[發明專利]一種C190強度等級的超高強高性能纖維混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 201710703535.9
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107512890B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 鄭山鎖;鄭捷;董方園;宋明辰;李強強;劉巍;陳家悅;秦卿;左河山;牛麗華;張曉輝;阮升
• 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;C04B16/06;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

本發明公開了一種C190強度等級的超高強高性能纖維混凝土及其制備方法，所述混凝土的質量份組成如下：水泥514份、水68份、碎石990份、細骨料780份、粉煤灰68份、稻殼灰75份、硅灰120份、減水劑15.4份、激發劑10份、纖維素纖維1.7份、羥基改性碳納米管分散液45份，氧化石墨烯分散液46份、消泡劑2.7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，抗壓強度達到195.19MPa，抗折強度達到37.53MPa，劈拉強度達到16.62MPa，與型鋼之間的粘結強度達到8.14MPa，氯離子抗滲等級達到Ⅵ級。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、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C190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

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，使Cl^-、SO₄^2-等有害離子和CO₂等有害氣體侵入混凝土內部，加快混凝土結構的侵蝕，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。

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。

而石墨烯也是現有材料中強度和硬度最高的晶體結構，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，是目前發現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合。但是由于石墨烯面內是sp2雜化結構，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，不能穩定分散在聚合物中并發揮其作用，甚至會引起基體內部出現缺陷。而經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生絮凝，這對于氧化石墨烯在水泥中分散不利，甚至會引起混凝土的強度損失。本發明通過添加分散劑制備了能夠在水泥中穩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有纖維混凝土與水泥基復合材料的缺點，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，改善水化產物的晶體形狀乃至混凝土內部結構的致密程度，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。

發明內容