[发明专利]一种C80强度等级的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C80强度等级的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360‑380份、水125‑140份、河砂700‑720份、碎石1020‑1050份、粉煤灰85‑110份、稻壳灰40‑60份、减水剂6‑7份、激发剂12‑13份、纤维素纤维1.1‑1.8份、羧基丁苯聚合物25‑27份、羟基改性碳纳米管分散液10‑13份、消泡剂2.0‑2.1份。制备的混凝土具有较高的韧性和优异的耐久性能，与型钢之间具有较高粘结强度。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,是一种掺稻壳灰、纤维素纤维、羧基丁苯聚合物以及改性碳纳米管的高强度、高韧性和高耐久性混凝土，具体涉及一种具有高韧性的C80强度等级的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，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。为了克服普通混凝土和高性能混凝土的脆性，具有增韧作用的石棉纤维、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩纤维等长度较大的纤维被用于混凝土中，但是上述长纤维的大量使用容易在混凝土成团，不利于骨料的均匀分散，限制了纤维在含粗骨料混凝土中的应用。

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。

采用具有蓄水功能和增韧作用的纤维素纤维以及具有超细微孔结构的稻壳灰(具有多孔结构的稻壳灰可吸收水分)，两种材料的“内养护作用”能够促进胶凝材料的水化进程；另外，通过在混凝土中加入羧基丁苯聚合物和改性碳纳米管这两种组分，以改善混凝土的韧性，并使胶凝材料在水化过程中水化的更加充分，改善水化产物的晶体形状乃至混凝土内部结构的致密程度，减少Cl^-、SO₄^2-、CO₂等有害离子的侵入，最终达到提高混凝土的强度和耐久性能，并提升其韧性、塑性和抗拉强度之目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种C80强度等级的高性能纤维混凝土及其制备方法，本发明首次使用纤维素纤维、稻壳灰、改性碳纳米管、羧基丁苯聚合物、水泥、粉煤灰、河砂、碎石、化学外加剂(包括减水剂、激发剂、消泡剂)、水制备了一种具有高体积稳定性、高韧性、高耐久性、超高强度的C80强度等级的纤维高性能混凝土，克服了普通混凝土脆性大、易开裂、耐久性差等不足。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，具有减缩和增韧效应的羧基丁苯聚合物，以及可发挥微纤维填充增韧效应的改性碳纳米管等，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C80强度等级的高性能纤维混凝土。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：

一种C80强度等级的高性能纤维混凝土，包括下述质量份数的原料：