【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料，具体涉及一种陶砂基轻质超高性能混凝土及其制备方法。
技术介绍
1、超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，以下简称uhpc）作为一种新型建筑材料，因其出色的物理力学性能和优异的耐久性，在桥梁、建筑、隧道等工程领域得到了广泛应用。uhpc的典型特征在于其抗压强度通常不低于120 mpa，抗拉强度不低于10mpa，且耐久性远超普通混凝土。然而，尽管uhpc具备诸多优点，但其高密度（通常大于2500kg/m³）和较大的收缩率却成为了限制其推广应用的关键因素。
2、针对uhpc密度大和收缩大的问题，研究人员开发了轻质超高性能混凝土（lightweight ultra-high performance concrete，简称luhpc）。luhpc通过采用轻集料部分或全部替代uhpc中的细集料，以降低混凝土的容重并改善其收缩性能。轻集料的引入不仅能够有效降低luhpc的密度，还能在浆体硬化过程中释放内部储存的水分，对结构起到内养护的作用，从而减少收缩并改善力学性能。
3、陶砂作为一种常见的固体废弃物，因其多孔结构和良好的保温隔热性能，成为制备luhpc的理想轻集料之一。陶砂的多孔结构在混凝土硬化过程中能够释放水分，有助于降低收缩并提升混凝土的力学性能。此外，陶砂的低导热系数（通常不超过0.23w/（m.k））使其具备良好的保温和隔热能力，满足各类建筑对节能环保的需求。
4、在luhpc的配比设计中，最紧密堆积理论是常用的设计方法。通过调整不
5、然而，现有的轻质超高性能混凝土制备技术仍存在一定的局限性。例如，某些方法步骤繁琐且未充分考虑轻集料的特殊性能，导致最终产品的力学性能或经济性未能达到最佳。此外，部分技术虽然降低了混凝土的密度，但未能有效解决uhpc的脆性问题，使得材料在受到冲击或动力荷载时易发生脆性破坏。
6、综上所述，为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种陶砂轻质超高性能混凝土及其制备方法。该专利技术通过优化陶砂和胶凝材料的颗粒级配，采用过剩浆体理论精确计算浆体量，并引入镀铜钢纤维提高混凝土的韧性，成功制备出表观密度低、强度高、耐久性好、体积稳定性优异的轻质超高性能混凝土，具有重要的实际应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种陶砂轻质超高性能混凝土及其制备方法，解决现有超高性能混凝土（uhpc）材料在应用中存在的密度大、收缩率高的问题，这些问题限制了uhpc在要求轻质、低收缩场合的广泛应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为，一种陶砂轻质超高性能混凝土，包括以下重量比的原料组分：水泥628kg/m³~637kg/m³，粉煤灰179kg/m³~209kg/m³，硅灰149kg/m³~195kg/m³，粒径范围为0.3mm~0.6mm的陶砂184kg/m³~294kg/m³，粒径范围为0.6mm~1.18mm的陶砂118kg/m³~192kg/m³，粒径范围为1.18mm~2.36mm的陶砂176kg/m³~208kg/m³，水180kg/m³，聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料质量的2.5%，以及体积掺量为1.5%~3%的镀铜钢纤维；其中，所述胶凝材料与陶砂的质量比为1.7：1，水胶比为0.18。
3、优选的方案中，所述陶砂的筒压强度不低于6.8mpa，吸水率不高于16.34%。
4、优选的方案中，所述陶砂经过筛分后，粒径0.3mm~0.6mm、0.6mm~1.18mm、1.18mm~2.36mm的陶砂的堆积密度分别为740.32kg/m³、598.34kg/m³、548.56kg/m³，表观密度分别为1875kg/m³、1685kg/m³、1500kg/m³。
5、优选的方案中，所述胶凝材料中各组分的重量比为，水泥：粉煤灰：硅灰=0.64：0.21：0.15，或者水泥：粉煤灰：硅灰=0.62：0.18：0.20，所述比例通过andreasen堆积模型和可压缩堆积模型计算得出。
6、优选的方案中，所述镀铜钢纤维为直线型，长度为13mm，直径为0.2mm，抗拉强度为2850mpa，弹性模量为200gpa，密度为7850kg/m³。
7、一种制备上述任意一项所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土的方法，包括以下步骤：
8、step1：根据配比设计将胶凝材料和陶砂放入搅拌锅中混合；
9、step2：将聚羧酸减水剂和水的混合溶液分两次加入搅拌锅中，每次加入间隔不超过1分钟，搅拌充分；
10、step3：在搅拌过程中缓慢撒入镀铜钢纤维，继续搅拌至钢纤维在浆体中分布均匀，得到浆体；
11、step4：将所得浆体倒入模具中成型，经养护后得到陶砂轻质超高性能混凝土试件。
12、优选的方案中，所述step3中得到的浆体坍落度为150mm~180mm，入模后密度为1910kg/m³~1990kg/m³。
13、优选的方案中，所述step4中养护的养护步骤为，带模覆膜养护一天后，移入标准养护室养护至28天。
14、优选的方案中，所述step4中制备得到的陶砂轻质超高性能混凝土试件的密度为1900kg/m³~2000kg/m³，抗压强度为110mpa~130mpa，轴心抗压强度为95mpa~120mpa，轴心抗拉强度为3.5mpa~6mpa，抗折强度为9mpa~15mpa，抗剪强度为22mpa~29mpa，弹性模量为30gpa~34gpa。
15、本专利技术提供的一种陶砂基轻质超高性能混凝土及其制备方法，有如下有益效果：
16、1、本专利技术解决了现有超高性能混凝土（uhpc）材料在应用中存在的密度大、收缩率高的问题；
17、2、本专利技术通过引入陶砂作为轻集料，并结合优化的颗粒级配设计，其制备的混凝土表观密度显著降低，收缩性能得以改善，满足不同工程对轻质材料的需求；
18、3、本专利技术陶砂的多孔结构在混凝土硬化过程中能够释放内部储存的水分，起到内养护的作用，从而有效减少混凝土的收缩率，提高混凝土的体积稳定性；
19、4、本专利技术镀铜钢纤维的加入显著提高了混凝土的韧性和抗裂性能，使得其制备的混凝土在受到冲击或动力荷载时能够表现出更好的力学性能；
20、5、本专利技术采用经过改进的andreasen的堆积模型和可压缩堆积模型对轻集料和胶凝材料的颗粒级配进行优化，可以实现节约水泥用量降低成本的同时又保持uhpc的优异性能，再使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量比的原料组分：水泥628kg/m³~637kg/m³，粉煤灰179kg/m³~209kg/m³，硅灰149kg/m³~195kg/m³，粒径范围为0.3mm~0.6mm的陶砂184kg/m³~294kg/m³，粒径范围为0.6mm~1.18mm的陶砂118kg/m³~192kg/m³，粒径范围为1.18mm~2.36mm的陶砂176kg/m³~208kg/m³，水180kg/m³，聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料质量的2.5%，以及体积掺量为1.5%~3%的镀铜钢纤维；其中，所述胶凝材料与陶砂的质量比为1.7：1，水胶比为0.18。
2.根据权利要求1所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述陶砂的筒压强度不低于6.8MPa，吸水率不高于16.34%。
3.根据权利要求2所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述陶砂经过筛分后，粒径0.3mm~0.6mm、0.6mm~1.18mm、1.18mm~2.36mm的陶砂的堆积密度分别为740.32kg/m³、598.34kg/m³、548.56kg
4.根据权利要求1所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中各组分的重量比为，水泥：粉煤灰：硅灰=0.64：0.21：0.15，或者水泥：粉煤灰：硅灰=0.62：0.18：0.20，所述比例通过Andreasen堆积模型和可压缩堆积模型计算得出。
5.根据权利要求1所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述镀铜钢纤维为直线型，长度为13mm，直径为0.2mm，抗拉强度为2850MPa，弹性模量为200GPa，密度为7850kg/m³。
6.一种制备权利要求1~5中任意一项所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种轻质超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：所述Step3中得到的浆体坍落度为150mm~180mm，入模后密度为1910kg/m³~1990kg/m³。
8.根据权利要求7所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：所述Step4中养护的养护步骤为，带模覆膜养护一天后，移入标准养护室养护至28天。
9.根据权利要求8所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土的制备方法，其特征在于：所述Step4中制备得到的陶砂轻质超高性能混凝土试件的密度为1900kg/m³~2000kg/m³，抗压强度为110MPa~130MPa，轴心抗压强度为95MPa~120MPa，轴心抗拉强度为3.5MPa~6MPa，抗折强度为9MPa~15MPa，抗剪强度为22MPa~29MPa，弹性模量为30GPa~34GPa。
...【技术特征摘要】
1.一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于，包括以下重量比的原料组分：水泥628kg/m³~637kg/m³，粉煤灰179kg/m³~209kg/m³，硅灰149kg/m³~195kg/m³，粒径范围为0.3mm~0.6mm的陶砂184kg/m³~294kg/m³，粒径范围为0.6mm~1.18mm的陶砂118kg/m³~192kg/m³，粒径范围为1.18mm~2.36mm的陶砂176kg/m³~208kg/m³，水180kg/m³，聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料质量的2.5%，以及体积掺量为1.5%~3%的镀铜钢纤维；其中，所述胶凝材料与陶砂的质量比为1.7：1，水胶比为0.18。
2.根据权利要求1所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述陶砂的筒压强度不低于6.8mpa，吸水率不高于16.34%。
3.根据权利要求2所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述陶砂经过筛分后，粒径0.3mm~0.6mm、0.6mm~1.18mm、1.18mm~2.36mm的陶砂的堆积密度分别为740.32kg/m³、598.34kg/m³、548.56kg/m³，表观密度分别为1875kg/m³、1685kg/m³、1500kg/m³。
4.根据权利要求1所述的一种陶砂轻质超高性能混凝土，其特征在于：所述胶凝材料中各组分的重量比为，水泥：粉煤灰：硅灰=0.64：0.21：...
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