本发明专利技术公开了一种C150强度等级的高性能纤维混凝土及其制备方法，所述混凝土的质量份组成如下：水泥480‑500份、水95‑105份、河砂740‑760份、碎石1000‑1050份、粉煤灰50‑85份、稻壳灰60‑70份、硅灰65‑85份、减水剂14‑15份、激发剂15‑16份、纤维素纤维1.1‑1.8份、羟基改性碳纳米管分散液34‑36份、消泡剂2.4‑2.6份。制备的混凝土具有较高的韧性和优异的耐久性能，与型钢之间具有较高的粘结强度。用于型钢混凝土组合结构中，能够有效发挥型钢与混凝土之间的协同工作性能，弥补型钢与混凝土粘结性能差、无法充分发挥二者各自的力学性能的不足。
【技术实现步骤摘要】
一种C150强度等级的高性能纤维混凝土及其制备方法
本专利技术属于新型建筑材料领域,是一种掺稻壳灰、纤维素纤维以及改性碳纳米管的高强度、高韧性和高耐久性混凝土，具体涉及一种具有高韧性的C150强度等级的高性能纤维混凝土及其制备方法。
技术介绍
普通混凝土和水泥基材料的抗拉强度低，韧性差，硬化过程中或外部荷载作用下会产生大量微裂缝，严重影响混凝土或水泥基复合材料结构的耐久性，降低结构服役寿命。为了克服普通混凝土和高性能混凝土的脆性，具有增韧作用的石棉纤维、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩纤维等长度较大的纤维被用于混凝土中，但是上述长纤维的大量使用容易在混凝土成团，不利于骨料的均匀分散，限制了纤维在含粗骨料混凝土中的应用。碳纳米管是一种具有纳米级别直径和微米级别长度的一维纤维材料，其长径比高达100-1000，弹性模量(可达到1TPa左右)大约是钢材的5倍而密度却只是钢材的1/6；碳纳米管的拉伸强度则可达到60-150GPa，压缩强度为100-170GPa，断裂应变在30-50％范围。因其优异的物理、力学性能，使碳纳米管成为理想的复合材料增强纤维。但是，由于碳纳米管表面完整光滑、缺陷少、缺少活性基团，在水及各种溶液或复合材料中的相对溶解度较低，加之碳纳米管之间存在较大的范德华力、表面处存在很大的表面自由能，因此碳纳米管之间极易发生自发的团聚或缠绕，严重影响碳纳米管在某些聚合物中的均匀分散。本专利技术使用表面活性剂对多壁碳纳米管进行分散和超声处理，在不切断碳纳米管且不破坏其表面结构的基础上，得到能够在水中稳定分散的改性多壁碳纳米管分散液，从而使其能够用于混凝土中，充分发挥其微纤维增韧作用。采用具有蓄水功能和增韧作用的纤维素纤维以及具有超细微孔结构的稻壳灰(具有多孔结构的稻壳灰可吸收水分)，两种材料的“内养护作用”能够促进胶凝材料的水化进程；另外，通过在混凝土中加入改性碳纳米管这两种组分，以改善混凝土的韧性，并使胶凝材料在水化过程中水化的更加充分，改善水化产物的晶体形状乃至混凝土内部结构的致密程度，减少Cl-、SO42-、CO2等有害离子的侵入，最终达到提高混凝土的强度和耐久性能，并提升其韧性、塑性和抗拉强度之目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种C150强度等级的高性能纤维混凝土及其制备方法，本专利技术首次使用纤维素纤维、稻壳灰、改性碳纳米管、水泥、粉煤灰、河砂、碎石、化学外加剂(包括减水剂、激发剂、消泡剂)、水制备了一种具有高体积稳定性、高韧性、高耐久性、超高强度的C150强度等级的纤维高性能混凝土，克服了普通混凝土脆性大、易开裂、耐久性差等不足。通过添加具有火山灰效应、物理填充效应和“内养护作用”的稻壳灰，具有增韧作用和“内养护作用”的纤维素纤维，以及可发挥微纤维填充增韧效应的改性碳纳米管等，各组分之间协同改善混凝土性能，进而配制成一种具有高强度、高体积稳定性、高耐久性及较高韧性的C150强度等级的高性能纤维混凝土。为实现上述目的，本专利技术公开的技术方案是：一种C150强度等级的高性能纤维混凝土，包括下述质量份数的原料：水泥480-500份、水95-105份、河砂740-760份、碎石1000-1050份、粉煤灰50-85份、稻壳灰60-70份、硅灰65-85份、减水剂14-15份、激发剂15-16份、纤维素纤维1.1-1.8份、羟基改性碳纳米管分散液34-36份、消泡剂2.4-2.6份。优选的，所述混凝土中各组分以质量份数计算最优的配合比含量为：水泥492份、水102份、碎石1030份、河砂750份、粉煤灰65份、稻壳灰65份、硅灰80份、减水剂14.3份、激发剂15.4份、纤维素纤维1.6份、羟基改性碳纳米管分散液35份、消泡剂2.6份。所述水泥为P·O52.5R级普通硅酸盐水泥。所述河砂选择级配良好的中粗河砂，细度模数为2.8-3.2。所述碎石选择石灰石为主的人工碎石，粒径范围为5-16mm，按照连续粒级级配。所述的粉煤灰采用电厂优质Ⅰ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于12％，需水量比不大于95％，比表面积应大于400m2/kg。所述硅灰中二氧化硅的质量百分比不小于93％，火山灰活性指数大于90％，平均粒径0.1-0.15μm，比表面积大于15m2/g。所述减水剂是聚羧酸系高性能减水剂，固含量为20％，减水率在25％以上。所述消泡剂采用美国瀚森AXILATDF6352DD消泡剂。所述稻壳灰是由稻壳在650-800℃的温度下焚烧、使用球磨机研磨20-30min制得粉灰色粉末，其二氧化硅含量为90％以上，粒径为10-75μm，比表面积在40-100m2/g之间。所述激发剂采用有机-无机复合激发剂，复合激发剂按照下述质量百分比计的原料复配而成：硫酸钠60-68％、氯化钙30-38％、三乙醇胺1.5-2％。所述纤维素纤维为UF500纤维素纤维，长度为2-3mm，直径为15-20μm，抗拉强度≥900MPa，弹性模量≥8.5GPa，断裂延伸率达到10％，比重为1.1g/cm3。所述羟基改性碳纳米管分散液是通过下述方法制得的：1)配制浓度为2.0M的NaOH水溶液，称取2份多壁碳纳米管加入100份配制的NaOH水溶液中，超声处理5min；将碳纳米管分散液倒入高压反应釜，密封后180℃反应120min；后冷却至室温，离心分离，加入去离子水稀释并洗涤，除去清液；再超声10min，搅拌，偏氯乙烯滤膜过滤，所得固态产物水洗至滤液为中性；40℃下干燥12h，得到表面含羟基等含氧官能团的改性多壁碳纳米管；2)称取步骤1)中制备的表面含羟基等含氧官能团的改性多壁碳纳米管、表面活性剂0.5份、消泡剂0.1份和去离子水98份，将表面活性剂、消泡剂和改性碳纳米管依次分散到去离子水中，搅拌，使碳纳米管被表面活性剂水溶液完全浸湿；超声处理30min；之后对分散液进行离心沉降；3)将上层液体过300目滤布，得到碳纳米管分散液1；将底部沉淀团聚的碳纳米管按照步骤2)再次进行超声60min，得到碳纳米管分散液2，碳纳米管分散液1和2中羟基改性多壁碳纳米管在水中能够均匀稳定分散。所述多壁碳纳米管平均管径为40-50nm，长度为10-20μm，纯度≥98％；所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚；所述消泡剂采用美国瀚森AXILATDF6352DD消泡剂。本专利技术还提供了一种C150强度等级的高性能纤维混凝土的制备方法，包括如下步骤：1)将14-15份减水剂和34-36份羟基改性碳纳米管分散液加入到总水量的25％的水中，记为水溶液1；将称量好的2.4-2.6份消泡剂加入25％的水中，记为水溶液2；2)把按质量比称取740-760份河砂、1000-1050份碎石、1.1-1.8份纤维素纤维加入到搅拌机中，均匀搅拌2-3min；3)然后，依次加入480-500份水泥、50-85份粉煤灰、60-70份稻壳灰、65-85份硅灰和15-16份激发剂，再将总用水量的50％的水加入到搅拌机中，均匀搅拌2-3min；4)随后向搅拌机中加入步骤1)中的水溶液1，均匀搅拌3-4min；5)最后观察拌合物的流动性，继续将步骤1)中配制的水溶液2，均匀搅拌3-5min，出料，得到所制备的混凝土拌合料；并成型、养护。制备方法中混凝土成型与养护方法为水中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，纤维混凝土包括下述质量份数的原料：水泥480‑500份、水95‑105份、河砂740‑760份、碎石1000‑1050份、粉煤灰50‑85份、稻壳灰60‑70份、硅灰65‑85份、减水剂14‑15份、激发剂15‑16份、纤维素纤维1.1‑1.8份、羟基改性碳纳米管分散液34‑36份、消泡剂2.4‑2.6份。
【技术特征摘要】
1.一种C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，纤维混凝土包括下述质量份数的原料：水泥480-500份、水95-105份、河砂740-760份、碎石1000-1050份、粉煤灰50-85份、稻壳灰60-70份、硅灰65-85份、减水剂14-15份、激发剂15-16份、纤维素纤维1.1-1.8份、羟基改性碳纳米管分散液34-36份、消泡剂2.4-2.6份。2.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述混凝土中各组分以质量份数计算配合比含量为：水泥492份、水102份、碎石1030份、河砂750份、粉煤灰65份、稻壳灰65份、硅灰80份、减水剂14.3份、激发剂15.4份、纤维素纤维1.6份、羟基改性碳纳米管分散液35份、消泡剂2.6份。3.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O52.5R级普通硅酸盐水泥；所述河砂选择级配良好的中粗河砂，细度模数为2.8-3.2；所述碎石选择石灰石为主的人工碎石，粒径范围为5-16mm，按照连续粒级级配；所述的粉煤灰采用电厂优质Ⅰ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于12％，需水量比不大于95％，比表面积应大于400m2/kg；所述硅灰中二氧化硅的质量百分比不小于93％，火山灰活性指数大于90％，平均粒径0.1μm-0.15μm，比表面积大于15m2/g；所述减水剂是聚羧酸系高性能减水剂，固含量为20％，减水率在25％以上；所述消泡剂采用美国瀚森AXILATDF6352DD消泡剂。4.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述稻壳灰是由稻壳在650-800℃的温度下焚烧、使用球磨机研磨20-30min制得粉灰色粉末，其二氧化硅含量为90％以上，粒径为10-75μm，比表面积在40-100m2/g之间。5.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述激发剂采用有机-无机复合激发剂，复合激发剂按照下述质量百分比计的原料复配而成：硫酸钠60％-68％、氯化钙30％-38％、三乙醇胺1.5％-2％。6.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述纤维素纤维为UF500纤维素纤维，长度为2-3mm，直径为15-20μm，抗拉强度≥900MPa，弹性模量≥8.5GPa，断裂延伸率达到10％，比重为1.1g/cm3。7.根据权利要求1所述的C150强度等级的高性能纤维混凝土，其特征在于，所述羟基改性碳纳米管分散液是通过下述方法制得的：1)配制浓度为2.0M的NaOH水溶液，称取2份多壁碳纳米管加入100份配制的NaOH水溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑山锁，董方园，牛丽华，张艺欣，郑捷，尚志刚，郑淏，宋明辰，裴培，董立国，王岱，郑跃，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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