【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水泥基建筑材料，尤其是涉及一种超高延性耐高温煤矸石混凝土及其制备方法。
技术介绍
1、煤炭是重要的化石能源之一，随着煤炭的大规模开发利用，煤炭开采和洗煤过程中排放的固体废弃物煤矸石越来越多。煤矸石的大量堆积严重污染大气、土地和水源，对堆放区域周边的安全及环境产生了隐患，其资源化利用已迫在眉睫。煤矸石是一种由砂岩和页岩等组成的复杂混合物，较碎石孔隙率大，且针片状颗粒含量高，棱角多，内部结构复杂，直接利用原状煤矸石制备混凝土易发生脆性断裂，易受高温损伤，在延性、抗压强度等方面往往无法满足多要求的工程需求，这限制了其在某些工程中的应用。
2、超高延性混凝土(ultra-high ductile concrete，uhdc)作为一种新兴的建筑材料，具有广泛的应用前景。其基于微观力学的设计原理，通常采用水泥、石英砂等为基体，以纤维作为增强材料来制备，在荷载作用下具有应变硬化和微裂缝开裂的特征，是一种具有优异变形能力的新型高性能混凝土材料。uhdc的制备过程中利用了纤维的高效桥联作用，煤矸石的微观及宏观形貌均呈现不规则状态，这有助于纤维的分散以及增强纤维与基体的界面粘结作用，但单纯将普通煤矸石和水泥基复合材料相结合制备混凝土，对其性能又会产生较大负面影响。
3、专利1(褚凤明,赵连地,褚天舒，一种全煤矸石高性能混凝土及其制备方法，cn115710115a，2023.02.24)公布了一种全煤矸石高性能混凝土制备方法，该专利技术采用复合粉状增强剂，地质聚合物掺合料，煤矸石物料制备了界面结合强度高，抗压强度
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种超高延性耐高温煤矸石混凝土及其制备方法，通过热活化技术处理回收的煤矸石，混掺入纤维，再利用改性碳酸钙晶须增强其耐高温性能，制备一种绿色低碳、耐高温的高延性煤矸石混凝土，有利于煤矸石混凝土在建筑结构中的推广使用。
2、具体的，本专利技术超高延性耐高温煤矸石混凝土，由以下重量份原料组成：水泥300-450份，粉煤灰190-260份，硅灰170-220份，改性煤矸石580-800份，机制砂280-520份，水160-230份，聚乙烯纤维10-20份，聚丙烯纤维1-10份，改性碳酸钙晶须30-65份，减水剂3-8份，聚乙二醇甲基丙烯酸酯1-2份，增稠剂0.5-2份。
3、优选的，所述改性煤矸石制备工艺为：将煤矸石在700-800℃煅烧，冷却，粗碎，初筛，细磨，二筛，即得5-15mm改性煤矸石。更优选的，煅烧采用热风炉，冷却采用置于篦冷机或单筒冷却机，初筛、二筛均采用5mm和15mm网筛。
4、本专利技术研究表明，利用原状煤矸石粗骨料所制备的混凝土，易发生脆性断裂，抗压强度低，界面过渡区更厚、更疏松，形状不规则且疏松多孔的颗粒数量增加，主要是因为附着在原状煤矸石骨料表面的煤等杂质对水泥基体间黏结性能产生负面影响。本专利技术通过热活化技术对煤矸石进行改性，改性后煤矸石内部的碳质及有机物被有效去除，骨料中产生大量非晶态sio2和al2o3。混凝土养护过程中，骨料表面的非晶态物质与水泥水化过程的ca(oh)2在界面过渡区处发生火山灰反应，达到改善水泥基材料的孔结构，可有效提升混凝土的力学性能。
5、改性煤矸石的粒径越大，其相应的比表面积减小，则所需的水泥浆量减少，在一定的和易性和水泥用量条件下，则能减少用水量而提高混凝土强度，从这方面来看，粒径应选略大一些的，但并不是粒径越大越好，粒径越大则内部出现裂缝的概率越大，颗粒在混凝土拌合下沉速度越快，造成混凝土内颗粒分布不均匀，降低强度，本专利技术中对粒径进行了限制，粉碎至最大粒径15mm以下且去除小于5mm的细粉。并且，本专利技术采用改性煤矸石作为粗集料，采用机制砂作为细集料，加之添加大量纤维和晶须，制备得到的混凝土和易性较差，为此，本专利技术添加聚乙二醇甲基丙烯酸酯和增稠剂协同改善混凝土和易性，起到很好的效果。
6、优选的，所述改性碳酸钙晶须制备工艺为：将碳酸钙晶须加入氢氧化钠溶液中，恒温搅拌，洗涤，烘干后，与乙醇、去离子水、氨水混合搅拌，加入正硅酸乙酯继续搅拌，去离子水洗涤、抽滤、烘干，即得。更优选的，氢氧化钠溶液质量浓度为5％，恒温搅拌温度为45℃，烘干温度为80℃。
7、优选的，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级≥42.5，更优选的，水泥初凝时间为35min，终凝时间为3.5h。
8、优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰，粒径范围45-300μm，比表面积≥400m2/kg。
9、优选的，所述硅灰比表面积≥20000m2/kg，更优选的，所述硅灰平均粒径为0.1μm，实测密度为2.216g·cm-3，比表面积为20000m2/kg。
10、优选的，所述机制砂含水率≤0.2％，最大粒径≤2mm，含泥含粉量≤0.1％。
11、优选的，所述聚乙烯纤维长度为12-36mm，直径为20-40μm，长径比≥600，弹性模量≥100gpa，抗拉强度≥2800mpa，所述聚丙烯纤维长度10-22mm，直径为20-30μm，长径比≥600，弹性模量≥100gpa，抗拉强度≥800mpa。
12、本专利技术混掺聚乙烯纤维、聚丙烯纤维作为增强增韧材料，并利用改性碳酸钙晶须提升其耐高温性能。改性碳酸钙晶须属于微米尺度的纤维，混掺纤维和晶须之间的高效桥联作用，从宏观和微观角度均抑制煤矸石混凝土微裂缝的产生与扩展，减少了超高延性耐高温煤矸石混凝土中的有害孔数量，细化了孔隙结构。其次混掺纤维、晶须和混凝土之间通过粘结力和机械咬合力共同承受拉应力，提高混凝土的承载力，在一定程度上可以减小结构截面尺寸，并且通过阻裂防止外界水分侵入，提高了水泥基体的密实性，使所制备的混凝土相比传统煤矸石混凝土具有更高的抗压强度和抗拉强度。
13、聚乙烯纤维熔点为108℃-126℃，聚丙烯纤维熔点为165℃-173℃，混掺纤维在高温下会熔解，为超高延性耐高温煤矸石混凝土结构内部水蒸气提供迁移通道，使构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，由以下重量份原料组成：水泥300-450份，粉煤灰190-260份，硅灰170-220份，改性煤矸石580-800份，机制砂280-520份，水160-230份，聚乙烯纤维10-20份，聚丙烯纤维1-10份，改性碳酸钙晶须30-65份，减水剂3-8份，聚乙二醇甲基丙烯酸酯1-2份，增稠剂0.5-2份；
2.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级≥42.5。
3.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，粒径范围45-300μm，比表面积≥400m2/kg。
4.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述硅灰比表面积≥20000m2/kg。
5.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述机制砂含水率≤0.2％，最大粒径≤2mm，含泥含粉量≤0.1％。
6.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述聚乙烯纤维长度为
7.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率大于19％。
8.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述增稠剂为聚丙烯酰胺。
9.根据权利要求1-8任一项所述超高延性耐高温煤矸石混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述超高延性耐高温煤矸石混凝土的制备方法，其特征在于，慢速搅拌的转速为95-115r/min，快速搅拌的转速为195-215r/min。
...【技术特征摘要】
1.一种超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，由以下重量份原料组成：水泥300-450份，粉煤灰190-260份，硅灰170-220份，改性煤矸石580-800份，机制砂280-520份，水160-230份，聚乙烯纤维10-20份，聚丙烯纤维1-10份，改性碳酸钙晶须30-65份，减水剂3-8份，聚乙二醇甲基丙烯酸酯1-2份，增稠剂0.5-2份；
2.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度等级≥42.5。
3.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，粒径范围45-300μm，比表面积≥400m2/kg。
4.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述硅灰比表面积≥20000m2/kg。
5.根据权利要求1所述超高延性耐高温煤矸石混凝土，其特征在于，所述机制砂含水率≤0.2％，最大...
【专利技术属性】
技术研发人员：王义超，胡泽恩，徐日昌，郭庆华，郭鑫涛，张耀，秦亚运，杨雨濛，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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