CN110407521A - 一种含微珠的自密实uhpc及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含微珠的自密实UHPC及其制备方法，所述UHPC包括以下重量份数的组分：水泥500～790份；硅灰245份；偏高岭土205份；微珠100～255份；砂980份；钢纤维180份；减水剂30～35份；水238.5份。制备方法为：取水泥、硅灰、偏高岭土和微珠，搅拌混合后得到初级粉料；向初级粉料中加入砂，搅拌均匀得到二级粉料；将减水剂与占总量75％的水混合均匀后加入二级粉料中，搅拌均匀得到初级浆料；向初级浆料中加入剩余的水进行搅拌，加入钢纤维，搅拌均匀得到砂浆；将砂浆进行装模、成型养护、脱模得到含微珠的自密实UHPC。所得UHPC强度较高、力学性能和耐久性能良好。

Description

一种含微珠的自密实UHPC及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土制备的技术领域，特别涉及一种含微珠的自密实UHPC及其制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(简称UHPC)是指兼具超高抗渗能力和力学性能的纤维增强水泥基复合材料，即氯离子扩散系数应不大于20×10^-14m²/s(UD20等级)、抗拉强度不小于5MPa(UT05等级)且拉伸变形达0.15％时的残留抗拉强度不小于3.5MPa、抗压强度不小于120MPa(UC120等级)。

中国专利CN108609974A提出了一种超高性能混凝土的制备方法，其中UHPC的粉体材料包括如下组分：硅酸盐水泥40～50份、硫铝酸盐快硬水泥20～30份、硅灰5～10份、粉煤灰15～20份、矿粉15～20份、石英砂30～50份、石英粉30～50份和乳胶粉0.2～2.5份，使用硫铝酸盐快硬水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉、石英粉和乳胶粉等都会导致混合料太过粘稠，粘底，难施工的问题，即便有振动设备及措施，UHPC中的大量气泡都由于相互之间粘结力过大而很难排除，一旦施工控制不当就会严重影响强度及其他性能。

中国专利CN109369118A提出了一种一种低收缩性的超高性能混凝土及制备方法，其中主要的创新是加入高吸水树脂很好的解决UHPC早期收缩量大的问题，但高吸水树脂的加入，在早期会减小拌合物的流动性，在后期又会增大流动性，这对于控制UHPC的工作状态极其不利。

发明内容

本发明要解决的是超高性能混凝土较为粘稠、难以搅拌均匀和现有自密实混凝土性能相对较低、耐久性差的问题，需要设计一种兼具超高性能混凝土和自密实混凝土两者优势，既具有高流动性，又具有高强度、优良的耐久性、不易开裂等性能的混凝土及制备方法。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种含微珠的自密实UHPC，包括以下重量份数的组分：

优选地，所述水泥粒径为50～250μm。

优选地，所述硅灰为一级灰，含硅量大于92％，需水量小于120％，活性指数不小于110％，平均粒径为0.1～0.15μm。

合适掺量的上述硅灰能在充分发挥填充作用的前提下，保证UHPC的和易性不受较大影响。

优选地，所述偏高岭土为人工火山灰矿物掺合料，粒径不大于10μm。

偏高岭土是一种人工高活性火山灰矿物掺合料，有着细度高、反应活性高的特点，不仅可以有效填充孔隙，提高混凝土的强度，还可以通过降低氯离子的扩散系数从而促进混凝土水化过程、改善孔结构、优化混凝土的界面过渡区，并降低混凝土的干燥收缩，减少由于干燥收缩产生的微裂纹，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。

优选地，所述微珠为硅铝酸盐微球，粒径为0.5～10μm，平均粒径不大于1.2μm。

微珠是一种全球状、连续粒径分布、超细、实心、硅铝酸盐精细微球。微珠连续粒径分布、球状可改善砂浆和水泥的流动性，降低粘度，获得触变性，用微珠的标准胶砂需水量小于95％；还可以增加密实度，提高防腐能力。

胶凝材料采用的是四元体系，在水泥、硅灰、偏高岭土和微珠的四组分复配的复合粉体中，四者粒度各不相同，根据UHPC设计的堆积理论，较细粉料可以填充较粗粉料堆积时存在的缝隙，微珠和偏高岭土填充水泥粒子间的孔隙，硅粉又填充微珠粒子与偏高岭土粒子间的孔隙，进而使四种粉体之间的孔隙达到尽可能的小，整体结构达到超密实，使UHPC具有超高的抗腐蚀能力和耐久性，成为对冻融循环破坏、碱-骨料反映和延迟钙矾石生成破坏有免疫能力的材料，是该UHPC能做到超高抗压、抗拉和抗渗性能的重要基础。

优选地，所述钢纤维为表面镀铜钢纤维，包括平直型钢纤维和端钩型钢纤维。

优选地，所述钢纤维为表面镀铜钢纤维，所述钢纤维由直径为0.2mm、长度为13mm的平直型钢纤维、直径为0.2mm、长度为8mm的平直型钢纤维和直径为0.2mm、长度为13mm的端钩型钢纤维按质量比为5.5:3.5:1的比例组成。

钢纤维既可改善UHPC脆性过大问题，还可以阻止混凝土内的裂纹扩展。钢纤维使混凝土在载荷情况下的破坏形式由微裂纹的扩展变成了钢纤维-混凝土过渡界面的破坏，而偏高岭土与微珠则优化了混凝土的界面过渡区，因此，钢纤维与混凝土结合牢固且有利于阻止微裂纹扩展，进一步降低混凝土早起的自干燥和自收缩所导致的开裂问题，钢纤维掺入UHPC后均匀分布，不可避免地会有部分露出表面，而裸露在外部的钢纤维容易受到环境中的水分、氧气和离子的共同作用而产生腐蚀，因此在钢纤维表面镀铜，在钢纤维表面形成一层耐腐蚀的保护层，提高钢纤维的使用寿命。

通过采用上述技术方案，将三种不同种类、不同尺寸的钢纤维同时掺入时存在纤维级配效应，通过纤维之间较好的级配，比单掺一种纤维或者同时掺两种纤维更能提高UHPC的抗拉强度。两种不同尺寸的平直钢纤维作为纤维基本骨架，端钩型钢纤维则主要增加抗拉性能，并能实现UHPC的多缝开裂，应变硬化特征，显著提高UHPC的抗拉延性。

优选地，所述砂为石英砂或河沙；所述石英砂的粒径范围为0.2～0.4mm，所述河沙的粒径范围为0.075～2.36mm。

通过采用上述技术方案，根据UHPC设计的堆积理论，骨料的尺寸和粒径分布、形貌对于UHPC的性能有着很大的影响，因此，选用粒径大小不同且连续的石英砂或河砂作骨料，与四元胶凝体系共同让UHPC更加密实，不易产生裂纹且提高UHPC的力学性能和耐久性能。

优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

通过采用上述技术方案，减水剂是通过对浆体的絮凝程度进行改性，其主要机理在于：(1)增加颗粒表面的电位值以增加颗粒之间的静电斥力及吸附在颗粒表面；(2)通过聚合物自身的分子链形成空间位阻，从而达到改善浆体流动性的目的。聚羧酸减水剂对UHPC的增强效果显著，它有一定降低收缩的作用，赋予了混凝土优异的强度和耐久性，且有害物质含量极低。

本发明还提供一种上述含微珠的自密实UHPC的制备方法，包括如下步骤：

S1、取水泥、硅灰、偏高岭土和微珠，搅拌混合后得到初级粉料；

S2、向S1所得初级粉料中加入砂，搅拌均匀得到二级粉料；

S3、将减水剂与占总量75％的水混合均匀后加入二级粉料中，搅拌均匀得到初级浆料；

S4、向S3所得初级浆料中加入剩余25％的水进行搅拌，加入钢纤维，搅拌均匀得到砂浆；

S5、将S4所得砂浆进行装模、成型养护、脱模得到UHPC。

通过采用上述技术方案，采用先将水泥、硅灰、偏高岭土和微珠进行混合达到初级粉料，再将初级粉料与骨料河沙进行混合的方式，可以提高粉料与骨料之间的混合均匀性。

S3中，减水剂和水以边搅拌边加入的方式进行加料，可以减少由于粉料堆积引起的气体，从而让减水剂更好地发挥作用。向二级粉料中添加减水剂和水时，水分作两次加入，其作用原理是少量水适度润湿水泥后，润湿的水泥包裹河沙形成水泥浆壳，减少游离水泥与水结合时形成的水泥疙瘩，再加入剩下的水搅拌糊化，使润湿的游离水泥与水泥浆壳之间形成粘合作用，混凝土各原料之间的结合更均匀充分，从而提高混凝土的强度，混凝土不易产生离析现象，泌水少且和易性好。

S4中，钢纤维在最后一步才进行加料，可以减少钢纤维在初级浆料中的搅拌时间，降低搅拌时剪切力导致的钢纤维变形引起的团聚现象的可能性，有利于钢纤维和初级浆料的均匀混合。

所述S1和S2中搅拌时间为1～2min，搅拌速度48～100转/min。

通过采用上述技术方案，S1和S2步骤中搅拌速度保持在48～100转/min，即S1和S2中均为缓慢搅拌，S1中慢速搅拌可以减少由于快速搅拌时产生的粉体飞扬，使各组分含量稳定。S2中缓慢搅拌则是由于UHPC属于逆触变性浆体，在外切力的作用下会产生负触变现象，即在外切力的作用下浆体黏度迅速上升，静止后又恢复原状。如果加入钢纤维之后过度的搅拌反而导致浆体黏度上升，钢纤维在高粘度的浆体内容易由于较大的剪切力产生变形而引起的团聚现象，因此慢速搅拌可以使浆体保持合适的黏度并且钢纤维可以均匀分散在浆体中。

所述S3中将减水剂和水混合均匀后再均匀混入二级粉料中，搅拌2min。

通过采用上述技术方案，S3中减水剂首先与水混合均匀后再加入至二级粉料中，可以使减水剂和水一起与粉料混合均匀，有利于减水剂更好的发挥作用。减水剂和水慢速地加入二级粉料中，可以使减水剂和水充分均匀地与二级粉料进行混合，有利于UHPC的质地均匀性和结构稳定性。

所述S4中向初级浆料加入剩下的水后继续搅拌2～3min，边搅拌边将钢纤维分散、均匀加入初级浆料中，最后搅拌1～2min形成砂浆成品。

通过采用上述技术方案，钢纤维分散、均匀加入初级浆料中，钢纤维混入初级浆料中时收到的剪切作用力更小，从而减少钢纤维混入初级浆料中时发生变形的可能性，进而减少团聚现象的发生，有利于砂浆成品的均匀性。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

(1)本发明的配方中添加微珠和偏高岭土以替换部分水泥，可以将水泥用量控制在普通混凝土的最高水泥用量左右，减少水泥水化反应引起的收缩，同时，微珠和偏高岭土可以起填充作用，提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性；微珠还可以通过改善砂浆和水泥的流动性，降低粘度，获得触变性，改善混凝土的工作性能。偏高岭土还可以通过降低氯离子的扩散系数从而促进混凝土水化进程，进而降低混凝土的干燥收缩，减少混凝土由于干燥收缩产生的微裂缝，提高混凝土的力学性能和耐久性能。

(2)本发明使用的减水剂在保持足够好的减水能力的同时，还有一定的缓凝、消泡及减缩效果，可以避免添加早强剂、缓凝剂、消泡剂、减缩剂及其他有减缩效果的外加剂如高吸水性树脂等，对混凝土的工作性能及凝结时间控制产生不利的影响。

(3)三种不同种类、不同尺寸的钢纤维同时掺入时存在纤维级配效应，通过纤维之间较好的级配，比单掺一种纤维或者同时掺两种纤维更能提高UHPC的抗拉强度。两种不同尺寸的平直钢纤维作为纤维基本骨架，端钩型钢纤维则主要增加抗拉性能，并能实现UHPC的多缝开裂，应变硬化特征，显著提高UHPC的抗拉延性。

(4)向初级浆料中添加钢纤维时，钢纤维缓慢加入至初级浆料中且初级浆料也处于缓慢搅拌状态，此种加料方式避免初级浆料由于高速搅拌导致浆体黏度过大的问题，进而减小初级浆料对钢纤维的剪切力，使钢纤维不易由于较大的剪切力产生变形，进而减少团聚现象发生，使浆体保持合适的黏度且钢纤维可以均匀分散在浆体中。

(5)通过实现上述技术方案，可得到兼具超高抗渗能力和力学性能的UHPC材料，即氯离子扩散系数不大于20×10^-14m²/s(UD20等级)、抗拉强度不小于10MPa(UT10等级)且在单轴受拉经历弹性阶段，出现多微裂缝，纤维抗拉作用启动，随后拉应力上升，进入非弹性的应变硬化阶段(类似钢材的“屈服”，即变形能力)，抗压强度不小于150MPa(UC150等级)，在满足以上性能的同时，还能达到自密实的工作性能(扩展度不小于800mm)，便于施工。

附图说明

图1为本发明的抗渗性能测试中试件示意图；

图2为本发明的抗拉性能测试中试件示意图；

图3为本发明的抗拉性能测试中试件夹具及其与试件的组装示意图。

具体实施方式

实施例1

一种含微珠的自密实UHPC其组分含量如表1所示，制备方法包括以下步骤：

S1、将水泥、硅灰、偏高岭土和微珠进行搅拌混合，搅拌时间1～2min，搅拌速度48～100转/min，得到初级粉料；

S2、向S1中得到的初级粉料内加入砂，边加边搅拌，搅拌时间1～2min，搅拌速度48～100转/min，得到二级粉料；

S3、向S2中的二级粉料中边搅拌边加入全部减水剂和75％的水，边加边搅拌，搅拌速度30～60转/min，搅拌时间2min，搅拌均匀得到初级浆料；

S4、向S3中得到的初级浆料中均匀加入剩下的水并边加边搅拌，继续搅拌2～3min，再将所有钢纤维分散、均匀地加入初级浆料中，最后搅拌1～2min至搅拌均匀得到砂浆成品。

实施例2～6：一种含微珠的制备方法同实施例1，区别仅在于各组分及其含量不同，其组分含量如表1所示。

表1实施例1-6的组分含量表(单位：kg/m³)

性能测试：

一、工作性能测试

新拌超高性能混凝土拌合物的工作性用扩展度(SF)表示。

1、实验方法

实施例1～6：采用GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的方法进行扩展度试验。坍落度仪应符合现行行业标准JG/T 248《混凝土坍落度仪》的规定；应配备2把钢尺，钢尺的量程不应小于300mm，分度值不应大于1mm；底板应采用平面尺寸不小于1500mm×1500mm、厚度不小于3mm的钢板，其最大挠度不应大于3mm。

(1)坍落度筒内壁和底板应润湿无明水；底板应放置在坚实水平面上，并把坍落度筒放在底板中心，然后用脚踩住两边的脚踏板，坍落度筒在装料时应保持在固定的位置；

(2)本超高性能混凝土拌合物由于流动性较好且无粗骨料，可一次性装入坍落度筒内，装好后，取下装料漏斗，应将多余混凝土拌合物刮去，并沿筒口抹平；

(3)清除筒边底板上的混凝土后，应垂直平稳地提起坍落度筒，坍落度筒的提高过程宜控制在3s～7s；当混凝土拌合物不再扩散或扩散时间已达50s时，应使用钢尺测量混凝土拌合物展开扩展面的最大直径以及最大直径呈垂直方向的直径；

(4)当两直径之差小于50mm时，应取其算术平均值作为扩展度试验结果；当两直径之差不小于50mm时，应重新取样另行测定。扩展度试验从开始装料到测得混凝土扩展度值得整个过程应连续进行，并应在4min内完成。混凝土拌合物扩展度值测量应精确至1mm，结果修约至5mm。

(5)根据JGJ/T《自密实混凝土应用技术规程》规定：自密实混凝土是指具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土。而根据中国建筑材料协会标准《超高性能混凝土技术标准：基本性能与试验方法》(征求意见稿)中规定，USF800(700mm≤SF≤900mm)等级为自密实。据此，我们将以扩展度作为本发明中UHPC工作性能的描述。

2、试验数据及分析

工作性能试验的试验数据如表2所示。

表2工作性能试验数据

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							SF(mm)	660	735	820	850	840	850

分析表2中数据，可以发现实施例1-6中除了第一组没有达到自密实外，其余五组均达到自密实状态，在施工中无需振捣即可成型。通过对比实施例1-4可知，微珠对于UHPC的工作性能改善作用明显，而对比实施例4-6可知，三种钢纤维的不同组合方式对UHPC的工作性能几乎没有影响。

二、抗渗性能测试

1、实验方法

实施例1～6：采用T/CBMF 37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》中的方法进行抗渗性能试验，试验原理为将待测混凝土试件进行真空饱盐，测定其电导率；利用方程，由饱盐试件电导率计算其中的氯离子扩散系数。本方法使用于不含导电物质的混凝土，所以应采用去除钢纤维的拌合物试件进行试验。

(1)制备试件，试件尺寸厚度为50mm±1.0mm；截面为100mm×100mm，按照表1所示的实施例1～6的各组分含量(去除钢纤维)及实施例1的制备方法分别制样，每个实施例的样品为一组，一组样品包括三块此种尺寸的试件，如图1，将满足截面尺寸要求的混凝土长方体，沿其长度方向，去除其端部的20mm；然后再依次切取50mm厚度的待测试件。待测试件的两截面应平行、平整，且在点击测试区域内不应含有尺寸超过1mm的气泡。

(2)配制溶液，用分析纯NaCl和蒸馏水，配制浓度为4.0mol/L的NaCl溶液，静置24h后备用。

(3)真空饱盐，将每组待测试件垂直放于真空室中，在试样表面垂直放置一液位传感器，然后开启真空泵和气路开关，干抽真空；在小于-0.08MPa的真空度下，干抽6h；之后断开气路，打开水路开关，将4.0mol/L的NaCl溶液注入真空室，至液位指示灯熄灭时停止；关闭水路开关，重新打开气路开关，湿抽真空，维持真空度在-0.08MPa以下。以开始干抽真空至-0.08MPa时作为计时起点，总的抽真空时间为24h。

(4)试件安放，将每组饱盐后的待测试件从真空室取出，用干净毛巾将试件所有表面擦干，然后放入上下对中的两紫铜电极间，确保两紫铜电极与待测试件的上下表面良好电接触。

(5)数据测定，由仪器直接提供每组待测试件的电导率和氯离子扩散系数，显示、存储或打印。

2、试验数据及分析

抗渗性能试验的试验数据如表3所示。

表3抗渗性能试验数据

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							D<sub>i</sub>(×10<sup>-14</sup>m<sup>2</sup>/s)	4.1	2.4	1.8	1.5	1.8	1.6

分析表3中数据，可以发现实施例1～6均具有良好的抗渗性，实施例1～2抗渗等级为UD20(2.0＜D_i≤20)，实施例3-6抗渗等级为UD02(D_i≤2.0)，通过对比实施例1～4可知，微珠的填充作用明显，对于UHPC的抗渗性能有提升，而对比实施例4～6可知，三种钢纤维的不同组合方式对UHPC的抗渗性能影响不大，三种钢纤维组合比单掺一种钢纤维或同时掺两种钢纤维的抗渗性能要更好。

三、抗压性能测试

1、实验方法

实施例1～6：采用T/CBMF 37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》中的方法进行抗压性能试验。

(1)制备试件，按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样，每个实施例的样品分别转入内表面涂覆有脱模剂的六个标准试模中，再振动成型形成六个完全相同的100mm×100mm×100mm的试件；

(2)样品养护，所有试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面，再在温度为25℃的环境中静置20h，再进行拆模；拆模后的试件立即放入温度为20℃，相对湿度为95％以上的环境下进行养护；试件彼此之间间隔10～20mm，试件表面应保持潮湿并不得被水直接冲淋，养护时间为28d；

(3)试验安放，试件养护28d后将表面擦净并立即放入压力试验机中进行抗压强度试验，试件放置在压力试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直；试件的中心应与压力试验机的下压板中心对准；

(4)试验操作，开动压力试验机，在试验过程中连续均匀地加荷，加荷速度为8.0～10.0MPa/s，当试件接近破坏时，停止调整压力试验机油门，直至试件被破坏，记录破坏荷载；

(5)每个试件的抗压强度按下式计算：f_cu＝F/A，f_cu代表试件抗压强度(MPa)，F代表试件破坏荷载(KN)，A代表试件承压面积(cm²)；每个实施例的抗压强度值取各自对应的六个试件抗压强度的算术平均值，取与平均值偏差小于15％的试件平均值作为测定值，与平均值偏差小于15％的试件数量不应低于4个。

2、试验数据及分析

抗压性能试验的试验数据如表4所示。

表4抗压性能试验数据

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							f<sub>cu</sub>(MPa)	158.4	174.6	185.7	195.7	184.6	189.2

分析表4中数据，可以发现实施例1-6均具有良好的抗压性能，实施例1-2抗压等级为UC150(150≤f_cu＜180)，实施例3-6抗压等级为UC180(180≤f_cu＜210)，通过对比实施例1-4可知，微珠的填充作用明显，对于UHPC的抗压性能提升显著，对比实施例4-6可知，三种钢纤维组合比单掺一种钢纤维或同时掺两种钢纤维的抗压性能要更好，而单掺一种钢纤维的增强效果最差。

四、抗拉性能测试

1、实验方法

实施例1～6：

采用T/CBMF 37-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》中的方法进行抗拉性能试验

(1)制备试件：按照表1所示的实施例1-6的各组分含量及实施例1的制备方法分别制样，试件尺寸如图2所示。

(2)样品养护，所有试件成型后立即用不透水的薄膜覆盖表面，再在温度为25℃的环境中静置20h，再进行拆模；拆模后的试件立即放入温度为20℃，相对湿度为95％以上的环境下进行养护；试件彼此之间间隔10-20mm，试件表面应保持潮湿并不得被水直接冲淋，养护时间为28d；

(3)应变片粘贴及引伸仪安装，宜于试验前将试件在规定试验环境中自然干燥1d。然后根据实验要求，按图2所示，A’、B’点及其对称点位置为引伸仪测量位置；O、O’点及其对称点为应变片粘贴位置，A、B点及其对称点处也可粘贴应变片。C’D’CD、E’F’EF为引伸仪固定架安装位置区域，用502或其他快干胶在相应位置粘贴应变片，再用固定架在相应位置安装引伸仪。

(4)试件安装，如图3所示，将试件4放置于两试件夹具1中，保证两试件夹具的连接件2与试件4的中轴线一致并对中。在试件4和夹具1之间放置厚度为0.7-1.0mm的铝垫片3；铝垫片3的尺寸和形状，与试件夹具1和试件4的接触面相同。将如图3所示中组装好的待测试件上端与拉力试验机的上夹头固定，升降拉力试验机至合适高度，调整试件朝向，将组装好的待测试件下端固定。

(5)偏心检查，首先确保各应变片、引伸仪正常工作，并调零；然后对试件施加小于3KN的拉力，读取各应变片读书，计算试件偏心率，计算公式见GB/T 50081的轴向拉伸试验方法；调整试件，使试件偏心率不超过15％。

(6)加载及拉伸程序设定，加载模式选用位移控制加载，试件对中后，在试件开裂钱，按0.06mm/min的加载速率进行加载；试件开裂后至最大拉力钱，按0.2mm/min的加载速率进行加载；达到最大拉力后，按0.5mm/min的加载速率进行加载，至试件拉断。

(7)应力-应变计荷载-位移曲线记录，采用电脑同步记录试件拉伸过程中的荷载、应变及引伸仪的位移。试件开裂前，数据采样频率宜不小于2Hz；试件开裂后，数据采样频率宜不小于5Hz。

(8)有效拉伸试件判定，裂纹图落在图1中AB或A'B'标距内的试件为有效拉伸试件。当有效拉伸试件数量不少于3个时，该组试验有效，取有效试件测定结果的平均值作为该组混凝土的测定值；否则，应重新进行试验。

(9)弹性极限抗拉强度结果计算，在应变片记录的应力-应变曲线中，取由线性转为非线性的点作为弹性极限点，该点所对应的拉应力即为弹性极限抗拉强度。当弹性极限点不明显时，取200微应变对应的拉应力作为弹性极限抗拉强度。取同一试件上各应变片测量结果的中间值作为该试件的测定值，取有效拉伸试件的平均值作为该组混凝土的测定值。

(10)抗拉弹性模量和弹性极限拉应变结果计算，由各应变片记录的应力-应变曲线，按GB/T 50081的轴向拉伸试验方法的规定，计算出每条曲线对应的弹性模量，取中间值作为该被测试件的抗拉弹性模量。取有效拉伸试件弹性模量的平均值作为该组混凝土的抗拉弹性模量。由(9)得到的该组混凝土的弹性极限抗拉强度除以抗拉弹性模量即得到该组混凝土的弹性极限拉应变。取200微应变确定弹性极限强度的，其弹性极限拉应变记为200微应变。

(11)抗拉强度与峰值拉应变结果计算，试件的抗拉强度为最大拉力除以试验前测量的标距中心初始截面面积，对应抗拉强度的应变即为峰值拉应变。可按GB/T 50081的轴向拉伸试验方法的规定，由应力-应变曲线或荷载-位移曲线确定并计算试件的抗拉强度和峰值拉应变。取各应力-应变曲线或荷载-位移曲线计算出的抗拉强度中间值作为该被测试件的抗拉强度。取各峰值拉应变的中间值，作为被测试件的峰值拉应变。取有效拉伸试件的抗拉强度、峰值拉应变的平均值作为该组混凝土的抗拉强度和峰值拉应变。

2、试验数据及分析

抗拉性能试验的试验数据如表5所示。

表5抗拉性能试验数据

分析表5中数据，可以发现实施例1-6的极限抗拉强度均在10MPa以上，属于抗拉性能较好的超高性能混凝土，其中实施例1-4抗拉性能等级为UT10(f_te≥10.0，f_tu/f_te≥1.2，ε_tu≥0.20)，实施例5-6的抗拉强度等级为UT07(f_te≥7.0，f_tu/f_te≥1.1，ε_tu≥0.15)，通过对比实施例1-4，抗拉强度最大差值为20.5-19.5＝1.0，偏差较小，可知微珠的填充作用对UHPC的抗拉性能影响不大，而对比实施例4-6可知，三种钢纤维组合掺入比单掺一种钢纤维或同时掺两种钢纤维的抗拉性能提升显著，同时掺两种钢纤维效果次之，单掺一种钢纤维的增强效果最差。

本发明的有益技术效果为：

(1)本发明的配方中添加微珠和偏高岭土以替换部分水泥，可以将水泥用量控制在普通混凝土的最高水泥用量左右，减少水泥水化反应引起的收缩，同时，微珠和偏高岭土可以起填充作用，提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性；微珠还可以通过改善砂浆和水泥的流动性，降低粘度，获得触变性，改善混凝土的工作性能。偏高岭土还可以通过降低氯离子的扩散系数从而促进混凝土水化进程，进而降低混凝土的干燥收缩，减少混凝土由于干燥收缩产生的微裂缝，提高混凝土的力学性能和耐久性能。

(2)本发明使用的减水剂在保持足够好的减水能力的同时，还有一定的缓凝、消泡及减缩效果，可以避免添加早强剂、缓凝剂、消泡剂、减缩剂及其他有减缩效果的外加剂如高吸水性树脂等，对混凝土的工作性能及凝结时间控制产生不利的影响。

(3)三种不同种类、不同尺寸的纤维同时掺入时存在纤维级配效应，通过纤维之间较好的级配，比单掺一种纤维或者同时掺两种纤维更能提高UHPC的抗拉强度。两种不同尺寸的平直钢纤维作为纤维基本骨架，端钩型钢纤维则主要增加抗拉性能，并能实现UHPC的多缝开裂，应变硬化特征，显著提高UHPC的抗拉延性。

(4)向初级浆料中添加钢纤维时，钢纤维缓慢加入至初级浆料中且初级浆料也处于缓慢搅拌状态，此种加料方式避免初级浆料由于高速搅拌导致浆体黏度过大的问题，进而减小初级浆料对钢纤维的剪切力，使钢纤维不易由于较大的剪切力产生变形，进而减少团聚现象发生，使浆体保持合适的黏度且钢纤维可以均匀分散在浆体中。

(5)通过实现上述技术方案，可得到兼具超高抗渗能力和力学性能的UHPC材料，即氯离子扩散系数应不大于20×10^-14m²/s(UD20等级)、抗拉强度不小于10MPa(UT10等级)且有明显的多缝开裂及应变硬化特征、抗压强度不小于150MPa(UC150等级)，在满足以上性能同时，还能达到自密实的工作性能(扩展度不小于800mm)，便于施工。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含微珠的自密实UHPC，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述水泥粒径为50～250μm。

3.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述硅灰为一级灰，含硅量大于92％，需水量小于120％，活性指数不小于110％，平均粒径为0.1～0.15μm。

4.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述偏高岭土为人工火山灰矿物掺合料，粒径不大于10μm。

5.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述微珠为硅铝酸盐微球，粒径为0.5～10μm，平均粒径不大于1.2μm。

6.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述钢纤维为表面镀铜钢纤维，包括平直型钢纤维和端钩型钢纤维。

7.根据权利要求6所述的UHPC，其特征在于，所述钢纤维由直径为0.2mm、长度为13mm的平直型钢纤维、直径为0.2mm、长度为8mm的平直型钢纤维和直径为0.2mm、长度为13mm的端钩型钢纤维按质量比为5.5:3.5:1的比例组成。

8.根据权利要求1所述的UHPC，其特征在于，所述砂为石英砂或河砂；所述石英砂的粒径为0.2～0.4mm，所述河沙的粒径为0.075～2.36mm。

9.根据权利要求1所述含微珠的UHPC，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述的UHPC的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取水泥、硅灰、偏高岭土和微珠，搅拌混合后得到初级粉料；

S2、向S1所得初级粉料中加入砂，搅拌均匀得到二级粉料；

S3、将减水剂与占总量75％的水混合均匀后加入二级粉料中，搅拌均匀得到初级浆料；

S4、向S3所得初级浆料中加入剩余25％的水进行搅拌，加入钢纤维，搅拌均匀得到砂浆；

S5、将S4所得砂浆进行装模、成型养护、脱模得到含微珠的UHPC。