[发明专利]一种环保超高性能混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种渗透性能优异、抗压抗冻的环保超高性能混凝土，通过选取锌和铁元素改性掺杂的碳纳米管、纳米氧化硅、纳米氧化铝作为主要掺杂材料，该复合掺杂结构的协同作用可以有效提高传统混凝土抗坍落性能，对于保持混凝土黏聚性、降低流动性有重要作用。同时，改性后的ZnFe@CNTs的加入使纳米氧化硅和氧化铝在微观结构上排列有序度增加，导致水分子的透过困难度减小，大大降低了传统混凝土应用至路面渗透性能不佳和吸收力后继乏力的问题。

技术领域

本发明属于混凝土领域，涉及一种渗透性能优异、抗压抗冻的环保超高性能混凝土的制备及其应用，具体为一种环保超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

随着我国工业化进程的逐步发展，建筑行业也在不停前进。公路、建筑、桥梁、水坝等建筑物数量与日俱增，且人们对于建筑物的标准要求逐渐严格，其中，混凝土在建筑行业中的作用具有不可替代的效果，因其具有相对较高的强度，高密实性以及低廉的价格而备受关注。但在实际应用的过程中，人们逐渐发现混凝土材料本身的耐久性不足，在高温或低温的情况下易开裂，这些缺点也在一定程度上限制了混凝土的应用发展。在气温较低的区域，冻融循环会使混凝土膨胀产生裂纹，从而使混凝土的寿命造成损失。在混凝土的研究发展过程中，为了延续提高其使用寿命，学者发现通过调整混凝土中水石灰的比例，掺入其他外加剂或者纳米材料均可以有效提高混凝土的性能。其中纳米材料因为具有较高的韧性和尺寸效应一般为掺杂的首选。

为了提高混凝土的性能，研究人员对于纳米氧化硅对于混凝土的作用展开了一系列研究，在标准的养护体系当中，纳米氧化硅可以有效提升混凝土的微观结构和界面性能，同时促进水泥的孔结构优化，提高混凝土的耐磨性和韧性，该特点可以显著改善传统混凝土自身的缺点。除此以外，纳米碳纤维适当加入混凝土中，可以细化混凝土原本较大的孔隙，提高微观结构中的密实度，从而改善混凝土的抗冻性。氧化硅和碳纤维作为两种绿色环保的材料，无论是单独使用还是与其他物质进行混合使用，都满足人们对于改善混凝土性能和相应缺点的要求，是一种极具发展潜力的掺杂材料。

发明内容

本发明涉及到一种渗透性能优异、抗压抗冻的环保超高性能混凝土的制备方法，本发明是通过如下技术方案来实现的：

S1、纳米ZnFe@CNTs-SiO₂-Al₂O₃混合改善液的制备：称取碳纳米管纤维粉末3-6g、氯化锌粉末0.1-0.4g、九水合硝酸铁0.1-0.4g，将其溶于适量无水乙醇中，在50℃的恒温条件下持续搅拌4h，将所得溶液在80℃的烘箱中干燥，而后放于管式炉中，在N₂氛围下800℃高温加热2h，升温速率为5℃·min^-1，所得即为ZnFe@CNTs，称取制得的ZnFe@CNTs3-6g、固含量为30％的聚羧酸减水剂10-25mL、气相纳米氧化硅水分散液2-5mL、碳纳米管纤维粉末3-6g、SS-LY10γ型纳米氧化铝2-5g以及自来水20-50mL加入搅拌机中，充分搅拌3分钟后备用；

S2、制备混凝土主体浆液：称取P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥500-1000g、细度模数3.9的机制砂300-600g和自来水100-250mL加入搅拌机中，搅拌时间持续2min，至主体浆液混合均匀；

S3：混凝土主浆与混合改善液的拌和：称取S2制备所得的混凝土主浆900-1850g放入搅拌机中，取S1制备所得的纳米ZnFe@CNTs-SiO₂-Al₂O₃混合改善液30-85mL平均分为两份，依次加入搅拌机中，每次搅拌时间为3分钟，获得具备一定粘性的改善液添加的水泥砂浆；

S4：称取粒径为5-15mm，压碎值约为7.5％的粗骨料碎石400-600g、S3获得的拌和浆930-1900g共同加入搅拌锅中，充分搅拌3分钟后，装入模具中抹平覆膜，24小时后即可进行拆模，获得本发明所述的渗透性能优异、抗压抗冻的环保超高性能混凝土。