一种UHPC预混料制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种UHPC预混料及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)是由水泥、矿物掺合料、集料、纤维、外加剂和水等原材料制成的具有超高力学性能、超高抗渗性能的高韧性水泥基复合材料，UHPC预制构件及现浇结构构造已在国内外工程领域得到较多应用。

UHPC通常采用超低水胶比(一般低于0.22)、微纳米材料及颗粒紧密堆积等路径实现其高致密度，采用高饱和掺量的聚羧酸系高性能减水剂实现超低水胶比下较好的工作性。

然而，现有UHPC预混料采用常规干拌混合的方式混料制得，预混料中不同粒径和种类的微纳米颗粒存在团聚体，造成UHPC制备时，存在加入液体原料后的湿搅拌时间较长的问题，通常的湿搅拌时间需要超过5min才能使UHPC具备一定的流动度，如果预混料当中包含硅灰原灰或者半加密硅灰等成分，搅拌时间长达6-10min，如果预混料组分当中包含高加密硅灰，搅拌时间更是长达10min以上，如CN114988793A公开了一种用于桥梁伸缩缝超早强UHPC预混料及其制造方法，其制备方法中，依次加入物料进行干搅拌，至所有物料添加搅拌均匀，其共搅拌时间长达10min多。

另一方面，制备UHPC通常以超低水胶比进行，而超低水胶比下的UHPC浆料粘度较高，搅拌时料浆颗粒间的相对运动速率有限，造成物料颗粒，尤其是微纳米级超细颗粒混合不能很好的达到完全均匀，导致胶凝材料水化程度不高，工作性和力学性能不佳。

基于上述问题，需要开发一种能使胶凝材料混合均匀，水化程度高同时搅拌时间短的UHPC预混料及其制备方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种UHPC预混料制备方法，该方法通过采用短时球磨混料与材料配方优化，大幅缩短UHPC的湿搅拌时间，提高UHPC的匀质性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种UHPC预混料制备方法，至少将制备UHPC预混料的全部胶凝材料、部分或全部集料喂料进入球磨机对物料进行粉磨分散，出球磨机后得混合物料；混合物料与其它所有原料进行干法搅拌混料，混料时间0.5-3min，优选1-2min，得到UHPC预混料。

所述球磨机选用开路球磨机，球磨机直径2m-4.5m，长径比1.5-3，球料比(质量比)2.0-8.0，优选的球料比为3.0-6.0，钢球直径≤40mm，优选的钢球径≤25mm；

所述粉磨的有效粉磨时间(物料流过磨机的时间)为0.5-15min，优选为5-10min，

所述UHPC预混料包括按重量份计的胶凝材料100份、集料50-300份、外加剂0-4份，分散剂0-1份。

所述胶凝材料包括按重量份计的下述组分：普通硅酸盐水泥：40-90份；中热或低热硅酸盐水泥：5-50份；粉煤灰或矿渣粉：0-25份；超细粉体1-25份；亚微米级粉体5-30份；纳米粉体0-5份。

所述集料包括特细集料、细集料、粗集料一种或多种；所述特细细集料粒径范围为0-0.2mm，细集料粒径范围为0.2-5mm，粗集料粒径范围为5-16mm。特细集料、细集料、粗集料可采用天然砂石、机制砂石、石英砂、石灰石砂、石灰岩、白云岩、凝灰岩等原料制成。

所述外加剂为固态聚羧酸系高性能减水剂，减水率≥25％；所述分散剂为醇胺类分散剂，优选三异丙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或几种。

所述超细粉体为中位径为1-10um的超细粉体，包括超细中热或低热硅酸盐水泥、超细矿渣粉、超细偏高岭土、超细石英粉中的一种或几种。

所述亚微米级粉体为中位径为0.1-3um粉体，包括粉煤灰微珠、半加密、高加密硅灰和硅灰原灰中的一种或几种；所述纳米粉体为中位径为0.001-0.1um粉体，包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、单层石墨烯或氧化石墨烯种的一种或几种。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过采用短时球磨混料与材料配方优化，可大幅度缩短UHPC预混料制备成浆料的搅拌时间，还能提高UHPC的匀质性；

2、在本发明制备方法下，即使添加了硅灰原灰、半加密硅灰、高加密硅灰等难以短时混和完全均匀的物料的情况下，湿拌浆体打开速度远超普通混料方式的UHPC预混料；

3、本发明专利所制备UHPC预混料，大幅提高了湿拌UHPC的工作性，同时力学性能也稳定提升，提高UHPC搅拌效率，有效保障UHPC的施工连续性，提升UHPC预混料进行现场制备时的设备台时产量和作业效率，具有极大的经济性和环保性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例1

UHPC预混料制备方法，包括下述步骤：

(1)称取制备预混料UHPC物料：硅酸盐水泥70份，低热硅酸盐水泥10份，超细偏高领土5份，高加密硅灰10份，纳米二氧化硅0.01份，氧化石墨烯0.01份，特细集料(石灰石砂)40份，粗集料(天然碎石)50份，外加剂2.5份，三乙醇胺0.05份，备用；

(2)除特细集料、粗集料、外加剂外，其他所有物料送入球磨机进行粉磨分散，粉磨0、2.5、5、7.5、10、15min得到混合料，将混合料与特细集料、粗集料、固体外加剂采用常规干混2min得到预混料，编号为1-1，1-2，1-3，1-4，1-5，1-6。

本实施例中，球磨机选用开路球磨机，球磨机直径3m，长径比2，球料比(质量比)比为3.0，钢球直径为30mm。

本实施例中，所述特细细集料粒径范围为0-0.2mm，粗集料粒径范围为5-16mm。特细集料、细集料、粗集料可采用天然砂石、机制砂石、石英砂、石灰石砂、石灰岩、白云岩、凝灰岩等原料制成。

所述外加剂为固态聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25％。

超细偏高岭土为中位径为1-10um的超细粉体。

高加密硅灰为中位径为0.1-3um粉体，纳米二氧化硅、氧化石墨烯为中位径为0.001-0.1um粉体。

测试方法：在相同水胶比(0.16)下加水搅拌UHPC预混料，测试UHPC预混料从粉体变成浆体的时间(浆体打开时间)，测试浆体打开后相同搅拌时间(3min)，测试本例中各型UHPC预混料制备的UHPC工作性并成型100×100×100mm试件，标准养护1d后拆模并采用90℃蒸汽养护两天得到UHPC试件，测试抗压强度，结果如表1所示。

表1

实施例2：

UHPC预混料制备方法，包括下述步骤：

(1)称取制备预混料UHPC物料：普通硅酸盐水泥50份，低热硅酸盐水泥20份，粉煤灰10份，超细石英粉5份，半加密硅灰10份，纳米二氧化硅0.01份，氧化石墨烯0.02份，细集料(石英砂)40份，粗集料(天然碎石)60份，外加剂2.5份，三异丙醇胺0.04份，备用；

(2)将除细集料、粗集料、外加剂外的所有物料送入球磨机进行充分混合粉磨，粉磨不同时间(粉磨时间见表2)后再与细集料、粗集料进行充分混合，干法搅拌均匀，混合2min得预混料，编号为2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6。

本实施例中，球磨机选用开路球磨机，球磨机直径3m，长径比2，球料比(质量比)比为6.0，钢球直径为25mm。

本实施例中，所述特细细集料粒径范围为0-0.2mm，粗集料粒径范围为5-16mm。特细集料、细集料、粗集料可采用天然砂石、机制砂石、石英砂、石灰石砂、石灰岩、白云岩、凝灰岩等原料制成。

所述外加剂为固态聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25％。

超细石英粉为中位径为1-10um的超细粉体

半加密硅灰为中位径为0.1-3um粉体，；纳米二氧化硅、氧化石墨烯为中位径为0.001-0.1um粉体。

然后相同水胶比以及外加剂掺量条件下成型UHPC，测试UHPC预混料从粉体变成浆体的时间，测试相同搅拌时间(3min)，测试本例中各型UHPC预混料制备的UHPC工作性并成型100×100×100mm试件，标准养护1d后拆模并采用90℃蒸汽养护两天得到UHPC试件，测试抗压强度，结果如表2所示。

表2

实施例3：

(1)称取制备预混料UHPC物料：普通硅酸盐水泥60份，中热硅酸盐水泥30份，矿渣粉5份，超细石英粉5份，硅灰原灰10份，纳米碳酸钙0.01份，单层石墨烯0.02份，细集料(石英砂)40份，粗集料(天然碎石)60份，外加剂2.5份，三异丙醇胺0.04份，备用，

(2)上述步骤(1)中的物料，除细集料、粗集料、外加剂外，所有物料喂入开路球磨进行充分混合粉磨，粉磨不同时间后再与细集料、粗集料进行充分混合，再干法均匀搅拌2min，得预混料，编号为3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6。

本实施例中，球磨机选用开路球磨机，球磨机直径4.5m，长径比3，球料比(质量比)比为5.0，钢球直径为20mm。

本实施例中，所述特细细集料粒径范围为0-0.2mm，粗集料粒径范围为5-16mm。特细集料、细集料、粗集料可采用天然砂石、机制砂石、石英砂、石灰石砂、石灰岩、白云岩、凝灰岩等原料制成。

所述外加剂为固态聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25％。

超细石英粉为中位径为1-10um的超细粉体。

硅灰原灰为中位径为0.1-3um粉体，；纳米碳酸钙，单层石墨烯为中位径为0.001-0.1um粉体。

然后相同水胶比以及外加剂掺量条件下成型UHPC，测试UHPC预混料从粉体变成浆体的时间，测试相同搅拌时间(3min)，测试本例中各型UHPC预混料制备的UHPC工作性并成型100×100×100mm试件，标准养护1d后拆模并采用90℃蒸汽养护两天得到UHPC试件，测试抗压强度，结果如表3所示。

表3

由上表1-3结果可知：

1、实施例1-3中，不进行本发明的球磨机粉磨得到得预混料，其扩展度远低于经过粉磨处理的预混料，特别是其浆体打开速度比经过粉磨处理得到得预混料长的多；特别是在粉磨5-10分钟，其扩展度和浆体打开速度较优秀，混凝土强度比不粉磨和粉磨2.5min增加了5MPa以上。2、其次，在粉磨粉磨15min，混凝土扩展都和浆体打开时间扩展度、强度相比10min没有提升，因此，粉磨时间10min为最佳。

3、实施例1中采用高加密硅灰，制备得到的混凝土强度较半加密硅灰和硅灰原灰强度更好。

对比例：

分别采用实施例1-3预混料原料组成及配比，将物料按常规方法(干法搅拌：①将除集料、外加剂外所有物料进行干混5min、10min、15min，②再加入集料均匀干混2min)，完成预混料制备；得对比例1的预混料(配方为实施例1组成)编号1，2、3；对比例2的预混料(配方为实施例2组成)编号4，5、6；对比例3的预混料(配方为实施例3组成)编号7，8、9。然后相同水胶比以及外加剂掺量条件下成型UHPC，测试UHPC预混料从粉体变成浆体的时间，测试相同搅拌时间(3min)下，本例中各型UHPC预混料制备的UHPC工作性并成型100×100×100mm试件，标准养护1d后拆模并采用90℃蒸汽养护两天得到UHPC试件，测试抗压强度。结果如下表4所示。

表4

结果分析：结合本发明实施例1-3及由表4结果可知，相比本发明方法，常规方式制备UHPC预混料，其工作性远低于本发明，浆体开始时间至少需要5min以上，且增加干混时间对工作性以及强度及浆体打开速度的提升作用很小，可见，本发明方法能有效缩短物料干混时间，且制备的UHPC预混料浆体打开速度快，提升UHPC拌合速度以及UHPC生产的连续性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。