轻质超高强混凝土的设计制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010572213.7 (22)申请日 2020.06.22 (71)申请人 邯郸金隅太行商砼科技有限公司 地址 056299 河北省邯郸市峰峰矿区义井 镇马庄村北 (72)发明人 王进军吴计旭蒋鹏 (51)Int.Cl. C04B 28/04(2006.01) C04B 111/40(2006.01) (54)发明名称 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法 (57)摘要 本发明涉及混凝土制备技术领域， 且公开了 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包括以 下步骤： S1、。

2、 获取原料， 胶凝材料1200-1300份， 水 泥600-700份， 矿渣粉340-400份， 硅灰120-130 份， 玻璃微珠120-130份， 轻质聚丙烯纤维0.5- 1.5份， 轻质细骨料100-104份， 轻质粗骨料200- 216份， 水170-210份， 外加剂25-26份。 本发明在 混凝土设计方法上， 开阔思路参考了活性粉末混 凝土相关理念， 采用绝对体积法进行设计， 突破 了 “轻质的混凝土很难有超高的强度， 超高强度 的混凝土质量一定重” 的传统悖论， 创新添加并 非粉煤灰材质的玻璃微珠， 有效降低了混凝土的 表观密度， 实现了轻质的效果， 在混凝土的制备 方式上进行创。

3、新。 权利要求书1页 说明书7页 CN 111635198 A 2020.09.08 CN 111635198 A 1.一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1200-1300份， 水泥600-700份， 矿渣粉340-400份， 硅灰120-130 份， 玻璃微珠120-130份， 轻质聚丙烯纤维0.5-1.5份， 轻质细骨料100-104份， 轻质粗骨料 200-216份， 水170-210份， 外加剂25-26份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5。

4、min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 2.根据权利要求1所述的一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 其特征在于： 胶凝材 料选取PI 42.5水泥。 3.根据权利要求1所述的一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 其特征在于： 轻质细 骨料为页岩破碎制砂。 4.根据权利要求1所述的一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 其特征在于： 轻质粗 骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为5-10mm。 5.根据权利要求1所述的一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 其特征在于： 玻璃微 珠并非粉煤灰玻璃微珠。 6.根据权利要求1所述的一种轻质超高强混凝土。

5、的设计制备方法， 其特征在于： 矿渣粉 为S105级矿渣粉。 7.根据权利要求3所述的一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 其特征在于： 轻质细 骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩10-20mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111635198 A 2 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法 技术领域 0001 本发明涉及混凝土制备技术领域， 具体为一种轻质超高强混凝土的设计制备方 法。 背景技术 0002 通过前期资料查阅， 轻质高强混凝土， 一方面， 从轻质角度来看。

6、， 掺加密度较低的 骨料， 减少浆体的用量， 能有效实现轻质效果， 但是轻骨料本身的特性及生产工艺又成为制 约砼试块强度的短板； 另一方面， 从高强的角度来看， 为了弥补轻骨料的强度短板， 必须提 升胶凝材料浆体的强度和浆骨交界面的强度。 因此， 在配合比设计中， 参考 活性粉末混凝 土 相关设计规程， 轻质高强混凝土靠浆体提升强度， 采用浆体相为主要承重体系， 即提高 浆体用量， 减少骨料强度对混凝土强度的限制， 骨料主要为填充和降低混凝土的表观密度。 选用高强水泥、 矿渣粉、 硅灰等来提升强度， 选用页岩破型陶砂、 粉煤灰陶粒和空心玻璃微 珠等降低表观密度， 以此配制轻质高强混凝土。 同时。

7、， 参考 纤维混凝土应用技术规程 加入 适量合成纤维， 以增强混凝土的韧性， 延缓混凝土试块的破坏进程。 总体依据 轻骨料混凝 土技术规程 用绝对体积法进行配合比设计、 试配及试验。 0003 从不足来看，活性粉末混凝土 相关规定不使用任何5mm以上粗骨料， 这就限制了 粗骨料的使用。轻骨料混凝土技术规程 相关规定采用相对体积法计算， 这不利于胶凝材 料体积的计算。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供了一种轻质超高强混凝土的设计制备方法。 0005 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种轻质超高强混凝土的设计制备 方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1200-1。

8、300份， 水泥600-700份， 矿渣粉340-400份， 硅灰120-130 份， 玻璃微珠120-130份， 轻质聚丙烯纤维0.5-1.5份， 轻质细骨料100-104份， 轻质粗骨料 200-216份， 水170-210份， 外加剂25-26份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 0006 优选的， 胶凝材料选取PI 42.5水泥。 0007 优选的， 轻质细骨料为页岩破碎制砂。 0008 优选的，。

9、 轻质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为5-10mm。 0009 优选的， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠。 0010 优选的， 矿渣粉为S105级矿渣粉。 0011 优选的， 轻质细骨料的制备包括以下步骤： 说明书 1/7 页 3 CN 111635198 A 3 K1、 选取的页岩10-20mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0012 本发明提供了一种轻质超高强混凝土的设计制备方法。 具备以下有益效果： （1） 、 在混凝土设计方法上， 开阔思路参考了活性粉末混凝土相关理念， 采用绝对体积 法进行设计。 。

10、0013 （2） 、 突破了 “轻质的混凝土很难有超高的强度， 超高强度的混凝土质量一定重” 的 传统悖论， 创新添加并非粉煤灰材质的玻璃微珠， 有效降低了混凝土的表观密度， 实现了轻 质的效果。 0014 （3） 、 在混凝土的制备方式上进行创新。 具体实施方式 0015 实施例一 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1200份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥600份， 矿渣粉340 份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰120份， 玻璃微珠120份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠， 轻 质聚丙烯纤维0.5份， 轻质细骨料100份， 轻质。

11、细骨料为页岩破碎制砂， 轻质粗骨料200份， 轻 质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为5mm， 水170份， 外加剂25份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 0016 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩10mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0017 实施例二 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包。

12、括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1220份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥620份， 矿渣粉350 份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰122份， 玻璃微珠122份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠， 轻 质聚丙烯纤维0.8份， 轻质细骨料101份， 轻质细骨料为页岩破碎制砂， 轻质粗骨料204份， 轻 质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为6mm， 水180份， 外加剂25.2份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加。

13、入干轻质粗骨料搅拌10min。 0018 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩12mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； 说明书 2/7 页 4 CN 111635198 A 4 K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0019 实施例三： 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1240份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥620份， 矿渣粉360 份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰124份， 玻璃微珠124份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠， 轻 质聚丙烯纤维0.8份， 轻质细骨料10。

14、3份， 轻质细骨料为页岩破碎制砂， 轻质粗骨料210份， 轻 质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为8mm， 水190份， 外加剂25.7份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 0020 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩14mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0021 实施例四： 一种轻质超高强混凝土的。

15、设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1280份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥690份， 矿渣粉390 份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰128份， 玻璃微珠128份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠， 轻 质聚丙烯纤维1.4份， 轻质细骨料103份， 轻质细骨料为页岩破碎制砂， 轻质粗骨料214份， 轻 质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为9mm， 水205份， 外加剂25.8份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min。

16、； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 0022 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩18mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0023 实施例五： 一种轻质超高强混凝土的设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1300份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥700份， 矿渣粉400 份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰130份， 玻璃微珠130份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃微珠， 轻 质聚丙烯纤维1.5份， 轻质细骨料104份， 轻质细骨料为页岩破碎制砂， 轻质。

17、粗骨料216份， 轻 质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为10mm， 水210份， 外加剂26份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 说明书 3/7 页 5 CN 111635198 A 5 0024 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩20mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0025 实验例： 一种轻质。

18、超高强混凝土的设计制备方法， 包括以下步骤： S1、 获取原料， 胶凝材料1266.7份， 胶凝材料选取PI 42.5水泥， 水泥633.3份， 矿渣粉 380份， 矿渣粉为S105级矿渣粉， 硅灰126.7份， 玻璃微珠126.7份， 玻璃微珠并非粉煤灰玻璃 微珠， 轻质聚丙烯纤维1份， 轻质细骨料102份， 轻质细骨料为页岩破碎制砂， 轻质粗骨料208 份， 轻质粗骨料为粉煤灰陶粒， 粉煤灰陶粒粒径为8mm， 水190份， 外加剂25.3份； S2、 加入所有粉料以及聚丙烯纤维， 干拌5min， 使得所有粉料及纤维充分打开并搅拌拌 匀； S3、 加入水、 外加剂， 搅拌5min， 随后加入。

19、轻质细骨料， 搅拌5min； S4、 最后加入干轻质粗骨料搅拌10min。 0026 轻质细骨料的制备包括以下步骤： K1、 选取的页岩18mm石子； K2、 将页岩石子破碎制砂， 按各级配分别留存； K3、 配合比设计试配中， 将各级配页岩砂复配成二区中砂。 0027 本试验所用粉体材料见表1。 0028 表1 粉体材料品种 粗骨料选用粉煤灰陶粒， 其性能指标见表2 表2 粉煤灰陶粒的物理性能 表3 粉煤灰陶粒的颗粒级配 细骨料 页岩砂： 由页岩10mm-20mm石子破碎成砂， 再将经过筛分的颗粒按区中 砂级配， 去除筛底和5mm以上石子配制而成， 细度模数2.8， 具体物理性能指标见表4，。

20、 其 说明书 4/7 页 6 CN 111635198 A 6 级配情况见表5。 0029 表4 页岩陶砂的物理性能 表5 陶砂的颗粒级配 减水剂为高性能聚羧酸减水剂， 减水率为30% 聚丙烯合成纤维 为增强混凝土的韧性， 延缓高强混凝土试块破坏过程中的脆性断裂， 加入聚 丙烯合成纤维。 其具体性能指标见表6 。 0030 表6 聚丙烯合成纤维性能指标 原材料品种截面形状公称长度 （mm）密度 （kg/m）抗拉强 （MPa） 聚丙烯合成纤维圆形8-50mm930320 因轻质高强混凝土采用浆体相为主要承重体系， 即提高浆体用量， 结合 活 性粉末混凝土（GB/T 31387-2015） 标准，。

21、 设计总骨料体积Vs+Vg=0.20m， 则单方砼中 净浆体积0.80m， 假定外加剂体积Vca取值0.025m即Vca=0.025m； 根据RPC160级别混凝 土水胶比0.16， RPC180级别混凝土水胶比0.14， 水胶比选用0.15。 0031 Vs+Vg=0.20m， 则单方砼中净浆体积0.80m， Vp=Vw+Vb+Vca=0.80 假定外加剂体积Vca取值0.025m， Vca=0.025m 设计参数， 见表7。 0032 表7 原材料表观密度 （kg/m） 原材料水泥矿渣粉玻璃微珠页岩砂陶粒 5-10mm水硅灰外加剂合成纤维 表观密度315029006501460160010。

22、0022001062930 通过激光粒度分析仪检测各粉料粒度分布范围， 依据富勒级配曲线， 确定各粉体材料 占比。 0033 通过各粉体材料激光粒度分布以及富勒级配曲线， 计算出水泥占粉体材料50%、 矿 渣粉占粉体材料30%、 玻璃微珠和硅灰各占10%时组成的粉体材料级配最接近富勒级配曲 线。 各粉体材料按上述比例混合后对其进行级配分析： 3 m3-32 m32-65 m65-160 m 分计筛余16.23%67.17%12.63%3.97% 说明书 5/7 页 7 CN 111635198 A 7 累计筛余16.23%83.41%96.03%100.00% 各粉料在粉体材料中占比及粉体材料。

23、表观密度： 水泥 （ m1）矿渣粉 （ m2）玻璃微珠 （ m4）硅灰 （ m3） kg/m315029006502200 （粉体材料中占比） %1=50%2=30%4=10%3=10% 确定粉体材料质量Mb,水质量Mw 粉体材料质量Mb,水质量Mw计算 联立 （1） 式、（2） 式、（3） 式和 （4） 式， 算出 粉体材料体积 Vb=0.58 m 水体积 Vw=0.19 m 粉体材料质量 Mb= bVb=2166.90.58=1266.7kg 水质量 Mw= wVw=10000.19=190 kg 确定每立方米混凝土中粉体材料的质量 水泥 mc=mb-m1-m2-m3 =1266.750%。

24、=633.3 kg/m 矿渣粉 mSL=mb SL =1266.730% =380 kg/m 玻璃微珠 mFA=mb FA =1266.710% =126.7kg/m 硅灰 mFA=mb FA =1266.710% =126.7kg/m 外加剂 （减水剂） 用量计算：（ 为外加剂用量， 取： 2.0%） 外加剂质量 mca=mb = 1266.72.0% = 25.3kg/m 实际外加剂体积 Vca=25.3/1062=0.024m 假定外加剂和空气总体积 Vca取值0.3m 确定细骨料体积 （Vs） 及质量 （ms） 骨料 （页岩砂+陶粒5mm-10mm） 体积 Vs+Vg=0.20m3 根。

25、据 轻骨料混凝土技术规程 标准细骨料页岩砂， 体积砂率取值 35%， 则： 页岩砂的体积 Vs= （Vs+Vg） 0.35=0.200.35=0.07m3 页岩砂的质量 ms = Vs s = 0.07 1460 = 102kg/m 确定粗骨料体积 （Vs） 及质量 （ms） 5mm-10mm陶粒的体积 Vg= （Vs+Vg） -Vs=0.20-0.07=0.13m3 5mm-10mm陶粒的质量 mg = Vg g = 0.13 1600 = 208 kg/m 确定聚丙烯合成纤维体积 （Vf） 及质量 （mf） 依据 活性粉末混凝土 GB/T 31387-2015中规定合成纤维最大掺加量为1.。

26、5kg/m3，纤 维混凝土应用技术规程 JGJ/T 221-2010相关规定： 聚丙烯合成纤维掺量 mf=1kg/m， 聚丙 烯合成纤维体积 Vf=mf/ f=0.001m 轻质高强混凝土配合比确定 通过前期的基础试验， 结合相关参考文献， 以及配合比的理论计算， 确定轻质高强混凝 土配比见表8， 混凝土拌合物性能指标见表9。 说明书 6/7 页 8 CN 111635198 A 8 0034 表8 轻质高强混凝土配合比 kg/m 表9 混凝土拌合物性能指标 试验项目坍落度 （mm）扩展度 （mm）实测表观密度 （mm） 28d抗压强度 （MPa） 试验结果2706301810121.3 综上所述： 本专利一是在混凝土设计方法上， 开阔思路参考了活性粉末混凝土相关理 念， 采用绝对体积法进行设计。 0035 二是突破了 “轻质的混凝土很难有超高的强度， 超高强度的混凝土质量一定重” 的 传统悖论， 创新添加并非粉煤灰材质的玻璃微珠， 有效降低了混凝土的表观密度， 实现了轻 质的效果。 0036 三是在混凝土的制备方式上进行创新。 说明书 7/7 页 9 CN 111635198 A 9 。