高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土及制备方法，配合比包括：水泥：砂：碎石：粉煤灰：秸秆灰：硅灰：纳米硅：水：减水剂：激发剂：消泡剂：减缩剂：苎麻纤维：玄武岩纤维：羟基改性单壁碳纳米管分散液：羧基改性聚乙烯醇聚合物＝480

【技术实现步骤摘要】
高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土及制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料领域,是一种掺苎麻纤维、玄武岩纤维、羧基改性聚乙烯醇聚合物、羟基改性单壁碳纳米管分散液、秸秆灰、粉煤灰、硅灰和纳米硅的具有较高韧性、高粘结性、高耐久性、高体积稳定性的混凝土，具体涉及一种高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]在结构设计中，考虑到使用功能、构件刚度与施工方便的需求，通常需针对不同受力情况采用不同标号混凝土，以满足构件受荷时所需的抗压、抗弯、抗劈拉强度，以及保证混凝土与钢材协同工作的粘结强度。不同标号的混凝土材料弹性模量不同，变形性能不同，故强度指标过大或过小，都会造成构件受力时钢与混凝土的变形不协调，从而造成两种材料无法完全协同工作或某一材料无法充分发挥力学性能，导致材料浪费。普通混凝土与高性能混凝土材料抗裂性能差、脆性大并且随着混凝土强度等级提高，脆性特征愈专利技术显，而在高应力或复杂应力状态下，往往又需要使用特定高强度等级的混凝土，如在超高层结构的不同加强层、抗震加强区、底部框剪层的框架柱(尤其是角柱)、剪力墙以及巨型超高层结构的不同楼层中，强度指标小会造成构件截面过大，从而导致刚度过大、肥梁胖柱，结构使用功能受限，强度指标过大会造成构件刚度不足或材料浪费，因此，考虑承载力、刚度需求及经济效益、设计需求等，有时需特定使用C170强度等级的混凝土，此时，混凝土的脆性特征将会降低构件与结构的抗震承载能力，乃至影响其安全可靠性。同时，随着钢材力学性能的逐步提高，普通混凝土的韧性、变形性能和粘结性能已难以满足混凝土与型钢之间的协同作用。
[0003]硅灰具有优异的颗粒尺寸和火山灰活性，是一种制备高性能混凝土的重要矿物掺合料，但其在我国的年产量较低，仅有3000t-4000t，只能满足部分高性能混凝土的需求，限制了其大量使用。而我国作为农业大国，每年秸秆产量在7亿t以上，位居世界首位。目前，只有小部分秸秆用于生物质能电厂发电，而大部分的秸秆仍被自然堆放或露天焚烧，造成资源浪费与环境污染。电厂发电产生的秸秆灰，如果不妥善开发利用，则会造成环境的二次污染。随着科技进步发现，玉米秸秆在适当的条件下进行焚烧而制备的秸秆灰中，含有85％左右的非晶态SiO2，以及一定量的活性Al2O3等金属氧化物，K、Na含量较少，能充分发挥火山灰效应与微集料填充效应，可在混凝土中应用以改善力学性能。
[0004]混凝土及水泥基复合材料通常通过加入纤维改善其韧性，现有钢纤维与合成纤维在混凝土工程应用中，因工艺复杂、成本高、产量低而难以推广，工程界逐步开始寻找来源丰富的高性能植物纤维来替代钢纤维与合成纤维。苎麻纤维纤维素含量高、强度大、韧性高，耐酸碱度高，绿色无污染，能有效代替钢纤维与合成纤维在工程中的应用。而我国是苎麻主要产地，产量占世界的90％以上，这使得苎麻纤维在我国获取方便，价格低廉，具有较大的推广应用价值。同时，由于混凝土中存在不同尺寸的裂缝，掺加单一纤维往往无法达到最佳增韧效果。
[0005]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，具有优异的物理力学性能，其弹性模量约为1TPa，是钢材的5倍左右，密度仅为钢材的1/6；碳纳米管的抗拉强度可达到60-150GPa，压缩强度达到100-170GPa，断裂应变为30％-50％。但碳纳米管表面完整光滑、缺陷和活性基团少，在水及各种溶液或复合材料中的相对溶解度较低，存在较大的范德华力和表面自由能，极易发生自发的团聚或缠绕，严重影响碳纳米管在聚合物中的均匀分散。碳纳米管根据层数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，多壁碳纳米管在形成时层与层之间很容易捕获各种缺陷，造成管壁布满小洞样的缺陷，从而影响其力学性能，故选用单壁碳纳米管，对其改性后使用表面活性剂和超声处理进行分散，在不切断碳纳米管且不破坏其力学性能的基础上，得到能够在水中稳定分散的改性单壁碳纳米管分散液，从而使其能够在混凝土中充分发挥其微纤维增韧及增强作用。
[0006]综上所述，从绿色环保、节约成本、有效利用资源的角度出发，采用多级裂缝控制及从宏观到微观的颗粒级配优化设计，并考虑将其有机结合形成统一整体，实现对混凝土内部结构的改善与增强，配制出一种C170强度等级的、具有较高韧性、高粘结性、高耐久性、较好的协同变形能力、能与高性能钢协同工作的高韧高粘结性超高强混凝土成为目前本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种在超高层结构的不同加强层、抗震加强区、底部框剪层的框架柱(尤其是角柱)、剪力墙以及巨型超高层结构的不同楼层中使用的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土及其制备方法，该混凝土具有高韧性、高粘结性、高耐久性、高体积稳定性以及较好的协同变形能力，能与钢材较好地协同工作。
[0008]为实现上述目的，本专利技术公开的技术方案是：高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，包括下述质量份数的原料：
[0009]水泥480-490份、砂715-725份、碎石975份、粉煤灰70-75份、秸秆灰70-75份、硅灰55-60份、纳米硅4.2-4.4份、水95-100份、减水剂15-17份、激发剂13.5-14份、消泡剂2.4-2.8份、减缩剂13-14份、苎麻纤维5.7-6份、玄武岩纤维10.4-10.7份、羧基改性聚乙烯醇聚合物18-20份、羟基改性单壁碳纳米管分散液28-32份。
[0010]进一步，所述水泥为P
·
I62.5R级硅酸盐水泥，选择与聚羧酸系减水剂相容性良好的水泥品种。
[0011]所述砂采用质量比为7:3的质地坚硬的河砂和级配良好的优质石英砂，河砂细度模数为2.8-3.0，石英砂中二氧化硅含量不小于98％，粒径为0.3-0.6mm，密度为2.62g/cm3；
[0012]所述碎石选择级配良好、致密坚硬、表面粗糙的玄武岩碎石，将连续粒级的5-10mm、10-15mm的所述碎石按照7:3的质量比混合使用，母体岩石强度不低于250MPa，最大粒径不超过15mm；
[0013]所述粉煤灰采用电厂优质Ⅰ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于10％，需水量比不大于95％，比表面积应大于400m2/kg。
[0014]所述秸秆灰是由成熟玉米秸秆的茎干在650-820℃的温度下焚烧，再经过去钾处理，随后使用球磨机研磨25min制得，其二氧化硅含量大于84.1％，平均粒径为6-12μm，比表面积大于12m2/g。
[0015]进一步的，所述去钾处理方法步骤如下：
[0016]1)将秸秆灰置于蒸馏水中搅拌浸泡，随后静置，倒去上层清液后继续加蒸馏水搅拌浸泡，重复此过程5次以上，浸泡时间持续一周；
[0017]2)最后一次将上层清液倒去后，用蒸馏水加热至90℃保温15-20min，保温结束后再加蒸馏水浸泡，重复步骤1)；
[0018]3)将步骤1)、2)按顺序再重复两次；
[0019]4)最后60℃保温2h，将上层清液倒去后，烘干备用。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，其特征在于，混凝土包括下述质量份数的原料：水泥480-490份、砂715-725份、碎石975份、粉煤灰70-75份、秸秆灰70-75份、硅灰55-60份、纳米硅4.2-4.4份、水95-100份、减水剂15-17份、激发剂13.5-14份、消泡剂2.4-2.8份、减缩剂13-14份、苎麻纤维5.7-6份、玄武岩纤维10.4-10.7份、羧基改性聚乙烯醇聚合物18-20份、羟基改性单壁碳纳米管分散液28-32份。2.根据权利要求1所述的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为P
·
I62.5R级硅酸盐水泥，选择与聚羧酸系减水剂相容性良好的水泥品种；所述砂采用质量比为7:3的质地坚硬的河砂和级配良好的优质石英砂，河砂细度模数为2.8-3.0，石英砂中二氧化硅含量不小于98％，粒径为0.3-0.6mm，密度为2.62g/cm3；所述碎石选择级配良好、致密坚硬、表面粗糙的玄武岩碎石，将连续粒级的5-10mm、10-15mm的所述碎石按照7:3的质量比混合使用，母体岩石强度不低于250MPa，最大粒径不超过15mm；所述粉煤灰采用电厂优质Ⅰ级粉煤灰，其45μm方孔筛筛余不大于10％，需水量比不大于95％，比表面积应大于400m2/kg；所述硅灰其二氧化硅含量大于93％，火山灰活性指数大于95％，平均粒径为0.1μm-0.15μm，比表面积大于25m2/g；所述纳米硅为气相法制得高纯度纳米二氧化硅，其纯度大于99％，平均粒径为10nm-40nm，比表面积大于130m2/g；所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，固含量为20％，减水剂的减水率在35％以上；所述消泡剂采用立奇X-2756高效混凝土消泡剂；所述减缩剂为SU-SRA型减缩剂。3.根据权利要求1所述的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，其特征在于，所述秸秆灰是由玉米秸秆的成熟茎干在650-820℃的温度下焚烧，再经过去钾处理，随后使用球磨机研磨25min制得，其二氧化硅含量大于84.1％，平均粒径为6-12μm，比表面积大于12m2/g。4.根据权利要求3所述的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，其特征在于，所述去钾处理方法，包括如下步骤：1)将秸秆灰置于蒸馏水中搅拌浸泡，随后静置，倒去上层清液后继续加蒸馏水搅拌浸泡，重复此过程5次以上，浸泡时间持续一周；2)最后一次将上层清液倒去后，用蒸馏水加热至90℃保温15-20min，保温结束后再加蒸馏水浸泡，重复步骤1)；3)将步骤1)、2)按顺序再重复两次；4)最后60℃保温2h，将上层清液倒去后，烘干备用。5.根据权利要求1所述的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，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：二水石膏50-58％、氯化钙40-48％、三乙醇胺1.5-2％。6.根据权利要求1所述的高韧高粘结性C170强度超高强纤维混凝土，其特征在于，所述苎麻纤维为碱处理烘干后精干麻纤维，长度为40-50mm，直径为30μm-40μm，抗拉强度≥
766MPa，弹性模量≥9.1GPa，断裂延伸率达到8.9％，比重为1.54-1.55g/cm3；所述玄武岩纤维长度为12mm，直径为7μm-15μm，抗拉强度≥3000MPa，弹性模量≥91GPa，比重为2.63-2.65g/cm3。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑山锁，段培亮，阮升，李亚辉，郑跃，董立国，贺金川，刘华，张晓宇，郑捷，王斌，董晋琦，杨松，张晓辉，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：