[發明專利]全組分微米級海水海砂超高性能混凝土、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211454222.1
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115710108A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 董素芬;于峰;丁思齊;韓寶國;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B7/26;C04B7/147;E02D15/02;C04B111/20;C04B111/24;C04B111/34
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

本發明公開了一種全組分微米級海水海砂超高性能混凝土、制備方法及應用。本發明通過使用微米級水泥、粉煤灰、硅灰三元復合膠凝材料體系和微米級粗、中、細搭配海砂形成具有骨架密實結構及高氯離子吸附能力、低自由氯離子含量的混凝土基體，并通過摻入材質為鉬鉻不銹鋼和直徑為微米級的不銹鋼微絲在混凝土基體內形成廣泛分布的導熱、增強及增韌網絡，不銹鋼微絲和高活性微米級的硅灰/粉煤灰復合使用可強化界面并增加水化產物中的C?S?H凝膠的數量以持續降低自由氯離子的含量，進而使得海水海砂超高性能混凝土具有密實微觀結構、低自由氯離子含量、高強度及高韌性，并可用于港工或海工混凝土構筑物。

技術領域

本發明涉及一種全組分微米級海水海砂超高性能混凝土、制備方法及應用，屬于可持續及綠色混凝土材料制備領域。

背景技術

超高性能混凝土因具有高強、高韌及高耐久性，已被廣泛應用于超高層建筑、大跨度橋梁及核工業等大型工程中。制備超高性能混凝土需要大量使用淡水及淡砂資源，這顯著增加了環境負擔。利用海水海砂替代淡水及淡砂(石英砂、河砂等)制備性能優越的超高性能混凝土，不但可緩解淡水及淡砂資源短缺的問題，還可為港工/海工結構節省昂貴的原材料運輸費用，更可從材料的制備到應用全程適應碳中和及碳達標的環境發展需求，因此海水海砂超高性能混凝土屬于可持續及綠色混凝土材料。但，以往對海砂的利用只集中在粒徑小于1.18mm的海砂上，對于占據海砂總量70％以上的粒徑大于1.18mm的海砂利用率很低；使用海水海砂引入的高自由氯離子含量，會縮短超高性能混凝土的凝結時間，并會吸附在外加劑表面，影響超高性能混凝土的工作性能；與此同時，海水海砂引入的高自由氯離子含量在超高性能混凝土內部析出并結晶膨脹，會導致超高性能混凝土的開裂并降低其耐久性；為降低氯離子帶來的不利影響，以往海水海砂混凝土中大量使用氯離子固化劑及防凍劑，增加了超高性能混凝土結構的建造成本；此外，在以往研究中，直徑為0.12～0.30mm的鍍銅鋼纖維和不銹鋼纖維是提高超高性能混凝土的強度和韌性的常用填料，但其與混凝土基體之間存在薄弱界面，這為氯鹽的析出提供了空間，且界面處水化產物C-S-H凝膠的減少削弱了混凝土基體對氯離子的物理吸附作用，再者，鍍銅鋼纖維的鍍銅層在超高性能混凝土的攪拌成型過程中易于剝落，使其容易受到海水海砂引入的氯鹽的侵蝕，而常用的不銹鋼纖維(材質為304、310、330、及430等)在海水海砂形成的氯鹽環境下易于發生點蝕，進而影響其增強增韌效果。這使得使用常用鍍銅或者不銹鋼纖維增強超高性能混凝土不宜采用海水海砂進行配制。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種具有密實微觀結構、低自由氯離子含量、強度高、韌性好、生產工藝簡單且應用范圍廣的全組分微米級海水海砂超高性能混凝土。

本發明的技術方案：

一種全組分微米級海水海砂超高性能混凝土，各個組分的重量比為：

水泥：粉煤灰：硅灰：海砂：鉬鉻不銹鋼微絲：海水：減水劑＝1：(0.1～0.3)：(0.2～0.5)：(1.1～1.5)：(0.10～0.30)：(0.30～0.50)：(0.01～0.03)。

進一步地，在上述技術方案中，所述水泥標號為P·O42.5R，其45μm篩的篩余量不超過30％；所述粉煤灰為Ⅰ級粉煤灰，其45μm篩的篩余量不超過12％；所述硅灰的粒徑為0.1-0.3μm。

進一步地，在上述技術方案中，所述海砂的粒徑為125-900μm，并由125～220μm、220～450μm和450～900μm的海砂按照質量比(0.5～1.5):(0.5～1.5):(0.5～1.5)比例組成，優選為1:1:1；淡水沖洗海砂的氯離子含量為0.005％～0.010％，未經淡水沖洗海砂的氯離子含量為0.30％～0.50％。

進一步地，在上述技術方案中，所述鉬鉻不銹鋼微絲的材質是高耐氯離子侵蝕的鉬鉻不銹鋼，其直徑為5～30μm，長度為5～20mm，延伸率＞1％，抗拉強度大于780MPa。

進一步地，在上述技術方案中，所述減水劑為聚羧酸系減水劑，減水率大于30％。