新型混凝土組合物的制作方法
【專利說明】新型混凝±組合物
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?00880001872. 2,申請日為2008年1月23日，發(fā)明名稱為"新 型混凝±組合物"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及新型混凝±組合物及其用途。
【背景技術(shù)】
[0003] 自從20世紀(jì)80年代W來，已知娃粉（silicafume)作為水泥中的添加劑。自此， 娃粉的使用程度得到增長，而且目前通常認(rèn)為娃粉是在高性能混凝± (HPC)，特別是超高性 能混凝±扣冊〇 (若獲得足W用于現(xiàn)代建筑方法的性能，如抗壓強(qiáng)度）的制備中不可缺少 的材料。
[0004] 高性能混凝±通常具有50至100兆帕的28天抗壓強(qiáng)度。超高性能混凝±通常具 有100兆帕W上，且通常120兆帕W上的28天抗壓強(qiáng)度。
[0005] 娃粉，也稱為微娃粉，是娃或娃鐵合金制備中的副產(chǎn)物。娃粉的主要成分為非晶態(tài) 二氧化娃。單獨(dú)粒子通常具有約5至10納米的直徑。單獨(dú)粒子附聚形成0.1至1微米的 附聚物，然后聚集在一起形成20至30微米的聚集體。娃粉通常具有10-30平方米/克的 BET表面積。其已知作為反應(yīng)活性火山灰材料。
[0006]火山灰在由Arnold出版的Lea'SQiemistryofCementandConcrete,第 4版中 描述為天然或合成的無機(jī)材料，當(dāng)其與氨氧化巧（石灰）或與能釋放氨氧化巧的材料（如 Portland水泥熟料）混合時(shí)在水中硬化。火山灰通常為娃質(zhì)或者娃質(zhì)及侶質(zhì)材料，其單獨(dú) 具有很少或不具有水泥價(jià)值，但能夠在濕氣的存在下在室溫下與氨氧化巧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而 形成具有水泥性能的化合物。
[0007] 因此，應(yīng)了解娃粉在含有娃粉的混凝±混合物的固化過程中起到積極作用，且娃 粉積極參與到水泥化合物的形成中，所述水泥化合物將存在的各種粒狀材料粘合在一起并 由此有助于所得混凝±的強(qiáng)度。
[000引W0 2005/077857描述了一種包含具有不同測得粒度的鍛燒侶±礦砂和娃粉的混 合物的極高性能混凝±，其中加入具有確定比表面積值（10平方米/克W上）和形狀指 數(shù)（至少為0. 3,其中形狀指數(shù)為粒子厚度與粒子長度的比例，由場效應(yīng)掃描電子顯微鏡測 得）的超微細(xì)碳酸巧W改進(jìn)混凝±的白度。碳酸巧的超微細(xì)粒子的平均直徑為約70納米。
[0009] W0 2006/134080A1描述了碳酸巧粒子在如具有改進(jìn)性能的石膏、灰堤（S化CCO)、 水泥抹面、砂漿和混凝±的建筑材料的制備中的用途。所述的改進(jìn)性能包括良好的吸聲性 能和高的耐磨性，但不包括抗壓性能。
[0010] 本發(fā)明試圖用非火山灰材料代替混凝±中基本上全部的火山灰娃粉，而同時(shí)保持 所需的性能和其組合；該樣的性能包括抗壓強(qiáng)度；本發(fā)明試圖提供盡管沒有娃粉，但仍具 有例如足夠抗壓性能的高性能，尤其是超高性能混凝±。本發(fā)明也試圖提供具有較短凝固 時(shí)間的混凝±。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此本發(fā)明提供了一種混凝±，其包含W相對重量份計(jì)的如下組分：
[0012] 100重量份化i^tland水泥；
[0013] 50至200重量份（優(yōu)選80至170,更優(yōu)選100至150重量份）具有D10至D90 為0. 063至5毫米的單級配的砂子或者砂子的混合物（優(yōu)選兩種砂子），最細(xì)的砂子具有 0. 063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至4毫米的D10至D90;
[0014] 10至80重量份（優(yōu)選10至50,例如20至40重量份）平均粒子大小15微米W 下的粒狀的基本上非火山灰材料；
[0015] 0. 1至10重量份減水超塑化劑，和
[0016] 10至30重量份水；
[0017] 該混凝±基本上不含娃粉；
[0018] 所述混凝±具有100兆帕W上的28天抗壓強(qiáng)度。
[0019] 100兆帕的抗壓強(qiáng)度通常在進(jìn)行或不進(jìn)行熱固化下獲得。優(yōu)選熱固化W促進(jìn)較大 的強(qiáng)度。所述抗壓強(qiáng)度優(yōu)選120兆帕W上，更優(yōu)選150兆帕W上。
[0020] 所述砂子通常為二氧化娃或石灰石砂、鍛燒侶±礦或粒狀冶金殘余物；微細(xì)砂也 可包含研磨硬密礦物材料，例如研磨?；癄t渣。優(yōu)選的砂子混合物包含砂子的混合物（優(yōu) 選兩種砂子），最細(xì)的砂子具有0. 063至1毫米的D10至D90且最粗的砂子具有1至2毫米 的D10 至D90。
[0021] 本發(fā)明的混凝±優(yōu)選為自誘注（self-placing)混凝±。其優(yōu)選具有2至16小時(shí) 的Vicat凝固時(shí)間，例如4至8小時(shí)。HPC和UHPC由于其較高的水泥含量，通常在凝固時(shí)顯 示較高收縮。通過在加入水之前在混合物中包括通常2至8,優(yōu)選3至5,例如約4份生石 灰、燒石灰或氧化巧，可減少總收縮。
[0022] 所述基本上非火山灰材料（其后稱為非火山灰）優(yōu)選具有10微米W下，例如8微 米W下，優(yōu)選5微米W下，例如1至4微米的平均粒子大小。平均粒子大小通常0. 1微米W 上。
[0023] 所述非火山灰可為含粒狀碳酸巧的材料（例如，如重質(zhì)碳酸巧或沉淀碳酸巧的粒 狀碳酸巧）。其優(yōu)選為重質(zhì)碳酸巧。所述重質(zhì)碳酸巧可為例如Durcal?l。
[0024] 所述非火山灰可為石英粉，例如可購自Si化aco,化ance的基本上非火山灰二氧 化娃填料的C800。
[0025] 例如重質(zhì)碳酸巧或石英的非火山灰的優(yōu)選邸T表面積（由已知方法確定）為2-10 平方米/克，通常為8平方米/克W下，例如4至7平方米/克，優(yōu)選為6平方米/克W下。
[0026] 沉淀碳酸巧（PCC)也是基本上非火山灰材料。PCC可W多種粒子大小和結(jié)晶形式 (例如可為菱形、針狀或偏=角面體的方解石或霞石）購得。例如，可使用粒子大小為1微 米W上，優(yōu)選為偏S角面體形式的PCC(如可購自SpecialtyMineralsInc(SMI)的中值粒 子大小為1. 4至3微米且為偏S角面體的中等PCC)。
[0027] 也可使用粒子大小為1微米W下，例如為0.3至0.7微米的PCC(中值粒子大小為 0. 3至0. 7微米的微細(xì)PCC可購自Solvay)。
[002引可使用例如粒子大小為0. 07微米W下的超微細(xì)PCC(有時(shí)稱為納米PCC)。在超微 細(xì)PCC中，單獨(dú)（初級）粒子可具有約20納米的粒子大小。單獨(dú)粒子附聚為（二級）大小 為約0. 1至1微米的簇。所述簇本身形成（S級）大小為1微米W上的附聚物。
[0029] 當(dāng)使用例如粒子大小為0. 07微米W下的超微細(xì)PCC時(shí)，其優(yōu)選為針狀或偏S角面 體的；形狀指數(shù)為優(yōu)選0. 3 W下，優(yōu)選0. 2 W下，例如0. 2至0. 1。例子包括通常具有200至 350納米的平均粒子大小，優(yōu)選具有6至10平方米/克的比表面的針狀霞石或偏=角面體 方解石（例如可購自Solvay的Socal產(chǎn)品）。
[0030] 可使用非火山灰或非火山灰的混合物，例如重質(zhì)碳酸巧、石英粉或沉淀碳酸巧或 其混合物。
[0031] 本發(fā)明的混凝±的縮短的凝固時(shí)間是相比于含有娃粉而不是非火山灰的類似混 凝±。
[0032] 本發(fā)明的混凝±通常與加強(qiáng)裝置結(jié)合使用，例如在下文描述的金屬和/或有機(jī)纖 維和/或其他加強(qiáng)元件。
[0033] 本發(fā)明的組合物優(yōu)選包含金屬和/或有機(jī)纖維。纖維W體積計(jì)的量相對于凝固混 凝±的體積通常為0. 5至8%。W最終凝固混凝上的體積表示的金屬纖維的量通常為4% W下，例如0. 5至3. 5%，優(yōu)選為約2%。W相同基礎(chǔ)表示的有機(jī)纖維的量通常為1至8%， 優(yōu)選為2至5 %。當(dāng)包括該種纖維時(shí)，本發(fā)明的混凝±優(yōu)選為超高性能混凝± ;該種混凝± 優(yōu)選具有120兆帕W上，例如140兆帕W上的抗壓強(qiáng)度。
[0034] 金屬纖維通常選自鋼纖維，如高強(qiáng)度鋼纖維、非晶態(tài)鋼纖維或不誘鋼纖維。任選 地，所述鋼纖維可涂布非鐵金屬，如銅、鋒、鑲（或它們的合金）。
[0035] 金屬纖維的單獨(dú)長度（1)通常為至少2毫米，優(yōu)選為10-30毫米。1/d比（d為纖 維的直徑）通常為10至300,優(yōu)選為30至300且更優(yōu)選為30至100。
[0036] 可使用具有可變幾何的纖維：它們在末端可為卷曲的、波紋的或彎鉤的。纖維的粗 趟度也可變化，和/或可使用具有可變橫截面的纖維；所述纖維可通過任何合適的技術(shù)獲 得，包括通過編織