因此，为解决普通混凝土强度低(特别是抗折强度)和耐久性差等问题，以及常规uhpc材料制备成本和能耗高、环境污染大等缺陷，本专利技术提供一种环保型耐水超高性能混凝土材料及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种环保型耐水超高性能混凝土材料及其制备方法，该方法中采用煅烧粘土替代硅粉作为活性粉末，并采用白云石粉替代20-60％的水泥，且未掺加钢纤维，使混凝土材料的制备成本与能耗大为降低。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种环保型耐水超高性能混凝土材料，每1m3所述环保型耐水超高性能混凝土材料由以下组分制成：胶凝材料、石英砂、聚羟酸系高性能减水剂和水；所述胶凝材料的配比为水泥390-750kg、煅烧粘土180kg和白云石粉220-550kg；所述石英砂的用量是所述胶凝材料质量的100％，所述聚羟酸系高性能减水剂的用量是所述胶凝材料质量的0.8-1％，所述水的质量和所述胶凝材料质量之比为0.2。
3、优选地，所述水泥为矿物掺合料不超过5％的p.ⅰ型硅酸盐水泥或p.ⅱ型硅酸盐水泥，所述水泥的比表面积为320-340m2/kg；所述煅烧粘土采用高岭石粘土原矿在650-800℃下煅烧2-3h，然后用球磨机研磨3-6h制备而成，高岭石粘土原矿中高岭石含量为55-70％，石英含量≤30％，煅烧粘土平均粒径为0.6-1.2μm，比表面积为20000-24000m2/kg，活性指数1.1-1.2；所述白云石粉中碳酸钙镁的含量为95％，比表面积为600m2/kg；所述石英砂的最大粒径为0.95mm，所述聚羟酸系高性能减水剂的减水率为25-45％。
4、还提供上述环保型耐水超高性能混凝土材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
5、s1、将水泥、煅烧粘土和白云石粉放入搅拌机内慢速搅拌1min，然后加入石英砂继续慢速搅拌1min，得到干料混合物；
6、s2、将所述聚羟酸系高性能减水剂溶于水中，得到减水剂溶液；
7、s3、将s2中得到的减水剂溶液倒入s1中得到的干料混合物中进行搅拌直至呈现塑性状态，得到塑性状态的混合料；
8、s4、将s3中得到的塑性状态的混合料先快速搅拌6min，再慢速搅拌2min，然后将搅拌完毕的混合料装入试模内并振捣密实，得到带模具的uhpc试件；
9、s5、将s4中得到的带模具的uhpc试件在温度为20℃的环境中密封养护24h后脱模，随后置于温度为20℃水中养护至28d龄期，得到环保型耐水超高性能混凝土材料。
10、优选地，s1中所述搅拌机为jj-5型行星式水泥胶砂搅拌机。
11、优选地，s1中所述慢速搅拌和s4中所述慢速搅拌的速率均为62.5r/min，s4中所述快速搅拌的速率为125r/min。
12、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
13、1、与常规uhpc相比，本专利技术制备环保型耐水超高性能混凝土材料(uhpc)的原材料中采用煅烧粘土替代硅粉作为活性粉末，并采用白云石粉替代20-60％的水泥，且uhpc中未掺加钢纤维，使uhpc的制备成本与能耗大为降低，由于水泥使用量最大可降低60％，使uhpc的碳排放量显著减小。另外，原材料中的煅烧粘土与白云石粉能够发生协同反应，生成更多凝胶体，进一步细化uhpc的孔结构(孔隙率降低约1％，最可几孔径降低约50％)，提高了耐水性能。本专利技术专利中的uhpc材料配合比设计与制备工艺是关键技术。
14、2、本专利技术制备的环保型耐水超高性能混凝土材料(uhpc)在经济与环保方面具有明显优势，而且具备良好的力学和耐水性能。28d抗压强度超过110mpa，而抗折强度超过20mpa，可达到《活性粉末混凝土》标准中规定的rpc100标准，若重点考虑uhpc的延性性能时，则可认定为rpc140等级。较常规uhpc材料，具有如下3方面的优点：
15、(1)采用煅烧粘土作为制备uhpc的活性粉末，其活性与硅灰相当，煅烧粘土制备时的最高煅烧温度一般不超过800度，属于低温煅烧，能源消耗较低，而且粘土煅烧过程中不会往大气中排放二氧化碳，对环境无污染；另外，粘土中允许含有石英等杂质，因此原材料的成本也相对低廉，总之本专利技术中的活性粉末：煅烧粘土是一种低碳环保、节能活性材料；
16、(2)uhpc材料的水灰比极低，水泥的水化程度只有30％左右，而每生产一吨水泥会排放0.5吨二氧化碳，因此本专利技术在制备uhpc过程中，采用价格低廉的白云石粉替代部分水泥，其最大替代比例可达到水泥质量分数的60％，水泥使用量显著降低，无论是在降低碳排放还是节约成本方面均有显著优势。此外，煅烧粘土中的铝相能够与白云石粉在水化过程中发生协同反应，生成额外的凝胶体，与常规uhpc相比，50-100nm毛细孔比例降低约20％，而10nm以下凝胶空比例增加约30％，孔结构进一步细化，提高uhpc材料的力学和耐久性能。
17、(3)本专利技术中制备的uhpc材料未掺加钢纤维，其抗折强度可超过20mpa，可以达到《活性粉末混凝土》标准中规定rpc140等级，具有良好的延性性能，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种环保型耐水超高性能混凝土材料，其特征在于，每1m3所述环保型耐水超高性能混凝土材料由以下组分制成：胶凝材料、石英砂、聚羟酸系高性能减水剂和水；所述胶凝材料的配比为水泥390-750kg、煅烧粘土180kg和白云石粉220-550kg；所述石英砂的用量是所述胶凝材料质量的100％，所述聚羟酸系高性能减水剂的用量是所述胶凝材料质量的0.8-1％，所述水的质量和所述胶凝材料质量之比为0.2。
2.根据权利要求1所述的一种环保型耐水超高性能混凝土材料，其特征在于，所述水泥为矿物掺合料不超过5％的P.Ⅰ型硅酸盐水泥或P.Ⅱ型硅酸盐水泥，所述水泥的比表面积为320-340m2/kg；所述煅烧粘土的比表面积为20000-24000m2/kg；所述白云石粉的比表面积为600m2/kg；所述石英砂的最大粒径为0.95mm，所述聚羟酸系高性能减水剂的减水率为25-45％。
3.一种如权利要求1或2所述的环保型耐水超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种环保型耐水超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于，S
5.根据权利要求3所述的一种环保型耐水超高性能混凝土材料的制备方法，其特征在于，S1中所述慢速搅拌和S4中所述慢速搅拌的速率均为62.5r/min，S4中所述快速搅拌的速率为125r/min。
...【技术特征摘要】
1.一种环保型耐水超高性能混凝土材料，其特征在于，每1m3所述环保型耐水超高性能混凝土材料由以下组分制成：胶凝材料、石英砂、聚羟酸系高性能减水剂和水；所述胶凝材料的配比为水泥390-750kg、煅烧粘土180kg和白云石粉220-550kg；所述石英砂的用量是所述胶凝材料质量的100％，所述聚羟酸系高性能减水剂的用量是所述胶凝材料质量的0.8-1％，所述水的质量和所述胶凝材料质量之比为0.2。
2.根据权利要求1所述的一种环保型耐水超高性能混凝土材料，其特征在于，所述水泥为矿物掺合料不超过5％的p.ⅰ型硅酸盐水泥或p.ⅱ型硅酸盐水泥，所述水泥的比表面积为320-340m2/kg；所述煅烧粘土的比表面积为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫宗云，郭斐，崔翰博，庄维坦，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：
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