[发明专利]一种含粗骨料的C210强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含粗骨料的C210强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法，所述混凝土的质量份组成如下：水泥532份、水65份、碎石900份、细骨料740份、粉煤灰78份、稻壳灰70份、硅灰132份、减水剂15份、激发剂11份、纤维素纤维1.7份、钢纤维78份、羟基改性碳纳米管分散液45份，氧化石墨烯分散液49份、消泡剂2.9份。制备的混凝土具有较高的韧性和耐久性能，与型钢之间具有较高的粘结强度，抗压强度达到218.75MPa，抗折强度达到45.98MPa，劈拉强度达到21.56MPa，与型钢之间的粘结强度达到8.72MPa，氯离子抗渗等级达到Ⅵ级。用于型钢混凝土组合结构中，能够有效发挥型钢与混凝土之间的协同工作性能，弥补型钢与混凝土粘结性能差、无法充分发挥二者各自的力学性能的不足。

技术领域

本发明属于新型建筑材料领域,是一种含粗骨料并掺稻壳灰、纤维素纤维、钢纤维、改性碳纳米管和氧化石墨烯的高强度、高韧性和高耐久性的超高性能混凝土，具体涉及一种具有高韧性的含粗骨料的C210强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法。

背景技术

普通混凝土和水泥基材料的抗拉强度低，韧性差，硬化过程中或外部荷载作用下会产生大量微裂缝，使Cl^-、SO₄^2-等有害离子和CO₂等有害气体侵入混凝土内部，加快混凝土结构的侵蚀，严重影响混凝土或水泥基复合材料结构的耐久性，降低结构服役寿命。

碳纳米管是一种具有纳米级别直径和微米级别长度的一维纤维材料，其长径比高达100-1000，弹性模量(可达到1TPa左右)大约是钢材的5倍而密度却只是钢材的1/6；碳纳米管的拉伸强度则可达到60GPa-150GPa，压缩强度为100GPa-170GPa，断裂应变在30％-50％范围。因其优异的物理、力学性能，使碳纳米管成为理想的复合材料增强纤维。但是，由于碳纳米管表面完整光滑、缺陷少、缺少活性基团，在水及各种溶液或复合材料中的相对溶解度较低，加之碳纳米管之间存在较大的范德华力、表面处存在很大的表面自由能，因此碳纳米管之间极易发生自发的团聚或缠绕，严重影响碳纳米管在某些聚合物中的均匀分散。本发明使用表面活性剂对多壁碳纳米管进行分散和超声处理，在不切断碳纳米管且不破坏其表面结构的基础上，得到能够在水中稳定分散的改性多壁碳纳米管分散液，从而使其能够用于混凝土中，充分发挥其微纤维增韧作用。

而石墨烯也是现有材料中强度和硬度最高的晶体结构，抗拉强度和弹性模量分别可达到125GPa和1.1TPa。单层石墨烯厚度仅为约0.35nm，是目前发现的自然界中最薄的二维材料，具有较高的比表面积，能很好的与聚合物结合。但是由于石墨烯面内是sp²杂化结构，纳米粒子间存在很强的分子引力引起相互吸附，造成石墨烯团聚在一起，不能稳定分散在聚合物中并发挥其作用，甚至会引起基体内部出现缺陷。而经过氧化处理的石墨烯单片表面引入了很多羟基、羧基等含氧官能团，使其能够均匀分散在水中，但是氧化石墨烯在碱性条件下容易发生絮凝，这对于氧化石墨烯在水泥中分散不利，甚至会引起混凝土的强度损失。本发明通过添加分散剂制备了能够在水泥中稳定分散的氧化石墨烯分散液，使其能够用于混凝土中，改善混凝土的综合性能。

现有研究中含粗骨料的超高性能混凝土脆性明显，抗变形能力差，限制了该类混凝土在实际工程中的应用，本发明在混凝土中加入适量的微丝钢纤维，在满足材料工作性能的基础上，提高混凝土的强度并大幅度提升混凝土的韧性，制备出抗压强度在200MPa以上的、含粗骨料的、具有高韧性和超高耐久性的超高性能纤维混凝土。

发明内容

本发明的目的是提供一种含粗骨料的C210强度等级的超高性能纤维混凝土及其制备方法，通过添加具有火山灰效应、物理填充效应和“内养护作用”的稻壳灰，具有增韧作用和“内养护作用”的纤维素纤维，具有抗裂增韧作用的钢纤维，以及可发挥微纤维填充增韧效应的改性碳纳米管和氧化石墨烯等，各组分之间协同改善混凝土性能，进而配制成一种具有高强度、高体积稳定性、高耐久性及较高韧性的C210强度等级的超高性能纤维混凝土。