一種用于型鋼混凝土組合結構c240強度等級的混凝土的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，配比為：水泥∶細骨料∶粗骨料∶水∶減水劑∶消泡劑：硅粉∶粉煤灰：激發劑：膨脹劑：復合保塑劑＝500∶760∶1293∶101∶20.2∶1.4∶97∶123∶10.5∶51∶0.60。制備方法為：先將減水劑、激發劑和復合保塑劑均勻拌入水中得到混合物，按重量比在攪拌機中依次加入細骨料和混合物總量的1/3拌勻；加入粗骨料和混合物總量1/3拌勻；加入水泥、膨脹劑、硅灰和粉煤灰拌勻；加入消泡劑和剩余混合物，攪拌，出料。該混凝土能在自然狀態下顯著改進型鋼與混凝土之間的粘結性能，有效發揮鋼與混凝土各自力學性能與相互協同工作性能，大幅度提升結構構件的承載能力與使用性能和耐久性，具有良好高體積穩定性和經濟性。
【專利說明】
-種用于型鋼混凝±組合結構C240強度等級的混凝±
技術領域
[0001] 本發明屬于建筑材料技術領域，設及一種用于型鋼混凝±組合結構強度等級為 C240的特高強高性能混凝±。
【背景技術】
[0002] 1824年波特蘭水泥的發明使混凝±技術得到了迅速的發展，其用量之大，適用范 圍之廣堪居世界之最。盡管混凝±是一種傳統的人造建筑材料，但因其具有不可取代的優 越性(原料豐富、生產工藝簡單、性價比高等優點）W及混凝±材料科學與技術的不斷進步， 混凝±已成為±木工程用材的主體，在未來的±木工程和國家建設中也將是不可缺少的主 材之一。同時，隨著城市規模的不斷擴大，人口的不斷增多，地價的不斷升高，建筑所處環境 的嚴酷化，建筑技術的不斷進步及經濟的高速發展，建筑物越來越向空中、地下及水中延 伸，即建筑超/特高化、超/特大跨化、地下化、輕量化及重型結構的發展，尤其是型鋼混凝± 結構在超/特高化、超/特大跨化、地下化、海上或水下化、輕量化等新奇或巨型建筑工程領 域的應用，對混凝±運種建筑材料的要求也越來越高。因此，混凝±的超/特高強化和超/特 耐久化的研究和實踐將成為該領域的發展趨勢。
[0003] 型鋼混凝±組合結構（簡稱SRC結構）是鋼一混凝±組合結構的一種主要形式，由 于其承載能力高、剛度大、延性好、抗震性能優越、防火防腐、便于施工等一系列優點，已被 越來越廣泛地應用于大跨、重型結構，地下、水下或海上工程及地震/臺風區的高層和超/特 高層建筑。與鋼結構相比，SRC結構可節省大量鋼材，增強截面剛度，克服鋼結構耐火性、耐 腐蝕性和耐久性差及易屈曲失穩等缺點，使鋼材的能力得W充分的發揮;與普通鋼筋混凝 ±結構(簡稱RC結構)相比，型鋼混凝±組合結構可減小構件的截面尺寸，減小所占的空間， 從而增大建筑使用空間；在施工上，型鋼混凝±結構的鋼骨架本身可作為混凝±掛模、滑模 的骨架，不僅大大簡化了支模工程，還是承受全部施工荷載(包括掛、滑模與所誘混凝±)的 支承體系；另外，由于SRC結構具有整體性強，延性性能好等優點，能大大改善鋼筋混凝±受 剪破壞的脆性性質，使結構的抗震性能得到明顯的改善，承載能力及延性均比RC結構有較 大的提高。因此，在日本和歐美等發達國家，具有良好抗震性能的SRC結構已成為一種公認 的新型抗震結構體系，且與鋼結構、木結構、鋼筋混凝±結構并稱為四大結構。我國也是一 個多地震國家，絕大多數地區為地震區，部分位于高烈度及多遇地震區，在運些地區推廣 SRC結構就具有非常重要的現實意義；另一方面，由于人口的快速增長使住房需求量也在不 斷增多，而±地資源稀缺寶貴，進而促進了建筑向更高空間發展，故在經濟條件W及城市規 劃允許的條件下建設超/特高層建筑也成為節約資金和節省±地的有效措施。因此，SRC結 構在我國有非常廣闊的應用前景，尤其是隨著我國經濟實力的不斷增強及超/特高強鋼材 和特高強高性能混凝±(它們是被公認的21世紀材料)的成功研制與應用，將極大促進運種 結構體系的推廣應用和發展進步。已有研究證明，特高強高性能混凝±的強度越高，其脆性 將會增加，延性也會較差，在高應力或復雜應力狀態下，特高強高性能混凝±構件將由脆性 控制破壞過程，工作的可靠性降低。但是，將運種新型高技術混凝±應用在在型鋼混凝±組 合結構(簡稱SRC結構）中，即型鋼特高強高性能混凝±組合結構（簡稱SRUSUPC結構），可W 揚長避短，克服特高強高性能混凝±脆性大、延性差和型鋼耐火、耐腐蝕性能差的弱點，使 其優越性能和經濟效益得W充分發揮。
[0004] SRC結構中，型鋼與混凝±之間良好的粘結作用是保證SRC構件中型鋼與混凝±協 調工作的基礎，型鋼、鋼筋和混凝±立種材料元件協同工作，W抵抗各種作用效應，才能夠 充分發揮其優點。但SRC結構與RC結構的顯著區別之一在于型鋼與混凝±之間的粘結力遠 遠小于鋼筋與混凝±之間的粘結力，型鋼與普通混凝±的粘結力大約只相當于光面鋼筋粘 結力的45 %。國內外諸多試驗研究結果表明，型鋼與混凝±之間存在著粘結滑移現象，且對 SRC構件的受力性能乃至承載能力有顯著影響。因此，如何保證型鋼與混凝±有效地協同工 作成為SRC結構研究的重點之一。目前，工程設計中對型鋼與混凝±之間粘結滑移問題的處 理方法一般有兩種:其一是通過計算在構件表面加設一定數量的剪切連接件，運樣勢必造 成施工中的不便并提高造價，且易造成混凝±內部先天性微裂縫等缺陷；其二是不設置或 僅設置少量剪切連接件，在承載能力計算中考慮粘結滑移的影響，相應降低構件的承載能 力，運樣必然存在不經濟的因素。另一方面，在工程結構設計中普遍存在著重強度而輕耐久 性的現象，國內外已出現過諸多混凝±結構在使用過程中的安全性和耐久性方面的問題。 一些混凝±結構工程在使用不足設計年限一半即由于堿骨料反應、氯離子侵蝕等原因而完 全喪失使用功能乃至承載能力，個別工程甚至出現局部巧塌或整體倒塌，造成人員傷亡或 建筑設施破壞。因此，SRUSUPC結構中，提高型鋼與特高強高性能混凝±之間的自然粘結性 能，在型鋼表面不設置或僅按構造要求設置少量剪切連接件就可保證型鋼與特高強高性能 混凝±有效地協同工作的研究具有重大意義；同時，混凝±結構工程的耐久性也日益引起 人們的密切關注和高度重視，并成為鑑待解決的問題。
[0005] 現有技術用于型鋼混凝±組合結構的混凝±的強度等級有C30、C35、C40、C45X50 及巧5的低強度高性能混凝±，〔60^70^80、〔90及(：100的高強高性能混凝±和(：110、(：120、 C130、C140及C150的超高強高性能混凝±，還有后續(：160、(：170、(：180、(：190及〔200的超/特 高強高性能混凝±的制備技術，上述各強度等級混凝±顯著提高了型鋼與(超)高強混凝± 之間的粘結性能，并提高了結構的耐久性;但是，還存在不能由此延伸到更高強度的特高強 高性能混凝±，且將其用于型鋼混凝±組合結構時不能解決型鋼與特高強高性能混凝±之 間的自然粘結性能差的問題，故不能滿足±木工程建筑向空中、地下及水中延伸，即建筑 超/特高化，超/特大跨化，地下化，海上或水下化，超耐久化和重型、巨型及新奇結構工程等 應用和發展運一趨勢的要求。另外，現有技術中也存在部分將混凝±超/特高強化、超/特耐 久化的制備技術，但是它們均未設及或未解決用于SRC結構時型鋼與特高強高性能混凝± 之間的自然粘結性能差的問題。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是提供一種用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高 性能混凝±。該混凝±應用在型鋼混凝±組合結構中，能在自然狀態(亦即型鋼表面不設置 或僅按構造要求設置少量剪切連接件）下顯著改進型鋼與混凝±之間的粘結性能，有效發 揮鋼與混凝±兩種材料各自的力學性能與相互協同工作性能，從而大幅度提升結構構件的 承載能力與使用性能；另外，該混凝±能提高結構的耐久性，并具有良好的工作性能、高體 積穩定性和經濟性。
[0007]為解決上述技術問題，本發明是運樣實現的：
[000引一種用于型鋼混凝±組合結構C240強度等級的混凝±，該混凝±的配合比為（單 位:kg/m3);
[0009] 水泥:細骨料:粗骨料:水:減水劑:消泡劑:娃粉:粉煤灰:激發劑:膨脹劑:復合保 塑劑= 500:760:1293:101:20.2:1.4:97:123:10.5:51:0.60。
[0010] 所述的水泥選擇質量穩定、性能較好、強度較高的P . 162.5肺圭酸鹽水泥，使用前 需與聚簇酸系混凝±高性能減水劑進行兩者之間的適應性試驗，試驗方法采用現行建材行 業標準《水泥與減水劑相容性試驗方法》JC/T 1083-2008中的方法，并選擇與聚簇酸系混凝 ±高性能減水劑相容性好的水泥品種。所選水泥性能指標(包括細度、S化含量、MgO含量、初 凝時間、終凝時間、3天強度、28天強度)應不低于國家現行相關標準的要求，并選用堿含量 少、水化熱低、需水性也低的水泥品種。
[0011] 所述的細骨料采用質量比為8:2的顆粒圓滑、質地堅硬、級配良好的中偏粗河砂和 質地精純、級配良好的石英砂。其中，砂的品質應不低于現行建材行業標準《普通混凝±用 砂、石質量及檢驗方法標準》JC/T 52-2006及國家標準《建筑用砂》GB/T 14684-2011中規 定的優質砂標準。其細度模數為2.8~3.2之間，含泥量和泥塊含量應不大于0.3 % (W質量 計），氯離子含量應不大于0.02% (W干砂的質量計），S〇3含量應不大于0.5%。石英砂中二 氧化娃含量應不小于99%，Ξ氧化二鐵含量應不大于0.005 %，銘、鐵等金屬雜質含量應不 大于0.01%。
[0012] 所述粗骨料采用質量致密堅硬、強度高、表面粗糖、粒形為近似球形、針片狀含量 小、級配良好的W玄武巖、花崗巖為主要成分的人工碎石，按照連續粒級碎石Φ5~Φ 10投 料;碎石的品質應不低于現行建材行業標準《普通混凝±用砂、石質量及檢驗方法標準》JC/ 巧2-2006W及《建筑用卵石、碎石》GB/T 14685-2011等相關標準的規定要求。粗骨料其母體 巖石的立方體抗壓強度應不低于290MPa，最大粒徑應控制在10mm; W質量比計，其S〇3含量 應不大于0.5 %，含泥量應不大于0.2%，泥塊含量應不大于0.1 %，針、片狀顆粒含量應不大 于0.5%，且不得混入風化顆粒。進行該混凝±配制時，采用連續粒級碎石Φ5~Φ10投料。
[0013] 經過大量嘗試性對比試驗及與水泥相容性試驗，該發明所選用的高效減水劑為聚 簇酸系混凝±高性能減水劑，其品質應不低于現行國家標準《混凝±外加劑應用技術規范》 GB50119-2013和《混凝±外加劑》GB 8076-2008等相關標準的規定要求，所選用高效減水劑 的減水率應大于30%。所選用高效減水劑的最大飽和滲量不小于全部膠凝材料總量的 2.5%，采用同滲法，且使用前需與所選擇的水泥品種進行相容性試驗。
[0014] 所述消泡劑選擇AGITAN@P803粉末消泡劑。
[0015] 所述的娃粉采用質量比為3:2的30nm納米娃粉和亞微娃粉，其品質應不低于國家 標準《高強高性能混凝±用礦物外加劑》GB/T 18736-2002等相關標準的規定要求，同時， 3化m納米娃粉和(亞)微娃粉的含水率均應不大于1%，燒失量均應不大于3%，氯離子含量 均應不大于0.01%，火山灰活性指數均應大于95%。其中，30nm納米娃粉的比表面積應不小 于40000m2/kg，娃含量應不小于99.9% ;(亞)微米娃粉的比表面積應不小于25000mVkg，二 氧化娃含量應不小于95%。
[0016] 所述的粉煤灰采用燃煤工藝先進的電廠生產的優質I級特細粉煤灰。其品質應不 低于國家標準《用于水泥和混凝上中的粉煤灰》GB/T 1596-2005等相關標準的規定要求， 且其細度(0.045mm方孔篩篩余，％ )應不大于10%，燒失量應不大于3%，S化含量應不大于 2%，含水量應不大于1%，需水量比應不大于95%，比表面積應大于700mVkg。
[0017] 所述的激發劑是由發明人所在研究團隊自主研制的高效粉煤灰激發劑(FAEA)，該 激發劑對滲有納米娃粉和亞微娃粉的超細磨粉煤灰水化反應的活性進行進一步激發，其按 照下述質量百分比計的原料復合配制而成：
[0018] 無機材料65 %~73 %的水玻璃(利用固體片狀化0H和市售娃酸鋼水玻璃按比例調 制成模數約為1.0的水玻璃）、23%~30%普通二水石膏(化S化· 2出0)和有機材料3%~5% Ξ乙醇胺(TEA)復合配制而成。
[0019] 制備方法如下：首先將固體片狀化0田容于水中制成一定濃度的堿性溶液，然后和 已知模數的娃酸鋼水玻璃(市售水玻璃的模數一般2.4~3.3之間）調制成模數為1.0的試驗 需要的水玻璃，最后再與普通二水石膏和TEA復合配制成為所需的復合激發劑(FAEA)。
[0020] 經試驗測定，該激發劑與早強娃酸鹽水泥、聚簇酸系混凝±高性能減水劑具有良 好的相容性。
[0021] 所述膨脹劑選用適用于特高強高性能混凝±的硫侶酸巧類高效膨脹劑，其品質應 不低于國家標準《混凝上膨脹劑》GB23439-2009等相關標準的規定要求，且其細度(0.08mm 方孔篩篩余，％)應不大于10%，比表面積應大于300m2/kg，限制膨脹率(水中7天)應不小于 0.05%，28d抗壓強度應不小于50MPa，MgO含量應不大于3%，堿含量應不大于0.5%。
[0022] 所述復合保塑劑選用適用于特高強高性能混凝±的復合高效保塑劑，該保塑劑包 括下述質量比的原料：
[0023] 混凝±保塑劑5%~15% ;徑基徑酸鹽類緩凝劑45%~55% ;高分子減縮劑35%~ 40%;
[0024] 所述混凝±保塑劑為與聚徑酸系高效減水劑具有較好相容性的性質穩定的市面 銷售的保塑劑；
[0025] 所述徑基徑酸鹽類緩凝劑為葡萄糖酸鋼、酒石酸鐘鋼、巧樣酸鋼、水楊酸鋼中的一 種；
[0026] 所述高分子減縮劑為含聚氧化締鏈的梳形聚合物、含聚酸和脂肪族類有機物的聚 合物、含甲酸基聚合物/甲酸基聚合物的共聚物中的一種；
[0027] 所述含聚氧化締鏈的梳形聚合物為江蘇蘇博特新材料股份有限公司研制開發的 JM-SRA系列混凝±減縮劑，其主要成分為烷基聚氧乙締酸；
[00%]所述含聚酸和脂肪族類有機物的聚合物為冶金部建筑研究總院研制的JSJ型減縮 劑，其主要成分是聚酸和脂肪族類有機物；
[0029] 所述含甲酸基聚合物/甲酸基聚合物的共聚物為浙江大學建筑工程學院研制 ZZD - A型減縮劑，其主要成分是甲酸基聚合物與甲酸基聚合物。
[0030] 經過大量嘗試性對比試驗及與水泥相容性試驗，該保塑劑與娃酸鹽水泥和本發明 所用的高性能減水劑具有良好的相容性。其品質應不低于現行國家標準《混凝±外加劑應 用技術規范》GB50119-2013等相關標準的規定。
[0031] 所述的拌合水選用自來水，其品質應不低于國家建設部標準《混凝±用水標準》 JGJ63-2006等相關標準的規定要求，并要求所選用自來水的堿含量不大于lOOOmg/L。
[0032] 本發明還給出了用于型鋼混凝±組合結構C240強度等級的混凝±的制備方法，該 方法采用改進的水泥裹砂石法混凝±攬拌工藝，具體工藝步驟如下：
[0033] 1)先將減水劑20.2kg/m3、激發劑10.5kg/m3和復合保塑劑0.60kg/m 3均勻拌入稱量 好的水101 kg/m3中，得到混合物；
[0034] 2)然后按照重量配比在強制式攬拌機中加入608kg/m3的河砂、152kg/m 3的石英砂 和步驟1)混合物總量的1/3，均勻攬拌1~2min;
[0035] 3)再加入1293kg/m3的Φ5~Φ10連續粒級碎石粗骨料和步驟1)混合物總量的1/ 3,均勻攬拌2~4min;
[0036] 4)接著加入全部膠結材料:500kg/m3的水泥、51kg/m3的膨脹劑、58.化g/m 3的納米 娃粉、38.8kg/m3的亞微娃粉和123kg/m3的粉煤灰，均勻攬拌3~4min;
[0037] 5)最后加入1.4kg/m3的消泡劑和剩余步驟1)混合物，均勻攬拌2~3min，停留3分 鐘后再攬拌2~3min至均勻，出料，即得C240強度等級的混凝±拌合物。
[0038] 所述制備的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的混凝±拌合物，其養護方 法采用加熱養護中的蒸汽養護，其養護流程為:靜停(4~6小時升溫加熱(升溫速度為每 小時10°C)一恒溫加熱（相對濕度大于95%，80°C~90°C，48~72小時)一降溫加熱（降溫速 度為每小時l〇°C)^標準養護至28天。
[0039] 本發明的有益效果是：
[0040] 1.本發明生產的混凝±是一種適用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特 高強高性能混凝±。該混凝±在能確保其所應具備的力學性能（即C240強度等級、塑性等） W及具有高耐久性、高工作性、高體積穩定性和經濟性的基礎上，顯著地改進該混凝±與型 鋼之間的自然粘結性能，使其應用在型鋼混凝±結構設計中無需（或僅需按構造要求少許 地)在型鋼表面加設剪切連接件，即可保證型鋼與該混凝±的有效協同工作，從而減少了施 工工序，節約了鋼材，提高了施工效率，并避免了在型鋼表面大量設置剪切連接件且易造成 該混凝±內部先天性微裂縫等缺陷，具有顯著的經濟效益和施工質量改進效果，其力學性 能對比試驗結果見表4。
[0041] 2.本發明中使用的高效減水劑選擇聚簇酸系混凝±高性能減水劑(減水率應大于 30%)，相比其它類型的減水劑，與早強娃酸鹽水泥的相容性良好，其不含化2S化，可進一步 提高該混凝±的耐久性。
[0042] 3.本發明中使用的消泡劑選擇粉末消泡劑，型號為AG口AN@P803，可對混凝±攬拌 過程中形成且振搗密實后仍殘留在混凝±內的大量微泡進行脫泡，使其密實度有效提高， 增強了混凝±的耐久性和剪切穩定性。
[0043] 4.本發明中使用的復合激發劑選擇自主研制的堿性復合激發劑(FAEA)，能促使巧 抓石的生成，使滲有粉煤灰和娃灰的混凝±具有一定的微膨脹性，改善混凝±的收縮性能。 通過復合激發劑將粉煤灰表面玻璃體網狀結構解聚，從而激發粉煤灰的潛在活性，可W增 強粉煤灰水合過程中W侶娃酸鹽為主要水化組分的Ξ維空間結構玻璃體的腐蝕作用，提高 正向水合反應的動力，生成更多的C-S-H凝膠、水化侶酸巧及水化娃酸巧等晶體，促進粉煤 灰參與早期水化進程，充分利用粉煤灰活性微骨料及滾珠效應和娃灰填充顆粒之間的縫 隙，改善膠結材料的性能W及減少用水量，且二次水化產物填充混凝±內部空隙，對所配制 混凝±的早期強度、后期強度和耐腐蝕能力有顯著的提高；另一方面，復合激發劑的作用促 進了娃灰-粉煤灰基礦物聚合物的形成，在提高混凝±耐久性的同時也顯著改善了型鋼與 特高強高性能混凝±之間的粘結性能。
[0044] 5.本發明生產的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的高性能混凝±是通 過加入活性礦物滲料(特細粉煤灰、納米娃粉和亞微娃粉），采用等量取代法代替部分水泥， 利用活性礦物滲合料的火山灰反應、增強效應、填充效應、耐久性改善效應及混凝±水化熱 的溫峰消減效應，并充分利用活性礦物滲合料復合滲入及活性礦物滲合料與高效減水劑的 復合滲合料所產生的超疊加效應，根據它們與水泥顆粒、粗細骨料粒徑不在同一級的特點 優化混凝±材料中膠凝材料部分的顆粒級配，粉煤灰和娃灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙， 不僅使混凝±中集料與水泥石之間的界面結構W及水泥石的孔結構均得到了大幅改善，提 高了水泥石的致密度、抗滲性，同時典型的致密結構能擴展到骨料表面，從而使混凝±更加 密實堅硬，混凝±的力學性能(尤其是與型鋼之間的粘結性能）、耐久性能和工作性能均有 很大的提局。
[0045] 6.本發明中使用的納米娃粉，是一種無毒、無味、無污染、高純度、無雜質的納米材 料。納米娃粉的顆粒尺寸小，比表面積大，可W充分發揮其微填充效應;納米娃粉表面存在 大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態的氨基，或為因缺氧而偏離穩定狀態的娃氧結構，能消耗 和細化Ca(0H)2晶體，促進水化速度和水化程度，使形成的水化娃酸巧凝膠更加致密;相比 于(亞)微娃粉，具有更高的活性(特別是誘增活性)和自由能態，對混凝±微觀結構的改善 和力學性能的提高（即C240強度等級、塑性等)均有不小的促進作用，同時對提高型鋼與特 高強高性能混凝上之間的粘結性能也產生了顯著效果。
[0046] 7.本發明滲加適量的粉煤灰可W改善混凝±拌和料的流動性、粘聚性和保水性， 但粉煤灰代替部分水泥會在一定程度上降低混凝±的早期強度，而滲入適量的娃灰，可顯 著提高混凝±的強度和耐久性，且可W與水泥水化產物Ca(0H)2發生二次水化反應，形成膠 凝產物，填充水泥石結構，改善漿體的微觀結構，提高硬化體的力學性能和耐久性。粉煤灰 和娃灰的共同使用則可W提高混凝±基體密實度，從而提高型鋼與混凝±之間的粘結性 能。
[0047] 8.本發明中使用的膨脹劑，是一種硫侶酸巧類混凝±高效膨脹劑。硫侶酸巧類混 凝±高效膨脹劑與水化合生成巧抓石膨脹水化物晶體(C3A · 3CaS化· 32此0)，能防止或減 少混凝±水化、硬化中化學反應、物理反應和熱力學反應所引起的體積收縮開裂進行補償， 并能填充、堵塞各種毛細孔縫使混凝±內部結構更加致密，不僅大大提高了混凝±的抗裂 防滲性能和體積穩定性，并可使混凝±的密實性和強度得到進一步的提高。
[004引9.本發明中使用的保塑劑，是一種由混凝±高效保塑劑、無機酸鹽類緩凝劑、高分 子減縮劑復合配制而成的復合高效保塑劑。該高效保塑劑在適量滲加時能有效減緩水泥顆 粒的水化，故具有高巧落度保持能力，而且使特高強高性能混凝±的早期收縮率有所降低， 有助于提高混凝±的抗裂性，從而增強了混凝±的耐久性;在與高性能減水劑的共同作用 下，不僅能夠改善混凝±的早期強度較低的缺點，還能顯著提高型鋼與混凝±組合結構的 力學性能(塑性、抗壓強度、型鋼與混凝±之間的粘結性能等）。
[0049] 10.本發明中使用的石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的娃酸鹽礦物。其主 要礦物成分是二氧化娃，具有一定的抗酸性介質侵蝕能力，并可W彌補河砂是惰性材料的 缺點參與水化反應并降低水化熱，提高了混凝±的耐久性和強度。
[0050] 11.本發明生產的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高性能混凝 ±是在普通混凝±生產工藝條件下，并采用盡量減少水泥顆粒、外加劑顆粒及超細活性礦 物顆粒在混凝±攬拌時到處飛揚的水泥裹砂石攬拌工藝的投料方法實現的，制備工藝簡單 并易于實現，適合于工程化和產業化，便于大規模推廣應用，具有較好的社會效益。
[0051] 12.本發明生產的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高性能混凝 ±的原材料中含有大量的粉煤灰、娃粉，它們是工業廢料和廢棄物，其消納可對環境保護做 出巨大貢獻，符合可持續發展的要求，是一種綠色混凝±，一種環境友好材料。
[0052] 13.本發明選用的原材料(包括工業廢料)為大量、規模化生產的市場流通、買售產 品，原材料易得。
[0053] 14.本發明中所采用的蒸汽加熱養護可W加速水泥及活性礦物滲合料水化反應的 進程和火山灰效應的發揮，能改善混凝±微觀結構，提高了其界面粘結力和強度。另外，混 凝±或混凝±構件的蒸汽加熱養護技術業已成熟，且易掌握，為該發明的推廣應用奠定了 基礎。
[0054] 15.本發明生產的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高性能混凝 ±是通過加入超細活性礦物慘料(超細粉煤灰和超細磨娃粉），采用等量取代法代替部分水 泥，利用活性礦物滲合料的火山灰反應、增強效應、填充效應、耐久性改善效應及特高強高 性能混凝±水化熱的溫峰消減效應，并充分利用活性礦物滲合料復合滲入及活性礦物滲合 料與高效減水劑的復合滲合料所產生的超疊加效應，根據它們與水泥顆粒、粗細骨料粒徑 不在同一級的特點優化特高強高性能混凝±材料中膠凝材料部分的顆粒級配，在此配比 中，骨料占比約75%，適當減小了砂率，即提高了碎石占比；不僅使特高強高性能混凝±中 集料與水泥石之間的界面結構W及水泥石的孔結構均得到了大幅改善，提高了水泥石的致 密度、抗滲性，同時典型的致密結構能擴展到骨料表面，從而使特高強高性能混凝±更加密 實堅硬，特高強高性能混凝±的力學性能(尤其是與型鋼之間的粘結性能）、耐久性能和工 作性能均有很大的提高。
[0055] 本發明是W在自然狀態(亦即型鋼表面不設置或僅按構造要求設置少量剪切連接 件）下顯著改進型鋼與混凝±之間的粘結性能，有效發揮鋼與混凝±兩種材料各自的力學 與協同工作性能，從而大幅度提升結構構件的承載能力與性能，并提高結構的耐久性為宗 旨，來研究用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高性能混凝±的制備技術。 目前，國內外制作特高強高性能混凝±所用的娃酸鹽水泥的質量和強度越來越高，所用活 性礦物滲合料(娃粉、粉煤灰等)的加工技術與質量不斷改進，加之高性能減水劑、高效膨脹 劑、高效保塑劑等混凝±外加劑的研究與應用均已取得了較大的進展，且消泡劑和激發劑 在混凝±中的研究與應用也正逐步發展，從而為上述研究宗旨的實現鑒定了基礎。同時，特 高強高性能混凝±的配制要求的水泥用量相對較少，而生產水泥意味著二氧化碳的大量排 放，故在一定程度上減輕了對地球造成的溫室效應;它要求有足夠數量并占膠結材料比重 較大的粉煤灰、娃粉等優質的活性礦物滲料，意味著工業廢料的合理處置利用，將有利于形 成良好的生產循環和環境保護，而運些優質的活性礦物滲料正是改善混凝±材料自身性能 所需要的。總之，應用特高強高性能混凝±可^節約水泥、將工業廢料變廢為寶、延長結構 工程使用年限，并最終保護生態環境和自然資源。綜上所述，用于型鋼混凝±組合結構的特 高強高性能混凝±的研究與開發將為更好地使用混凝±走出了一條可持續發展的道路，它 將提升結構工程的綜合能力與性能，促進鋼-混凝±組合結構在我國，尤其高烈度及多遇地 震地區的高層、超/特高層建筑，海上平臺或水下結構，地下建筑，超/特大跨、超/特重型結 構中推廣應用，改善基礎設施和人居環境中建筑結構的科技含量，并發揮它具有較大的承 載能力和剛度、良好的抗震性能、施工進度快、耐久和耐火性好及顯著的社會和經濟效益等 獨特優勢。因此，型鋼特高強高性能混凝±組合結構具有很高的工程應用價值和廣闊的市 場前景。
【具體實施方式】
[0056] 本發明研制的用于型鋼混凝±組合結構強度等級為C240的特高強高性能混凝±， 除了與普通混凝±采用類似的材料一水泥、砂、碎石、水外，還加入了其不可缺少的組分:混 凝±高性能減水劑、混凝±高效膨脹劑和活性礦物滲合料(娃粉、粉煤灰），另外還滲入了粉 末消泡劑，激發劑和復合高效保塑劑。特高強高性能混凝±與普通混凝±不同，其強度和性 能均較普通和高強混凝±有大幅度的提高。特高強高性能混凝±的水灰比一般都小于 0.22,其水膠比小于0.15,而普通和高強混凝±的水灰比一般在0.30W上，特高強高性能混 凝±的粗骨料最大粒徑亦小于普通和高強混凝±的。上述各項差異導致了特高強高性能混 凝±與普通和高強混凝±在性能上有著很大的差別，通過加入超細活性礦物慘料，利用超 細活性礦物滲料的火山灰反應、（微)填充效應及增塑效應，優化特高強高性能混凝上材料 中膠凝材料部分的顆粒級配，不僅使特高強高性能混凝±中集料與水泥石之間的界面結構 W及水泥石的孔結構均得到了大幅改善，提高了水泥石的致密度、抗滲性，同時典型的致密 結構能擴展到骨料表面，從而使特高強高性能混凝上更加密實堅硬，特高強高性能混凝上 的力學性能(尤其是與型鋼之間的粘結性能）和耐久性能均有很大的提高。同時，通過粉末 消泡劑的滲入，可減少在混凝±攬拌過程中形成且振搗密實后仍殘留在混凝±內水泥漿體 中或水泥漿體與骨料之間的界面過度區的大量氣泡進行脫泡，使其密實度有效提高，對特 高強高性能混凝±的力學性能(包括與型鋼之間的粘結性能）和耐久性能的提高均做出了 不小的貢獻。另外，通過激發劑的滲加，可使混凝±具有一定的微膨脹性，改善混凝±的收 縮性能;可W增強粉煤灰水和過程中W侶娃酸鹽為主要水化組分的玻璃體的腐蝕作用，增 大粉煤灰的活性，提高正向水合反應的動力，生成更多的C-S-H凝膠、水化侶酸巧及水化娃 酸巧等晶體，對所配制混凝±的強度和耐腐蝕能力有顯著的提高。而混凝±高效膨脹劑的 滲加，可對混凝±硬化反應所產生的體積收縮開裂進行補償，可W填充、堵塞混凝±中的各 種毛細孔縫，提高混凝±的抗裂防滲性能、密實性、強度和體積穩定性。對于高性能減水劑 和復合高效保塑劑的滲加，減少了水泥用水量，對水泥顆粒有一定的分散和潤濕作用，使混 凝±的早期收縮率有所降低，有效的減少了混凝±早期裂縫的開展，不僅能夠改善混凝± 的早期強度較低的缺點，還能顯著提高型鋼與混凝±組合結構的耐久性和力學性能(塑性、 抗壓強度、型鋼與混凝±之間的粘結性能等）。
[0057] 和光圓鋼筋與混凝±之間的粘結相似，型鋼與混凝±之間的粘結力也主要由化學 膠結力、摩擦阻力和機械咬合力Ξ部分組成。型鋼與混凝±之間的粘結力的每一組成部分 都與混凝±的性能密切相關。
[0058] 化學膠結力是混凝±中的水泥凝膠體在型鋼表面產生的化學粘著力或吸附力，其 (抗剪)極限值取決于水泥的性質和型鋼表面的粗糖程度。誘筑混凝±時，水泥漿體在鋼材 表面產生表面張力，在表面張力的作用下，鋼材表面上的水泥漿體將形成自平衡;誘注混凝 ±-般要進行振搗，振搗力(擾動)能夠加強并加快水泥漿體向鋼材表面氧化層的滲透;在 養護過程中水泥漿體結晶，水泥晶體硬化形成化學膠結力。化學膠結力只在型鋼混凝±構 件的原始形成狀態下存在，一旦發生連接面上的（局部)粘結滑移，水泥晶體就會被剪斷并 擠壓破碎，化學膠結力則喪失。影響化學膠結力的主要因素有混凝±強度、型鋼鋼材表面粗 糖程度、試件誘筑方式與振搗程度W及后期的養護和混凝±的收縮情況等。
[0059] 化學膠結力喪失后，由于鋼材表面的粗糖不平W及其它原因所引起的鋼材表面狀 況變化(鋼材表面凹凸不平），使其與接觸面上的混凝±晶體顆粒咬合在一起，運樣就形成 了機械咬合力。對于工廠生產并經后期處理的社制工字鋼等型鋼，一旦粘結滑移發展加快， 型鋼與混凝±接觸面上的混凝±晶體被壓碎整合，運時機械咬合力也基本上喪失。影響機 械咬合力的主要因素為型鋼鋼材表面的粗糖程度與表面狀況(誘蝕程度等）、混凝±骨料級 配、混凝±強度W及型鋼混凝±構件的受力方式等。
[0060] 型鋼周圍混凝±對型鋼的摩阻力亦是在型鋼與混凝±之間的粘著力破壞后形成， 且主要是在機械咬合力基本喪失后才發揮作用。當化學膠結力，尤其是機械咬合力喪失后， 由于與型鋼接觸面上的混凝±晶體被剪斷、壓碎且膨脹，加之保護層和髓筋等橫向約束，將 在型鋼與混凝±的連接面上產生正壓力，加上連接面上摩擦系數較大，從而形成了摩擦阻 力。摩擦阻力在化學膠結力喪失W后一直都存在，是型鋼與混凝±之間后期粘結力的主要 部分。影響摩擦阻力的因素有型鋼的配鋼形式及其表面特征、型鋼與混凝±之間粘結面的 大小、構件受力方式、混凝±骨料級配W及影響橫向約束的因素（型鋼的混凝±保護層厚 度、配髓率、混凝上收縮)等。
[0061] 本發明所要解決的關鍵技術問題是，在確保特高強高性能混凝±所應具備的力學 性能（即強度和塑性）W及具有高耐久性、高工作性、高體積穩定性和經濟性的基礎上，顯著 地改進混凝±與型鋼之間的（自然)粘結性能，使在型鋼混凝±結構設計中無需（或僅需按 構造要求少許地)在型鋼表面加設剪切連接件，即可保證型鋼與混凝±之間有可靠的粘結 和錯固，使兩者在荷載作用下能協調一致、共同工作。
[0062] 本發明從原理和設計原則上，打破"飽羅米"公式的限制，通過正交試驗法及對比 實驗法，考慮混凝±高性能減水劑、混凝±高效膨脹劑、消泡劑、激發劑、高效保塑劑五者之 間及其與水泥的相容性，粗骨料最大粒徑、粗骨料不同粒徑之間及其與細骨料粒徑之間的 級配對混凝±強度及性能的影響W及活性礦物滲料的(微)填充效應、火山灰活性等性能因 素，選用優質粗細骨料并控制粒徑和級配，在特高強高性能混凝上配制材料中滲入適量的 混凝±高性能減水劑、混凝±高效膨脹劑、混凝±復合高效保塑劑和優質活性礦物超細粉， 并考慮消泡劑和激發劑的加入，降低水灰比，立足于當地現有的易得材料，不改變常規生產 工藝，為盡量減少水泥顆粒、外加劑顆粒及超細活性礦物顆粒在混凝±攬拌時到處飛揚采 用水泥裹砂石攬拌工藝的投料方法，利用活性礦物滲合料的火山灰反應、增強效應、（微)填 充效應、耐久性改善效應及特高強高性能混凝±水化熱的溫峰消減效應，并充分利用活性 礦物滲合料復合滲入及活性礦物滲合料與混凝±高性能減水劑的復合滲合料所產生的超 疊加效應、消泡劑的脫泡作用、膨脹劑的補償收縮和填充作用、激發劑的活性激發作用、復 合高效保塑劑的保塑減縮與緩凝作用，配制出力學性能（尤其是與型鋼之間的粘結性能） 好、工作性能優異、耐久性能好、成本相對較低的適用于在型鋼混凝±結構中可靠應用的強 度等級為C240的特高強高性能混凝±。本發明的力學性能試驗對比結果如表4所示。
[0063] 本發明選擇原材料時，不僅要求原材料為優質，還要求配制特高強高性能混凝± 所用的原材料為當地易得。另外，考慮到所配制混凝上的強度很高，根據最大密實度理論對 混凝±材料中粗細骨料的顆粒級配進行優化，使粗細顆粒互相有良好的填充，W減少骨料 的空隙率；同時，一般水泥的平均粒徑為20~30μπι，小于10WI1的顆粒并不多，而活性礦物滲 合料的顆粒粒徑遠比水泥顆粒粒徑細小，超細粉煤灰的平均粒徑為3~6μπι，能填充水泥顆 粒之間的空隙，微娃粉的平均粒徑也很小，為0.10~0.26μπι，能填充水泥顆粒與超細粉煤灰 顆粒之間W及超細粉煤灰粒子之間的空隙，納米微娃粉的平均粒徑更小，為lOnm~0.1皿， 能填充膠凝顆粒之間及其與界面結構之間的微細縫隙或空隙，故此在所配制的特高強高性 能混凝±材料中對膠凝材料部分的顆粒級配進行優化也至關重要。而外部劣化因子(如硫 酸鹽等因子)對混凝±的侵蝕性很大程度上取決于混凝±的空隙構造，而運正是造成混凝 ±耐久性問題的主要原因。活性礦物滲合料的滲入，降低了水泥顆粒之間和界面的空隙率， 使水泥石結構和界面結構更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，從而使所配制的特高強 高性能混凝±的抗滲性大幅度提高，水及其它各種侵蝕介質(Cr、SO護、C02等)均難W進入 混凝±內部，并可減少堿-娃反應的發生幾率和次氯酸巧的生成幾率，其強度和耐久性能得 到大幅度提高。即當水泥石結構和界面結構中大于0.1WI1的大孔含量較低時，將有利于所配 審IJ特高強高性能混凝±的各項性能的改善，否則，對所配制特高強高性能混凝±的強度、抗 滲性能、抗腐蝕性能和耐久性能均不利。
[0064] W活性礦物滲合料取代部分水泥后，還可W使水泥顆粒空隙中的一部分水分被填 充其內的礦物滲合料置換出來，可使水泥凈漿的流動度增大。但也并不是所有的礦物滲合 料都具有運種顯著的增塑效應，主要是由于部分活性礦物滲合料的比表面積太大或者其本 身具有多孔結構，雖然其取代水泥后能置換出水泥凈漿中的部分水分，但由于其本身吸水 或潤濕表面需要較多自由水，導致水泥凈漿的流動性并不增大。為了保證所研制特高強高 性能混凝±的高工作性能，本發明采用混凝±高性能減水劑和活性礦物滲合料復合滲入的 方法，在兩者的協同工作下，活性礦物滲料的微細顆粒不僅充分發揮了它們的（微)填充效 應，并將填充于空隙之中的水分置換出來，使顆粒之間的間隔水層加厚；另外，活性礦物滲 合料的微細顆粒吸附了混凝±高性能減水劑分子，其表面形成的雙電層電位所產生的靜電 斥力大于粉體粒子之間的萬有引力，促使粉體顆粒分散，并進一步加劇水泥顆粒的分散，使 水泥凈漿的流動性增加，從而有效地改善了混合料的流動性；同時，超細活性礦物滲合料的 復合滲入降低了水化熱，可提高混凝±的體積穩定性。
[0065] 用于配制特高強高性能混凝±的原材料中的骨料應具有較高的固有強度、初度和 穩定性，W能夠抵御各種靜態和動態應力、沖擊及磨蝕作用，而不會導致所配制混凝±性能 的下降。由于不同骨料的表面狀態不同，導致水泥漿體與骨料之間的粘結強度也不相同，通 常情況下碎石較卵石有較高的粘結強度；另一方面，水泥漿體中娃灰含量比例不同時的粘 結強度相差亦很大，滲娃粉時，水泥漿體與骨料之間的粘結強度比不滲時高得多。普通混凝 ±在破壞時，水泥漿體與骨料的粘結界面是薄弱的環節，裂縫是沿著水泥漿體與骨料的界 面出現的，骨料一般不會破壞，且外界侵蝕也往往從此界面開始發展，而特高強高性能混凝 ±中的水泥漿體與骨料的粘結界面不再是薄弱環節，它的破壞也不再沿著界面發生，而是 由于骨料的破壞而導致的，因此骨料的性能對特高強高性能混凝±的性能有較大的影響。 本發明的研究中選用的細骨料采用顆粒圓滑、質地堅硬、級配良好、含泥量小的中粗河砂； 粗骨料為表面粗糖、質地優良、級配良好的W花崗巖、玄武巖為主要成分的人工碎石，其最 大粒徑應控制在10mm。運樣，混凝±的均勻性又得到了進一步的提升，從而使混凝±更加密 實，強度也能進一步得到提高。
[0066] 本發明在制備時采用水泥裹砂石法(又稱改進的SEC法)混凝±攬拌工藝，在強制 式攬拌機中進行攬拌，其投料順序為:先將聚簇酸系混凝±高性能減水劑、激發劑和復合高 效保塑劑均勻拌入稱量好的水中，得到混合物;然后加入細骨料和拌有高性能減水劑和激 發劑混合物總量的1/3^攬拌均勻（1~2分鐘加入粗骨料和拌有高性能減水劑和激發劑 混合物總量的1/3^攬拌均勻（2~4分鐘加入全部膠結材料(水泥、膨脹劑、娃灰和粉煤 灰攬拌均勻(3~4分鐘加入消泡劑和剩余拌有高性能減水劑和激發劑混合物^均勻 攬拌(2~3分鐘停留3分鐘后再攬拌至均勻（2~3分鐘出料。運種工藝能盡量減少水 泥顆粒及超細活性礦物顆粒在混凝±攬拌時到處飛揚，并可提高所制備混凝±的強度，且 所制備的混凝上不宜出現離析現象，泌水少，工作性能相對較好。
[0067] 本發明在養護時采用加熱養護中的蒸汽養護，其養護流程為:靜停(4~6小時 升溫加熱(升溫速度為每小時l〇°C) 一恒溫加熱（相對濕度大于95%，80°C~90°C，48~72小 時降溫加熱（降溫速度為每小時l〇°C)^標準養護至28天。該養護方法可W加速水泥及 活性礦物滲合料水化反應的進程和火山灰效應的發揮，能改善混凝±微觀結構，提高了其 界面粘結力和強度。
[006引實施例：
[00例（一)原材料
[0070] 1.水泥
[0071] 選擇質量穩定、性能較好的秦嶺牌P · 162.5R水泥，使用前與聚簇酸系混凝±高性 能減水劑進行兩者之間的適應性試驗，試驗方法采用現行建材行業標準《水泥與減水劑相 容性試驗方法》JC/T 1083-2008中的方法，與聚簇酸系混凝±高性能減水劑相容性良好。所 選水泥性能指標符合《娃酸鹽水泥、普通娃酸鹽水泥》GB175-2007等國家現行相關標準的要 求，其堿含量少、水化熱低、需水性也低。
[007^ 2.骨料
[0073] 3.采用質量比為8:2的砂和石英砂。
[0074] 砂采用顆粒圓滑、質地堅硬、級配良好的中偏粗、霸河砂，砂的品質符合現行建材 行業標準《普通混凝±用砂、石質量及檢驗方法標準》JC/T 52-2006及國家標準《建筑用砂》 GB/T14684-2011中規定的優質砂標準。其細度模數為3.0,含泥量和泥塊含量均控制在 0.3% (W質量計）W下，氯離子含量控制在0.02% (W干砂的質量計）W下，S化含量應不大 于0.5%。
[0075] 選擇質地精純、級配良好的石英砂。其二氧化娃含量應不小于99%，Ξ氧化二鐵含 量應不大于0.005%，銘、鐵等金屬雜質含量應不大于0.01%。進行該混凝±配制時，采用不 同粒徑規格（2-4mm、l-2mm、0.63-lmm、0.315-0.63mm、0.16-0.315mm、<0.16mm)多級配投料。
[0076] 所述粗骨料采用質量致密堅硬、強度高、表面粗糖、粒形為近似球形、針片狀含量 小、級配良好的W玄武巖、花崗巖為主要成分的人工碎石，按照連續粒級碎石Φ5~Φ 10投 料;碎石的品質應不低于現行建材行業標準《普通混凝±用砂、石質量及檢驗方法標準》JC/ 巧2-2006W及《建筑用卵石、碎石》GB/T 14685-2011等相關標準的規定要求。粗骨料其母體 巖石的立方體抗壓強度應不低于290MPa，最大粒徑應控制在10mm; W質量比計，其S〇3含量 應不大于0.5 %，含泥量應不大于0.2%，泥塊含量應不大于0.1 %，針、片狀顆粒含量應不大 于0.5%，且不得混入風化顆粒。進行該混凝±配制時，采用連續粒級碎石Φ5~Φ10投料。
[0077] 4.粉煤灰
[0078] 采用燃煤工藝先進的電廠生產的優質I級特細粉煤灰。其品質符合國家標準《用于 水泥和混凝±中的粉煤灰》GB/T 1596-2005等相關標準的規定要求，其細度(0.045mm方孔 篩篩余，％ )不大于5%，燒失量為2.2%，S化含量為1.5%，需水量比小于95%，比表面積約 為 lOOiWVkg。
[0079] 5.娃粉
[0080] 采用質量比為3: 2的30皿納米娃粉和亞微娃粉，選用的30皿納米娃粉和（亞)微娃 粉的品質符合國家標準《高強高性能混凝±用礦物外加劑》GB/T 18736-2002等相關標準 的規定要求，30nm納米娃粉和(亞)微娃粉的含水率均小于1%，燒失量均不大于3%，氯離子 含量均不大于0.01 %，火山灰活性指數均大于95%。其中，30nm納米娃粉的比表面積約為 42000mVkg，娃含量不小于99.9% ;(亞)微米娃粉的比表面積約為27000m^kg，二氧化娃含 量不小于99 %。
[0081 ] 6.混凝±高性能減水劑
[0082] 經過大量嘗試性對比試驗及與水泥相容性試驗，該發明所選用的高效減水劑為聚 簇酸系混凝上高性能減水劑，其品質符合現行國家標準《混凝上外加劑》GB 8076-2008等相 關標準的規定要求，所選用高效減水劑的減水率大于30%。所選用高效減水劑的最大滲量 為全部膠凝材料總量的2.5%，采用同滲法，使用前與所選擇的水泥品種進行相容性試驗且 相容性良好。
[0083] 7.激發劑
[0084] 選用由發明人所在研究團隊自主研制的高效粉煤灰激發劑(FAEA)，是在經過對滲 有納米娃粉和亞微娃粉的超細磨粉煤灰水化反應特點的研究并認識到其活性有待進一步 激發和利用的基礎上，由無機材料65 %~75 %的水玻璃(利用固體片狀化0H和市售娃酸鋼 水玻璃按比例調制成模數約為1.0的水玻璃）、23%~30%普通二水石膏(化S〇4 · 2出0)和有 機材料3%~5%立乙醇胺(TEA)復合配制而成。制備方法如下：首先將固體片狀化師容于水 中制成一定濃度的堿性溶液，然后和已知模數的娃酸鋼水玻璃(市售水玻璃的模數一般2.4 ~3.3之間）調制成模數為1.0的試驗需要的水玻璃，最后再與普通二水石膏和TEA復合配制 成為所需的復合激發劑(FAEA)，詳見表1。經試驗測定，該激發劑與早強娃酸鹽水泥、聚簇酸 系混凝±高性能減水劑具有良好的相容性。
[0085] 表1 FAEA激發劑的不同配比
[0086]
[0087] 8.膨脹劑
[0088] 經過大量嘗試性對比試驗及與水泥相容性試驗，該發明所選用的膨脹劑為適用于 特高強高性能混凝±的硫侶酸巧類混凝±高效膨脹劑，其品質符合國家標準《混凝±膨脹 劑》6日23439-2009等相關標準的規定要求，且其細度(0.08臟方孔篩篩余，％)不大于10%， 比表面積約為4001]12/1^，限制膨脹率(水中7天)不小于0.05%，28(1抗壓強度大于551?曰，]\%0 含量不大于2 %，堿含量不大于0.3 %。
[0089] 8.保塑劑
[0090] 選用適用于特高強高性能混凝±的復合高效保塑劑，該保塑劑包括下述質量比的 原料：
[0091] 混凝±保塑劑5%~15% ;徑基徑酸鹽類緩凝劑45%~55% ;高分子減縮劑35%~ 40%。
[0092] 其中，混凝±保塑劑為與聚徑酸系高效減水劑具有較好相容性的性質穩定的市面 銷售的保塑劑。徑基徑酸鹽類緩凝劑為葡萄糖酸鋼、酒石酸鐘鋼、巧樣酸鋼、水楊酸鋼中的 一種。高分子減縮劑為含聚氧化締鏈的梳形聚合物、含聚酸和脂肪族類有機物的聚合物、含 甲酸基聚合物/甲酸基聚合物的共聚物中的一種。
[0093] 其中，含聚氧化締鏈的梳形聚合物為江蘇蘇博特新材料股份有限公司研制開發的 JM-SRA系列混凝±減縮劑，其主要成分為烷基聚氧乙締酸;含聚酸和脂肪族類有機物的聚 合物為冶金部建筑研究總院研制的JSJ型減縮劑，其主要成分是聚酸和脂肪族類有機物;含 甲酸基聚合物/甲酸基聚合物的共聚物為浙江大學建筑工程學院研制ZZD-A型減縮劑，其 主要成分是甲酸基聚合物與甲酸基聚合物。
[0094] 經過大量嘗試性對比試驗及與水泥相容性試驗，該保塑劑與娃酸鹽水泥和本發明 所用的高性能減水劑具有良好的相容性。其品質應不低于現行國家標準《混凝±外加劑應 用技術規范》GB50119-2013等相關標準的規定。
[00M]表2保塑劑的不同配比
[0096]
[0097] 9.拌合水
[0098] 選用自來水為拌合水，其品質符合國家建設部部標準《混凝±拌合用水標準》JGJ 63-2006等相關標準的規定要求，且堿含量少于800mg/L。
[0099] (二)配合比
[0100] 本發明對于將會在型鋼混凝±結構中應用的強度等級為C240的特高強高性能混 凝±提供的配合比如表3所示。
[0101] 表3用于型鋼混凝±組合結構的特高強高性能混凝±配合比（單位:kg/m3)
[0102]
[0103] (Ξ)攬拌工藝
[0104] 該發明采用水泥裹砂石法混凝±攬拌工藝，具體工藝步驟如下：
[0105] 先將聚簇酸系混凝±高性能減水劑20.2kg/m3、激發劑10.5kg/m3和復合高效保塑 劑0.化g/m3均勻拌入稱量好的水l(Ukg/m3中，得到混合物;然后按照重量配比在強制式攬拌 機中加入608kg/m3的河砂、152kg/m3的石英砂及拌有高性能減水劑、激發劑和復合高效保塑 劑混合物總量的1/3，均勻攬拌1~2分鐘后，加入1293kg/m3的粗骨料（Φ 5~Φ 10連續粒級 碎石)和拌有高性能減水劑、激發劑和復合高效保塑劑混合物總量的1/3,均勻攬拌2~4分 鐘后，再加入全部膠結材料飽括膨脹劑）：500kg/m3的水泥、51kg/m3的膨脹劑、58.2kg/m 3的 納米娃粉、38.8kg/m3的（亞)微娃粉和123kg/m3的粉煤灰，均勻攬拌3~4分鐘后，加入1.4kg/ m3的AGITAN@P803粉末消泡劑和剩余拌有高性能減水劑和激發劑的混合物，均勻攬拌2~3 分鐘，休息3分鐘后再攬拌2~3分鐘至均勻，出料，即得C240強度等級的混凝±拌合物。
[0106] 運種工藝能盡量減少水泥顆粒、外加劑顆粒及超細活性礦物顆粒在混凝±攬拌時 到處飛揚，并可提高所制備混凝±的強度，且所制備的混凝±不宜出現離析現象，泌水少， 工作性能相對較好。
[0107] (四）養護方法
[0108] 該發明采用加熱養護中的蒸汽養護，具體養護流程如下：
[0109] 靜停(4~6小時升溫加熱(升溫速度為每小時10°C)^恒溫加熱(相對濕度大于 95%，80°C~90°C，48~72小時)一降溫加熱(降溫速度為每小時10°C) 一標準養護至28天。
[0110] 該養護方法可W加速水泥及活性礦物滲合料水化反應的進程和火山灰效應的發 揮，能改善所制備混凝±的微觀結構，提高其界面粘結力和強度。
[0111] (五)力學性能試驗結果對比
[0112] 按照上述配合比所配制的適用于型鋼混凝±組合結構的強度等級為C240的特高 強高性能混凝±與一般超高強混凝±(強度等級為C240的混凝±)的力學性能對比試驗結 果如表4所示。
[0113] 表4混凝±力學性能對比試驗結果
[0114]
[0115] 從表4可W看出，按該技術制備的強度等級為C240的特高強高性能混凝±，實現了 在能確保其所應具備的力學性能（即C240強度等級、塑性等）W及具有高耐久性、高可靠性、 高工作性、高體積穩定性和經濟性的基礎上，顯著地改進混凝±與型鋼之間的（自然)粘結 性能，粘結強度提高了 1.78倍。使在型鋼混凝±結構設計中無需（或僅需按構造要求少許 地)在型鋼表面加設剪切連接件，即可保證型鋼與混凝±的有效協同工作，從而減少了施工 工序，節約了鋼材，提高了施工效率，并避免了在型鋼表面大量設置剪切連接件且易造成混 凝±內部先天性微裂縫等缺陷，可帶來顯著的經濟效益和施工質量改進效果，具有較高的 工程應用價值和廣闊的市場前景。
【主權項】
1. 一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特征在于，該混凝土按照 kg/m3的配合比為： 水泥:細骨料:粗骨料:水:減水劑：消泡劑:硅粉:粉煤灰:激發劑:膨脹劑:復合保塑劑 =500:760:1293:101:20.2:1.4:97:123:10.5:51:0.60。2. 根據權利要求1所述的一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特 征在于，所述細骨料采用質量比為8:2的比例顆粒圓滑、質地堅硬、級配良好的中偏粗河砂 和質地精純、級配良好的優質石英砂;其細度模數為2.8~3.2之間；以質量比計，其含泥量 和泥塊含量應不大于〇. 3% ;以干砂的質量比計，其氯離子含量應不大于0.02%，SO3含量應 不大于0.5 % ;石英砂中二氧化硅含量應不小于99 %，三氧化二鐵含量應不大于0.005 %， 鉻、鈦金屬雜質含量應不大于0.01 %。3. 根據權利要求1所述的一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特 征在于，所述粗骨料采用質量致密堅硬、強度高、表面粗糙、粒形為近似球形、針片狀含量 小、級配良好的以玄武巖、花崗巖為主要成分的人工碎石，按照連續粒級碎石Φ5~Φ 10投 料;粗骨料其母體巖石的立方體抗壓強度應不低于290MPa，最大粒徑應控制在IOmm;以質量 比計，其SO 3含量應不大于0.5 %，含泥量應不大于0.2%，泥塊含量應不大于0.1 %，針、片狀 顆粒含量應不大于0.5 %，且不得混入風化顆粒。4. 根據權利要求1所述的一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特 征在于，所述混凝土高性能減水劑選擇聚羧酸系混凝土高性能減水劑，減水率應大于30%， 最大飽和摻量應不小于全部膠凝材料總量的2.5%。5. 根據權利要求1所述的一種用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特 征在于，所述水泥選擇P · 162.5R硅酸鹽水泥； 所述消泡劑選擇AG ITAN0P80 3粉末消泡劑。6. 根據權利要求1所述的用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特征在 于，所述娃粉采用質量比為3:2的30nm納米娃粉和亞微娃粉，30nm納米娃粉和亞微娃粉的含 水率均應不大于1 %，燒失量均應不大于3 %，氯離子含量均應不大于0.01 %，火山灰活性指 數均應大于95% ;其中，30nm納米硅粉的比表面積應不小于40000m2/kg，硅含量應不小于 99.9% ;亞微米硅粉的比表面積應不小于25000m2/kg，二氧化硅含量應不小于95% ; 所述粉煤灰采用優質I級特細粉煤灰，〇. 〇45mm方孔篩篩余應不大于10 %，其燒失量應 不大于3 %，SO3含量應不大于2 %，含水量應不大于1 %，需水量比應不大于95 %，比表面積 應大于700m2/kg。7. 根據權利要求1所述的用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特征在 于，所述激發劑為粉煤灰激發劑FAEA，其按照下述質量百分比計的原料復合配制而成： 65%~73%的水玻璃;23%~30%的二水石膏；3%~5%的三乙醇胺； 所述水玻璃是利用固體片狀NaOH和市售硅酸鈉水玻璃按比例調制成模數為1.0的水玻 璃。8. 根據權利要求1所述的用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特征在 于，所述膨脹劑選用硫鋁酸鈣高效膨脹劑，〇.〇8mm方孔篩篩余應不大于10%，其比表面積應 大于300m 2/kg，水中7天限制膨脹率應不小于0.05%，28(1抗壓強度應不小于5010^，1%0含量 應不大于3 %，堿含量應不大于0.5 %。9. 根據權利要求1所述的用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土，其特征在 于，所述復合保塑劑為復合高效保塑劑，該保塑劑包括下述質量比的原料： 混凝土保塑劑5 %~15 % ;羥基羥酸鹽類緩凝劑45 %~55 % ;高分子減縮劑35 %~ 40%； 所述羥基羥酸鹽類緩凝劑為葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉、水楊酸鈉中的一種； 所述高分子減縮劑為含聚氧化烯鏈的梳形聚合物、含聚醚和脂肪族類有機物的聚合 物、含甲醚基聚合物/甲醚基聚合物的共聚物中的一種； 所述含聚氧化烯鏈的梳形聚合物為JM - SRA系列混凝土減縮劑； 所述含聚醚和脂肪族類有機物的聚合物為JSJ型減縮劑； 所述含甲醚基聚合物/甲醚基聚合物的共聚物為ZZD-A型減縮劑。10. 用于型鋼混凝土組合結構C240強度等級的混凝土的制備方法，其特征在于，該方法 采用改進的水泥裹砂石法混凝土攪拌工藝，具體工藝步驟如下： 1) 先將減水劑20.2kg/m3、激發劑10.5kg/m3和復合保塑劑0.60kg/m 3均勻拌入稱量好的 水101 kg/m3中，得到混合物； 2) 然后按照重量配比在強制式攪拌機中加入608kg/m3的河砂、152kg/m3的石英砂和步 驟1)混合物總量的1/3，均勻攪拌1~2min; 3) 再加入1293kg/m3的Φ 5~Φ 10連續粒級碎石粗骨料和步驟1)混合物總量的1/3，均勻 攪拌2~4min; 4) 接著加入全部膠結材料:500kg/m3的水泥、51 kg/m3的膨脹劑、58.2kg/m3的納米娃粉、 38.8kg/m3的亞微硅粉和123kg/m 3的粉煤灰，均勻攪拌3~4min; 5) 最后加入1.4kg/m3的消泡劑和剩余步驟1)混合物，均勾攪拌2~3min，停留3分鐘后再 攪拌2~3min至均勻，出料，即得C240強度等級的混凝土拌合物。
【文檔編號】C04B28/04GK105906258SQ201610217992
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】鄭山鎖, 董方園, 鄭捷, 王斌, 王帆, 張藝欣, 秦卿, 楊威, 李磊, 孫龍飛, 左河山, 石磊, 鄭淏, 張曉輝, 周炎
【申請人】西安建筑科技大學