一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法。所述每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.08组成。本发明专利技术采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管作为掺合料，三种掺合料原料之间相互激发，不仅可以提高混凝土的早期和后期强度，还能有效改善混凝土的微观裂纹，并且使得混凝土工作性能、力学性能得以提升。同时，本发明专利技术采用的掺合料既缓解了高强混凝土对硅灰及超细矿渣粉供应的压力，又提高了农业废弃物稻壳灰的利用率，符合可持续发展的需要。

A kind of high performance concrete with rice husk ash, silica fume and carbon nanotubes as admixtures and its preparation method

The invention discloses a high performance concrete prepared with rice husk ash, silica fume and carbon nanotubes as admixtures and a preparation method thereof. The concrete per cubic meter consists of the following raw materials: 600-720 portions of cement, 50-100 portions of admixture, 850-1000 portions of coarse aggregate, 550-650 portions of fine aggregate, 90-130 portions of water, 13-25 portions of water reducer. The admixture is composed of rice husk ash, silica fume and carbon nanotubes with a mass ratio of 2-10:2-10:0.001-0.08. . The invention adopts rice husk ash, silica fume and carbon nanotubes as admixtures, and the three admixture materials excite each other, which can not only improve the early and late strength of concrete, but also effectively improve the microcrack of concrete, and improve the working performance and mechanical properties of concrete. At the same time, the admixture adopted by the invention not only alleviates the pressure of high-strength concrete on the supply of silica fume and ultra-fine slag powder, but also improves the utilization ratio of rice husk ash, which meets the needs of sustainable development.

【技术实现步骤摘要】
一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法
本专利技术属于建筑材料领域，更具体地，涉及一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土及其制备方法。
技术介绍
水泥混凝土作为最为大宗、使用最为广泛的人造材料，是桥梁、建筑、公路、水利、交通等的主要建筑工程材料。水泥混凝土具备材料来源广泛、施工工艺简易、硬化前可塑性强、能耗低等优点。水泥混凝土具备诸多其他材料无法媲美的优点。但是，水泥混凝土自重大、延展性差、易开裂等缺点也在很大程度上限制了水泥混凝土的应用，使其面临着严峻挑战。作为一种脆性材料，水泥混凝土内部存在大量裂缝，随着外围荷载的不断作用，其内部的微裂纹会逐渐扩展、汇聚，最终形成宏观裂纹，导致混凝土结构发生破坏。随着纳米材料的发展，国内外学者开始探索纳米尺度纤维在改善混凝土微观裂纹方面发挥有效作用的可能性。目前，由于碳纳米管生产成本较高，且产量较低等因素限制其实际工业化中的应用，大多学者仅研究了碳纳米管改性水泥胶砂或水泥净浆，对于碳纳米管改性混凝土的研究寥寥无几，尤其在超高强高性能混凝方面的研究更是凤毛麟角。众所周知，混凝土的脆性随着强度的增高而增大，强度越高越容易开裂。因此，碳纳米管改性超高强高性能混凝土究具有重要的实验意义和价值，有必要进行系统全面的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土。本专利技术采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管作为掺合料，三者之间相互激发，不仅可以提高混凝土的早期强度和后期强度，还能有效改善混凝土的微观裂纹，制备得到高强高性能的混凝土。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现的：一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.08组成。碳纳米管是一种一维纳米材料，其长径比可高达1000：1以上，对抑制微裂纹扩展和形成发挥极大作用。稻壳灰是我国资源极其丰富的农业废弃物，但其有着巨大的潜在价值。由于其化学活性可媲美硅灰，可代替或部分代替硅灰制备超高强混凝土。稻壳灰为多孔结构，导致其具有巨大比表面积，是硅灰的数倍。但是随着掺量的增加，稻壳灰巨大的比表面积使其吸附大量的水，导致流动性能降低。为保证流动性，则需要使用更多的水，不符合节能环保的出发点。硅灰是一种表面光滑的球形颗粒，具有润滑作用和滚珠效应，其比表面积较稻壳灰小，所以硅灰的掺入虽吸附一部分水但流动性能降低不多。硅灰是一种球形颗粒，表面十分光滑，硅灰与稻壳灰复掺，能有效提高因稻壳灰巨大比表面积引起的需水量增大的问题，对改善水泥胶砂流动性能起到显著作用。并且硅灰与稻壳灰粒径不同，使级配更为合理，复掺稻壳灰、硅灰可以相互激发，协同改性水泥基材料力学性能。碳纳米管-水泥体系中，碳纳米管的填充、承载、桥联和拔出等物理增强作用占主导地位，能够有效减少和抑制微裂纹，有效分担和传递外力，从而改善水泥基材料力学性能。碳纳米管的物理填充作用能够一定程度上改善水泥基材料抗氯离子性能。而当高火山灰活性的掺合料硅灰、稻壳灰的加入时，可促进水化反应，减少氢氧化钙定向排列，生成水化硅酸钙凝胶填充孔隙，使水泥基材料密实性提高。因此，一定量的硅灰、稻壳灰的掺加使水泥基材料结构更加密实，有效改善水泥基材料力学性能。值得一提的是，将硅灰掺入碳纳米管增强水泥基复合材料中，可以促进碳纳米管的有效分散，且能够提高碳纳米管与水泥基体界面之间的粘结强度。这是由于硅灰的颗粒尺寸在10～500nm之间，与碳纳米管的直径尺寸较接近，当硅灰颗粒与团聚的碳纳米管相混合时，能够有效分散碳纳米管。此外，硅灰的主要成分为无定形SiO2，常温下具有很高的化学反应活性，能够与水泥水化产生的氢氧化钙反应，生成C-S-H凝胶，可在碳纳米管管壁表面形成物理锚固点，从而有效提高碳纳米管与水泥基体之间的界面粘结强度。可见，纳米尺度颗粒能够促进碳纳米管在水泥混合物中的有效分散，特别是当其具有高化学活性时，还可改善碳纳米管与水泥基体界面之间的粘结性能。优选地，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～650份，掺合料80～100份，粗骨料900～920份，细骨料600～620份，水110～120份，减水剂18～20份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.05组成。优选地，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥633.6份，掺合料85～87份，粗骨料913份，细骨料608.7份，水115.2份，减水剂19～20份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为10︰2︰0.05组成。优选地，所述稻壳灰中纳米SiO2的含量超过总质量的90%。优选地，所述碳纳米管的长径比在200～1000。优选地，所述硅灰的颗粒尺寸为10～500nm。优选地，所述粗骨料包括粒径大小为5～10mm爪米石和粒径大小为10～18mm花岗岩碎石。本专利技术同时还保护所述采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1.先将稻壳灰低温焚烧、粉碎，然后将稻壳灰、硅灰和碳纳米管混合均匀；S2.然后将水泥、掺合料、粗骨料、细骨料、减水剂和水按照上述配方进行混合，即可制备得到高强高性能混凝土。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管作为掺合料，其中稻壳灰和硅灰原料廉价、易获取；三种掺合料原料之间相互激发，不仅可以提高混凝土的早期强度和后期强度，还能有效改善混凝土的微观裂纹，并且使得混凝土工作性能、力学性能得以提升。同时，本专利技术采用的掺合料既缓解了高强混凝土对硅灰及超细矿渣粉供应的压力，又提高了农业废弃物制备的稻壳灰为掺合料的效率，符合可持续发展的需要。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例11、采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土的制备过程：（1）复合掺合料的制备过程：将稻壳低温焚烧1h后，使用球磨机研磨1h，得到纳米SiO2含量达到90%以上的稻壳灰，将其与埃硅灰、碳纳米管混匀，即得复合掺合料。（2）然后将水泥、掺合料、粗骨料、细骨料、减水剂和水按照特定的配比进行混合，即可制备得到高强高性能混凝土。所用碳纳米管(CNT)为深圳纳米港有限公司的生产的已分散均匀的碳纳米管水溶液（CNT含量约5wt%），液体呈黑色，长径比在200～1000之间；所用硅灰购自埃肯国际贸易（上海）有限公司、型号为920U、水泥购自广州市珠江水泥有限公司，为金羊牌P.II.525R水泥；细集料为广州越秀区水洗海砂,细度模数为2.46,中砂,级配曲线为2区；粗集料为惠州博罗石场产的5～10mm爪米石（C.A1)和10～18mm花岗岩碎石（C.A2）；减水剂购自广州西卡建筑材料有限公司，为Vi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土，其特征在于，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.08组成。

【技术特征摘要】
1.一种采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土，其特征在于，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～720份，掺合料50～100份，粗骨料850～1000份，细骨料550～650份，水90～130份，减水剂13～25份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.08组成。2.根据权利要求1所述采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土，其特征在于，每立方米混凝土包括以下重量份数的原料：水泥600～650份，掺合料80～100份，粗骨料900～920份，细骨料600～620份，水110～120份，减水剂18～20份，其中掺合料为稻壳灰、硅灰和碳纳米管以质量比为2～10︰2～10︰0.001～0.05组成。3.根据权利要求2所述采用稻壳灰、硅灰和碳纳米管为掺合料制备的高性能混凝土，其特征在于，每立方米混凝土包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳东，许可悦，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44