[發(fā)明專利]一種C200強度等級的超高強高性能纖維混凝土及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710702342.1
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107512886B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭山鎖;董方園;周炎;董立國;鄭捷;李健;龍立;陳家悅;黃威曾;張曉輝;裴培;左河山
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B16/02;C04B18/10;C04B14/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種C200強度等級的超高強高性能纖維混凝土及其制備方法，所述混凝土的質(zhì)量份組成如下：水泥520份、水66份、碎石990份、細骨料760份、粉煤灰65份、稻殼灰72份、硅灰126份、減水劑15.6份、激發(fā)劑10.2份、纖維素纖維1.7份、羥基改性碳納米管分散液46份，氧化石墨烯分散液47份、消泡劑2.8份。制備的混凝土具有較高的韌性和優(yōu)異的耐久性能，與型鋼之間具有較高的粘結(jié)強度，抗壓強度達到207.87MPa，抗折強度達到37.69MPa，劈拉強度達到18.32MPa，與型鋼之間的粘結(jié)強度達到8.75MPa，氯離子抗?jié)B等級達到Ⅵ級。用于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，能夠有效發(fā)揮型鋼與混凝土之間的協(xié)同工作性能，彌補型鋼與混凝土粘結(jié)性能差、無法充分發(fā)揮二者各自的力學(xué)性能的不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型建筑材料領(lǐng)域,是一種摻稻殼灰、纖維素纖維、改性碳納米管和氧化石墨烯的高強度、高韌性和高耐久性混凝土，具體涉及一種具有高韌性的C200強度等級的超高強高性能纖維混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)

普通混凝土和水泥基材料的抗拉強度低，韌性差，硬化過程中或外部荷載作用下會產(chǎn)生大量微裂縫，使Cl^-、SO₄^2-等有害離子和CO₂等有害氣體侵入混凝土內(nèi)部，加快混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕，嚴重影響混凝土或水泥基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的耐久性，降低結(jié)構(gòu)服役壽命。

碳納米管是一種具有納米級別直徑和微米級別長度的一維纖維材料，其長徑比高達100-1000，彈性模量(可達到1TPa左右)大約是鋼材的5倍而密度卻只是鋼材的1/6；碳納米管的拉伸強度則可達到60-150GPa，壓縮強度為100-170GPa，斷裂應(yīng)變在30％-50％范圍。因其優(yōu)異的物理、力學(xué)性能，使碳納米管成為理想的復(fù)合材料增強纖維。但是，由于碳納米管表面完整光滑、缺陷少、缺少活性基團，在水及各種溶液或復(fù)合材料中的相對溶解度較低，加之碳納米管之間存在較大的范德華力、表面處存在很大的表面自由能，因此碳納米管之間極易發(fā)生自發(fā)的團聚或纏繞，嚴重影響碳納米管在某些聚合物中的均勻分散。本發(fā)明使用表面活性劑對多壁碳納米管進行分散和超聲處理，在不切斷碳納米管且不破壞其表面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，得到能夠在水中穩(wěn)定分散的改性多壁碳納米管分散液，從而使其能夠用于混凝土中，充分發(fā)揮其微纖維增韌作用。

而石墨烯也是現(xiàn)有材料中強度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)，抗拉強度和彈性模量分別可達到125GPa和1.1TPa。單層石墨烯厚度僅為約0.35nm，是目前發(fā)現(xiàn)的自然界中最薄的二維材料，具有較高的比表面積，能很好的與聚合物結(jié)合。但是由于石墨烯面內(nèi)是sp2雜化結(jié)構(gòu)，納米粒子間存在很強的分子引力引起相互吸附，造成石墨烯團聚在一起，不能穩(wěn)定分散在聚合物中并發(fā)揮其作用，甚至?xí)鸹w內(nèi)部出現(xiàn)缺陷。而經(jīng)過氧化處理的石墨烯單片表面引入了很多羥基、羧基等含氧官能團，使其能夠均勻分散在水中，但是氧化石墨烯在堿性條件下容易發(fā)生絮凝，這對于氧化石墨烯在水泥中分散不利，甚至?xí)鸹炷恋膹姸葥p失。本發(fā)明通過添加分散劑制備了能夠在水泥中穩(wěn)定分散的氧化石墨烯分散液，使其能夠用于混凝土中，改善混凝土的綜合性能。

為了克服普通混凝土和高性能混凝土的脆性以及現(xiàn)有纖維混凝土與水泥基復(fù)合材料的缺點，采用具有蓄水功能和增韌作用的纖維素纖維以及具有超細微孔結(jié)構(gòu)的稻殼灰(具有多孔結(jié)構(gòu)的稻殼灰可吸收水分)，兩種材料的“內(nèi)養(yǎng)護作用”能夠促進膠凝材料的水化進程；另外，通過在混凝土中加入改性碳納米管和氧化石墨烯這兩種組分，以改善混凝土的韌性，并使膠凝材料在水化過程中水化的更加充分，改善水化產(chǎn)物的晶體形狀乃至混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密程度，最終達到提高混凝土的強度和耐久性能，并提升其韌性、塑性和抗拉強度之目標。

發(fā)明內(nèi)容