[發明專利]高韌高粘結性C230超高強混雜纖維混凝土及制備方法

有效

• 申請號: 202011012683.4
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN113233862B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 鄭山鎖;阮升;劉華;董立國;姬金銘;楊松;張曉輝;鄭捷;楊路;李磊;溫桂峰;張藝欣;李亞輝;董晉琦
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C04B28/18
• 分類號: C04B28/18;B28B1/087;B28B11/24;B28C5/00
• 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

本發明公開了一種高韌高粘結性C230超高強混雜纖維混凝土及制備方法，配合比包括：水泥：砂：碎石：粉煤灰：秸稈灰：硅灰：納米硅：水：減水劑：激發劑：消泡劑：減縮劑：苧麻纖維：玄武巖纖維：CaCO₃晶須：羧基改性聚乙烯醇聚合物：納米鈦/氧化石墨烯分散液＝540?545：740?745：870?880：70?75：95?100：110?115：5?5.2：78?82：18?19：15.5?16：2.6?3：13?14：7?7.2：12.7?13：19.5?19.7：21?22：39?42。用分層攪拌法將各材料拌合均勻，出料、成型、養護。混凝土力學包括型鋼之間粘結性能及耐久性能顯著提高。

技術領域

本發明屬于建筑材料領域,是一種摻苧麻纖維、玄武巖纖維、CaCO₃晶須、羧基改性聚乙烯醇聚合物、納米鈦/氧化石墨烯分散液、秸稈灰、粉煤灰、硅灰和納米硅的具有較高韌性、高粘結性、高耐久性、高體積穩定性的混凝土，具體涉及一種高韌高粘結性C230超高強混雜纖維混凝土及其制備方法。

背景技術

在結構設計中，考慮到使用功能、構件剛度與施工方便的需求，通常需針對不同受力情況采用不同標號混凝土，以滿足構件受荷時所需的抗壓、抗彎、抗劈拉強度，以及保證混凝土與鋼材協同工作的粘結強度。不同標號的混凝土材料彈性模量不同，變形性能不同，故強度指標過大或過小，都會造成構件受力時鋼與混凝土的變形不協調，從而造成兩種材料無法完全協同工作或某一材料無法充分發揮力學性能，導致材料浪費。普通混凝土與高性能混凝土材料抗裂性能差、脆性大并且隨著混凝土強度等級提高，脆性特征愈發明顯，而在高應力或復雜應力狀態下，往往又需要使用特定高強度等級的混凝土，如在巨型超高層結構的不同樓層包括底部受力層、加強層以及工業建筑中，不同跨度與承載需求的超大跨、重載結構、超大跨橋梁及其橋墩、超耐久水工結構中，對構件承載力、剛度與結構使用功能要求嚴格，因此，考慮承載力、剛度需求及經濟效益、設計需求等，有時需特定使用C230強度等級的混凝土，此時，在復雜應力與惡劣環境下，混凝土的脆性特征將會降低構件與結構的抗震承載能力，乃至影響其安全可靠性。同時，隨著鋼材力學性能的逐步提高，普通混凝土的韌性、變形性能和粘結性能已難以滿足混凝土與型鋼之間的協同作用。

硅灰具有優異的顆粒尺寸和火山灰活性，是一種制備高性能混凝土的重要礦物摻合料，但其在我國的年產量較低，僅有3000t-4000t，只能滿足部分高性能混凝土的需求，限制了其大量使用。而我國作為農業大國，每年秸稈產量在7億t以上，位居世界首位。目前，只有小部分秸稈用于生物質能電廠發電，而大部分的秸稈仍被自然堆放或露天焚燒，造成資源浪費與環境污染。電廠發電產生的秸稈灰，如果不妥善開發利用，則會造成環境的二次污染。隨著科技進步發現，玉米秸稈在適當的條件下進行焚燒而制備的秸稈灰中，含有85％左右的非晶態SiO₂，以及一定量的活性Al₂O₃等金屬氧化物，K、Na含量較少，能充分發揮火山灰效應與微集料填充效應，可在混凝土中應用以改善力學性能。

水泥及礦物摻合料在混凝土中是通過水化反應生成的水化產物來發揮作用，而水化產物中本身性質的往往較差，形成的針狀、片狀的水化產物脆性較大，進而導致混凝土基體脆性較大，故為膠凝材料水化反應提供一個模板，使水化物在模板中反應，生成粗壯、密實的水化晶體，是改善混凝土內部結構的有效方法。氧化石墨烯與納米TiO₂兩種材料的模板效應與成核效應，都能為水化產物提供很好的附著點，使水化產物更粗壯、緊密，進而從根本上改善混凝土的脆性問題。

混凝土及水泥基復合材料通常通過加入纖維改善其韌性，現有鋼纖維與合成纖維在混凝土工程應用中，因工藝復雜、成本高、產量低而難以推廣，工程界逐步開始尋找來源豐富的高性能植物纖維來替代鋼纖維與合成纖維。苧麻纖維纖維素含量高、強度大、韌性高，耐酸堿度高，綠色無污染，能有效代替鋼纖維與合成纖維在工程中的應用。而我國是苧麻主要產地，產量占世界的90％以上，這使得苧麻纖維在我國獲取方便，價格低廉，具有較大的推廣應用價值。同時，由于混凝土中存在不同尺寸的裂縫，摻加單一纖維往往無法達到最佳增韌效果。