[發明專利]一種C100強度等級的高性能纖維混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 201710703525.5
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107324729B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 鄭山鎖;宋明辰;董方園;龍立;張曉輝;張藝欣;鄭捷;鄭淏;李強強;蔡永龍;劉巍;周炎
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B40/02
• 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

本發明公開了一種C100強度等級的高性能纖維混凝土及其制備方法，所述混凝土的質量份組成如下：水泥400?430份、水120?130份、河砂710?730份、碎石1000?1030份、粉煤灰90?115份、稻殼灰50?80份、減水劑8?9份、激發劑12?13份、纖維素纖維1.1?1.8份、羧基丁苯聚合物31?33份、羥基改性碳納米管分散液17?19份、消泡劑2.1?2.3份。制備的混凝土具有較高的韌性和優異的耐久性能，與型鋼之間具有較高的粘結強度。用于型鋼混凝土組合結構中，能夠有效發揮型鋼與混凝土之間的協同工作性能，彌補型鋼與混凝土粘結性能差、無法充分發揮二者各自的力學性能的不足。

技術領域

本發明屬于新型建筑材料領域,是一種摻稻殼灰、纖維素纖維、羧基丁苯聚合物以及改性碳納米管的高強度、高韌性和高耐久性混凝土，具體涉及一種具有高韌性的C100強度等級的高性能纖維混凝土及其制備方法。

背景技術

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生大量微裂縫，嚴重影響混凝土或水泥基復合材料結構的耐久性，降低結構服役壽命。為了克服普通混凝土和高性能混凝土的脆性，具有增韌作用的石棉纖維、鋼纖維、碳纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維以及玄武巖纖維等長度較大的纖維被用于混凝土中，但是上述長纖維的大量使用容易在混凝土成團，不利于骨料的均勻分散，限制了纖維在含粗骨料混凝土中的應用。

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60GPa-150GPa，壓縮強度為100GPa-170GPa，斷裂應變在30％-50％范圍。因其優異的物理、力學性能，使碳納米管成為理想的復合材料增強纖維。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生自發的團聚或纏繞，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構的基礎上，得到能夠在水中穩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，充分發揮其微纖維增韌作用。

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構的稻殼灰(具有多孔結構的稻殼灰可吸收水分)，兩種材料的“內養護作用”能夠促進膠凝材料的水化進程；另外，通過在混凝土中加入羧基丁苯聚合物和改性碳納米管這兩種組分，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，改善水化產物的晶體形狀乃至混凝土內部結構的致密程度，減少Cl^-、SO₄^2-、CO₂等有害離子的侵入，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。

發明內容

本發明的目的在于提供一種C100強度等級的高性能纖維混凝土及其制備方法，本發明首次使用纖維素纖維、稻殼灰、改性碳納米管、羧基丁苯聚合物、水泥、粉煤灰、河砂、碎石、化學外加劑(包括減水劑、激發劑、消泡劑)、水制備了一種具有高體積穩定性、高韌性、高耐久性、超高強度的C100強度等級的纖維高性能混凝土，克服了普通混凝土脆性大、易開裂、耐久性差等不足。通過添加具有火山灰效應、物理填充效應和“內養護作用”的稻殼灰，具有增韌作用和“內養護作用”的纖維素纖維，具有減縮和增韌效應的羧基丁苯聚合物，以及可發揮微纖維填充增韌效應的改性碳納米管等，各組分之間協同改善混凝土性能，進而配制成一種具有高強度、高體積穩定性、高耐久性及較高韌性的C100強度等級的高性能纖維混凝土。

為實現上述目的，本發明公開的技術方案是：

一種C100強度等級的高性能纖維混凝土，包括下述質量份數的原料：