高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土及其制备方法技术

高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土及其制备方法，包括：水泥、粉煤灰、硅粉、钢渣粉、氮化硼、氧化石墨烯片层粉体、砂、碎石、高强度聚乙烯醇纤维、聚羧酸系减水剂、分散激发剂、改性氧化石墨烯分散液和水。所得混凝土的初始及28天龄期导热系数分别为6.26～7.53W/(m·K)和9.58～12.73W/(m·K)，具有分散传导水泥水化热及抵御环境温度变化导致温度裂缝的能力，28天龄期混凝土的抗压强度为87.6～116.7MPa，抗折强度为17.6～19.5MPa，劈拉强度为11.7～12.6MPa，抗弯拉强度为12.4～13.8MPa，抗弯拉弹性模量为45.7～52.5GPa，抗水渗透性、抗氯离子渗透性、抗冻融、抗碳化性能均达到了最高水平，所制备混凝土具有良好的社会经济效益。

【技术实现步骤摘要】
高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土及其制备方法
本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土及其制备方法。
技术介绍
大体积混凝土是指现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施解决水泥水化热及随之引起的体积变形问题，以最大的限度较少混凝土中的温度裂缝及开裂，如各种混凝土水电大坝、港口码头、高层建筑物的地下混凝土结构及各种大型混凝土基础工程等都是大体积混凝土的实例。大体积混凝土施工的重要的技术问题就是控制温度裂缝的产生及其扩展，主要原因是混凝土在固化过程中水泥水化反应释放的热量不能及时均匀的扩散而产生较大的温度不均匀的变化，从而产生了温度差异导致混凝土出现了裂缝。一般混凝土结构的破坏和倒塌都是从裂缝的扩展开始的，所以人们对裂缝往往产生一种破坏前兆的恐惧感，裂缝的扩展是结构物破坏的初始阶段，结构物裂缝可以引起渗漏，引起持久强度的降低，如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土碳化等。目前，已经建成的大体积混凝土工程如水电大坝、大型建筑地下基台等都不同程度的存在着温度裂缝及其造成的危害，水泥水化反应产生的水化热导致混凝土内部温度不均衡使得混凝土结构内材料不均匀变形，导致产生裂缝，产生的裂缝会给混凝土带来一系列的结构和强度的劣化效应，降低混凝土结构的整体性能，引起渗漏、锈蚀及混凝土结构的破坏和坍塌。大体积混凝土中由温度不均匀导致的裂缝占到了80％，而由载荷引起裂缝只占到了20％，因此控制温度裂缝一直是大体积混凝土工程实践中需要解决的难点，也一直是本领域研究的热点。目前大体积混凝土温度裂缝控制的主要采用传统的施工控制，如在施工过程利用减水缓凝剂延缓延长水泥水化反应时间，减缓水化热的集中释放；在混凝土结构内加入增强增韧材料如钢筋、钢纤维和无机有机纤维等；在混凝土结构内增加降温管道，消除减少水化热产生的温度裂缝；针对已经出现的裂缝则是使用各种裂缝修补材料进行修补维修。所有这些方法都没有从根本上消除温度裂缝产生的根源。大体积混凝土容易产生温度裂缝的根源在于混凝土材料自身的传热及消除温度差异的能力较弱，首先混凝土属于脆性材料，抗拉强度是抗压强度十分之一左右，拉伸变形很小，短期极限拉伸变形只有(0.6～1.0)×10-4，相当于温度变化6～10℃引起的变形，长期加载时的极限拉伸变形也只有(1.2～2.0)×10-4。其次是混凝土传热不好，如混凝土在初始和固化后的导热系数分别为0.6和1.6W/(m·K)左右(水在27℃的导热系数为0.6084W/(m·K)，金属铜的导热系数401W/(m·K))，属于导热性较差的材料，大体积混凝土一次性浇注尺寸比较大，水泥水化热释放集中致使内部温度上升较快，然后温度又会降低，导致混凝土结构内局部温度不均匀，就会影响结构材料产生很大的拉伸应力，导致裂缝。再者大体积混凝土通常是暴露在外面的，受到各种复杂环境条件的影响，一天之内及一年四季中温度变化在大体积混凝土结构中会引起相当大的拉应力，导致温度裂缝。因此，大体积混凝土结构中往往会由于温度变化而产生很大的拉应力，导致大体积混凝土结构中往往会出现这种所谓的“温度裂缝”。对于大体积混凝土的工程来说，要防止大体积混凝土结构中出现危害性的裂缝，保持水化热的及时传导及热量的均匀分散平衡和服役使用时对于环境温度的及时分散传导才能从根本上解决混凝土的温度裂缝问题。随着我国经济建设和社会的飞速发展，大体积混凝土的使用如海上平台、高层建筑、码头港口、水电大坝等基础设施也在迅速的发展和建设之中，因此，对于高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土有着迫切的需求。目前存在的主要问题依然是抗压强度等指标容易达到，高韧性及抗裂缝、抗渗透、高导热等耐久性指标难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种C80～C110强度等级的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土及其制备方法，具有分散传导水泥水化热及抵御环境温度变化导致的温度裂缝的能力，抗水渗透性、抗氯离子渗透性、抗冻融、抗碳化性能均达到了高性能混凝土要求，所制备的混凝土具有高强度高韧性高导热高抗渗的特点，能够满足各种大体积混凝土建筑及工程的要求。为达到上述目的，本专利技术的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，按质量份数包括：水泥384～424份、粉煤灰55～61份、硅粉44～48.8份、钢渣粉33～36.6份、氮化硼粉27.5～30.5份、氧化石墨烯片层粉体8.3～11.0份、砂子544～648份、碎石1010～1105份、高强度聚乙烯醇纤维1.4～1.6份、聚羧酸系减水剂11～12.2份、分散激发剂5.5～6.1份、改性氧化石墨烯分散液55.0～97.6份、水91.5～126.5份。所述水泥为P·O42.5标号硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径尺寸为0.1～0.3μm的超细硅灰，比表面积比不小于6000m2/kg，烧失量小于3.0％，SiO2含量大于90％；所述氮化硼为超细六方氮化硼粉，粒径范围1～3μm，比表面积不小于5000m2/kg，纯度不小于99％，维系硬度108GPa，导热系数20～30W/(m·K)；所述高强度聚乙烯醇纤维采用直径15μm，长度4～6mm，密度为1.3g/cm3，抗拉强度为1200MPa，杨氏模量为35GPa，断裂伸长率为3～5％；所述的钢渣粉为炼钢厂产生的矿渣经研磨所得，粒径为1～3μm，比表面积不小于5000m2/kg，密度3.1g/cm3～3.7g/cm3，氯离子含量小于0.06％，三氧化硫含量2.1～4.0％，活性级别为S95级。所述砂子为石英砂，由细度模数为1.6～2.2、2.3～3.0两种细度砂子按4:3的质量比混合而成，堆积密度为1480～1560kg/m3。所述粉煤灰为火电厂燃煤产生的粉煤灰经过研磨成为超细粉煤灰，粒径为3～5μm，比表面积不小于4000m2/kg，烧失量不大于3.2％，密度不小于2.54g/cm3，需水量不大于91％，SiO2含量55～60％，Fe2O3含量6.1～6.5％，Al2O3含量22～24％，CaO含量3.9～4.5％。所述碎石为花岗岩或玄武岩的碎石，由粒径为3～10mm、10～20mm和20～30三级配按照质量份5:3:2组成，压碎指标为9％，堆积密度为1550～1780kg/m3。所述减水剂是聚羧酸系减水剂，减水率为33～35％，有效成份含量为20％，1小时内坍落度损失小于5％，2小时坍落度损失小于10％。所述氧化石墨烯片层粉体的片层厚度为2.35～2.75nm，片层平面尺寸为1.3～2.5μm，含氧量为8.5～13.8％，比表面积为261～287m2/g，导热系数为1326～1852W/(m·K)，氧化石墨烯片层粉体制备方法为：先将石墨粉90～120份、研磨助剂6～9份和分散助剂8～12份放入球磨罐内混合研磨，研磨1小时后加入氧化剂14～16份和氧化助剂2～3份，然后在继续研磨20小时，所述石墨粉的粒径为13～15μm，碳含量不小于99.5％；所述氧化剂为氯酸钾、过硫酸钾和重铬酸钾按5:5:6的质量份组成；所述氧化助剂为二氧化铅或者三氟化钴；所述分散助剂为粉状聚羧酸减水剂，固体聚羧酸减水剂含量不小于99.5％，含水率不大于2％，细度为平均粒径为35μm，减水率不小于30％，所述研磨助剂由硅粉和钢渣粉按1:2的质量份组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：按质量份数包括：水泥384～424份、粉煤灰55～61份、硅粉44～48.8份、钢渣粉33～36.6份、氮化硼粉27.5～30.5份、氧化石墨烯片层粉体8.3～11.0份、砂子544～648份、碎石1010～1105份、高强度聚乙烯醇纤维1.4～1.6份、聚羧酸系减水剂11～12.2份、分散激发剂5.5～6.1份、改性氧化石墨烯分散液55.0～97.6份、水91.5～126.5份。

【技术特征摘要】
1.高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：按质量份数包括：水泥384～424份、粉煤灰55～61份、硅粉44～48.8份、钢渣粉33～36.6份、氮化硼粉27.5～30.5份、氧化石墨烯片层粉体8.3～11.0份、砂子544～648份、碎石1010～1105份、高强度聚乙烯醇纤维1.4～1.6份、聚羧酸系减水剂11～12.2份、分散激发剂5.5～6.1份、改性氧化石墨烯分散液55.0～97.6份、水91.5～126.5份。2.根据权利要求1所述的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：所述水泥为P·O42.5标号硅酸盐水泥；所述硅粉的粒径尺寸为0.1～0.3μm的超细硅灰，比表面积比不小于6000m2/kg，烧失量小于3.0％，SiO2含量大于90％；所述氮化硼为超细六方氮化硼粉，粒径范围1～3μm，比表面积不小于5000m2/kg，纯度不小于99％，维系硬度108GPa，导热系数20～30W/(m·K)；所述高强度聚乙烯醇纤维采用直径15μm，长度4～6mm，密度为1.3g/cm3，抗拉强度为1200MPa，杨氏模量为35GPa，断裂伸长率为3～5％；所述的钢渣粉为炼钢厂产生的矿渣经研磨所得，粒径为1～3μm，比表面积不小于5000m2/kg，密度3.1g/cm3～3.7g/cm3，氯离子含量小于0.06％，三氧化硫含量2.1～4.0％，活性级别为S95级。所述砂子为石英砂，由细度模数为1.6～2.2、2.3～3.0两种细度砂子按4:3的质量比混合而成，堆积密度为1480～1560kg/m3。3.根据权利要求1所述的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为火电厂燃煤产生的粉煤灰经过研磨成为超细粉煤灰，粒径为3～5μm，比表面积不小于4000m2/kg，烧失量不大于3.2％，密度不小于2.54g/cm3，需水量不大于91％，SiO2含量55～60％，Fe2O3含量6.1～6.5％，Al2O3含量22～24％，CaO含量3.9～4.5％。4.根据权利要求1所述的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：所述碎石为花岗岩或玄武岩的碎石，由粒径为3～10mm、10～20mm和20～30三级配按照质量份5:3:2组成，压碎指标为9％，堆积密度为1550～1780kg/m3。5.根据权利要求1所述的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸系减水剂，减水率为33～35％，有效成份含量为20％，1小时内坍落度损失小于5％，2小时坍落度损失小于10％。6.根据权利要求1所述的高强度高韧性高导热高抗渗大体积混凝土，其特征在于：所述氧化石墨烯片层粉体的片层厚度为2.35～2.75nm，片层平面尺寸为1.3～2.5μm，含氧量为8.5～13.8％，比表面积为261～287m2/g，导热系数为1326～1852W/(m·K)，氧化石墨烯片层粉体制备方法为：先将石墨粉90～120份、研磨助剂6～9份和分散助剂8～12份放入球磨罐内混合研磨，研磨1小时后加入氧化剂14～16份和氧化助剂2～3份，然后在继续研磨20小时，所述石墨粉的粒径为13～15μm，碳含量不小于99.5％；所述氧化剂为氯酸钾、过硫酸钾和重铬酸钾按5:5:6的质量份组成；所述氧化助剂为二氧化铅或者三氟化钴；所述分散助剂为粉状聚羧酸减水剂，固体聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕生华，习海涛，刘锦茹，雷颖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61